Los organismos fotosintéticos como las plantas, las algas y microalgas, y las cianobacterias, entre otros, captan los fotones de luz en las membranas de las células que las usan para rompen las moléculas de agua y liberar una reacción química en la que se absorbe dióxido de carbono que se transforman en hidratos y se emite oxígeno. Esto es, básicamente, lo que hace que podamos respirar continuamente sin que se agote el oxígeno de la atmósfera.
Sin embargo, tanto los órganos celulares que intervienen como las estructuras son todavía desconocidos.
Al menos hasta ahora. Un equipo internacional liderado por la investigadora María Agustina Domínguez, del departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Córdoba nos dilucida en la prestigiosa revista Nature cómo es la estructura tridimensional completa de los ficobilisomas, las antenas encargadas en las cianobacterias para realizar esa fotosíntesis.
Estas estructuras son las responsables de captar la luz solar en cianobacterias y algas rojas. Grandes complejos de proteínas que transfieren la energía a través de una red de moléculas de pigmento incrustadas llamadas bilinas a los centros de reacción fotosintética.
Como indican en Nature, las estructuras continenen una proteína conectora no descrita anteriormente que se une al lado de ficobilisomas que mira hacia la membrana. Para el el estado de ficobilisomas no apagado, las estructuras también revelan tres estados conformacionales diferentes de la antena, dos previamente desconocidos.
Como señalan los investigadores, esta información es “imprescindible” y “fundamental” para conocer los mecanismos fotosintéticos de las cianobacterias y para desarrollar futuros avances biotecnológicos que repliquen estas estructuras naturales para la captación de luz natural y artificial y el desarrollo de “energías verdes”.
Aunque se sabía que las ficobilisomas eran las encargadas de la fotosíntesis, no se sabía cómo estaban ensambladas las diferentes partes. Para dilucidar este mecanismo los investigadores han utilizado criomicroscopia electrónica y que ha permitido obtener la estructura tridimensional completa de estos fiicobilisomas con seis antenas en su conformación hacia arriba y con todas sus proteínas y cromóforos, incluso “los más ocultos”.
En el mismo trabajo se ha descubierto la existencia de otras dos conformaciones desconocidas hasta ahora, donde las antenas pueden obtener diferentes posiciones. También, como explica la investigadora, como es el proceso de fotoprotección cuando la luz que llega a las cianobacterias es muy intensa.
En el caso de las cianobacterias, señala Domínguez Martín, se trata de una proteína muy pequeña, llamada Orange Carteonoid Protein (OCP), que, cuando hay exceso de luz, se activa y se une al ficobilisoma para disipar el exceso de energía en forma de calor. Aunque estas proteínas ya se conocían de antes, el equipo investigador ha descubierto cuántas son en concreto (cuatro) y el lugar exacto donde se unen a los ficobilisomas para poder proteger a la cianobacteria del exceso de sol, con un nivel de resolución estructural sin precedentes en estas proteínas.
Este nuevo estudio, señalan, arroja luz a muchas incógnitas que estaban sobre la mesa respecto a la estructura de estas antenas gigantes y el mecanismo de fotoprotección, pero a la vez abre una serie de nuevas incógnitas para el campo de la fotosíntesis.
Referencia:
María Agustina Domínguez-Martín, Paul V. Sauer, Henning Kirst, Markus Sutter, David Bína, Basil J. Greber, Eva Nogales, TomášPolívka& Cheryl A. Kerfeld, “Structures of a phycobilisome in light-harvesting and photoprotected states”, Nature (2022), Published: 31 August 2022.
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