«Ciencia» - Estudio: Mecanismo para la degradación de proteínas de los cloroplastos aclarado

Los cloroplastos son el lugar de la fotosíntesis y pertenecen a los plastidios, de los cuales existen muchas especies con diferentes funciones. Los plastidios de una especie pueden diferenciarse en otros tipos. Con el biólogo de Kaiserslautern, Dr. Raphael Trösch, investigadores de Oxford han demostrado por primera vez cómo se descomponen en los cloroplastos los receptores ligados a membranas responsables de la absorción de proteínas relevantes para la fotosíntesis. La cantidad de receptores podría jugar un papel en la diferenciación de los plastidios. Los resultados son interesantes, por ejemplo, para la producción biotecnológica de pigmentos en plastidios. El estudio ha sido publicado en la revista especializada Science.

Los plastidios son pequeños orgánulos celulares que poseen su propio genoma y se diferencian del resto de la célula por una membrana propia. En las plantas cumplen diversas funciones: los cloroplastos llevan a cabo la fotosíntesis y los amiloplastos almacenan almidón. Lo especial: los plastidios pueden diferenciarse. Tienen una alta plastidez. Por eso también llevan ese nombre. “Una tomate inicialmente es verde, para realizar la fotosíntesis”, explica el biólogo Dr. Raphael Trösch de la Universidad Técnica de Kaiserslautern (TUK), como ejemplo. “Con el tiempo se vuelve roja y acumula el pigmento licopeno. Los cloroplastos se transforman en cromoplastos y asumen una nueva función.”

Para que los cloroplastos puedan realizar la fotosíntesis, necesitan muchas proteínas diferentes. La mayoría no se producen en el orgánulo celular en sí, sino en el citoplasma. “Para transportarlas a los cloroplastos, existen proteínas de transporte en la membrana de los cloroplastos”, explica Trösch, quien investiga en el área de genética de eucariotas. “Estas se unen a receptores que reconocen específicamente proteínas de la fotosíntesis o a aquellos que reconocen otras proteínas.”

Junto con el equipo de los dos autores principales del estudio, Qihua Ling y William Broad, de la Universidad de Oxford, Trösch investigó en células de la Brassica oleracea cómo es el proceso de descomposición de los receptores que reconocen las proteínas de la fotosíntesis. “En otras membranas celulares ya existen mecanismos de descomposición de proteínas de membrana bien estudiados”, continúa el investigador.

Por primera vez, los científicos también estudiaron en detalle un mecanismo similar en los cloroplastos y identificaron las tres moléculas involucradas. La descomposición funciona de la siguiente manera: “Para eliminar el receptor, primero debe ser marcado. Luego, proteínas específicas, usando energía, arrastran el receptor marcado a través de un canal, tras lo cual puede ser descompuesto en el citoplasma. Estas proteínas son, en cierto modo, parte del sistema de eliminación de basura de la célula”, explica Trösch. Compara el sistema de descomposición celular con trabajos forestales en el bosque, donde un leñador primero marca los árboles enfermos o dañados con una “X”. Después, los trabajadores del bosque talan los árboles marcados, sin saber exactamente por qué deben ser removidos.

Los investigadores denominaron a este mecanismo “Degradación de proteínas asociadas a los cloroplastos” (CHLORAD, por sus siglas en inglés: chloroplast-associated protein degradation). Con él, una célula vegetal puede regular la cantidad de receptores específicos y, posiblemente, cuántas proteínas de la fotosíntesis puede captar un cloroplasto. Los científicos también sospechan que podría jugar un papel importante en la diferenciación, aunque su función exacta aún debe aclararse en futuros estudios.

Los resultados son interesantes, entre otras áreas, para la biotecnología. Los pigmentos vegetales provenientes de los cloroplastos se utilizan en cosméticos, como protección solar, en alimentos o en medicamentos. Los hallazgos ayudan a comprender mejor los fundamentos de la diferenciación de los plastidios. En el futuro, quizás se puedan producir en mayores cantidades y de manera más sencilla en plastidios diferenciados.

El estudio ha sido publicado en la prestigiosa revista Science: “Ubiquitin-dependent chloroplast-associated protein degradation in plants”. Qihua Ling, William Broad, Raphael Trösch, Mats Töpel, Tijen Demiral Sert, Panagiotis Lymperopoulos, Amy Baldwin, R. Paul Jarvis.

http://science.sciencemag.org/content/363/6429/eaav4467.long

DOI: 10.1126/science.aav4467