Proteínas especializadas permitieron a las plantas abandonar los océanos y colonizar la tierra
Antes de que evolucionaran las plantas, la vida vegetativa consistía en algas verdes primitivas que vivían en el mar. Al igual que las plantas, estas algas sobrevivían mediante la fotosíntesis, convirtiendo la luz solar en energía.
Sin embargo, poca luz llega al océano, donde viven las algas; por lo tanto, desarrollaron órganos especializados para captar la poca disponible.
Entre estas diminutas algas oceánicas se encuentran las prasinofitas, que se encuentran entre las primeras formas de vida fotosintéticas de la Tierra. Como todos los organismos fotosintéticos, dependen de un complejo pigmento-proteína llamado LHC para captar la luz solar. La eficiencia con la que el LHC realiza la fotosíntesis en diferentes entornos depende de los pigmentos que lleva unidos.
Un equipo de investigación, que incluye a la profesora asociada Ritsuko Fujii de la Escuela de Posgrado de Ciencias de la Universidad Metropolitana de Osaka, utilizó la microscopía crioelectrónica para observar la estructura tridimensional y la función de Lhcp, un LHC prasinofito único, del alga microscópica Ostreococcus tauri. El equipo comparó sus resultados con el LHCII, presente en plantas terrestres.
Imagen: Las algas verdes primitivas en ambientes acuáticos utilizan un complejo de captación de luz específico, llamado LHCP, que difiere del LHCII presente en las plantas terrestres, lo que sugiere una transición evolutiva que se produjo en los sistemas fotosintéticos cuando las plantas se trasladaron del agua a la tierra. Crédito: Universidad Metropolitana de Osaka
Descubrieron que el diseño básico del armazón de proteínas era similar, pero había diferencias estructurales en la unión del pigmento y en los bucles de proteínas que afectan la forma en que Lhcp absorbe la luz y transfiere energía. A diferencia del complejo de recolección de luz de la planta, la arquitectura del trímero de Lhcp está estabilizada tanto por interacciones pigmento-pigmento como pigmento-proteína, que involucran especialmente un carotenoide único dispuesto en la interfaz entre subunidades.
"El carotenoide estabiliza la estructura y mejora la eficiencia de la adsorción de la luz azul-verde, que es abundante en el ambiente de las profundidades marinas", explicó la profesora Fujii.
Sus resultados mostraron que la Lhcp incluye estructuras exclusivas de las algas, a pesar de compartir algunas características estructurales y funcionales con la LHCII. Estas similitudes y diferencias podrían ser cambios clave que permitieron a las plantas abandonar los océanos y colonizar la tierra.
"Comprender esta base molecular puede utilizarse para descubrir por qué, cuándo y cómo las plantas terrestres seleccionaron LHCII en lugar de Lhcp durante su proceso evolutivo", añadió el profesor Fujii. "Esto podría ser clave para comprender este importante evento evolutivo".
El estudio se publicó en la revista Communications Biology: Distinctive and functional pigment arrangements in Lhcp, a prasinophyte-specific photosynthetic light-harvesting complex
