Nos lo enseñan en la escuela: los humanos no somos los únicos que respiran, también lo hacen las plantas como los animales, un proceso que involucra energía. La respiración ocurre, en parte, gracias a las mitocondrias, estructuras celulares que se encargan de suministrar buena parte de la energía que requiere el proceso.

Sin embargo, existen diferencias muy significativas del proceso entre plantas, animales y humanos. Identificar el papel de cada estructura y cada paso puede ayudar a comprenderlo aún mejor, e incluso podría dar las claves para optimizarlos para el futuro. Esto sería especialmente útil para la agricultura, por ejemplo.

En un estudio publicado en la revista eLife, los investigadores presentan un avance importante en la investigación sobre este tema. Usando frijoles sin cloroplastos, lograron identificar la primera estructura tridimensional a nivel atómico de un complejo proteico más grande (complejo I) que está involucrado en la cadena de transporte de electrones mitocondrial de la planta.

Dificultades en el estudio de la respiración de las plantas

Las plantas cuentan con mitocondrias que juegan un papel crucial en su respiración, pero también cuenta con cloroplastos, los cuales que intervienen en la fotosíntesis, que son muy similares en tamaño y propiedades físicas.

Pese a su utilidad, estos últimos han representado una dificultad para los científicos que estudian a mayor detalles los procesos moleculares de la cadena de transporte de electrones mitocondrial.

Al ser tan similares, ha sido sido difícil aislar las mitocondrias de los cloroplastos en un laboratorio. Para superar este problema, los investigadores decidieron usar frijoles mungo (Vigna radiata), semillas oleaginosas que almacenan energía en forma de aceites que sirven de combustible cuando germinan.

Los mamíferos y los hongos tienen estructuras de “de mayor resolución” de toda cadena de transporte de electrones. Pero según María Maldonado, profesora asistente en el Departamento de Biología Molecular y Celular de la Facultad de Ciencias Biológicas, este tema en las plantas se había mantenido como una “caja negra” ante las dificultades para observar los complejos a detalle.

Separando mitocondrias de cloroplastos

El equipo usó frijoles mungo “etiolados”, es decir, los cultivaron en la oscuridad impidiendo el desarrollo de los cloroplastos, y por conseguiente, haciendo que lucieran blancas por la ausencia del color verde. Sin los cloroplastos, las plantas no pueden realizar la fotosíntesis, y esto también limita sus corrientes de energía.

Separar las mitocondrias de los cloroplastos permitió que los investigadores se hicieran una imagen estructural más clara del complejo I y sus subcomplejos. Para ello, usaron microscopía crioelectrónica de una sola partícula.

Así pudieron ver, a una escala atómica, cómo se ensamblan las proteínas que conforman el complejo I y cómo difieren estas estructuras con respecto a las de las células de los mamíferos, las levaduras y las bacterias.

“Nuestra estructura nos muestra por primera vez los detalles de un módulo I complejo que es exclusivo de las plantas”, dijeron los investigadores. “Nuestros experimentos también nos dieron indicios de que este intermedio de ensamblaje puede no ser solo un paso hacia el complejo I completamente ensamblado, sino que puede tener una función separada”.

Muchos pesticidas se diseñan para atacar los complejos de la cadena de transporte de electrones mitocondriales de la plaga en cuestión. De modo que, comprender estos mecanismos podría ayudar a diseñar pesticidas o fungicidas mejor dirigidos que matarán al hongo, pero no a la planta, ni mucho menos al humano que la consumirá tras su cosecha. He allí la importancia de este hallazgo.

Referencia:

Atomic structure of a mitochondrial complex I intermediate from vascular plants. https://elifesciences.org/articles/56664