Cuando los ingenieros quieren acelerar algo, buscan los "puntos de pellizco, "los pasos más lentos de un sistema, y hazlos más rápidos.

Supongamos que desea que fluya más agua a través de las tuberías. Encontrarías la tubería más estrecha y la reemplazarías por una más grande.

Muchos laboratorios están probando este método con fotosíntesis, el proceso que utilizan las plantas y las algas para capturar la energía solar.

Toda nuestra comida y la mayoría de nuestros combustibles provienen de la fotosíntesis. A medida que nuestra población aumenta, necesitamos más comida y combustible, requiriendo que mejoremos la eficiencia de la fotosíntesis.

Pero, El Dr. Atsuko Kanazawa y el Kramer Lab están descubriendo que para los sistemas biológicos, el método del "punto de pellizco" puede hacer más daño que bien, porque los puntos de pellizco están ahí por una razón. Entonces, ¿cómo se puede hacer esto?

ATP sintasa:una increíble nanomáquina biológica

Atsuko y sus colegas del Laboratorio de Investigación de Plantas (PRL) de MSU-DOE han estado trabajando en este problema durante más de 15 años. Se han centrado en una pequeña máquina del cloroplasto llamada ATP sintasa, un complejo de proteínas esenciales para almacenar energía solar en "moléculas de alta energía" que alimentan la vida en la Tierra.

Los animales usan esa misma molécula de ATP y una ATP sintasa muy similar, incluidos los humanos, crecer, mantener la salud, y muévete.

En plantas la ATP sintasa es uno de los procesos más lentos de la fotosíntesis, a menudo limitando la cantidad de energía que las plantas pueden almacenar.

Poniendo en marcha los engranajes de la producción vegetal

Atsuko pensó, si la ATP sintasa es un punto de pellizco tan importante, ¿Qué pasa si fuera más rápido? ¿Sería mejor en la fotosíntesis y nos daría plantas de crecimiento más rápido?

Hace años que, ella puso sus manos en una planta mutante, llamado cfq, de un colega. "Tenía una ATP sintasa que funcionaba sin parar, sin ralentizar, que fue un ejemplo curioso para investigar. De hecho, en condiciones controladas de laboratorio:luz muy suave y constante, temperatura, y las condiciones del agua:esta planta mutante creció más que su prima salvaje ".

Pero cuando los investigadores cultivaron la planta en las condiciones más variadas que experimenta en la vida real, sufrió graves daños, casi muriendo.

"En naturaleza, la calidad de la luz y la temperatura cambia todo el tiempo, ya sea a través de las horas que pasan, o la presencia de nubes o vientos que soplan a través de las hojas, " ella dice.

Las plantas ralentizan la fotosíntesis por una razón

Las recientes innovaciones del laboratorio de Kramer están permitiendo a Atusko y sus colegas investigar cómo las condiciones ambientales reales afectan el crecimiento de las plantas.

La investigación de Atsuko ahora muestra que la lentitud de la ATP sintasa no es un accidente; Es un importante mecanismo de frenado que evita que la fotosíntesis produzca sustancias químicas nocivas. llamadas especies reactivas de oxígeno, que puede dañar o matar la planta.

"Resulta que la luz solar puede dañar las plantas, "dice Dave Kramer, Hannah Distinguished Professor e investigadora principal en el laboratorio Kramer.

"Cuando las plantas no pueden utilizar la energía luminosa que están capturando, la fotosíntesis retrocede y los químicos tóxicos se acumulan, potencialmente destruyendo partes del sistema fotosintético. Es especialmente peligroso cuando la luz y otras condiciones, como la temperatura, cambiar rápidamente ".

La ATP sintasa detecta estos cambios y ralentiza la captura de luz para evitar daños. En esa luz El ATP rápido del mutante cfq es una mala idea para el bienestar de la planta.

"Es como si le hubiera prometido hacer que su automóvil corra más rápido quitando los frenos. De hecho, funcionaría pero solo por un corto tiempo. Entonces las cosas van muy mal ", dice Dave.

"Para mejorar la fotosíntesis, lo que necesitamos es no quitar los frenos por completo, como en cfq, pero para controlarlos mejor, "Dave dice". Específicamente, Necesitamos averiguar cómo la planta presiona los frenos y ajustarlos para que responda más rápido y de manera más eficiente. "Dice David.

Atsuko agrega:"Los científicos están probando diferentes métodos para mejorar la fotosíntesis. En última instancia, todos queremos abordar algunos problemas a largo plazo. Crucialmente, necesitamos seguir alimentando a la población de la Tierra, que está explotando en tamaño ".

El estudio se publica en la revista Fronteras en la ciencia de las plantas .