domenica, Ottobre 6, 2024

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Visualizzare la fotosintesi: un viaggio in 3D al centro del processo biologico delle piante

La fotosintesi è la spina dorsale della vita sulla Terra e consente alle piante di convertire l’energia luminosa proveniente dal sole in energia chimica e ossigeno. Al centro di questo processo ci sono i cloroplasti, che contengono non solo il proprio DNA, ma anche il macchinario specializzato che regola questa conversione vitale. Un team di ricercatori di Gottinga e Hannover ha fatto un passo avanti immaginando la RNA polimerasi del cloroplasto, PEP, in 3D, fornendo nuove informazioni sulla sua struttura e funzione.

La PEP, una RNA polimerasi, svolge un ruolo cruciale nell’attivazione dei geni essenziali per la fotosintesi. Senza PEP funzionale, le piante non possono effettuare la fotosintesi in modo efficace, con conseguente scarsa crescita e mancanza di pigmentazione verde. Questa macchina molecolare, composta da un complesso centrale di subunità multiple e almeno una dozzina di proteine ​​associate (PAP), è responsabile della lettura delle istruzioni genetiche memorizzate nel DNA dei cloroplasti.

Utilizzo Utilizzando un microscopio elettronico criogenico, i ricercatori sono stati in grado di acquisire immagini dettagliate del complesso PEP. È composto da 19 subunità con una risoluzione di 3,5 Angstrom. Questo metodo prevedeva il congelamento dei campioni molto rapidamente e l’acquisizione di migliaia di immagini a livello atomico da più angolazioni. I dati raccolti hanno permesso la compilazione di un modello 3D dettagliato del complesso.

L’immagine mostra un modello 3D ad alta risoluzione della pianta RNA polimerasi PEP, che svolge un ruolo centrale nella fotosintesi. © Paola Favorite Vital do Prado e Johannes Pauli / MPI-NAT, UMG

Il modello strutturale lo rivela Il nucleo PEP è simile ad altre RNA polimerasi, come quelle che si trovano nei batteri o nel nucleo cellulare nelle cellule superiori. Ma con proprietà specifiche dei cloroplasti che facilitano l’interazione con le persone interessate dal progetto. Questi ultimi, limitati alle piante, sono organizzati in modo specifico attorno al nucleo della polimerasi e svolgono ruoli diversi nel processo di lettura dei geni fotosintetici.

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I ricercatori hanno anche esplorato i database per cercare indizi evolutivi sulla struttura del complesso PEP. I risultati lo indicano La struttura del complesso PEP è conservata in tutti gli impianti terrestri. Questa scoperta è fondamentale per comprendere i meccanismi di base della biogenesi del macchinario fotosintetico e potrebbe avere importanti implicazioni nel campo delle biotecnologie.

La conoscenza dettagliata della struttura e del funzionamento del PEP apre nuovi orizzonti alla biotecnologia. Potrebbe consentire lo sviluppo di colture più efficienti e resistenti ai cambiamenti climatici attraverso la manipolazione genetica dei componenti PEP per migliorare la fotosintesi. Inoltre, comprendere come questa struttura viene mantenuta nel corso dell’evoluzione potrebbe fornire indizi su come le piante adattano i loro processi di fotosintesi a diversi ambienti.

Questo studio Ciò è stato possibile grazie al sostegno di numerose istituzioni, Tra cui la Fondazione tedesca per la ricerca (DFG), il Consiglio europeo della ricerca (ERC), diversi programmi di eccellenza accademica e bioimaging a più livelli, evidenziando la collaborazione e l’approccio interdisciplinare nella ricerca attuale.

Può Accesso al documento di ricerca Attraverso il seguente collegamento:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276524000996#:~:text=The%20polymerase%20core%20of%20the, tramite%20all%20domains%20of%20life.

Crediti fotografici di copertina: © Paola Favorite Vital do Prado e Johannes Pauli / MPI-NAT, UMG