Resumen
Los alimentos que comemos en última instancia provienen de las plantas, ya sea directamente o indirectamente. La importancia de las plantas como cocina global nunca puede subestimarse. Las plantas «comen» la luz solar y el dióxido de carbono para producir su propio alimento y alimento para los millones de organismos que dependen de ellas. Una molécula, la clorofila (Chl), es crucial para este proceso, ya que absorbe la luz solar. Sin embargo, la forma en que las plantas terrestres producir sus alimentos es muy diferente de la forma en que las plantas en los océanos producen sus alimentos. Dado que es difícil que la luz llegue debajo del agua en los océanos, la producción de alimentos, denominada científicamente fotosíntesis, se vuelve muy lenta. Las ficobiliproteínas son proteínas que hacen este trabajo más fácil, al absorber la luz disponible y pasarla a Chl. Estas ficobiliproteínas se encuentran en organismos diminutos e invisibles llamados cianobacterias. Sus reacciones de «producción de alimentos» son críticas para la supervivencia de muchos organismos vivos como peces, aves y otros vida. Por lo tanto, es muy importante que todos comprendan cómo las cianobacterias producen su alimento y qué funciones importantes desempeñan las ficobiliproteínas en el proceso.
¿Cómo obtienen los seres vivos su alimento?
Cuando piensas en comida, ¿normalmente se te ocurren imágenes de tu comida favorita? Este es un proceso natural, ya que la comida es importante para todos los seres vivos. Para satisfacer esta necesidad básica, todos los seres vivos elaboran su propio alimento o lo obtienen de alguna otra fuente. Los seres humanos pueden comer tanto plantas como animales. Algunos animales consumen otros animales, mientras que algunos animales comen plantas como alimento. En última instancia, vemos que todos en este planeta dependen de las plantas para su alimentación. Pero entonces, ¿qué comen las plantas? En realidad, las plantas «comen» la luz solar y un gas llamado dióxido de carbono, los cuales están fácilmente disponibles aquí en la tierra. El proceso por el cual las plantas terrestres producen su propio alimento usando luz solar y dióxido de carbono se conoce como fotosíntesis (Figura 1). el dióxido de carbono es absorbido por las hojas, la luz solar es capturada por una molécula química en la planta, llamada clorofila (Chl). Todos los organismos fotosintéticos contienen Chl.
- Figura 1 – Una vista simplificada de cómo las plantas producen alimentos para nosotros.
- Las hojas de Las plantas verdes contienen clorofila, que absorbe la luz solar para producir alimentos. Este alimento es luego utilizado por la propia planta y por otros animales, incluidos los humanos.
Sin embargo, la forma en que las plantas terrestres realizan la fotosíntesis no ayuda a los organismos que viven en los océanos, que cubren casi el 70% de nuestra tierra. Las plantas en los océanos enfrentan problemas de ingenio h disponibilidad de luz. Las porciones de luz azul y verde penetran en el agua más que las porciones de luz amarilla y roja (Figura 2). Afortunadamente, las plantas oceánicas obtienen ayuda para producir alimentos a partir de una luz y dióxido de carbono tan limitados, de microbios microscópicos diminutos llamados cianobacterias (también conocidas como algas verde-azules). Estos microbios se han adaptado a las condiciones de luz tenue y realizan la fotosíntesis tanto para ellos mismos como para el beneficio de otros seres vivos. Las cianobacterias son microbios antiguos que han estado viviendo en nuestra tierra durante miles de millones de años. Se dice que las cianobacterias son responsables de crear la atmósfera llena de oxígeno en la que vivimos. Para realizar la fotosíntesis en condiciones de poca luz, las cianobacterias cuentan con la ayuda de unas proteínas llamadas ficobiliproteínas, que se encuentran enterradas en las membranas celulares (la cubierta exterior) de las cianobacterias.
- Figura 2 – Penetración de la luz solar en los océanos.
- La luz solar se compone de diferentes colores: V, violeta; B, azul; G, verde; Y, amarillo; O, naranja; y R, rojo. Los colores azul y verde alcanzan hasta 200 m dentro del agua, mientras que todos los demás colores, incluido el violeta, pueden alcanzar solo hasta los primeros 100 m dentro de los océanos. Las flechas representan la profundidad a la que los diferentes colores de luz llegan a los océanos.
¿Qué son las ficobiliproteínas?
Las ficobiliproteínas desempeñan el papel de asistentes de Chl en ambientes acuáticos (agua). Dado que la luz tiene dificultades para penetrar en los océanos, las ficobiliproteínas facilitan este trabajo al absorber cualquier luz disponible; absorben la porción verde de la luz y la convierten en luz roja, que es el color de luz requerido por Chl. Sin embargo, cambiar el color de la luz no es tan fácil como parece. La luz verde tiene que atravesar diferentes moléculas de ficobiliproteína, que absorben la luz de un color y emiten luz de otro color. El color que se desprende es absorbido por una segunda ficobiliproteína, que lo convierte en un tercer color.Este proceso continúa hasta que la luz emitida es roja, que finalmente puede ser retomada por Chl. Para que todo este proceso tenga lugar, tenemos tres tipos diferentes de moléculas de ficobiliproteína dispuestas como una especie de sombrero sobre la molécula de Chl, como puede ver en la Figura 3. Estos tres tipos de ficobiliproteínas son:
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(a) C-ficoeritrina (CPE), de color rojo rosado y responsable de absorber la porción verde de la luz solar.
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(b) C-ficocianina (CPC), de color azul profundo y responsable de absorber la porción de color rojo anaranjado de la luz solar.
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(c) Aloficocianina (APC ), de color azul claro y responsable de absorber la parte roja de la luz solar.
- Figura 3 – Disposición en forma de sombrero de ficobiliproteínas y clorofila (Chl) en cianobacterias.
- La luz verde es absorbida primero por C -ficoeritrina que la transmite a la C-ficocianina (CPC). CPC pasa la energía de la luz a la aloficocianina (APC) que la transfiere a Chl para la fotosíntesis, utilizando la luz roja.
La razón por la que las ficobiliproteínas absorben luz de diferentes colores es que contienen moléculas químicas llamadas bilinas en su interior, que les dan sus colores brillantes. Estas bilinas son las encargadas de absorber luz de un color y emitir luz de otro color, provocando así un cambio en el color de la luz. Los instrumentos avanzados nos han permitido analizar la disposición de estas moléculas y proteínas en las cianobacterias. Sabemos que las ficobiliproteínas tienen forma de disco, y los discos se apilan uno encima del otro para formar la estructura en forma de sombrero. Un extremo de la pila está hecho de CPE, mientras que el otro extremo está hecho de CPC. Este conjunto se une al núcleo, fabricado en APC. Toda esta estructura está vinculada a Chl, que acepta la luz roja emitida por APC. La disposición de la estructura en forma de sombrero se muestra en la Figura 3.
¿Cómo se produce la transferencia de energía lumínica en las ficobiliproteínas?
El cambio de color de la luz de verde a rojo toma lugar a través de un proceso conocido como fluorescencia. Veamos qué es la fluorescencia. ¡Imagínese un recipiente transparente lleno de un líquido de color rosa que, cuando se ilumina con una linterna, brilla con un naranja brillante! Eso es exactamente lo que hace CPE (Figura 4). Todas las ficobiliproteínas poseen esta excitante propiedad de emitir luz visible de un color diferente al color de la luz que las ilumina. Después de que CPE cambia la luz verde a amarillo-naranja, CPC toma la luz amarilla-naranja y la cambia a rojo claro. APC toma esta luz de color rojo claro y la cambia a una luz de color rojo oscuro para Chl. Entonces, ahora tenemos la luz verde cambiada a roja, que es el color de la luz que la naturaleza quería que absorbiera Chl. Todo el proceso es una especie de carrera de relevos, donde cada participante retoma donde lo dejó el anterior (Figura 5). Estas ficobiliproteínas son una parte importante de los diminutos organismos microscópicos llamados cianobacterias, que realizan la fotosíntesis de manera muy similar a como lo hacen las plantas terrestres. La única diferencia es que usan un conjunto diferente de moléculas químicas: las cianobacterias usan ficobiliproteínas mientras que las plantas terrestres usan Chl.
- Figura 4 – Propiedad de fluorescencia de C-ficoeritrina (CPE).
- El color blanco de la luz producida por la linterna se cambia a luz naranja amarillenta por CPE, que será absorbida por C-ficocianina.
- Figura 5 – Las ficobiliproteínas cambian el color de la luz de verde a rojo, para que pueda usarse para la fotosíntesis.
- La luz de color verde es captada por C-ficoeritrina (CPE), que cambia el color de la luz a naranja amarillento. La luz naranja es absorbida por la C-ficocianina (CPC), que la cambia a rojo claro. El color rojo claro es absorbido por la aloficocianina (APC), que lo cambia a color rojo. El color rojo es finalmente absorbido por la clorofila, para producir alimentos mediante la fotosíntesis.
¿Qué aprendimos?
Entonces, ahora sabemos que la fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas producen su alimento, usando Chl. También sabemos que la cantidad reducida de luz disponible en los océanos disminuye este proceso fotosintético. La naturaleza ha desarrollado algunas moléculas químicas auxiliares conocidas como ficobiliproteínas, que son capaces de absorber los colores de la luz disponibles en los océanos y convertir esta luz en un color que las moléculas de Chl pueden usar. Estas ficobiliproteínas se encuentran en cianobacterias diminutas, invisibles a simple vista, cuya fotosíntesis es responsable de proporcionar alimento a los organismos vivos en los océanos y también de producir el oxígeno en nuestra atmósfera que respiramos cada segundo.¿No es emocionante que estos pequeños organismos puedan marcar una diferencia en la vida marina? En el futuro, esperamos comprender mejor las funciones de las ficobiliproteínas y las funciones que pueden desempeñar en beneficio de la humanidad.
Glosario
Fotosíntesis: un proceso mediante el cual las plantas producir alimento para ellos mismos y para otros organismos utilizando la luz solar y el gas dióxido de carbono.
Clorofila: una molécula química presente en las plantas que absorbe la luz solar para la fotosíntesis.
Ficobiliproteínas: pigmentos coloreados que se encuentran en las cianobacterias y ciertos otros organismos, que ayudan en la fotosíntesis al absorber ciertos colores de luz que la clorofila no puede absorber.
Fluorescencia: Propiedad de ciertos compuestos para absorber un color de luz y emitir otro color. Las ficobiliproteínas utilizan esta propiedad para cambiar el color de la luz que absorben de modo que la luz se pueda utilizar para la fotosíntesis.
Declaración de conflicto de intereses
Los autores declaran que la investigación se realizó en el ausencia de relaciones comerciales o financieras que puedan interpretarse como un posible conflicto de intereses.
Agradecimientos
A este manuscrito se le ha asignado el número de registro CSIR-CSMCRI – 114/2016. TG agradece a AcSIR por su Ph.D. inscripción y CSIR (CSC 0105) para apoyo financiero.
