Nuevos datos sobre la evolución de la respiración aérobica


Investigadores de Japón han obtenido nuevos conocimientos sobre el proceso central por el cual las células capturan y almacenan la energía química que necesitan para sobrevivir. La respiración celular es esencial para la vida en este planeta. Aunque la mayoría de nosotros estamos familiarizados con una forma de respiración, en el que el oxígeno se utiliza para transformar los alimentos en moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) para su uso como energía (“respiración aeróbica”), muchos organismos respiran de una manera diferente.

En el fondo del océano y en otros lugares sin oxígeno, los organismos obtienen su energía de sustancias como el nitrato de azufre para sintetizar ATP, de la misma manera que otros organismos hicieron muchos miles de millones de años atrás.

El equipo de investigación del Centro RIKEN SPring-8 en Harima, Japón, han aclarado la estructura cristalina de la óxido nítrico quinol reductasa dependiente(qNOR), una enzima bacteriana que ofrece pistas sobre los orígenes de nuestros primeros antepasados ​​que respiraron oxígeno. Además de su importancia para un  conocimiento fundamental, los resultados proporcionan información clave de la producción de óxido de nitrógeno, un reductor del ozono y gas de efecto invernadero, cientos de veces más potentes que el dióxido de carbono.

Aunque menos conocido, este último tipo de respiración celular no es menos importante, impulsando la producción de la mayor parte del óxido nitroso del mundo (N2O), agotando el ozono y generando gases de efecto invernadero 310 veces más potente que el dióxido de carbono. Por ello, la enzima responsable de catalizar las reacciones subyacentes en la respiración anaerobia, la reductasa del óxido nítrico (NOR) ha despertado un interés creciente en los círculos del científicos de medio ambiente.
El misterio mecanismo del catalizador NI, sin embargo -que representa un asombroso 70% de la producción de N2O del planeta- sigue siendo un misterio en gran medida sin resolver.

Con sus últimas investigaciones, el equipo buscaba una respuesta a este misterio en el origen de una innovación evolutiva conocida como “bomba de protones”. A fin de acelerar la síntesis de ATP, los organismos aeróbicos aprovechan el potencial de un gradiente de concentración electroquímico a través de la célula, creado por el “bombeo” de protones con  energía de una reacción de reducción del oxígeno. La enzima que hace posible este mecanismo, citocromo oxidasa (COX), es genética y estructuralmente similar a la NI, lo que sugiere un ancestro común. No hay evidencia de ninguna de esa “bomba”, sin embargo, se ha detectado en organismos anaeróbicos.

Es decir, hasta el momento. Mediante el uso de radiación en las instalaciones del Centro RIKEN SPring-8 en Harima, Japón, la mayor instalación mundial de radiación de sincrotrón, los investigadores probaron la estructura en 3D de qNOR y descubrió un canal que actúa como una vía de transferencia de protones de una reacción catalítica clave.

Si bien no es en sí una bomba de protones, la posición y función de esta vía sugiere que un antepasado de este mecanismo se encuentran en  COX. El hallazgo establece por primera vez evidencias del mecanismo  Bomba de Protones en organismos anaerobios, arrojando luz sobre los mecanismos misteriosos que regulan la producción de óxido de nitrógeno y el camino evolutivo que llevó a su aparición.

Enlace original: New light shed on evolutinary origin of oxigen-based respiration

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