Os cientistas revelaram mudanças estruturais intrincadas nas plantas, fungos e bactérias em resposta à luz, de acordo com um novo estudo publicado hoje na revista de acesso aberto eLife .

As descobertas fornecem novos insights sobre a função das moléculas de proteínas chamadas fitocromos, que estão presentes nesses três tipos de organismos. Os resultados podem levar a ferramentas que controlam a função dos fitocromos para alcançar padrões de crescimento mais eficientes em plantas e culturas.

As plantas se adaptam constantemente às mudanças na luz e controlam seus padrões de crescimento de acordo com a disponibilidade de luz. Eles conseguem isso por meio de fitocromos, a origem da detecção de luz em toda a vegetação da Terra. Os fitocromos podem adotar duas formas diferentes dependendo da luz disponível. Para conseguir essa mudança na forma, uma cascata de sinais ocorre começando no cromóforo - o ponto dentro do fitocromo onde a luz é absorvida.

"O fitocromo permite aos organismos distinguir entre duas cores de luz, dando plantas, visão bicolor primitiva de fungos e bactérias, "explica a autora principal Elin Claesson, um estudante de doutorado na Universidade de Gotemburgo, Suécia. "A chave para sua função é a resposta inicial à luz, onde o sinal de luz é traduzido em mudanças estruturais ao longo de uma fração de segundo. Os mecanismos que permitem esta tradução são mal compreendidos, porque a tecnologia para estudar os fitocromos imediatamente após a luz os atingir não estava disponível anteriormente. "

Para resolver essa lacuna, a equipe liderada por Sebastian Westenhoff, Professor do Departamento de Química e Biologia Molecular, Universidade de Gotemburgo, e Marius Schmidt, Professor do Departamento de Física, University of Wisconsin-Milwaukee, NÓS, usou um novo laser de raios-X que pode capturar imagens de proteínas em um nível atômico a cada 10 femtossegundos (um quatrilionésimo de segundo). Isso permitiu que eles revelassem o movimento de cada componente atômico da proteína fitocromática e reunissem a cascata de eventos que desencadeia o crescimento em resposta à luz.

A equipe encontrou rearranjos surpreendentemente grandes do cromóforo e de suas estruturas protéicas imediatamente após a absorção da luz. Eles observaram a torção de parte do cromóforo chamado anel D, que por sua vez causa o deslocamento dos anéis vizinhos, bem como mudanças de átomos ao redor do cromóforo. Surpreendentemente, eles também descobriram a liberação de uma molécula de água, chamada água pirrole, que é encontrado no mesmo lugar em fitocromos em todos os organismos.

"Essas descobertas demonstram que a resposta inicial à luz é altamente coletiva e que muitas partes do cromóforo e da proteína do fitocromo desempenham um papel importante, "conclui o autor sênior Sebastian Westenhoff." Nosso estudo confirma um modelo de trabalho anterior do movimento de torção do anel D e sugere que a molécula de água pirrole também é importante neste processo. Propomos que ambos os eventos químicos trabalhem juntos, permitindo que as proteínas fitocromáticas traduzam a luz em sinais estruturais, orientando o crescimento e desenvolvimento das plantas, fungos e bactérias na Terra. "