Segregación de la fijación del nitrógeno y la fotosíntesis oxigenada en la cianobacteria marina Trichodesmium

Área de la Ciencia:

• Microbiología marina microbiología marina.
• La bioquímica es la bioquímica.
• Biología evolutiva Biología evolutiva.

Sus antecedentes:

• Las cianobacterias filamentosas y no heterocistas, particularmente Trichodesmium, son los principales contribuyentes a la fijación de nitrógeno oceánico.
• La fijación de nitrógeno ocurre durante el fotoperíodo, coincidiendo con la fotosíntesis oxigenada, sin embargo, la enzima nitrogenasa es sensible al oxígeno.
• El mecanismo que protege a la nitrogenasa del oxígeno fotosintético ha sido una pregunta de larga data.

Objetivo del estudio:

• Para dilucidar los mecanismos de protección de la nitrogenasa durante la fotosíntesis simultánea y la fijación de nitrógeno en Trichodesmium.
• Investigar la segregación temporal y espacial de estos procesos dentro del fotoperiodo.

Principales métodos:

• Se utilizó la fluorometría de velocidad de repetición rápida (FRRf) para evaluar la actividad fotosintética.
• Empleado microscopía cinética de fluorescencia (FKM) para visualizar la dinámica espacial y temporal.
• Investigó el papel del transporte de electrones fotosintéticos lineales en el manejo del oxígeno.

Principales resultados:

• Demostró la segregación temporal y espacial de la fijación del nitrógeno (N2) y la fotosíntesis dentro del fotoperiodo.
• Identificó el transporte de electrones fotosintético lineal, específicamente en el fotosistema I (PSI), como un mecanismo de protección clave.
• Se demostró que la PSI reduce activamente el oxígeno fotosintéticamente evolucionado, protegiendo así a la nitrogenasa.

Conclusiones:

• La nitrogenasa está protegida del oxígeno por la cadena de transporte de electrones fotosintéticos, particularmente PSI, que consume O2 evolucionado.
• Este mecanismo permite que la fijación de nitrógeno ocurra simultáneamente con la fotosíntesis oxigenada en Trichodesmium.
• La hipótesis es que el papel de la PSI en proporcionar un microambiente anaeróbico para la nitrogenasa fue evolutivamente ventajoso para las primeras cianobacterias.