Control redox de la percepción de metales y del metabolismo del carbono en cianobacterias

Abstract

Las cianobacterias son organismos procariotas capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica de forma similar a las plantas superiores, pues son los antecesores de los cloroplastos. Por este motivo existen grandes similitudes entre el metabolismo de cianobacterias y cloroplastos, permitiendo el uso de las cianobacterias como organismos modelo para el estudio de la fotosíntesis. En esta tesis se ha estudiado la regulación de dos procesos relacionados con la fotosíntesis: el transporte de electrones y la fijación del CO2 en el ciclo reductivo de las pentosas fosfato. En la cadena de transporte electrónico la plastocianina (PC) y el citocromo c6 (Cytc6) son dos proteínas pequeñas alternativas que transportan los electrones desde el complejo del citocromo b6f hasta el fotosistema I. Ambas proteínas se encuentran en la mayoría de las cianobacterias y algas verdes, aunque en plantas solo está presente la PC. La expresión de ambas depende de la disponibilidad de Cu en el medio, pues en presencia de Cu se expresa PC y en ausencia de Cu se expresa Cytc6. A pesar de que este intercambio proteico se ha conocido durante más de 40 años, su mecanismo de regulación era desconocido. En esta tesis se ha descrito el funcionamiento de este mecanismo en cianobacterias, constituido por una proteasa de membrana (PetP) capaz de detectar el cobre y un regulador transcripcional (PetR). Tras su interacción con cobre PetP se activa y ejerce su actividad proteasa sobre PetR. Este regulador, a su vez, interacciona con los promotores de ambos genes y actúa como un represor sobre el gen que codifica para Pc y como un activador en el gen que codifica para Cytc6. Al igual que el transporte electrónico fotosintético la fijación de CO2 en cianobacterias y cloroplastos presenta similitudes. Una de las diferencias es la existencia, en cianobacterias, de una enzima que presenta las actividades sedoheptulosa-1, 7-bisfosfatasa y fructosa-1,6-bisfosfatasa (FBP/SBPasa). Muchas cianobacterias presentan también otra enzima con actividad fructosa-1,6-bisfosfatasa exclusivamente (FBPasa). En plantas, ambas actividades están reguladas por su estado de oxido-reducción (redox) mediado por el sistema tiorredoxina, pero existían datos contradictorios en las enzimas de cianobacteria. En esta tesis se ha estudiado la regulación redox de ambas enzimas, su relación con las tiorredoxinas cianobacterianas y las cisteínas implicadas en los cambios conformacionales derivados de los cambios en el estado redox, y por tanto en la regulación, de la FBP/SBPasa. Igualmente, se ha estudiado la función de ambas enzimas en distintas condiciones de crecimiento encontrándose que la FBP/SBPasa es esencial para el crecimiento fotoautotrófico. Mediante ensayos de complementación con los genes que codifican para las SBPasa y FBPasa cloroplastídicas se ha determinado que ambas actividades son esenciales en cianobacterias. Finalmente, se ha demostrado que el sistema de regulación redox de cianobacteria puede reducir tanto a estas enzimas cloroplastídicas como a una tiorredoxina tipo f de planta.