UNIVERSIDAD DE BARCELONA

· El estudio, destacado por la revista Plant Physiology, revela que el cromoplasto es un orgánulo celular capaz de sintetizar ATP, como la mitocondria y el cloroplasto

Siempre se había pensado que las mitocondrias y los cloroplastos eran los únicos componentes de la célula vegetal capaces de producir energía química. Pero otro orgánulo celular, el cromoplasto, también tiene la capacidad de sintetizar energía para su metabolismo, según un artículo de la revista estadounidense Plant Physiology firmado por los investigadores Joaquín Azcón Bieto y Marta Renato, del Departamento de Biología Vegetal de la UB, y Albert Boronat e Irini Pateraki, del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la UB y el Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG).

El cromoplasto es un orgánulo celular propio de los vegetales que se caracteriza por acumular carotenoides, pigmentos que confieren la típica coloración amarilla, naranja o roja a muchas flores, raíces y frutos. Aparte de su papel en la síntesis de carotenoides, el cromoplasto es un orgánulo metabólicamente muy activo que participa en diferentes procesos biosintéticos durante la maduración de los frutos. Según el nuevo estudio, el cromoplasto también es capaz de producir energía química, es decir, sintetizar moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) mediante un proceso respiratorio denominado cromorrespiración.

Energía química: mitocondria, cloroplasto y también cromoplasto

Tal como explica el catedrático Joaquín Azcón Bieto, «se pensaba que la energía que necesitaba el cromoplasto venía de la mitocondria; pero nuestro trabajo, que está destacado en la sección «On the Inside» de la revista Plant Physiology, revela que el cromoplasto es el tercer orgánulo celular con capacidad bioenergética propia en las células vegetales».

«La cromorrespiración o actividad respiratoria en los cromoplastos —indica Azcón Bieto— es un proceso de síntesis de ATP de tipo quimiosmótico. Es decir, es un proceso de membrana basado en una cadena respiratoria que crea un gradiente de potencial electroquímico de protones y se acopla a la síntesis de ATP, como en las mitocondrias y los cloroplastos».

Tradicionalmente, el cromoplasto se consideraba un componente celular de carácter senescente, pero no es así. En trabajos anteriores, el equipo de la UB había descrito cómo los cromoplastos podían sintetizar lípidos sin la entrada de ATP externo. Tal como explica el catedrático Albert Boronat, «el cromoplasto es un orgánulo que deriva de los cloroplastos; no tiene capacidad fotosintética, pero metabólicamente es muy activo y todavía no se conocen bien todas sus funciones». Lo que se ha hecho en este trabajo es relacionar por primera vez el mecanismo de síntesis de ATP con un proceso respiratorio completo en el interior de este orgánulo.

Cromoplastos: máxima actividad durante la maduración del fruto

Los cromoplastos abundan en frutos como el tomate, el pimiento y los cítricos. En el estudio, los expertos de la UB han estudiado el proceso de maduración del tomate (Solanum lycopersicum), momento en que la actividad metabólica de los cromoplastos se dispara. Durante la maduración del tomate, la producción energética (ATP) en los cromoplastos va dirigida a elaborar moléculas propias (carotenoides tales como el licopeno y el beta-caroteno, aromas, etc.) para mejorar las propiedades cualitativas del fruto. En el pimiento rojo también se han encontrado indicios de que los cromoplastos son activos en la producción de energía propia.

A pesar de los elementos comunes con mitocondrias y cloroplastos, el proceso de síntesis de ATP en los cromoplastos tiene también características propias. Tal como explica la investigadora de la UB Marta Renato, primera autora del artículo y también miembro del CRAG, «en el cromoplasto hay un cambio en una subunidad reguladora de la ATP sintasa, que es la enzima que cataliza la síntesis de ATP». A este respecto, la especialista puntualiza: «En el caso del cloroplasto, que tiene capacidad fotosintética, la ATP sintasa se inactiva con la oscuridad. En el cromoplasto, esta enzima siempre está activa, y todo apunta a que esto es posible gracias al cambio en esa subunidad».

Una mirada evolutiva al mundo de las cianobacterias

En los cromoplastos, los autores también han identificado la presencia del citocromo c6, un componente típico de las cianobacterias. Para Marta Renato, este descubrimiento abre una interesante visión evolutiva, ya que las cianobacterias son el origen de los plastos (cloroplastos, cromoplastos, etc.) y pueden hacer tanto la fotosíntesis como la respiración: «En nuestra investigación, hemos visto que en la cadena respiratoria de los cromoplastos, como mínimo, se ha recuperado un elemento que forma parte de la maquinaria respiratoria de las cianobacterias».

En el trabajo, el equipo de la UB ha aplicado un protocolo de referencia para aislar cromoplastos y medir la producción de ATP, una metodología de referencia que publicaron en un reciente artículo en la revista en línea Bio-protocol (2014).

Artículos:

Marta Renato, Irini Pateraki, Albert Boronat, Joaquín Azcón Bieto. «Tomato Fruit Chromoplasts Behave as Respiratory Bioenergetic Organelles during Ripening», Plant Physiology, octubre de 2014. Doi: 10.1104/pp.114.243931

Irini Pateraki, Marta Renato, Joaquín Azcón Bieto, Albert Boronat. «An ATP synthase harboring an atypical γ-subunit is involved in ATP synthesis in tomato fruit chromoplasts». The Plant Journal, enero de 2013. Doi: 10.1111/tpj.12109