Come vengono trasportati gli aminoacidi nelle piante
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Le piante producono tutti gli aminoacidi essenziali per la vita umana. Ciò avviene comunemente in organelli cellulari specializzati, i cosiddetti plastidi. Un team di ricerca guidato dalla Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU) ha ora decodificato il meccanismo con cui le piante distribuiscono questi aminoacidi all'interno dei loro organismi. Nella rivista scientifica Nature Plants, i ricercatori descrivono il meccanismo e la classe di proteine di trasporto utilizzate per questo processo. I risultati potrebbero contribuire alla selezione di piante coltivate con un contenuto più elevato di aminoacidi essenziali e quindi con una migliore qualità nutrizionale.
Le proteine - i mattoni fondamentali di ogni organismo - sono molecole di grandi dimensioni, composte da molti cosiddetti aminoacidi. L'uomo è in grado di produrre autonomamente alcuni di questi aminoacidi, ma altri - gli "aminoacidi essenziali" - devono essere ottenuti dagli alimenti. Le piante sintetizzano da sole tutti e 20 gli aminoacidi "proteinogenici", di cui sono composte le proteine, rendendo le piante il fornitore ideale di aminoacidi per la dieta umana.
Tuttavia, le piante non producono gli aminoacidi in tutte le aree. Nove di queste molecole, tra cui importanti elementi costitutivi come la lisina e l'arginina, sono prodotte solo nei plastidi. Anche i "cloroplasti", in cui avviene la fotosintesi, sono plastidi. Finora non si sapeva come gli aminoacidi venissero trasportati dai plastidi alle altre parti della pianta.
Il gruppo di ricerca guidato dal professor Andreas P. M. Weber dell'Istituto di Biochimica Vegetale della HHU ha ora attribuito la funzione di trasporto degli aminoacidi attraverso le membrane dei cloroplasti a una classe di proteine di trasporto chiamate RETICULATA1 (in breve: RE1). Ciò consente lo scambio di aminoacidi all'interno della pianta.
Il professor Weber, autore corrispondente dello studio, pubblicato su Nature Plants: "La funzione molecolare di RE1 è stata un mistero per decenni, anche se si sapeva che mutazioni in questo gene causano forme fogliari vistose nella pianta modello Arabidopsis thaliana (crescione). Ora dimostriamo che RE1 è un trasportatore specializzato per aminoacidi basici come arginina, citrullina, ornitina e lisina".
Le piante prive di RE1 non solo hanno una caratteristica forma fogliare "reticolata", ma contengono anche solo piccole quantità di aminoacidi basici nelle foglie e nei cloroplasti. L'autrice principale, la dott.ssa Franziska Kuhnert, ha dichiarato: "Questo indica una distribuzione di aminoacidi disturbata nella pianta. La perdita completa di RE1 e del suo parente più prossimo RER1 (RETICULATA-RELATED1) è addirittura letale per la pianta, il che sottolinea il ruolo essenziale di queste proteine".
Il team di ricerca è stato anche in grado di dimostrare che la perdita di RE1 riduce la biosintesi di aminoacidi basici e compromette l'equilibrio dei pool di aminoacidi tra i plastidi e il citosol, il fluido all'interno delle cellule.
Kuhnert: "RE1 e le proteine correlate si trovano esclusivamente negli organismi che contengono plastidi. Poiché tutte le piante e le alghe fotosintetiche possiedono proteine RE, queste proteine devono essere antiche in termini evolutivi e provenire da un'epoca in cui i plastidi si sono formati attraverso l'"endosimbiosi" - l'assorbimento di cellule precedentemente indipendenti in altre cellule. RE1 potrebbe aver dato un importante contributo a questo sviluppo evolutivo delle piante".
"I nostri risultati forniscono indicazioni cruciali sulla complessa connessione tra il trasporto di aminoacidi nei plastidi e lo sviluppo delle foglie, nonché la distribuzione dei nutrienti nelle piante", riassume Weber, aggiungendo: "La scoperta apre nuove prospettive per la selezione delle piante e consente di sviluppare colture con un contenuto più elevato di aminoacidi essenziali. Ciò può contribuire alla sicurezza alimentare globale".
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