30.18: Sistemas sensoriales y respuestas vegetales - El sistema fitocromo y la respuesta a la luz roja
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- Explicar la respuesta del sistema fitocromo a la luz roja/rojo lejano
Los fitocromos son una familia de cromoproteínas con un cromóforo tetrapirrol lineal, similar al grupo principal de clorofila absorbente de luz de tetrapirrol anillado. Los fitocromos tienen dos formas foto-interconvertibles: Pr y Pfr. Pr absorbe la luz roja (~667 nm) y se convierte inmediatamente a Pfr. Pfr absorbe la luz roja lejana (~730 nm) y se convierte rápidamente de nuevo a Pr. La absorción de luz roja o roja lejana provoca un cambio masivo en la forma del cromóforo, alterando la conformación y actividad de la proteína fitocromática a la que se une. Pfr es la forma fisiológicamenteactiva de la proteína; la exposición a la luz roja produce actividadfisiológica en la planta. La exposición a luz roja lejana convierte el Pfr en la forma Pr inactiva, inhibiendo la actividad del fitocromo. En conjunto, las dos formas representan el sistema fitocromo.
El sistema de fitocromo actúa como un interruptor de luz biológico. Monitorea el nivel, intensidad, duración y color de la luz ambiental. El efecto de la luz roja es reversible al brillar inmediatamente luz roja lejana sobre la muestra, lo que convierte la cromoproteína en la forma Pr inactiva. Adicionalmente, Pfr puede volver lentamente a Pr en la oscuridad o descomponerse con el tiempo. En todos los casos, se invierte la respuesta fisiológica inducida por la luz roja. La forma activa del fitocromo (Pfr) puede activar directamente otras moléculas en el citoplasma, o bien puede traficarse al núcleo, donde activa o reprime directamente la expresión génica específica.
El Sistema Fitocromo y Crecimiento
Las plantas utilizan el sistema fitocromo para crecer lejos de la sombra y hacia la luz. Sin filtrar, la luz solar completa contiene mucha más luz roja que la luz roja lejana. Cualquier planta a la sombra de otra planta estará expuesta a luz empobrecida en rojo y enriquecida en rojo lejano porque la otra planta ha absorbido la mayor parte de la otra luz roja. La exposición a la luz roja convierte el fitocromo en las hojas sombreadas a la forma Pr (inactiva), lo que ralentiza el crecimiento. Las hojas a plena luz solar están expuestas a luz roja y tienen Pfr activado, lo que induce el crecimiento hacia áreas iluminadas por el sol. Debido a que la competencia por la luz es tan feroz en una comunidad de plantas densas, aquellas plantas que podrían crecer hacia la luz de manera más rápida y eficiente se convirtieron en las más exitosas.
El Sistema Fitocromo en Semillas
En las semillas, el sistema fitocromo se utiliza para determinar la presencia o ausencia de luz, más que la calidad. Esto es especialmente importante en especies con semillas muy pequeñas y, por lo tanto, reservas de alimentos. Por ejemplo, si las plántulas de lechuga germinaran un centímetro bajo la superficie del suelo, la plántula agotaría sus recursos alimenticios y moriría antes de llegar a la superficie. Una semilla solo germinará si se expone a la luz en la superficie del suelo, provocando que Pr se convierta en Pfr, señalando el inicio de la germinación. En la oscuridad, el fitocromo está en la forma Pr inactiva por lo que la semilla no germinará.
Fotoperiodismo
Las plantas también utilizan el sistema de fitocromo para ajustar el crecimiento según las estaciones. El fotoperiodismo es una respuesta biológica al tiempo y duración de los períodos de oscuridad y luz. Dado que la luz solar sin filtrar es rica en luz roja, pero deficiente en luz roja lejana, al amanecer, todas las moléculas de fitocromo en una hoja se convierten a la forma activa de Pfr y permanecen en esa forma hasta el atardecer. Dado que Pfr vuelve a Pr durante la oscuridad, no quedará Pfr al amanecer si la noche es larga (invierno) y algo de Pfr restante si la noche es corta (verano). La cantidad de Pfr presente estimula la floración, el ajuste de los cogollos de invierno y el crecimiento vegetativo según las estaciones.
Además, el sistema de fitocromo permite a las plantas comparar la duración de los periodos de oscuridad a lo largo de varios días. Las noches de acortamiento indican primavera a la planta; las noches de alargamiento indican otoño. Esta información, junto con la detección de temperatura y disponibilidad de agua, permite a las plantas determinar la época del año y ajustar su fisiología en consecuencia. Las plantas de día corto (noche larga) utilizan esta información para florecer a fines del verano y principios del otoño cuando las noches superan una duración crítica (a menudo ocho horas o menos). Las plantas de día largo (noche corta) florecen durante la primavera cuando la oscuridad es menor que una longitud crítica (a menudo de 8 a 15 horas). Sin embargo, las plantas de día neutro no regulan la floración por la duración del día. No todas las plantas utilizan el sistema de fiotocromo para ajustar sus respuestas fisiológicas a las estaciones del año.
Puntos Clave
- La exposición a la luz roja convierte la cromoproteína a la forma funcional activa (Pfr), mientras que la oscuridad o la exposición a la luz roja lejana convierte el cromóforo a la forma inactiva (Pr).
- Las plantas crecen hacia la luz solar porque la luz roja del sol convierte la cromoproteína en la forma activa (Pfr), lo que desencadena el crecimiento de las plantas; las plantas en sombra ralentizan el crecimiento debido a que se produce la forma inactiva (Pr).
- Si las semillas perciben la luz usando el sistema fitocromo, germinarán.
- Las plantas regulan el fotoperiodismo midiendo la relación Pfr/Pr al amanecer, lo que luego estimula procesos fisiológicos como la floración, el ajuste de los cogollos de invierno y el crecimiento vegetativo.
Términos Clave
- fitocromo: cualquiera de una clase de pigmentos que controlan la mayoría de las respuestas fotomorfogénicas en plantas superiores
- cromóforo: el grupo de átomos en una molécula en la que se encuentra la transición electrónica responsable de una banda espectral dada
- fotoperiodismo: el crecimiento, desarrollo y otras respuestas de plantas y animales según la duración del día y/o de la noche