Ciencias

Examinando el papel de las proteínas transportadoras de oxígeno en la evolución temprana de la multicelularidad

La expresión heteróloga de proteínas transportadoras de oxígeno aumenta la profundidad de la difusión de O2 en la levadura copo de nieve. (A) Esquema que muestra la construcción de cepas de levadura copo de nieve que expresan mioglobina o miohemeritrina integrada en el locus HO. (B) Cuantificación de la profundidad de difusión de oxígeno utilizando el reportero mitocondrial MitoLoc en grupos de levadura de copo de nieve que expresan proteínas de unión a oxígeno o controles de tipo salvaje bajo limitación de oxígeno. La expresión de miohemeritrina y mioglobina aumentó significativamente la profundidad de la difusión de oxígeno, pero sólo en un entorno con bajo contenido de oxígeno. Los datos son media ± DE (C). Micrografías de fluorescencia representativas de MitoLoc que muestran una mayor profundidad de penetración de oxígeno (amarillo) en grupos que expresan mioglobina (derecha) en comparación con un control natural (izquierda) con niveles bajos de oxígeno. —biorxiv.org/

La disponibilidad de oxígeno es un factor clave en la evolución de la multicelularidad, ya que los organismos más grandes y sofisticados suelen requerir mecanismos que permitan el suministro eficiente de oxígeno a sus tejidos. Uno de estos mecanismos es la presencia de proteínas transportadoras de oxígeno, como globinas y hemeritrinas, que surgieron en el antepasado de los animales bilaterales.

A pesar de su importancia, los mecanismos precisos por los cuales las proteínas transportadoras de oxígeno influyeron en las primeras etapas de la evolución multicelular bajo diferentes niveles de oxígeno ambiental aún no están claros. Abordamos esta brecha de conocimiento expresando heterólogamente las proteínas transportadoras de oxígeno mioglobina y miohemeritrina en levadura de copo de nieve, un sistema modelo de multicelularidad simple e indiferenciada. Estas proteínas aumentaron la profundidad y la tasa de difusión de oxígeno, aumentando la aptitud de la levadura de copo de nieve que crece aeróbicamente.

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Los experimentos muestran que, paradójicamente, las proteínas fijadoras de oxígeno confieren un mayor beneficio físico a los organismos más grandes en condiciones de alto contenido de O2, no de bajo. Mostramos mediante modelos biofísicos que esto ocurre porque la difusión facilitada es más eficiente cuando abunda el oxígeno, transportando una mayor cantidad de O2 que puede usarse para el metabolismo.

Al aliviar las limitaciones anatómicas de difusión del consumo de oxígeno, la evolución de las proteínas de unión a O2 en el Neoproterozoico rico en oxígeno puede haber sido un avance importante, permitiendo la evolución de linajes de metazoos multicelulares cada vez más grandes y complejos.

Examinando el papel de las proteínas transportadoras de oxígeno en la evolución temprana de la multicelularidad
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.12.01.569647v1

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