La proteína más poderosa del mundo

En el 1771, Jospeh Priestley, un destacado científico inglés, llevó a cabo un simple experimento con una campana, una vela, un ratón y un manojo de menta que puso de manifiesto el status quo entre plantas y animales. Priestley y sus contemporáneos creían que una sustancia nociva, que llamaban flogisto, era liberada cuando una llama ardía. Para estudiarla, el científico encerró a un ratón junto con una vela dentro una campana. Poco después de que la llama se apagase, el pequeño roedor murió asfixiado. Sin embargo, cuando repitió el experimento añadiendo la menta, el ratón sobrevivió. Priestley concluyó que el primer ratón murió intoxicado por el flogisto y que las plantas alteraban el aire eliminándolo.

Más de cien años, y varios científicos, hicieron falta para desentrañar los misterios de la fotosíntesis

Los científicos franceses Antoine Lavoisier y su esposa Marie-Anne Pierrette Paulze, fundadores de la química moderna, refutaron la teoría del flogisto con sus descubrimientos sobre la combustión y la respiración. El ratón no murió contaminado, simplemente se quedó sin una sustancia esencial a la cual llamaron oxígeno. A pesar del acierto, aún quedaba por descifrar otro proceso que explicaría la segunda parte del experimento. Más de cien años, y varios científicos, hicieron falta para desentrañar los misterios de la fotosíntesis. En esta reacción, bajo la energía lumínica, una molécula de agua se rompe liberando oxígeno y otros compuestos. En presencia de la menta, el ratón pudo respirar el oxígeno residual de la fotosíntesis, y sobrevivir (al menos, durante un tiempo).

Gracias a la fotosíntesis, podemos respirar. Además, nos permite comer. En su fase oscura, el átomo de carbono del dióxido de carbono se incorpora a un glúcido. Es el paso de la materia inorgánica a la materia orgánica. Por eso, los que estamos peldaños arriba en la cadena trófica dependemos de plantas, algas y algunas bacterias. Curiosamente, la producción primaria está ligada básicamente a una proteína única; la RuBisCO. En otras palabras, la energía del Sol se materializa y llega a los seres vivos, directa o indirectamente, a través de esta enzima. Es imprescindible, pero desgraciadamente es poco eficiente. Para empezar, es muy vaga. Mientras la mayoría de enzimas procesan unas mil moléculas por segundo, la RuBisCO procesa unas tres. Las plantas superan esta deficiencia, sintetizándola a raudales. Como consecuencia, es la proteína-enzima más abundante de la Tierra. A veces, la cantidad compensa la calidad.

Dependiendo de la concentración, la enzima captura una molécula u otra, y entonces se desencadena la fotosíntesis o la fotorespiración

La RuBisCO no solo es lenta, es el Dr. Jekyll y Mr. Hyde de la naturaleza. Se comporta de dos formas distintas catalizando procesos opuestos. En 1920, el premio Nobel de Fisiología, Otto Warburg descubrió que el oxígeno puede inhibir la fotosíntesis de las plantas. El “efecto Warburg” fue demostrado por Bill Ogren y George Bowes al probar que el dióxido de carbono y el oxígeno compiten entre sí por la RuBisCO. Dependiendo de la concentración, la enzima captura una molécula u otra, y entonces se desencadena la fotosíntesis o la fotorespiración. En esta última, se consume oxígeno, se desprende dióxido de carbono y se disipa energía. Justo lo contrario a la fotosíntesis. La fotorrespiración reduce notablemente su eficiencia. A nivel de producción, es aparentemente inútil y contraproducente.

Los científicos estudian cómo mejorar el comportamiento de la RuBisCO. Favorecer la captura del dióxido de carbono podría aumentar el rendimiento de los cultivos y erradicar el hambre en el mundo. Hasta la fecha es más fácil decirlo que hacerlo. En algunas plantas modificadas genéticamente, la fijación del carbono es más elevada que en las silvestres, pero su crecimiento es más lento. Según estudios recientes, la fotorrespiración podría jugar roles beneficiosos regulando la fotosíntesis y protegiendo la planta en condiciones adversas. Por lo visto, las apariencias engañan o no hay mal que por bien no venga. De momento, decantar la balanza de la RuBisCO no da más ni mejores frutos.

Oscar Cusó (@oscarcuso) es biólogo, director y guionista de documentales de naturaleza, ciencia e historia. Ha trabajado en diferentes series y largometrajes para cadenas como la BBC, National Geographic o TVE.

Historias Naturales es una sección dedicada a las curiosidades científicas de los seres vivos. Una serie de reportajes donde se narran las historias que rodean a la flora y la fauna, desde sus leyendas y lunáticas concepciones hasta los descubrimientos más recientes. Un viaje del mito a la ciencia para descubrir las maravillas del mundo salvaje. El título de la sección juega con el plural para convertir la Historia Natural - concepción clásica de Biología - en cuentos, en relatos, en narraciones… en Historias Naturales.