Importancia de las Proteínas
Desde la germinación hasta la reproducción, muchas etapas de crecimiento y desarrollo tienen lugar en las plantas. Tratándose de plantas cultivadas, los agricultores procuran que esas etapas ocurran de una manera eficiente para incrementar los rendimientos. Sin embargo, cuando se trata de malezas, las cuales reducen los rendimientos de los cultivos, se hace necesario inhibir dichas etapas de crecimiento y desarrollo. En cualquiera de estas dos situaciones, las proteínas juegan un papel fundamental. Las proteínas son importantes macromoléculas que participan en todos los aspectos del crecimiento y desarrollo de las plantas. Entre otros procesos, las proteínas están involucradas en la catálisis de reacciones bioquímicas (donde participan las enzimas), el transporte a través de membranas, la estructura celular, la generación de energía y el transporte de electrones, solo por mencionar algunos ejemplos. A pesar de su importancia, comparadas con los animales, las plantas contienen niveles relativamente bajos de proteínas; esto es debido a que los carbohidratos estructurales (celulosa) componen la mayor parte de la estructura de las plantas.
Para entender mejor el crecimiento y desarrollo de las plantas, es necesario conocer mas sobre las proteínas. Primeramente es necesario saber que las proteínas están formadas por moléculas mas pequeñas llamadas aminoácidos. La estructura molecular general de los aminoácidos se ilustra en la Figura 1. Observe que todos los aminoácidos contienen tanto un grupo amino como un grupo carboxilo. Sin embargo, cada aminoácido difiere en el grupo 'R', o cadena lateral. Como ejemplo, la estructura del triptófano se muestra en la Figura 2.
Figura 1: Todos los aminoácidos contienen tres partes: un grupo amino (NH3+), un grupo carboxilo (COO-) y un grupo 'R'. El grupo 'R' difiere entre aminoácidos.
Figura 2: Estructura del aminoácido triptófano.
Figura 3: Las tres estructuras de las proteínas: (A) estructura primaria, la secuencia de aminoácidos; (B) estructura secundaria, enrollamiento y/o plegado de un polipéptido; (C) estructura terciaria, el arreglo tridimensional general de un polipéptido.
A diferencia de los animales, las plantas no obtienen los aminoácidos requeridos consumiendo otros organismos. Por lo tanto, todos los aminoácidos deben ser sintetizados por la propia planta. Un gran reto para las plantas radica en que las proteínas presentan un tiempo de vida limitado, por lo que deben ser constantemente traducidas del ARN-m (ácido ribonucleico mensajero; abreviado como m-RNA en inglés) a fin de que la planta tenga un crecimiento y desarrollo normal continuo. Esto significa que debe haber un abastecimiento suficiente de todos los 20 aminoácidos requeridos para la síntesis de proteínas para que pueda ocurrir el crecimiento y desarrollo de la planta.
Una proteína se forma cuando una serie de aminoácidos se unen por medio de enlaces químicos. El arreglo de los aminoácidos en una proteína puede ser descrito a tres diferentes niveles: las estructuras primaria, secundaria y terciaria (Figura 3). La estructura primaria es simplemente el orden específico en que los aminoácidos se unen para formar un péptido. Este orden está determinado por la secuencia del ADN (DNA en inglés) del gen que codifica la síntesis de un péptido o proteína en particular (Figura 3A).
La estructura secundaria de una proteína describe la forma en que una secuencia de aminoácidos se pliega o enrolla. Las diferentes interacciones y enlaces químicos entre los aminoácidos de un mismo péptido determinan si la cadena tiende a enrollarse o a plegarse (o ambas) (Figura 3B).
Finalmente, la estructura terciaria de una proteína describe la forma general o configuración tridimensional de una proteína (Figura 3C). Esta forma o configuración determina finalmente la función específica de una proteína.
Por lo tanto, al modificarse la secuencia de un gen se cambiará la estructura primaria de la proteína codificada, es decir su secuencia de aminoácidos. Esto a su vez puede alterar la estructura secundaria y por lo tanto su forma, o sea su estructura terciaria. Al ser alterada su forma, es posible que la proteína funcione de una manera diferente.
Un ejemplo de modificación genética es la que se presenta en las plantas resistentes al glifosato. La enzima EPSP sintasa (5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa) de las plantas resistentes presenta una forma ligeramente diferente a la EPSP sintasa de las plantas susceptibles. En algunos casos, esta alteración es debida a una simple mutación genética. Detalles al respecto se explicarán mas adelante.