Panel data analysis 78 

En los cloroplastos, se generan continuamente ROS, principalmente por la transferencia directa de la energía de excitación desde la clorofila o por la reducción incompleta del oxígeno en el PSII. Estos ROS incluyen oxígenos moleculares singlete (1O2), radicales aniónicos superóxido

(O2•-), radicales hidroxilo (HO-) y peróxido de hidrógeno (H2O2). La toxicidad del H2O2 no se debe

a su reactividad per se, sino que requiere de la presencia de un metal redundante para formar un grupo hidroxilo altamente reactivo, el cual reacciona potencialmente con todas las moléculas biológicas. Así, los metales de transición, como los iones de hierro y cobre, pueden reaccionar con el H2O2 por catálisis enzimática durante condiciones de estrés para producir radicales

hidroxilos altamente reactivos (reacción de Fenton), los cuales oxidan proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. El aumento de la fotorrespiración y la actividad NADPH durante el estrés contribuyen al incremento en la acumulación de H2O2, que inactiva enzimas por la oxidación de los grupos

tiol (Bartels & Sunkar, 2005). In vivo, la amplitud del daño bajo cualquier tipo de estrés depende del equilibrio entre los procesos de daño y reparación. El aparato fotosintético es muy sensible a daños, y debe conservarse o repararse rápidamente tras un estrés. Existen dos formas principales de deficiencia inducida por estrés en la fotosíntesis: el daño directo inducido por el factor estresante, y la inhibición de la síntesis de proteínas por los ROS. Se han descrito, al menos, tres puntos sensibles a estrés en la maquinaria fotosintética: los fotosistemas, principalmente el PSII, la síntesis de ATP, y los procesos de asimilación del carbono. Estreses como la limitación de CO2, deshidratación, frío o alta salinidad pueden catalogarse como

estreses oxidativos que inhiben la reparación del PSII y/o del PSI (Allakhverdiev et al., 2008). El PSII es un sitio crítico de daño durante condiciones de estrés como deshidratación, calor, alta luminosidad, y luz UV-B (Allakhverdiev et al., 2008). El estrés hídrico normalmente provoca el daño del complejo OEC y del RC del PSII (Georgieva et al., 2009). Entre los componentes intrínsecos del PSII, la proteína D1 es particularmente vulnerable al daño producido por los ROS (Aro et al., 1993. 2005; Nixon et al., 2010). Cuando el OEC se daña, se interrumpe el suministro

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de electrones desde el agua a las clorofilas P680 oxidadas. Bajo estas condiciones, la absorción de luz visible por las clorofilas y la transferencia de energía de excitación siguen ocurriendo, produciéndose una fuerte oxidación que daña a la proteína D1. Alternativamente, la disrupción del OEC permite el acceso de las moléculas de O2 a las clorofilas P680, generándose ROS que

pueden dañar el RC del PSII (Nishiyama et al., 2011). Las proteínas extrínsecas y los cofactores parecen contrarrestan la acción negativa de los ROS sobre el PSII (Allakhverdiev et al., 2008). Cuando las células fotosintéticas se exponen a la luz, tienen lugar dos fenómenos distintos, el daño sobre el PSII producido por la luz, y la reparación del PSII. Los organismos fotosintéticos son capaces de vencer el daño producido por la luz en el PSII mediante la rápida y eficiente reparación de los componentes dañados, lo cual requiere la síntesis de novo de proteínas. Cuando la tasa de daño del PSII excede a la de reparación, la luz se convierte en un problema para la planta en términos de capacidad fotosintética, produciéndose la fotoinhibición del PSII (Aro et al., 1993; Nishiyama et al., 2011). Numerosos estudios sugieren que las proteínas D2 y PsbH también sufren daños ocasionalmente por la luz. La reparación del daño en el PSII producido por la luz requiere la sustitución rápida de la proteína D1 dañada, mediante la síntesis

de novo (Aro et al., 2005; Nixon et al., 2010). La síntesis de novo de proteína D1, así como la de

otras proteínas, se reprime por elevadas concentraciones intracelulares de ROS (Nishiyama et

al., 2011).

El PSI, en comparación con el PSII, se considera resistente a estrés (Sonoike, 2011). En particular, la desecación en oscuridad puede producir daños en el PSI de plantas sensibles a la desecación (plantas homohídricas), pero no en plantas de resurrección (o poiquilohídricas; Deng

et al., 2003; Georgieva et al., 2009). Durante el proceso de fotoinhibición, disminuye la tasa de

fotosíntesis como consecuencia del exceso de luz (Sonoike, 2011). Existen varios estudios que demuestran la fotoinhibición del PSI, aunque sólo un par de especies vegetales han mostrado fotoinhibición selectiva del PSI in vivo, con pequeños efectos en el PSII. Para muchas de las otras especies vegetales, el alcance de la fotoinhibición del PSI es igual o menor a la observada en el PSII. La fotoinhibición del PSI puede ser más peligrosa que la del PSII, debido a la lenta tasa de recuperación del PSI. La fotoinhibición del PSI no sólo es irreversible, sino que es la causa potencial de multitud de daños secundarios, por lo que parece lógico que el PSI esté bien protegido contra la fotoinhibición in vivo en muchas especies vegetales y bajo determinadas condiciones ambientales. Durante la fotoinhibición del PSI se produce la degradación de las subunidades del RC del PSI. Se ha descrito la fragmentación de las subunidades PsaA y PsaB, así

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como la fragmentación de otras subunidades pequeñas del PSI. La tasa de reposición de subunidades del PSI no es tan alta como la observada para la proteína D1, por lo que la recuperación del PSI tras la fotoinhibición es muy lenta, en comparación con la recuperación del PSII. Además, la mayoría de los complejos RC del PSI fotoinhibido no se reparan, sino que se degradan tras la fotoinhibición junto con las clorofilas unidas a ellos (Sonoike, 2011).

EL PSII puede causar la fotoinhibición del PSI in vivo. El flujo de electrones desde el PSII es esencial para la fotoinhibición del PSI. Los electrones suministrados por el PSII reducen las moléculas de oxígeno en el sitio aceptor del PSI, resultando en la formación de radicales aniónicos superóxido y la reducción del grupo 4Fe4S que sirve como aceptor de electrones del PSI. El peróxido de hidrógeno producido por la dismutación de los radicales superóxidos, reaccionan con los centros Fe o FeS reducidos, produciendo radicales hidroxilo que inmediatamente destruyen los centros 4Fe4S (Sonoike, 2011). Así, cualquier inhibición en la actividad del PSII puede proteger al PSI de la fotoinhibición. La fotoinhibición del PSII puede actuar como un mecanismo protector del PSI. La regulación negativa de la actividad del PSII puede ser esencial para la supervivencia bajo condiciones de estrés (Tikkanen et al., 2014). Los ROS producidos en las clorofilas antenas pueden causar la fotoinhibición del PSI en ausencia de actividad del PSII (Sonoike, 2011).

Además, la fotoinhibición del PSI puede causar la fotoinhibición del PSII. Una vez que se induce la fotoinhibición del PSI, se bloquea la transferencia de electrones al PSI, produciéndose la sobre-reducción de las plastoquinonas en presencia de un PSII activo. Además, el bloqueo de la transferencia de electrones al PSI puede también causar el colapso de la síntesis de ATP. La síntesis de proteína D1 para la reparación del PSII necesita el suministro continuo de energía. La disminución de la síntesis de ATP puede afectar a la reparación del PSII, provocando la fotoinhibición del PSII (Sonoike, 2011).