Фермент-"стабилизатор" контролирует скорость и эффективность фотосинтеза

Фотосинтез использует солнечный свет и атмосферный CO₂ для производства сахаров, но как он поддерживает этот процесс при изменении доступности света и углекислого газа, оставалось загадкой.

Новое исследование Дженнифер Джонсон и Джозефа Берри из Института Карнеги, опубликованное в Photosynthesis Research, показывает, что ключевую роль играет загадочный фермент — цитохромный b₆f комплекс.

Фотосинтез обеспечивает основу жизни на Земле, преобразуя энергию Солнца в химическую энергию, обогащает атмосферу кислородом и лежит в основе пищевой цепи.

На молекулярном уровне фотосинтез состоит из двух частей:

1. Светозависимое расщепление воды (H₂O) с выработкой химической энергии.
2. Фиксация атмосферного CO₂ в сахара с потреблением этой энергии.

Долгое время было неясно, как эти процессы координируются. За последние 50 лет накопились данные, что цитохром b₆f может быть ключевым звеном.

Джонсон разработала эксперименты, позволившие впервые наблюдать работу цитохрома b₆f в интактных живых листьях. Оказалось, что он регулирует поток электронов между двумя ключевыми пигмент-белковыми комплексами, улавливающими свет.

Результаты:

• При слабом свете цитохром b₆f позволяет электронам течь между комплексами с максимальной скоростью.
• При сильном свете он действует как "стабилизатор напряжения", ограничивая поток электронов до безопасного уровня, чтобы избежать повреждения клетки.

Это открытие позволило создать новую количественную модель фотосинтеза. Она описывает связь между биохимическими свойствами листьев и их фотосинтетической эффективностью в разных условиях (свет, CO₂, температура). Модель заменит классическую, разработанную в 1980 году Берри, Грэмом Фаркуаром и Сюзанной фон Кеммерер.

По словам Берри, эта работа изменит представления научного сообщества о фотосинтетическом транспорте электронов и подходы к моделированию фотосинтеза в глобальных системах Земли.