Пересмотр потока энергии в фотосинтезирующих клетках растений

Исследовательская группа доктора Буна Леонга Лима из Гонконгского университета, разработав инновационные методы визуализации изменений энергии в субклеточных компартментах живых растений, решила спорный вопрос в фотосинтезе. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Суть проблемы

Вопрос заключался в источнике NADH для митохондрий, необходимого для генерации ATP во время фотосинтеза. Существовали две противоположные гипотезы:

  1. Избыток NADPH из хлоропластов экспортируется в цитозоль в виде малата, который затем поступает в митохондрии и конвертируется в NADH.
  2. В процессе фотодыхания глициндекарбоксилаза генерирует большое количество NADH непосредственно в митохондриях, а его избыток экспортируется в цитозоль.

Направление работы малат-OAA челнока через мембрану митохондрий в этих двух путях было противоположным, что вызывало споры.

Метод решения

Группа доктора Лима ввела в модель C3-растения Arabidopsis thaliana два новых сенсора для измерения в реальном времени:

  • Динамических изменений уровня NADPH.
  • Соотношения NADH/NAD+ (отражающего редокс-статус клеточных компартментов).

Этот метод устранил недостатки традиционных химических методов, таких как невозможность измерений in planta, в реальном времени и в разных субклеточных компартментах.

Ключевое открытие

Используя сенсоры, исследователи обнаружили, что фотодыхание поставляет большое количество NADH в митохондрии во время фотосинтеза. Это количество превышает способность митохондрий рассеивать NADH.

«Следовательно, избыточный NADH должен экспортироваться из митохондрий в цитозоль через митохондриальный малат-OAA челнок», — сказала Шейли Лим, аспирант и первый автор статьи.

Значение работы

  • Решен давний спор о направлении потока восстановительных эквивалентов.
  • Пересмотрено понимание потока энергии между хлоропластами и митохондриями во время фотосинтеза.
  • Новые сенсоры имеют широкий потенциал для исследований в области биоэнергетики растений, включая изучение клеток-замыкающих устьиц, роста пыльцевой трубки и C4-растений.

«Для меня большая удовлетворенность — пересмотреть и прояснить некоторые общепринятые убеждения в моей области. Я надеюсь, что наши открытия в конечном итоге помогут человечеству повысить сельскохозяйственное производство», — добавил доктор Лим.