Учёные открыли механизм защиты фотосинтеза от повреждения светом
Исследователи из Имперского колледжа Лондона обнаружили механизм обратной связи в сердцевине фотосинтеза, который защищает растения от повреждения светом.
Ключевой фермент фотосинтеза, фотосистема II, может регулировать свою активность, чтобы избежать повреждения светом и кислородом. Это открытие может помочь оптимизировать рост растений в сельском хозяйстве.
Проблема накопления электронов
Когда листья закрывают устьица для предотвращения потери воды, это также блокирует поступление CO2. Углекислый газ внутри листа расходуется, и у электронов, которые генерирует фотосистема II, не остаётся субстрата для реакции. Они накапливаются.
Свет продолжает поступать, создавая избыток электронов. Некуда деться, они вступают в «обратные реакции», образуя «убийственную молекулу» — синглетный кислород, способный повредить фотосистему II.
Решение: обратная связь через бикарбонат
С помощью метода спектро-электрохимии учёные обнаружили защитный механизм. Накопленные электроны запускают высвобождение молекулы бикарбоната из фермента, который ранее считался постоянно связанным с ним.
Высвобождение бикарбоната не только замедляет реакцию расщепления воды, но и защищает фермент от светового повреждения, вызванного вредными обратными реакциями.
Бикарбонат образуется при растворении CO2 в воде, поэтому его концентрация связана с уровнем углекислого газа в среде. Низкий уровень CO2 вызывает накопление электронов и, как следствие, высвобождение бикарбоната — возникает интуитивная обратная связь.
«Это настолько интуитивный механизм обратной связи в сердце биологии, что я думаю, он попадёт в школьные учебники», — говорит ведущий автор, профессор Билл Резерфорд.
Опасность «перезарядки» растений
Второе исследование, опубликованное в журнале eLife, показало, что даже мерцание света из-за колыхания листьев на ветру создаёт опасные импульсы внутреннего электрического поля. Это усиливает вредные обратные реакции для электронов, приводя к фотоингибированию — процессу, который может ограничивать рост растений.
Значение открытий: Понимание этих регуляторных и защитных механизмов фотосинтеза может иметь важные последствия для попыток улучшить фотосинтез в целях более устойчивого сельского хозяйства.