Циклический поток электронов в фотосистеме I как защита растений от стресса

Растения подвержены стрессу, а избыточная световая энергия при фотосинтезе приводит к образованию активных форм кислорода (АФК), вызывающих окислительное повреждение. Растения могут подавлять образование АФК за счёт окисления P700 (реакционного центра хлорофилла в фотосистеме I). Новое исследование раскрывает детали этого процесса.

Ключевое открытие: индуцированный окислением P700 циклический поток электронов (CEF) в фотосистеме I (PSI) представляет собой рекомбинацию заряда внутри PSI-комплекса.

Методология: Исследователи из Университета Кобе (проф. Ч. Мияке, доц. С. Вада, К. Кадота) в сотрудничестве с Университетом Тохоку и Университетом Ивате проанализировали взаимодействие переносчиков электронов в комплексе PSI и квантового выхода PSII [Y(II)] на листьях пшеницы.

Механизм процесса:

  1. При возбуждении P700 (P700*) происходит разделение зарядов: электрон передаётся на переносчик A0, а P700 окисляется до P700+.
  2. Электрон от A0 последовательно передаётся на A1, FX и FA/FB, а затем через ферредоксин (Fd) на NADP+ для образования NADPH (линейный поток).
  3. При накоплении P700+ происходит рекомбинация заряда: электроны возвращаются с переносчиков (в первую очередь, с FX) обратно на P700+.
  4. Наблюдения за скоростью реакции в листьях показали, что рекомбинация между FX и P700+ является доминирующим путём.

Физиологическая роль:

  • Подавление образования АФК: Переносчики электронов A0, A1, FX, FA/FB имеют очень низкий восстановительный потенциал и могут легко передавать электроны кислороду, образуя АФК. Рекомбинация заряда подавляет это взаимодействие, отводя электроны обратно на P700+.
  • Ранее рекомбинация заряда была обнаружена в биохимически изолированных PSI-комплексах, цианобактериях и зелёных водорослях, но её роль в фотосинтезе высших растений была неясна.

Вывод: Исследование определяет CEF, индуцированный окислением P700, как реакцию рекомбинации заряда внутри PSI-комплекса. Следующий шаг — изучение универсальности этой роли рекомбинации в PSI.

Результаты опубликованы 5 июня в журнале Plants.

2019-06-19