BioScience Blog – Научный Биологический блог

Известно, что фотосинтетические мембраны зеленых водорослей и высших растений обладают сложной системой регуляции, позволяющей адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. Ксантофиловый цикл (цикл каротиноидов), а также state transitions являются основными механизмами защиты фотосинтетических мембран от фотоповреждения. Запасание энергии в форме ΔµН приводит к закислению люмена и активации виолаксантиндеэпоксидазы, фермента превращающего виолаксантин мобильных антенных комплексов второй фотосистемы в антераксантин и затем в зеаксантин. В результате происходит понижение электронных уровней и каротиноид, ранее передававший энергию на хлорофилл, становится акцептором, способным тушить возбужденные состояния хлорофилла.

Целью данного исследования было изучение влияния ΔµН на скорость электронного транспорта, а также связь ΔµН и ксантофилового цикла.

В качестве объекта исследования использовались хлоропласты из листьев гороха (Pisum sativum), выделенные по методу Арнона. Способность хлоропластов генерировать ΔµН на свету была проверена методом замедленной флуоресценции (длительное послесвечение). Для сброса протонного градиента хлоропласты обрабатывали 10-7М нигерицином. Суспензию хлоропластов адаптировали к темноте, а затем к свету высокой интенсивности.

В качестве методов исследования использовали импульсную флуориметрию с пикосекундным временным разрешением, абсорбционную и флуоресцентную спектроскопию, спектроскопию комбинационного рассеяния. Для регистрации индукции флуоресценции хлорофилла использовали прибор Plan Efficiency Analyzer (PEA).

Анализ кинетик затухания флуоресценции хлорофилла показал, что ΔµН, возникающий при освещении хлоропластов, приводит к снижению скорости электронного транспорта второй фотосистемы. Предварительная обработка хлоропластов 10-7 М нигерицином с последующим освещением приводит к менее значительным изменениям скорости электронного транспорта. В результате адаптации к интенсивному свету происходит значительное снижение квантового выхода флуоресценции хлорофилла для нативных хлоропластов, однако это не вызывает изменений квантового выхода образцов, обработанных нигерицином. Дифференциальный анализ спектров возбуждения флуоресценции и поглощения позволил обнаружить изменения спектров в области каротиноидов, связанные, вероятно, с работой ферментов ксантофилового цикла, исчезающие при диссепации ΔµН. Полученные результаты свидетельствуют о взаимосвязи процессов запасания энергии и регуляторных процессов, позволяющих защитить фотосинтетические мембраны от фотоповреждения.