Фотосинтез обогащает нашу атмосферу кислородом и формирует основу нашего питания. Но при изменении или стрессовых условиях окружающей среды процесс фотосинтеза может стать несбалансированным, что приведет к избытку высокореактивных молекул кислорода, которые могут вызвать повреждение клеток, если их не нейтрализовать.
Новая работа в Proceedings of the National Academy of Sciences под руководством Шай Саруси и Артура Гроссмана из Карнеги исследует, как фотосинтезирующие водоросли Chlamydomonas защищают себя от этой потенциальной опасности. Понимание того, как растения минимизируют вред, причиняемый самим себе в этом сценарии, может помочь ученым создать урожай с повышенной урожайностью и бороться с голодом в меняющемся климате.
Фотосинтез происходит поэтапно. В первом случае свет поглощается и используется для производства молекул энергии, которые затем приводят в действие вторую стадию фотосинтеза, на которой углекислый газ из воздуха фиксируется в сахарах, таких как глюкоза и сахароза.
Один аспект работы демонстрирует, что синтез крахмала является важным метаболическим путем, управляющим фотосинтезом.
«Думайте о процессе производства сахара и крахмала как о зарядке батареи растения энергией, которую он может использовать позже», - объяснил Гроссман.
Но в стрессовых условиях или при отсутствии света второй этап операций замедляется или даже полностью отключается, что может привести к накоплению высокореактивных побочных продуктов кислорода при возвращении света.
«Когда батарея не заряжается, клетки должны перенаправить эту реактивность на другие процессы, которые минимизируют возможность повреждения клеток», - добавил Гроссман..
Исследовательская группа, в которую также входили Девин Карнс, Дилан Томас и Мэтью Посевиц из Колорадской горной школы, а также Клейтон Блосиз и Оливер Файн из Калифорнийского университета в Дэвисе, сосредоточилась на выяснении функций двух белков. называемые FLV и PTOX, которые защищают растительные клетки, способствуя превращению продуктов активного кислорода в воду.
Первый они описывают как муфту, которая помогает производящей сахар части фотосинтетического аппарата снова набрать скорость после того, как окружающие условия меняются от темноты к свету. Последний они описывают как выпускной клапан на скороварке, отводящий опасное накопление реакционноспособных побочных продуктов после замедления производства, вызванного окружающей средой.
«Удивительно видеть, как клетки управляют этими механизмами, чтобы оптимизировать фотосинтез и свести к минимуму повреждение клеток», - заключил Саруси.«Наши результаты показывают часть головоломки того, как фотосинтезирующие организмы эволюционировали, чтобы управлять своим энергетическим балансом в изменяющейся среде».