Модель адаптации фотосинтеза растений к интенсивности света

Исследователи из Университета Севильи и Центра высших научных исследований предложили модель, объясняющую молекулярный механизм адаптации фотосинтетического аппарата растений к интенсивности света.

Фотосинтез — основной процесс производства органического материала и кислорода на Земле. Днём фиксация CO₂ и фотосинтетический метаболизм остаются активными в хлоропластах благодаря регуляторному механизму, в котором ключевую роль играют редокс-системы, такие как тиоредоксины (TRXs). Хлоропластные TRXs используют ферредоксин (Fd), восстановленный потоком электронов от фотосинтеза, связывая метаболическую регуляцию со светом. Кроме того, в хлоропластах есть NTRC — дополнительная редокс-система, уникальная для фотосинтезирующих организмов, которая, как и у гетеротрофов, использует в качестве донора электронов NADPH.

Фотосинтез неизбежно генерирует окислители, например, перекись водорода, которые могут быть вредны. Поэтому хлоропласты имеют защитные системы, такие как 2-цистеиновые пероксиредоксины (2CP), активность которых зависит от NTRC, что указывало на антиоксидантную функцию этого фермента. Однако последующие исследования показали участие NTRC в метаболических процессах, регулируемых TRXs, например, в синтезе крахмала и хлорофилла. Эти результаты говорят о глубокой взаимосвязи между редокс-системами на основе Fd (TRXs) и NADPH (NTRC) и антиоксидантами посредством механизма с неизвестной молекулярной основой.

Авторы работы показали, что работа фотосинтетического метаболизма и его адаптация к непредсказуемым изменениям интенсивности света зависят от редокс-баланса пероксиредоксинов (2CP). Эти белки действуют как интеграторы сложных систем редокс-регуляции хлоропластов. Результаты, полученные на модельном растении Arabidopsis thaliana, представляют важный шаг в понимании фотосинтеза и указывают на новые биотехнологические подходы для повышения скорости фотосинтетической фиксации CO₂ и, как следствие, производства органического материала.