Новый взгляд на энергоэффективность фотосинтеза

Фотосинтез — один из важнейших процессов жизни на Земле. Растения получают пищу, используя энергию солнечного света для преобразования воды и углекислого газа в сахара. Долгое время считалось, что более 30% энергии, производимой в ходе фотосинтеза, теряется в процессе фотодыхания.

Новое исследование под руководством учёных Калифорнийского университета в Дэвисе предполагает, что фотодыхание тратит мало энергии и, напротив, усиливает ассимиляцию нитратов — процесс преобразования нитратов, поглощённых из почвы, в белок.

«Понимание регуляции этих процессов критически важно для поддержания качества пищи в условиях изменения климата», — сказал ведущий автор Арнольд Блум из Департамента растениеводства. Исследование опубликовано 2 июля в журнале Nature Plants.

Во время фотодыхания самый распространённый белок на планете, Rubisco, соединяет сахара с кислородом из атмосферы вместо углекислого газа. Считалось, что это растрачивает энергию и снижает синтез сахаров. Таким образом, Rubisco казался молекулярным эквивалентом хорошего друга с плохой привычкой.

Блум предполагает, что происходит нечто иное, показывающее, что растения не так уж глупы. Rubisco также связывается с металлами — марганцем (Mn) или магнием (Mg). Когда Rubisco связывается с марганцем, фотодыхание идёт по альтернативному биохимическому пути, генерирует энергию для ассимиляции нитратов и способствует синтезу белка. Однако почти все недавние исследования биохимии Rubisco in vitro проводились в присутствии магния и отсутствии марганца, что позволяло наблюдать только менее энергоэффективный путь фотодыхания.

«Мы можем многому научиться, наблюдая за тем, что делают растения. Это даст нам чёткие указания, как следует действовать для создания сельскохозяйственных культур, которые будут более успешными в условиях, которые мы ожидаем в ближайшие десятилетия», — сказал Блум.