Как растения предотвращают окислительный стресс
Исследователи из Университета Кобе обнаружили систему, которую растения используют для предотвращения окислительного стресса и безопасного осуществления фотосинтеза.
Проблема избыточной световой энергии
Большинство фотосинтезирующих организмов насыщаются световой энергией при 25–50% от интенсивности солнечного света. Когда листья поглощают избыточную световую энергию, хлоропласты могут легко подвергнуться окислительному стрессу и прекратить фотосинтез, так как образуются вредные активные формы кислорода (АФК), разрушающие белки и мембраны.
Открытие системы окисления P700
Используя разработанный ими «импульсный метод» для искусственного индуцирования окислительного стресса, учёные обнаружили систему окисления P700, которая подавляет производство АФК.
- P700 — это хлорофилл в реакционном центре фотосистемы I, который может превращать кислород в АФК.
- Хотя окисление P700 наблюдалось в условиях избытка солнечного света с конца 1980-х годов, эта команда впервые определила его защитную роль.
- Система оказалась эволюционно консервативной: она необходима для роста цианобактерий (предков хлоропластов) и функционирует у водорослей, мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных растений.
Механизм работы системы
Когда в системе накапливается окисленная форма P700 (P700+), это снижает долю световозбуждённого P700 (P700*). Именно P700* производит АФК, отдавая электроны кислороду (с образованием супероксид-радикалов) или передавая ему световую энергию. Накопление P700+ таким образом подавляет образование АФК через фотосинтетическую электрон-транспортную цепь.
Практическое значение открытия
- Маркер стресса: Окисление P700 (образование P700+) происходит при избытке световой энергии из-за стрессов (яркий свет, засуха, нехватка питательных веществ) и служит предупреждающим сигналом о риске образования АФК.
- Диагностика: На основе этого открытия разрабатывается оборудование для детекции P700+, что позволит рано выявлять риски окислительного стресса у растений.
- Оценка устойчивости: Использование «импульсного метода» для индукции образования АФК может помочь учёным оценивать устойчивость растений к окислительному стрессу.