У растений есть система защиты от солнца

Переизбыток солнечных лучей вреден не только животным и человеку, но и растениям.

Природа позаботилась о механизме защиты от солнца, чтобы растения и водоросли могли предотвращать ожоги.

Хлорофилл – пигмент, которым поглощается энергия солнца. Электроны, которые вытолкнул свет из молекулы хлорофилла, двигаются по соединению молекул, переносящих эти электроны.

В процессе перехода электрона от одной молекулы к другой выделяется энергия, которая необходима для преобразования углекислого газа в углеводы (в данной реакции кислород – ее побочный продукт). Но избыток света на хлорофилле перевозбуждает его и провоцирует окислительный процесс (образовывается кислород в активной форме, который повреждает биомолекулу с клеткой).

Для предотвращения такой опасной ситуации в клетках растительных организмов (зеленые водоросли также сюда относятся) «работает» непростой белковый комплекс LHCSR 1 («light-harvesting complex stress-related 1» – стресс-комплекс собирающий свет 1). Его содержат мембраны хлоропластов, а хлорофиллы и каротиноиды (они способны поглощать свет) действуют совместно с ним. За небольшой временной промежуток LHCSR 1 способен входить в режим защиты от солнца. Всего несколько секунд или минут достаточно для перестройки режима. Это выяснили при открытии LHCSR 1 недавно. Сейчас раскрыли секрет этого перехода.

В Массачусетском технологическом институте и Веронском университете занимались изучением данного процесса и воспользовались микроскопией (ее специальный метод). Они провели наблюдения при условиях с разной освещенностью за преобразованиями LHCSR 1. Этот белок (LHCSR 1) имеет пространственную форму и состоит из полипептидных цепей (как и все белки). Полипептидные цепи образовывают белковый комплекс, а способ их укладки дает возможность переходить от одного функционального состояния к другому.

В период затенения этот комплекс фотоны, пришедшие к нему, пересылает аппарату фотосинтеза. При появлении солнца структура LHCSR1 молниеносно изменяется. Об этом пишет Nature Chemistry. Однако изменения происходят не только из-за большого количества фотонов.

Когда происходит фотосинтез, расщепленные молекулы воды образуют ионы водорода. Активность фотосинтеза увеличивается с яркостью света и, соответственно, увеличивается количество ионов водорода. Это приводит к закислению среды, в котором находится комплекс и оказывает влияние на аминокислоты в полипептидных цепях LHCSR1. Следствием этого процесса является изменение положения отдельных частей комплекса друг к другу. Теперь энергия световых лучей преобразуется белковым комплексом в тепло. Точный процесс превращения пока не ясен.

Помощь для фотозащитного состояния оказывает фермент, у которого присутствует реакция на повышение кислотности, и он может изменять строение каротиноидов (взаимодействуют с LHCSR1). Трансформация комплекса происходит самостоятельно из-за кислотности и с поддержкой каротиноидов.

Ученым смогли продемонстрировать способность белка почти мгновенно переходить из нормального состояния в фотозащитное. Для этого разбирали нюансы молекулярной структуры белка. Чтобы перейти из состояния «рассеивать свет в тепло» в нормальное белковому комплексу необходимо больше времени (несколько часов).

Приоритетом в растительном мире является реакция на большое количество энергии солнца для защиты от ожогов, чем снижение эффективности фотосинтеза из-за медленного переключения в нормальный режим.

Для культур сельского хозяйства за счет преобразования фотозащитной системы можно увеличить скорость прироста биомассы. Для примера, улучшить фотосинтез табака можно за счет пересадки этим растениям дополнительного гена, который регулирует фотозащтную функцию.

Доскональное изучение принципа работы белка LHCSR1 позволит улучшить его структуру и изменить скорости реакции выключения для повышения эффективности фотосинтеза.