Надрукувати цю сторінку

У рослин є система захисту від сонця

Надлишок сонячних променів шкідливий не тільки тваринам і людині, а й рослинам.

Природа подбала про механізм захисту від сонця, щоб рослини і водорості могли запобігати опіки.

Хлорофіл - пігмент, яким поглинається енергія сонця. Електрони, які виштовхнув світло з молекули хлорофілу, рухаються по з'єднанню молекул, що переносять ці електрони.

У процесі переходу електрона від однієї молекули до іншої виділяється енергія, яка необхідна для перетворення вуглекислого газу в вуглеводи (в даній реакції кисень - її побічний продукт). Але надлишок світла на хлорофілі перезбуджує його і провокує окислювальний процес (утворюється кисень в активній формі, який пошкоджує біомолекул з кліткою).

Для запобігання такій небезпечній ситуації в клітинах рослинних організмів (зелені водорості також сюди відносяться) «працює» непростий білковий комплекс LHCSR 1 ( «light-harvesting complex stress-related 1» - стрес-комплекс збирає світло 1). Його містять мембрани хлоропластів, а хлорофіли і каротиноїди (вони здатні поглинати світло) діють спільно з ним. За невеликий часовий проміжок LHCSR 1 здатний входити в режим захисту від сонця. Всього кілька секунд або хвилин достатньо для перебудови режиму. Це з'ясували під час відкриття LHCSR 1 недавно. Зараз розкрили секрет цього переходу.

У Массачусетському технологічному інституті і Веронском університеті займалися вивченням даного процесу і скористалися мікроскопією (її спеціальний метод). Вони провели спостереження за умов з різною освітленістю за перетвореннями LHCSR 1. Цей білок (LHCSR 1) має просторову форму і складається з поліпептидних ланцюгів (як і всі білки). Поліпептидні ланцюги утворюють білковий комплекс, а спосіб їх укладання дає можливість переходити від одного функціонального стану до іншого.

У період затінення цей комплекс фотони, які прийшли до нього, пересилає апарату фотосинтезу. При появі сонця структура LHCSR1 блискавично змінюється. Про це пише Nature Chemistry. Однак зміни відбуваються не тільки через велику кількість фотонів.

Коли відбувається фотосинтез, розщеплені молекули води утворюють іони водню. Активність фотосинтезу збільшується з яскравістю світла і, відповідно, збільшується кількість іонів водню. Це призводить до закислення середовища, в якому знаходиться комплекс і впливає на амінокислоти в поліпептидних ланцюгах LHCSR1. Наслідком цього процесу є зміна положення окремих частин комплексу один до одного. Тепер енергія світлових променів перетворюється білковим комплексом в тепло. Точний процес перетворення поки не ясний.

Допомога для фотозахисні стану надає фермент, у якого присутній реакція на підвищення кислотності, і він може змінювати будову каротиноїдів (взаємодіють з LHCSR1). Трансформація комплексу відбувається самостійно через кислотності і з підтримкою каротиноїдів.

Вченим змогли продемонструвати здатність білка майже миттєво переходити з нормального стану в фотозахисна. Для цього розбирали нюанси молекулярної структури білка. Щоб перейти зі стану «розсіювати світло в тепло» в нормальне білкового комплексу необхідно більше часу (кілька годин).

Пріоритетом в рослинному світі є реакція на велику кількість енергії сонця для захисту від опіків, ніж зниження ефективності фотосинтезу через повільне перемикання в нормальний режим.

Для культур сільського господарства за рахунок перетворення фотозахисних системи можна збільшити швидкість приросту біомаси. Для прикладу, поліпшити фотосинтез тютюну можна за рахунок пересадки цим рослинам додаткового гена, який регулює фотозащтную функцію.

Досконале вивчення принципу роботи білка LHCSR1 дозволить поліпшити його структуру і змінити швидкості реакції виключення для підвищення ефективності фотосинтезу.<