Excesele de fotoni includ o proteină fotoprotectoare specială în celulele plantelor și algele verzi, protejându-le de "arsuri solare".
Celule de fern cu cloroplaste verzi. (Foto: Carolina Biological Supply Company / Flickr.com.)
Lumina soarelui excesivă dăunează plantelor, precum și tuturor organismelor vii, și pentru a se proteja de arsuri, plantele și algele au propriul lor agent de protecție solară.
După cum știm, energia solară captează pigmentul de clorofilă: lumina scutură un electron din molecula de pigment și acest electron începe să călătorească de-a lungul unui lanț complex de molecule purtătoare.
Transferul unui electron dintr-o moleculă într-o moleculă dă energia necesară pentru a transforma dioxidul de carbon în carbohidrați (oxigenul este un produs secundar al reacției). Cu toate acestea, în cazul în care clorofila vine la prea multă lumină, devine supraexcitare și periculoasă: clorofila generează specii reactive de oxigen, care biomoleculelor daune și celulele organelor - cu alte cuvinte, începe stres oxidativ.
Pentru a evita acest lucru, în celulele de plante și alge verzi este o proteină de complex LHCSR1 complex (recoltare lumina complex 1 legat de stres - stres ușor de colectare complex 1). Acesta a fost deschis în urmă cu câțiva ani, și până de curând despre el era cunoscut doar că el stă în membranele cloroplastelor, interacționează cu clorofila și carotenoidele (care poate absorbi, de asemenea, lumina), și că LHCSR1 ia destul de un pic de timp, de la câteva secunde până la la câteva minute pentru a intra în modul de protecție solară. Dar exact cum o face, a reușit să afle chiar acum.
Cercetatorii de la MIT si colegii sai de la Universitatea din Verona, folosind metoda speciala microscopie capabil de a observa transformările unei singure LHCSR1 în diferite condiții de lumină. Ca orice proteină, LHCSR1 are o anumită formă spațială, iar lanțurile polipeptidice care formează complexul proteic sunt stivuite astfel încât să treacă între cele două stări funcționale.
Articolul din Natura Chimie spune că la umbra complexul de protecție a luminii transmite tot fotonii care vin la el, mai departe, pe aparatul fotosintetic. Când soarele iese din spatele norii, "portretul" tridimensional al LHCSR1 se schimbă aproape instantaneu. Dar nu se schimba direct din cauza excesului de fotoni.
În timpul reacțiilor de fotosinteză, moleculele de apă H2O sunt scindate cu formarea ionilor de hidrogen H +. Atunci când există o mulțime de lumină, sistemul de fotosinteză funcționează mai activ și există mulți ioni de hidrogen. Mediul din jurul complexului LHCSR1 devine prea acid, ceea ce, la rândul său, afectează interacțiunea aminoacizilor în lanțurile sale polipeptidice - și, ca rezultat, diferite părți ale schimbului complex față de celălalt. Și în această stare nouă, LHCSR1 transformă energia luminii în căldură - deși detaliile despre modul în care acest lucru nu se realizează încă nu sunt complet clare.
Starea fotoprotectoare este de asemenea asigurată de o enzimă care reacționează și la o creștere a acidității și modifică structura carotenoidelor care interacționează cu LHCSR1. Adică, LHCSR1, datorită acidității, intră în starea corectă și chiar și carotenoizii îl susțin.
Principalul lucru pe care a fost posibil să-l arătăm aici este cum proteina se transformă atât de repede încât să treacă de la starea obișnuită la cea fotoprotectivă; și aici, desigur, a fost imposibil să se facă fără a se dezvălui caracteristicile structurii sale moleculare. Tranziția inversă, apropo, nu se întâmplă atât de repede: pentru ca LHCSR1 să înceteze să împrăștie lumina în căldură, ar trebui să dureze câteva ore.
Pentru plante, desigur, importante pentru a răspunde la energia solară în exces, astfel încât acestea să nu devină bolnav de ea, și ei sunt ușor de ignorat faptul că, din cauza schimbării lente în direcția opusă scade eficiența fotosintezei.
Cu toate acestea, dacă vorbim despre culturi, atunci avem ocazia de a accelera creșterea biomasei prin modificarea sistemului fotoprotectiv. Deci, anul trecut, am scris despre felul în care fotosinteza a fost îmbunătățită în plantele de tutun, dar în această activitate sa realizat replantarea tutunului cu alte gene care reglează protecția fotografică.
Cunoscand cum functioneaza proteina LHCSR1, se poate imbunatati structura proprie, astfel incat sa nu se activeze rapid, ci si sa se opreasca rapid, crescand activitatea fotosintezei.
Sursa: Știință și viață (nkj.ru)