Badania przeprowadzone przez lubelskich naukowców oraz ich partnerów z Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego i z Politechniki Federalnej (EPFL) w Lozannie (Szwajcaria) wskazują na istnienie uniwersalnego mechanizmu molekularnego. Dzięki temu mechanizmowi, aparat fotosyntetyczny roślin – w zależności od intensywności światła – może albo efektywniej pochłaniać energię, albo rozpraszać jej nadmiar.
Wyniki prac, prowadzonych przez zespół prof. Wiesława Gruszeckiego z UMCS (laureata programu TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej), opublikowano w prestiżowym miesięczniku „The Plant Cell” – poinformowała Dominika Wojtysiak-Łańska z FNP w przesłanym PAP komunikacie.
Jak w nim zaznaczono, wyniki badań lubelskich naukowców mogą znaleźć zastosowanie w rolnictwie i mieć wpływ na zwiększenie plonów. Naukowcy mają nadzieję, że pełne poznanie mechanizmów molekularnych odpowiedzialnych za gospodarkę energią w aparacie fotosyntetycznym roślin otworzy nowe możliwości sterowania fotosyntezą w zależności od jakości oraz intensywności promieniowania (np. przy oświetleniu naturalnym czy sztucznym).
„Życie na naszej planecie zasilane jest energią słoneczną, a fotosynteza jest praktycznie jedynym procesem, na drodze którego energia światła może być zamieniona na formy bezpośrednio wykorzystane do procesów życiowych” – przypomniano w komunikacie. Zaznaczono, że w aparacie fotosyntetycznym roślin procesy pierwotne fotosyntezy zachodzą w tzw. centrach reakcji, do których energii słonecznej dostarczają pochłaniające światło tzw. anteny fotosyntetyczne.
Najbardziej znaną anteną fotosyntetyczną w świecie roślin jest kompleks barwnikowo-białkowy określany mianem LHCII (Light Harvesting Complex II). Można powiedzieć, że to właśnie dzięki temu białku życie na Ziemi może efektywnie korzystać z „zasilania energią słoneczną”.
Niestety, często zdarza się, że pochłaniana przez rośliny porcja energii przewyższa w danej chwili możliwości „operacyjne” aparatu fotosyntetycznego. Efektem tego przeciążenia może być m.in. to, że tlen, który jest produktem fotosyntezy, pod wpływem pewnych czynników może stać się dla rośliny niebezpieczny. Zdolność aparatu fotosyntetycznego do pochłaniania jak największej porcji energii słonecznej nie jest więc jedyną ważną funkcją aparatu fotosyntetycznego roślin. Niezwykle istotna jest również jego umiejętność rozpraszania nadmiaru energii.
Naukowców od dawna nurtowało pytanie, jak ta sama struktura – np. fotosyntetyczny kompleks antenowy LHCII – może uczestniczyć w dwóch przeciwstawnych procesach, czyli zarówno w pochłanianiu, jak i rozpraszaniu energii.
Zespół biofizyków z UMCS w Lublinie podjął się próby wyjaśnienia tego fenomenu. Badacze wykazali, że kontrolowane intensywnością światła procesy modyfikacji białka LHCII, m.in. jego częściowa fosforylacja (przyłączanie obdarzonej ujemnym ładunkiem elektrycznym grupy fosforanowej), wpływają istotnie na możliwości tworzenia struktur wyższych rzędów w środowisku błon lipidowych.
Naukowcy postanowili zbadać, jak w różnych warunkach oświetleniowych funkcjonują liście szpinaku. Zbadano różnice w działaniu liści przystosowanych do życia w ciemności, a także liści, które musiały sobie radzić z silnym oświetleniem.
Okazało się, że białka LHCII izolowane z liści szpinaku adaptowanych do ciemności, w połączeniu z lipidami tworzą struktury wielowarstwowe przypominające stosy. W aparacie fotosyntetycznym roślin takie właśnie struktury, zwane granami, określane są jako sprzyjające efektywnemu pochłanianiu energii świetlnej.
Tworzenie takich struktur nie było obserwowane w przypadku preparatów LHCII izolowanych z liści szpinaku poddanych silnemu oświetleniu. Badacze zauważyli jednak, iż w tym przypadku białka posiadały bardzo silną tendencję do tworzenia struktur zasocjowanych (powiązanych w zespoły) w płaszczyźnie jednej warstwy lipidowo-białkowej. Ponadto badacze z Lublina wykazali, że powstałe w ten sposób struktury mogą w wydajny sposób rozpraszać, pochłanianą energię promieniowania świetlnego w postaci ciepła.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl
