Введение к работе
Актуальность темы. Адаптация растений к изменяющимся условиям среды включает в себя регуляцию скорости поглощения световой энергии и скорости первичных реакций Фотосинтеза в хлоропластах в соответствии с энергетическими потребностями растительной клетки.Необходимость такого согласования скоростей световых и темновых реакций «отосинтеза обусловлена тем, что высокоактивные интермедиаты этих световых реакций могут инициировать повреждение клеточных структур, если эти продукты не будут использованы в темновых реакциях Фотосинтеза. Такая регуляция обеспечивается, в частности. процессами адаптивной инактивации первичных реакций Фотосинтеза. Изучение механизмов адаптивной инактивации Фотосинтетических реакционных центров является актуальной проблемой, так как эффективность механизмов адаптации в значительной мере определяет тот диапазон неблагоприятны:: условий роста (дефицит воды. минерального питания, экстремальные температуры и т. п.) в которых мохет существовать растение.
Хорошо изученным примером адаптивной инактивации является Фотоингибирование ФС 2. которое связывают с двухэлектроннын восстановлением первичного хинонного акцептора Qa и последующим саморазрушением Qb—связывающего полипептида D1 в реакционном центре ФС 2. В результате Фотоингибирования энергия избыточных квантов, поступающих в реакционный центр ФС 2, рассеивается в тепло, чем предотвращается возмохность использования этой энергии в Фатодеструктивны;: реакциях.
При дефиците минерального питания происходит инактивация ФС 2 другого рода, при которой реакционные центры ФС 2 теряют
способность к Фотохимическому тушеним анергии возбуждения. Показано, что данный тип инактивации связан с накоплением в клетке продуктов Фиксации углерода. В дальнейшем, инактивация ФС 2 такого хе типа Была получена при полном отсутствии освещения, при гетеротрофном росте зеленой водоросли хлореллы на глюкозе. В зтом случае, инактивация была связана с появлением в клетке продуктов гликолиза.
В работах лаборатории В.Е. Семененко выло установлено, что ФС 2 в клетках хлореллы инактивируется также при накоплении продуктов Фотосинтеза в хлоропластах, вызванном повышением температуры. Вместе с тем, характер инактивации ФС 2 в этих экспериментах отличался от того, который наблюдается при накоплении метаболитов в других условиях, и был сходен с таковым при Фотоингибировании.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение инактивации ФС 2 в клетках хлореллы при супраоптимальных темпер ат ур ах.
В работе были поставлены следующие задачи:
-
Изучить влияние супраоптимальных температур на параметры Флуоресценции хлорофилла, отражающих активность ФС 2 у одноклеточной зеленой водоросли хлореллы.
-
Исследовать процессы реактивации ФС 2_после действия супраоптимальной температуры.
-
Изучить влияние ингибиторов метаболизма и синтеза белка на процессы инактивации и реактивации ФС 2.
Научная новизна. Впервые изучены изменения активности ФС 2 при темновой инкубации водорослей в условиях супраоптимальной температуры и обнаружена светонеэависимая инактивация ФС 2 в этих условиях. Выявлены два различных процесса температурной
инактивации, один из которых связан с увеличением
веэыэлучательной диссипация анергии возбуждения в реакционных центрах, а другой обусловлен потерей способности реакционных центров к Фотохимическому тушеним возбуждения.
Изучено влияние температуры, ингибиторов метаболизма и лнгиеиторов синтеза еелка на инактиваци» ФС 2. Показан обратимый характер инактивации и обнаружена независимость процесса деактивации от синтеза еелка в цитоплазме и в хлоропластах, что свидетельствует о' сохранности полипептидов в комплексах ФС 2 при лх инактивации.
Впервые изучено влияние азотного голодания, гетеротрофного
=оста, и супраоптимальных температур на активность ФС 2 у
липиднакапливающего штамма хлореллы. Установлено, что
зозмоіность выхода продуктов углеродного метаболизма из
хлоропластов в цитоплазму в значительной степени предотвращает лнактиваиию ФС 2 при этих воздействиях.
Научное и практическое значение работы. Полученные
Результаты вносят вклад в выяснение механизмов регуляции первичных процессов Фотосинтеза при адаптации водорослей к условиям среды. Выдвинутые в работе представления о механизмах /інактивации ФС 2 в клетках водорослей могут быть испольвованы для Разработки методов диагностики состояния Фотосинтетического аппарата растений и природного Фитопланктона и выявления его повреждений под действием неблагоприятных Факторов среды и при антропогенных воздействиях.
Апробация работы. Результаты настоящей работы были
представлены на Конференции стран СНГ "Структурно-Функциональная эрганизация Фотосинтетических мембран и их моделей". Пушино (1993J. XI Международном биофизическом конгрессе, Будапешт(1993),
- A -
и обсуждены на научном семинаре каФедры биофизики Биологического Факультета МГУ.
Публикации. Па материалам диссертации опубликованы две печатные работы.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объекта и методов исследования, изложения экспериментальных данных и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Диссертация иллюстрирована ЗО рисунками.