Введение к работе
ВВЕДЕНИЕ. Особенностью процессов, обеспечивающих сопряжение электронного транспорта с синтезом АТФ на энергопреобразующих биомембранах' является то, что ДЦС (протондвижущая сила) может оказывать ингибирущее влияние на электронный транспорт. Как в дыхательных, так и в фотосинтезирующих системах, взаимосвязь между электронным транспортом и ПДС проявляется в виде подавления электронного транспорта недостатком АДФ и его активации при добавлении агентов (АДФ или разобщители), вызывающих диссипацию ПДС. В случае фотосинтезирующих систем, влияние ПДС на электронный транспорт именуется фотосингетическим контролем.
Поскольку электрическая компонента ПДС на тилакоидах в стационарных условиях близка к нулю, регуляторное влияние ПДС на фотосинтетический электронный транспорт осуществляется через градиент рН на мембране, или, точнее, через рН внутренней фазы тилако-идов (рН ). Физиологический смысл "фотосинтетического контроля" состоит в том, чтобы посредством снижения скорости электронного транспорта снизить скорость сопряженной с ним закачки протонов (If1") внутрь тилакоидов и, тем самым, устранить чрезмерную энерги-зацию тилакоидных мембран.
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В ряду регуляторних механизмов, обеспечивающих нормальное протекание фотосинтетического процесса,, регуляция фотосинтетического транспорта электронов внутритилакоидным рН стоит на одном из первых мест. Большое значение "фотосин-тетического контроля" в жизни растительных организмов обусловлено тем, что он обеспечивает сбалансированность световой, производящей АТФ и НАДФН, и темновой, потребляющей АТФ и НАДФН, стадий фотосинтеза. В виду важности вопроса, изучением механизма регуляции фотосинтетического электронного транспорта внутритилакоидным рН и непосредственно связанных с ним процессов в настоящее время занимаются во многих ведущих лабораториях мира. Уже прояснены некоторые аспекты данной проблемы. Например, установлено что влияние рН на электронный транспорт осуществляется на стадии окис-
Сокращения: ПДС - протондвижущая сила, СКП - световой компенсационный пункт, ЭТЦ - электрон-транспортная цепь, Н1" - протон, АН4 -величина светоиндуцированного поглощения протонов тилакоидами, рН - рН внутри тилакоидов, рН,н - рН снаружи тилакоидов, Реоу -феррицианид калия, mv - метилвиологен, pi - ортофосфат.
ления пластохинола в цитохром bg/f комплексе. Показано также, что торможение электронного транспорта под действием низкого рН сопряжено с закрытием реакционных центров в ФСП и, в итоге, с безизлучательной диссипацией избытка поступающей в фотосинтетический аппарат световой энергии. Вместе с тем, несмотря на то, что данная проблема гаходится в центре внимания исследователей в течение почти четырех десятков лет, до сих пор не было предпринято попытки детально и целенаправленно изучить каким образом меняется и меняется ли вообще регуляция фотосинтетического электронного транспорта внутритилакоидным рН при изменении уровня освещенности фотосинтетического аппарата.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ'. Основной целью настоящей работы было изучить действие света на регуляцию фотосинтетического электронного транспорта внутритилакоидным рН. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
выяснить каким образом изменяется световая кривая реакции Хилла у изолированных хлоропластов гороха -' под действием факторов, влияющих на протонную проводимость тилакоидных мембран.
оценить изменение рН в разных точках световой кривой реакции Хилла под действием указанных выше факторов.
изучить влияние С02 на световую кривую фотосинтеза протопластов гороха.
проследить за поведением световой кривой фотосинтеза протопластов гороха при изменении рН внутренней фазы тилакоидов с помощью солей слабых кислот (включая КНСОо) и NH.C1.
изучить влияние 02 на световую кривую реакции Хилла у изолированных хлоропластов гороха в условиях, вызывающих чрезмерное закисление внутренней фазы тилакоидов.
изучить влияние 0~ на световую кривую фотосинтеза протопластов гороха, протопластов фасоли и интактного листа фасоли в С02-лимитирующих условиях.
изучить влияние 02 на световую кривую фотосинтеза протопластов гороха в условиях, вызывающих чрезмерное закисление внутренней фазы тилакоидов.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Показано, что регуляторное влияние рН на фотосинтетический электронный транспорт в хлоропластах и протопластах гороха резко усиливается при интенсивностях света выше 5 Вт/кг. В связи с этим, интенсивность света около 5 Вт/м^ названа пороговой в данной регуляции. Величина пороговой интенсивности света не зависит от температуры в испытанном нами интервале зна-
чений (15-25С) и от степени закислення содержимого тилакоидов.
Наличие светового порога в регуляции фотосинтетического электронного транспорта внутритилакоидным рН является причиной появления эффекта Кока у гороха и других растений в условиях, вызывающих чрезмерное закисление внутренней фазы тилакоидов. Указанный эффект имеет полное сходство с эффектом Кока, появляющимся при низком отношении С02/02 в окружающей среде, но в отличие от последнего его устранению способствует не снижение концентрации 02 в среде, а подщелачивание содержимого тилакоидов. Именно это обстоятельство внесло путаницу в вопрос об эффекте Кока, поскольку подразумевая одно и то же явление, на самом деле, одни исследователи имели дело с эффектом Кока, обусловленным чрезмерным подкислением внутренней фазы тилакоидов, тогда как другие - с эффектом Кока, обусловленным активацией фотоокислительных процессов (предположительно фотодыхания по гликолатному пути и/или реакции Мейлера) из-за низкого отношения С02/02 в окружающей среде.
Опыты с протопластами гороха показали также, что при интен-сивностях света, соответствующих восходящему участку световой кривой фотосинтеза, для подавления активности фотосинтетического аппарата требуются много более высокие (> 2.5 мМ) концентрации С02, чем в условиях светового насыщения (>0.6 мМ).
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Полученные результаты углубляют знания о механизмах регуляции фотосинтетического процесса. Данные по влиянию С02, формиата и пропионата на фотосинтетическую активность протопластов могут быть использованы физиологами растений и экофизиологами при прогнозировании последствий "парникового" эффекта и загрязнения атмосферы соединениями, обладающими свойствами слабых кислот.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований по теме диссертации были доложены на республиканской конференции, посвященной 50-летию Института ботаники Академии Наук Азербайджанской ССР (Баку, 1986); на IV Конференции молодых ученых (Пущино, 1989); на 7 Конгрессе Федерации европейских обществ физиологов растений (Umea, Швеция, 1990); на международной конференции "Фотосинтез и фотобиотехнология" (Пущино, 1991); на ежегодном Симпозиуме ОФР "Физико-химические основы физиологии растений" (Пущино, 1995) и на международной конференции "Биоэнергетика фотосинтеза" (Пущино, 1996).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 11 работ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, литературной части, методической части, результатов и их об-