A fotoszintézis az, hogy a növények hogyan készítik el az ételüket és táplálják a bolygó többi részét. A recept fő összetevője a szén. Ennélfogva a napból származó energia megkötésének folyamata, amelyet azután felhasználnak a szén eltávolítására a légköri CO 2 -ból .
Igor Houwat, Thomas D. Sharkey, Michigani Állami Egyetem
De a napfény útja a bolygó meghajtására nem egyenes vonal. Inkább olyan útvonalak és kitérők sora, amelyek a célig vezetnek. Ennek oka az, hogy a dolgok rosszra fordulhatnak. A fény minősége megváltozik, vagy kiszárad vagy túl hideg lesz. Ezek a változások lelassíthatják vagy károsíthatják a fotoszintézist. Ezért a növényeknek vannak biztonsági másolataik, hogy elkerüljék ezeket a helyzeteket.
A tudósok meg akarják ismerni ezeket a csínját-bínját, hogy javítsák a fotoszintézist. Az általános cél egy jobban teljesítő növények létrehozása a gyorsan növekvő népesség táplálására.
Az MSU-DOE Növénykutatási Laboratóriumának (PRL) kutatói most jobban megvilágítják az egyik olyan biztonsági mentést, amely nehéz körülmények között támogatja a fotoszintézist. A tanulmány a Plant Physiology folyóiratban jelent meg.
Szén: az üzem pénzkeresője.
A növények a Calvin-Benson ciklus néven ismert fotoszintetikus folyamat révén vezetik be a széndioxidot étrendjükbe. Ez a reakciósor keveri a szenet más vegyi anyagokkal, és új vegyületeket, például keményítőt vagy cukrokat állít elő, amelyek fenntartják a növényeket és az élelmiszerlánc többi részét.
A szén valóban kulcsfontosságú ahhoz, hogy életünk legyen a Földön.
Ötből kétszer azonban a ciklus szén-dioxid helyett oxigént vesz fel. Ez a csuklás, az úgynevezett oxigenizáció olyan vegyületeket hoz létre, amelyek a növények nem tudnak növekedni. Még rosszabb, hogy leállítja a ciklust.
A növényeknek meg kell tisztítaniuk ezeket a vegyületeket, és vissza kell helyezniük őket a ciklusba, hogy újraindulhassanak. Az erőfeszítés időbe és energiába kerül, és megköveteli a vegyületeknek a sejt más részein található speciális tisztítóhelyekre való áthelyezését.
"A Calvin-Benson ciklus beépített biztonsági mentésekkel rendelkezik, hogy gyorsan újraindítsák a folyamatot, valahányszor lelassulnak" - mondja Tom Sharkey, a PRL Egyetemének jeles professzora. A legjobb módszer egy megkerülés, egy sor mellékreakció, amely alacsony szén-dioxid-termékeket tart a ciklusban. Ez biztosítja, hogy a ciklus a lehető leggyorsabban újrainduljon ».
A Sharkey laboratóriuma, amely olyan növényeket használ, amelyek nem képesek megtisztítani az oxigénnel keletkező vegyületeket, nagyobb megvilágításba helyezi a shunt működését és működésének további fotoszintetikus energiát.
A sönt: A pénzkereső biztonságban tartása.
Az elkerülés analógiája a régebbi gázkészülékeken található jelzőlámpa. Ez a kis gázáram minimális szinten tartja a láng égését, így gázellátáskor a sütő, a vízmelegítő vagy a tűzhely nagyon gyorsan meggyullad.
"A jelzőfény gázpazarlásnak tűnhet" - mondja Tom. "De fontos szerepet játszik abban, hogy a rendszer készen áll arra, hogy nagyon gyorsan világítson, anélkül, hogy a felhasználónak találnia kellene egyezést a láng meggyújtásához.".
Tom és két másik PRL laboratórium, Kramer és Hu, mutáns növényeket vizsgáltak oxigénnel kevert tisztítószerek hibáival. Egy mutánsnak hibája volt az egyik speciális tisztítóhelyen, a peroxiszómában.
A mutáció lelassította a tisztítási folyamatot, aminek következtében a növény az egészséges növényekhez képest jóval magasabb szintre halmozta a rossz vegyületeket.
Ez a felépülés leállította a Calvin-Benson ciklust. Mivel a mutáns növény nem tudta megfelelően újraindítani a ciklust, alternatív megoldást talált:
- A növény mozgatta a szenet a ciklusból a növény sejtjébe;
- Részben feldolgozta a szenet a ciklusban bekövetkezettekhez hasonló módon;
- Helyezze vissza a szenet a ciklusba egy hátsó ajtón keresztül, amelyet erre a helyzetre nyitottak ki.
- Az elkerülő út megragadta, majd visszaszivattyúzta a szén egy részét a hurokba, hogy újraindítsa.
"A megnövekedett shunt-tevékenység extra energiát igényel" - mondja Tom. "A fotoszintézis az (ATP) termelésének növelésével kompenzálja a sönt üzemanyagát és a Calvin-Benson ciklust".
Hogyan működik a bypass a valós körülmények között.
Bár a mutáns kivétel, arra kényszerítette a növényt, hogy olyan megoldásokat tárjon fel, amelyek egészséges növényekben nehezen láthatók.
"Egészséges növényekben a Calvin-Benson ciklus csak akkor működik, ha fény van" - mondja Tom. - De a természetben nagy változások lehetnek, például mozgó felhők, amelyek a fény villogását és eltűnését okozzák. Ilyen helyzetekben könnyű összeomlani a Calvin-Benson ciklust. Úgy gondoljuk, hogy a megkerülés szerepet játszik az újraindításban ».
"Ma az elektronika elavulttá tette a pilótát" - teszi hozzá Tom.
"Hasonlóképpen, ha teljesen megértjük a shuntot, talán helyettesíthetjük egy hatékonyabb rendszerrel.".
Tom így zárja: „Szerencsénk van a PRL-ben. Ez a projekt nem történt volna meg, ha a többi PRL laboratórium nem tesz fel kérdéseket a Calvin-Benson ciklussal kapcsolatban. Ritkán fordul elő, hogy ennyi ember van, akik különböző részekre szakosodtak. fotoszintézis, egy fedél alatt együtt dolgozva. Kiléphetünk komfortzónáinkból, beszélgethetünk és együttműködhetünk olyan kutatási projektekben, amelyek egyébként nem merülnek fel «.
Több információ: Jiying Li és mtsai. Citoszolos bypass és egy G6P-sönt olyan növényekben, amelyekben nincs peroxiszomális hidroxi-piruvát-reduktáz, növényfiziológia (2019). DOI: 10.1104/19.00256. A Michigan State University biztosítja