電子采取替代途徑以防止植物壓力

植物容易受到壓力，隨著氣候變化的全球影響和人類對食物不斷增長的需求，了解導(dǎo)致植物壓力和抗逆性的原因至關(guān)重要。當(dāng)植物在光合作用期間吸收過量的光能時，產(chǎn)生活性氧物質(zhì)，可能引起損害重要結(jié)構(gòu)的氧化應(yīng)激。植物可以通過氧化P700(光系統(tǒng)I中的反應(yīng)中心葉綠素)來抑制活性氧的產(chǎn)生。一項新研究揭示了這一重要過程：P700氧化誘導(dǎo)的循環(huán)電子流是光系統(tǒng)I中發(fā)生的電荷重組。這些發(fā)現(xiàn)于6月5日發(fā)表在植物中。

該研究由Chikahiro Miyake教授，助理教授Shinya Wada和Kanae Kadota(神戶大學(xué))與Amane Makino教授(東北大學(xué))和副教授Yuji Suzuki(巖手大學(xué))合作領(lǐng)導(dǎo)。

Miyake教授的團(tuán)隊在之前的研究中發(fā)現(xiàn)，所有產(chǎn)氧光合物種都使用P700氧化系統(tǒng)來處理氧化應(yīng)激。Miyake教授和Giles Johnson博士(曼徹斯特大學(xué)高級講師)發(fā)現(xiàn)P700氧化伴隨著光系統(tǒng)I(PSI)中的循環(huán)電子流(CEF)。這種循環(huán)流動對于構(gòu)成光合作用一部分的線性電子流不是必需的，那么它在做什么呢?為了找到關(guān)于這種替代流程的更多信息，該團(tuán)隊分析了與PSI復(fù)合物中的反應(yīng)相關(guān)的電子載體與評估線性電子流的活性水平的PSII量子產(chǎn)率[Y(II)]之間的相互作用。他們使用了主要作物：小麥葉。

結(jié)果表明，在從P700 *(激發(fā)的P700)到鐵氧還蛋白(Fd)的電子流中，存在電子載體A 0，A 1，F(xiàn) X，F(xiàn) A / F B，并且當(dāng)P700 +(氧化的P700)累積時，發(fā)生電荷復(fù)合，其中電子從電子載流子流入(圖2)。在P700 *中發(fā)生電荷分離，將電子傳遞到電子載體A0并氧化形成P700 +。P700 +從PSII接收電子并降低到其基態(tài)。同時，A0接受的電子傳遞到A 1，F(xiàn) X和F A / F B.并通過Fd流向NADP +，最終產(chǎn)生NADPH(光合作用中使用的化學(xué)能)。通過觀察葉樣品中的反應(yīng)速度，可以認(rèn)為F X和P700 + 之間的電荷重組是主要途徑。

已經(jīng)在生物化學(xué)分離的PSI復(fù)合物，藍(lán)細(xì)菌和綠藻中在細(xì)胞水平上揭示了電荷重組的存在。然而，到目前為止，它在光合作用中的作用還不清楚。該發(fā)現(xiàn)表明電子基于P700 +的反應(yīng)性從F X流向P700 +。

作為次要結(jié)果，該團(tuán)隊還揭示了基于電荷重組抑制活性氧物質(zhì)產(chǎn)生的機(jī)制。與氧的還原電位相比，電子載流子A 0，A 1，F(xiàn) X，F(xiàn) A / F B具有非常低的還原電位。這表明它們可以很容易地將電子傳遞給氧氣并產(chǎn)生活性氧物質(zhì)。在該研究中揭示的電荷重組起到抑制這些電子載體和氧之間相互作用的作用。

該研究提出由P700氧化誘導(dǎo)的循環(huán)電子流的特征在于在PSI復(fù)合物內(nèi)發(fā)生的電荷重組反應(yīng)，包括必要條件和循環(huán)電子載流子速度。下一步是研究PSI復(fù)合物中電荷重組作用的普遍性。