Влияние добавления серы на фотоиндуцированное образование водорода у голодающей по сере культуры Chlamydomonas reinhardtii Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Волгушева А.А.1, Яковлева О.В.2, Лаврухина О.В., Иванова Э.В.

К.б.н.1, к.ф.-м.н.2, научные сотрудники кафедры биофизики биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова

ВЛИЯНИЕ ДОБАВЛЕНИЯ СЕРЫ НА ФОТОИНДУЦИРОВАННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ВОДОРОДА У ГОЛОДАЮЩЕЙ ПО СЕРЕ КУЛЬТУРЫ CHLAMYDOMONAS REINHARDTII

Зеленые микроводоросли способны к фотоиндуцированному образованию Н2 используя неисчерпаемые ресурсы - воду и солнечную энергию. В этом процессе важнейшую роль играет ФС2. С одной стороны она обеспечивает гидрогеназную реакцию электронами за счет разложения воды, с другой - выделяющийся О2 ингибирует активность гидрогеназы. Таким образом возникает проблема разделения стадий выделения О2 и образования Н2. Эта проблема была решена при культивировании зеленых водорослей (C. reinhardtii) на постоянном свету в замкнутом культиваторе в условиях голодания по сере [1,127]. В замкнутом биореакторе при постоянном освещении голодающая по сере культура C. reinhardtii проходит 5 последовательных фаз: аэробную, стадию поглощения кислорода,

анаэробиоз, выделение Н2 и стадию деградации клеток [2,735].

Аэробная фаза обусловлена повышением содержания О2 в культиваторе за счет выделения его ФС2. Уменьшение скорости фотосинтеза и увеличение дыхания [3,362] при серном голодании является причиной снижения концентрации О2 и перехода культуры в анаэробиоз. Поскольку выделение Н2 связано с активностью ФС2 [4,157], можно было предположить, что добавление небольшого количества серы в фазе выделения Н2 позволит частично реактивировать ФС2 за счет ресинтеза белка D1 [5,301] и тем самым увеличить выход Н2. Серу (до конечной концентрации 1 и 5 мкМ

MgS04 в культиваторе) добавляли в фазе выделения Н2. В контрольный культиватор добавляли равный объем дистиллированной воды. Параметры флуоресценции измеряли методом РАМ непосредственно в культиваторе при постоянном освещении. Результаты показали, что добавление серы (5 мкМ MgS04) хотя и позволило возобновить электронный поток от ФС2 (о чем свидетельствует значительное увеличение AF/F'), количество выделенного Н2, измеренного волюмометрическим методом, было меньше почти на 30%, чем в контроле. Уменьшение количества добавленного сульфата магния в 5 раз не приводило к изменению AF/Fm ', однако количество выделенного Н2 по сравнению с контролем снижалось в меньшей степени. Таким образом, добавление серы на стадии выделения Н2 частично возобновляет электронный поток от ФС2, но не приводит к увеличению выхода Н2. Так как анализатор растворенного в среде О2 в обоих случаях не показал изменения его содержания в культиваторе, можно предполагать, что выделяющегося О2 достаточно для инактивации гидрогеназы внутри клетки, но он сразу же расходуется при дыхании, а не выделяется в среду. Однако дополнительно выделившегося внутриклеточного кислорода уже достаточно для подавления гидрогеназы.

Работа выполнена при поддержке грантов: НШ-853.2008.4;

ГК 02.512.11.2213; РФФИ № 07-04-00222

Литература

1. Melis A., Zang L., Forestier M., Ghirardi M.L., Seibert M. (2000). Plant Physiology, V. 122, P. 127-136.

2. Kosourov S., Tsygankov A., Seibert M., Ghirardi M.L. (2002). Biotech Bioeng, V. 78, P. 731-740.

3. Antal T.K., Volgusheva A., Kukarskih G.P., Bulychev A. A., Krendeleva T.E., Rubin A.B. (2006) Physiologia Plantarum V.128, P. 360-367. 2006

4. Antal T.K., Krendeleva T.E., Laurinavichene T.V., Makarova V.V., Ghirardi M.L., Rubin A.B., Tsygankov A.A., Seibert M. (2003). Biochim Biophys Acta, V. 1607, P. 153-160.

5. Kosourov S., Makarova V., Fedorov A., Tsygankov A., Seibert M., Ghirardi M.L. (2005). Photosynthesis Research, V. 85, P. 295-305.