Экспериментальное и теоретическое исследование миллисекундной замедленной люминесценции фотосинтезирующих объектов при изменении температуры

• Автор: Бадретдинов, Денис Зуфарович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 101 с.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Индукционные процессы При фотосИНТСЗе Ин

1.1.1. Последовательность событий во время индукции

1.2. Регуляция фотосинтеза ВО время ИНДУКЦИОННЫХ явлений.мшгаи.т.мтшн

1.2.1. Светозависимая регуляция

1.2.1.1. Активация ферментов на свету.

1.2.1.2. Влияние спектрального состава света

1.2.1.2.1. Активация циклического электронного транспорта

1.2.1.2.2. Миграция светособирающего комплекса.

1.2.2. Регуляция в системе взаимосвязанных биохимических реакций.

1.2.2.1. Переключение электронного нециклического транспорта на циклический.
1.2.2.2. Автокатализ
1.2.3. Влияние транспорта метаболитов на регуляцию фотосинтеза .
1.3. Замедленная миллисекундная люминесценция и се применение. .
1.4. Температурные изменения кинетических характеристик фотосинтезам.м.и.и.и
1.4.1. Влияние высоких температур на отдельные стадии фотосинтеза.
1.4.1.1. Первичные процессы фотосинтеза и элеюронный транспорт
1.4.1.2 Темновыс реакции фотосинтеза .
1.4.2. Влияние низких температур на отдельные стадии фотосинтеза
1.4.2.1. Первичные процессы фотосинтеза и электронный транспорт.
1.4.2.2. Темновые реакции фотосинтеза.
1.4.2.3. Влияние разных режимов охлаждения и нагревания на фотосинтетичсскую активность
1.5. Теоретические модели и регуляторные механизмы фотосинтеза
1.6. Постановка задачи.
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ МЕТОДОВ РАССЧЕТОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДИК.
2.1. Описание модели используемой для интерпретации экспериментальных результатов
2.1.1. Описание первичных процессов поглощение и излучения света, процессы дезактивации и миграции возбуждения, разделения зарядов и электронный транспорт
2.1.2. Учет псевдоциклического потока электронов в ФС1 и окисление кислородом переносчиков электроном между ФС.
2.1.3. Производство АТР в световой стадии фотосинтеза расход АТР в цикле Кальвина
2.1.4. Описание восстановительного пентозофосфатного цикла .
2.2. Методика эксперимента
2.2.1. Объекты исследования .
2.2.1.1. Выделение хлоропластов
2.2.1.2. Контроль состояния хлоропластов.
2.2.1.2.1. Измерения фотонндуцированных изменений величины сигнала ЭПР 1.
2.2.1.2.2. Исследование кинетики фотонндуцированных изменений сигнала ЭПР спиновой метки ТЕМПОамина .
2.2.1.2.3. Изучение кинетики при фосфор ил ирюван ни
2.2.2. Регистрация кривых медленной индукции люминесценции.
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МИЛЛИСЕКУНДНОЙ ЗАМЕДЛЕННОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМАХ.
3.1. Контроль состояния хлоропластов
3.1.1. Измерения фотоиндуцированных изменений величины сигнала ЭПР 1.
3.1.2. Исследование кинетики фотоиндуцированных изменений сигнала ЭПР спиновой метки ТЕМПОамина. . .
3.1.3. Изучение кинетики при фосфорилировании.
3.2. Исследования температу рных зависимостей параметров замедленной люминесценции .
3.2.1. Экспериментальное изучение температурных зависимостей параметров замедленной люминесценции
3.2.1.1. Температурные зависимости параметров замедленной люминесценции на листьях китайской розы . .
3.2.1.2. Температурные зависимости стационарного значения замедленной люминесценции хлоропластов китайской розы и бобов
3.2.1.3. Температурные зависимости стационарного значения замедленной люминесценции листьев китайской розы, влияние ингибиторов.
3.2.1.4. Влияние режимов охлаждения и нагревания на стационарное значение замедленной люминесценции .
3.2.1.5. Влияние криопротекторов на температурную зависимость замедленной люминесценции в области низких температур
3.2.2. Теоретическое описание температурной зависимости полученного экспериментально стационарного значения замедленной люминесценции
3.2.2.1. Выбор констант скоростей и других параметров модели для описания экспериментальных результатов
3.2.2.2. Выбор температурных зависимостей элементарных констант скоростей для использования в теоретической модели.
3.2.2.3. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Это те самые сроки, за которые человечество должно научиться использовать углерод создаваемый в ходе современного фотосинтеза, а не протекавшего в прошлом и доставшегося нам по наследству в виде запасов ископаемого топлива. Для достижения этой цели вряд ли будет достаточно современного сельского хозяйства, по крайней мере, в той форме, в которой оно существует сегодня, поскольку на получение урожая расходуется, как правило, больше энергии, чем содержание энергии в виде химических соединений в самом урожае. В связи с этим представляется очень важным экономия органического топлива и детальное изучение процессов фотосинтеза как для применения в сельском хозяйстве, так и для создания искусственных систем, синтезирующих органические вещества. Фотосинтез является уникальным природным процессом, который под действием лучистой энергии позволяет фиксировать атмосферный углекислый газ, синтезировать органические вещества, и выделять в атмосферу кислород. Фотосинтез представляет собой окислительновосстановительную реакцию. Вода окисляется в результате удаления водорода и выделении кислорода, двуокись углерода восстанавливается до уровня углевода. Уже хорошо известны структура фотосинтетического аппарата и основные реакции в фотосинтезе. Разрешение вопроса о взаимодействиях этих реакций еще остается выясненным не до конца. Успешную жизнедеятельность клетки или организма в целом определяют именно регуляторные механизмы. В настоящее время для регуляции со временами до десятков минут известны следующие механизмы перенос в мембране подвижного светособирающего комплекса от ФС2 к ФС1, переключение между нециклическим, циклическим и псевдоциклическим электронным транспортом,
распределение запасаемого углерода между крахмалом и сахарозой. Изучение процессов индукции, перехода адаптированного в темноте фотосинтезирующего организма к стационарному фотосинтезу после включения возбуждающего света, позволяет гораздо лучше понять механизмы регуляции. В настоящее время индукция широко применяется для изучения фотосинтетического аппарата, несмотря на искусственный процесс в том отношении, что более или менее внезапный переход растений или листьев после довольно длительных периодов темноты в условия яркого освещения в природе встречается довольно редко. Часто используется индукция замедленной миллисекундной люминесценции, прежде всего в связи с простой ее регистрации. На индукционные кривые оказывают влияние внешние факторы, такие как температура, газовый состав среды, различные ингибиторы и разобщители электронного транспорта, реакций цикла Кальвина и транспорта ассимилированного углерода. Влияние температурных режимов на индукционные кривые дает больше информации для исследователей, поскольку позволяет лучше понять механизмы регуляции и взаимосвязь между хлоропластом и клеткой. Известно, что индукция не очень сильно зависит от интенсивности освещения, однако на нее сильно влияет температура. Скорости биохимических реакций обычно удваивается при каждом увеличении температуры на С. Скорости первичных реакций фотосинтеза практически не зависят от температуры. ЗЛ от температуры дает более полную информацию о процессе фотосинтеза в целом. К сожалению, в настоящее время все еще представляется сложным разделить вклады различных регуляторных механизмов, что затрудняет интерпретацию экспериментальных результатов. Только сравнение экспериментальных данных с теоретическими, полученными в рамках количественной теории фотосинтеза, позволяет интерпретировать экспериментальные результаты. Целью настоящей работы является экспериментальное и теоретическое исследование интенсивности замедленной люминесценции от температуры при разных режимах охлаждения и нагревания фотосинтезирующих объектов. Для объяснения полученных экспериментальных результатов была применена созданная ранее и дополненная теоретическая модель фотосинтеза, включающая поглощение света молекулами пигментов, перенос возбуждения на реакционный центр, разделение на нем зарядов, циклический, нециклический и псевдоциклический электронный транспорт, фотофосфорилирование, основные реакции цикла Кальвина.