Действие тяжелых металлов на фотосинтетический аппарат и активность карбоангидразы хлоропластов гороха

Abstract

Исследовали влияние тяжелых металлов (ионов Cu2+ и Zn2+) на структуру и функциональные показатели фотосинтетического аппарата листьев гороха. После обработки листьев гороха 80 мкМ Cu2+ или 200 мкМ Zn2+ наблюдалось изменение строения гран, неоднородность упаковки тилакоидов в гранах, что проявлялось в увеличении межтилакоидных промежутков и толщины гранальных тилакоидов по сравнению с контролем. В то же время скорость электронного транспорта от воды к метилвиологену, максимальный квантовый выход и фотохимическое тушение флуоресценции хлорофилла (Fv/Fm, qP), в листьях и хлоропластах гороха, обработанных Cu2+, изменялись лишь незначительно. Подобные эффекты зарегистрированы также после обработки листьев и хлоропластов 200 мкМ Zn2+ за исключением того, что параметр qP в этом случае снижался по сравнению с контролем на 20%. Данные работы позволяют предполагать, что структурные изменения в системе тилакоидных мембран вызваны снижением уровня связанного бикарбоната, количество которого в присутствии ионов меди и цинка уменьшалось на 16 и 20%, соответственно. В условиях экспериментов 80 мкМ Cu2+ и 200 мкМ Zn2+ подавляли активность хлоропластной карбоангидразы на 70%, что, возможно, и приводило к частичной потере мембраносвязанного бикарбоната.

The effects of heavy metals (Cu2+ and Zn2+) on the structure and functional characteristics of photosynthetic apparatus in pea chloroplasts were investigated. After treatment of pea leaves with 80 µM Cu2+ or 200 µM Zn2+, significant structural alterations in the chloroplasts were observed, such as heterogeneity of thylakoid packaging in grana, changes in the structure of grana, revealed as increased thickness of granal thylakoids and interspace between thylakoids in comparison with the control. At the same time, maximum quantum yield, photochemical quenching of chlorophyll fluorescence (Fv/Fm, qP), and electron transport rate from water to methyl viologen remained unaffected, except for qP decrease by 20% in the presence of 200 µM Zn2+. The content of weekly bound bicarbonate was lowered by 16 % and 20 % in the presence of copper and zinc ions, respectively. The partial loss of bound bicarbonate might be associated with inhibition of carbonic anhydrase activity that was decreased by 70% in the presence of 80 µM Cu2+ or 200 µM Zn2+. Based on the data, we suppose that structural alterations are caused by lowering of bicarbonate content in thylakoid membrane in the presence of Cu2+ and Zn2+.

Досліджували вплив важких металів (іонів Cu2+ і Zn2+) на структуру та функціональні показники фотосинтетичного апарату листків гороху. Після обробки листків гороху 80 мкМ Cu2+ і 200 мкМ Zn2+ спостерігалася зміна будови гран, неоднорідність упаковки тилакоїдів у гранах, що вивлялося у збільшенні міжтилакоїдних проміжків і товщини тилакоїдів гран порівняно з контролем. Разом з тим, швидкість транспортування електронів від води до метилвіологену, максимальний квантовий вихід і фотохімічне гасіння флуоресценції хлорофілу (Fv/Fm, qP) в листках та хлоропластах гороху, оброблених 80 мкМ Cu2+, лише незначно змінювалися. Подібні ефекти зареєстровано також після обробки лисків і хлоропластів 200 мкМ Zn2+, за тим винятком, що параметр qP в цьому випадку знижувався порівняно з контролем на 20%. Отримані дані дозволяють припустити, що структурні зміни в системі тилакоїдних мембран спричинені зниженням рівня зв’язаного бікарбонату на 16 и 20% в присутності іонів міді та цинку, відповідно. За умов експериментів 80 мкМ Cu2+ и 200 мкМ Zn2+ пригнічували активність хлоропластної карбоангідрази на 70%, що, можливо, й призводило до часткової втрати мембраннозв’язаного бікарбонату