Biopolym. Cell. 2012; 28(1):39-43.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.00002A
Структура та функції біополімерів
Ліпіди і комплекси пігмент–білок на рівні фотосинтетичного апарату у рослин Deschampsia antarctica за умов ультрафіолетового випромінювання
1Таран Н. Ю., 1Стороженко В. О., 1Свєтлова Н. Б., 2Топчій Н. М.
  1. Навчально-науковий центр «Інститут біології»
    Київського національного університету імені Тараса Шевченка
    вул. Володимирська, 64/13, Київ, Україна, 01601
  2. Інститут ботаніки ім. М. Г. Холодного НАН України
    вул. Терещенківська, 2, Київ, Україна, 01601

Abstract

Мета. Дослідження структурних і функціональних модифікацій головних компонентів фотосинтетичних мембран ендемічного антарктичного виду D. antarctica за умов жорсткого ультрафіолетового випромінювання. Методи. Кількісне визначення компонентів фотосинтетичних мембран проводили за методом Арнона (для хлорофілів і каротиноїдів), розділення каротиноїдів – за методом Мерзляка, виділення полярних ліпідів – за методом Зілла і Хармона з модифікацією Яковенка і Міхно, розділення гліколіпідів та їхня ідентифікація – за методом Ямамото, а їхній аналіз – за допомогою програми «Total lab», вміст сульфохіновозилдіацилгліцеролу визначали за методом Кіна. Розділення і визначення комплексів пігмент-білок хлоропластів здійснювали методом Андерсон. Достовірність різниці між значеннями середнього арифметичного знаходили за критерієм Ст’юдента. Різницю вважали достовірною при значенні р 0,05. Результати. Встановлено структурні та функціональні зміни ліпідів, каротиноїдів і комплексів пігмент-білок на рівні фотосинтетичного апарату у рослин D. antarctica за умов УФ-В випромінювання. Висновки. Адаптація рослин D. antarctica до впливу жорсткого ультрафіолетового випромінювання супроводжується каскадом фізіологічних і біохімічних перебудов на рівні фотосинтетичного апарату, пов’язаних зі змінами вмісту пігментів, ліпідів і комплексів пігмент-білок.
Keywords: Deschampsia antarctica, УФ-В випромінювання, фотосинтетичний апарат
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Alberdi M., Bravo L. A., Gutierrez A., Gidekel M., Corcuera L. J. Ecophysiology of Antarctic vascular plants. Physiol. Plan 2002 115, N 4:479–486.
[2] Lewis-Smith R.. I. The enigma of Colobanthus quitensis and Deschampsia antarctica in Antarctica. Antarctic biology in a global contextn / Eds A. H. L. Huiskes, W. W. C. Gieskes, J. Rozema et al Leiden: Backhuys Publ., 2003:234–239.
[3] Xiong F. S., Mueller E. C., Day T. A. Photosynthetic and respiratory acclimation and growth response of Antarctic vascular plants to contrasting temperature regimes. Am. J. Bot 2000 87, N 5:700–710.
[4] Xiong F.S., Ruhland C.T., Day T.A. Photosynthetic temperature response of the Antarctic vascular plants Colobanthus quitensis and Deschampsia antarctica. Physiol. Plant 1999 106, N 3 P. 276–286.
[5] Environmental effects of ozone depletion: 1998 Assessment. UNEP Nairobi, 1998:1–209.
[6] Szollosi E., Veres S., Kanalas P., Olah V., Solti A., Sarvari E., Meszaros I. Effects of UV-B radiation and water stress on chlorophyll fluorescence parameters and activity of xanthophyll cycle in leaves of sessile oak (Quercus petraea) seedlings. Acta Biol. Szegediensis 2008 52, N 1:241–242.
[7] Ambasht N.K., Agrawal M. Influence of supplemental UV-B radiation on photosynthetic characteristics of rice plants. Photosynthetica 1997 34, N 3:401–408.
[8] Day T.A., Ruhland C.T. Grobe C.W., Xiong F. Growth and reproduction of Antarctic vascular plants in response to warming and UV radiation in the field. Oecologia 1999 119, N 1:24– 35.
[9] Edge R., McGarvey D. J., Truscott T. G. The carotenoids as antioxidants – a review. J. Photochem. Photobiol. B 1997 41, N 3:189–200.
[10] Gould K.S., McKelvie J, Marckham K.R. Do anthocyanins function as antioxidants in leaves? Imaging of H2O2 in red and green leaves after mechanical injury. Plant Cell Environ 2002 25, N 10:1261–1269.
[11] Latowski D., Kostecka-Gugala A., Strzalka K. Effect of the temperature on violaxanthin de-epoxidation: Comparison of the in vivo and model systems. Russ. J. Plant Physiol 2003 50, N 2:173–177.
[12] Muller-Moule P., Havaux M., Niyogi K. K. Zeaxanthin deficiency enhances the high light sensitivity of an ascorbate-deficient mutant of Arabidopsis. Plant Physiol 2003 133, N 2:748–760.
[13] Palozza P., Krinsky N. L. Antioxidant effects of carotenoids in vivo and in vitro: an overview. Methods Enzymol 1992 213, N 2:403–420.
[14] Kettunen R., Tyystjarvi E., Aro E. M. Degradation pattern of photosystem II reaction center protein D1 in intact leaves. The major photoinhibition-induced cleavage site in D1 polypeptide is located amino terminally of the DE loop. Plant Physiol 1996 111, N 4:1183–1190.
[15] Moorthy P., Kathiresan K. Effect of UV-B radiation on photosynthetic reactions in Rhizophora apiculata. Plant Growth Regul 1999 28, N 1:49-54.
[16] Arnon D. Copper Enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiol 1949 24, N 1 P. 1–15.
[17] Merzlyak M.N. Densimetric determination of carotenoids in plants in thin layers of «Silufol» plates. Nauchnye Doki Vyss Shkoly Biol Nauki. 1978; 1:134–8.
[18] Zile L. P., Harmon E. A. Lipids of photosynthetic tissue. I. Silicic acid chromatography of the lipids from whole leaves and chloroplasts. Biochim. Biophys. Acta 1962 57, N 3:573–583.
[19] Yakovenko GM, Mikhno AI. Method of isolation and separation into classes of lipids of plant leaves and chloroplasts on the silicagel column. Fiziologiia i biokhimiia kul'turnykh rasteniy. 1971; 3(6):651-6.
[20] Yamamoto H. High speed quantitative assay on TLC/HPTLC plates. Instrumental HPTLC New York: Ed. W. Bertch & R. Raser. 1980 367–384p.
[21] Kean E. L. Rapid, sensitive spectrophotometric method for quantitative determination of sulfatides. J. Lipid Res 1968 9, N 3:319–327.
[22] Anderson J. M., Melis A. Localization of different photosystems in separate regions of chloroplast membranes. Proc. Natl Acad. Sci. USA 1983 80, N 3:745–749.
[23] Anderson J. M. P-700 content and polypeptide profile of chlorophyll-protein complexes of spinach and barley thylakoids. Biochim. Biophys. Acta 1980 591, N 1:113–126.
[24] Liu L., Xu S., Woo K.C. Solar UV-B radiation on growth, photosynthesis and the xanthophyll cycle in tropical acacias and eucalyptus. Environ. Exp. Bot 2005 54, N 2:121–130.
[25] Bornman J. F. New trends of photobiology: Target sites of UVB radiation in photosynthesis of higher plants. J. Photochem. Photobiol. B 1989 4, N 2:145–158.
[26] Cogdell R. J., Frank H. A. How carotenoids function in photosynthetic bacteria. Biochim. Biophys. Acta 1987 895, N 2 P. 63–79.
[27] Stroch M., Spunda V., Kurasova I. Non-radiative dissipation of absorbed excitation energy within photosynthetic apparatus of higher plants. Photosynthetica 2004 42, N 3:323–337.
[28] Telfer A., Bishop S.M., Phillips D., Barber J. Isolated photosynthetic reaction center of photosystem II as a sensitizer for the formation of singlet oxygen. Detection and quantum yield determination using a chemical trapping technique. J. Biol. Chem 1994 269, N 18:13244–13253.
[29] Telfer A., De Las Rivas J., Barber J. -Carotene within the isolated photosystem II reaction centre: photooxidation and irreversible bleaching of this chromophore by oxidised P680. Biochim. Biophys. Acta 1991 1060, N 1:106–114.
[30] Telfer A., Dhami S., Bishop S. M., Phillips D., Barber J. -Carotene quenches singlet oxygen formed by isolated photosystem II reaction centers. Biochemistry 1994 33, N 48 P. 14469–14474.
[31] Barber J. Molecular basis of the vulnerability of Photosystem II to damage by light. Aust. J. Plant Physiol 1994 22, N 2:201–208.
[32] Minkov I. N., Jahoubjan G. T., Denev I. D., Toneva V. T. Photooxidative stress in higher plants. Handbook of plant and crop stress / Ed. M. Pessarakli New York: Marcl Dekker, 1999 P. 499–525.
[33] Ruban A.V., Berera R., Ilioaia C., van Stokkum I.H.M., Kennis J.T.M., Pascal A. A., van Amerongen H., Rober, B., Horton P., van Grondelle R. Identification of a mechanism of photoprotective energy dissipation in higher plants. Nature 2007 450, N 7169:575–578.
[34] Strzhalka K., Kostecka-Gugala A., Latovski D. Carotenoids of plants and stress action of environment: the role of modulation of physical properties of membranes by carotenoids. Fiziol. Rast 2003 50, N 2:188–193.
[35] Taran NYu, Okanenko OA, Svietlova NB, Musienko MM. Influence of a high-temperature stress on the glicerolipid content of wheat thylakoids. Dopovidi Nats Akad Nauk Ukrainy. 2000; (1):165-9.
[36] Svetlova NB, Taran NYu, Okanenko OA, Musienko MM. Carotenoids and glycolipids in adaptive response of winter wheat chloroplasts under drought action. Dopovidi Nats Akad Nauk Ukrainy. 2004;(2):192-5.
[37] Pick U., Gounaris K., Weiss M., Barber J. Tightly bound sulfolipids in chloroplast CF0-CF1. Biochim. Biophys. Acta 1985 808, N 3:415–420.
[38] Sakaki T. Photochemical oxidants: toxicity. Responses of plant metabolism to air pollution and global change / Eds L. J. De Kok, I. Stulen Leiden: Backhuys Publ., 1998:117–129.
[39] Taran N. Yu., Okanenko A. A., Kosyk O. I. Plant sulfolipid. II. Mutant study and phosphate deficiency. Biopolym. Cell 2009 25, N 1:3–11.
[40] De Kruijff B., Pilon R., Hof R., van’t Demel R. Lipid-protein interactions in chloroplast protein import Lipids in Photosynthesis: Structure, Function and Genetics Advances in Photosynthesis and Respiration Volume 6, 2004, pp 191-208 –:191–208.
[41] Vijayan P., Routaboul J.-M., Browse J. A genetic approach to investigating membrane lipid structure and photosynthetic function. Lipids in photosynthesis: structure, function and genetics (Advances in photosynthesis and respiration) / Eds P.-A. Siegenthaler, N. Murata Amsterdam: Kluwer Acad. Publ., 1998 Vol. 6:263–285.
[42] Siefermann-Harms D., Ninnerman H., Yamamoto H. Reassembly of solubized chlorophyll-protein complexes in proteolipid particles comparison of monogalactosyldiacylglycerol and two phospholipids. Biochim. Biophys. Acta 1987 892, N 3:303–313
[43] Vass I., Sass L., Spetea C., Bakou A., Granotakis D., Petrouleas V. UV-B-induced inhibition of photosystem II electron transport studied by EPR and chlorophyll fluorescence. Impairment of donor and acceptor side components. Biochemistry 1996 35, N 27:8964–8973.