Пригодилось? Поделись!

Фотосинтез водорослей


Фотосинтез водорослей

 


Фотосинтез. Преобразование энергии света в химическую энергию фотосинтеза у синœезелœеных водорослей, как и у других фотосинтезирующих организмов, осуществляющих расщепление воды и выделœение кислорода, представляет собой сложный комплекс реакций. В первой реакции (фотофизической) происходит поглощение света пигментами и превращение его энергии в пигментных структурах, во второй (фотохимической) энергия электрона переносится в электрон-транспортной цепи фотосинтеза, а в третьей (биохимической) она используется для восстановления С02. Поскольку клетки синœезелœеных водорослей содержат большое число пигментов, то поглощение видимого света осуществляется в широком диапазоне (от 400 до 800 нм), большем, чем у других водорослей. Пигменты фотосинтетического аппарата организованы в две фотосистемы. Фотосистема I является главным местом превращения световой энергии в химическую, Она, как и фотосистема II, содержит хлорофилл а и каротиноиды. При этом хлорофилл а у синœезелœеных водорослей не является однородным пигментом. Фотосистема I представляет собой комплекс хлорофилла а и цитохрома f.

Согласно имеющимся в литературе данным, синий свет может служить индикатором относительно содержания двух фотосистем. В опытах с клетками Chlorella vulgaris, автотрофно выращенных на синœем свете, содержание хлорофиллов и каротиноидов на 25—30 % выше, чем в водорослях, облучаемых красным светом Величина соотношения Хаь при этом составляла 2,9 и 5,0 для водорослей, выращенных на синœем и красном свете соответственно. Замена белого света͵ при котором соотношение Ха/Хь было равным 2,9, на красный приводит к увеличению через 20 ч этого параметра до 5,0. В таких клетках накапливалось до 80 % хлорофилла, в то время как в клетках, получающих после белого синий свет — 50 % хлорофилла Ь. Флуоресценция водорослей, получивших в ходе роста синий свет, на 30 % больше таковых растений, выращенных на красном свете. Учитывая, что хлорофилл b функционально связан с фотосистемой II, синий свет служит у Chlorela существенным фактором формирования данной фотосистемы и тем самым оптимального состава фотосинтетического аппарата.

В результате светового возбуждения, наступающего у фотосистемы II, вызываются реакции фотоокисления воды и переноса образовавшегося электрона в цепь поступательных переносчиков, что приводит к их восстановлению. Возбуждение же фотосистемы I приводит к окислению этих переносчиков и переброске электрона на молекулу НАДФ с последующим ее восстановлением.

Электрон, образующийся в результате фотовозбуждения как фотосистемы I, так и фотосистемы II, по пути своего следования отдает содержащуюся в нем энергию. Фотосистема II (коротковолновая, А=680), поглощая квант света͵ повышает энергию электрона от уровня окислительно-восстановительного потенциала воды, являющейся внешним донором электронов, до уровня с невысоким отрицательным потенциалом. Фотоактивация фотосистемы I (длинноволновая) приводит также к образованию электрона с высокой восстанавливающей способностью, который используется для восстановления ферредоксина или желœезофермента дегидрогеназы. Под действием красного света пигмент окисляет цитохром f и восстанавливает ферредоксин, который, окисляясь НАДФ-редуктазой, образует восстановленный НАДФ-Н— один из самых важных компонентов, образующих «восстановительную силу» за счет энергии света.

В свою очередь, цитохром f, отдавший электроны восстанавливается электронами, отданными фотосистемой II, т. е. объединяет обе системы. Между ними находится и пластоцианин — медьсодержащий белок, участвующий в транспорте электронов.

С фотосистемой II связаны пластохиноны — соединœения с наименьшим окислительно-восстановительным потенциалом, участвующие в транспорте электронов. Важное место в этом транспорте отводится и цитохромам b, которых значительно больше, чем цитохрома. В частности, цитохромы b, содержащиеся в хлоропластах, располагаются после фотосистемы I.

Энергия электрона используется на образование макроэргической связи АТФ дважды. Одно из мест, где происходит фосфорилирование, связано с фотосистемой II. Находится оно, как полагают, между пластохинонами и цитохромом f. Второе место существует предположительно между акцептором фотосистемы I и НАДФ. Р. М. Бекина и М. В. Гусев показали, что на тилакоидных мембранах цианобактерий наряду с фотосистемой I фотосистема II способна восстанавливать 02 на уровне реакционный центр — первичный акцептор. Вместе с тем функционирование двух систем совместно или раздельно с 02 как акцептором электронов имеет неравную энергетическую эффективность. Обнаружено отклонение фотообмена 02 от нормы как при активации, так и при снижении поглощения 02, что оказывает одинаково тормозящее действие на фотосинтез. При введении в клетки органических кислот, обладающих способностью активировать поглощение 02 в фотосистеме II (яблочной, глиоксиловой, малоновой, щавелœевой) фотосинтез снижался на 50—70 %. Тормозит фотосинтез и удаление выделяемой в среду перекиси водорода. При совместной инкубации синœезелœеных водорослей и хлоропластов высших растений с активным фотопоглощением 02, обогащающим среду Н202, также на 50—70 % ингибируется фотосинтез. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, из этих опытов вытекает крайне важность поддержания определœенного уровня восстановленных форм 02 для процесса фотосинтеза как начала общего метаболизма клетки на свету. Е. Л. Барский с соавт. нашли, что фотосинтетическое выделœение 02 интактными клетками синœезелœеных водорослей зависит от поверхностного заряда мембран, регулирующего стыковку пластоцианина с реакционными центрами фотосистемы I. Лагфаза в выделœении 02, очевидно, обусловлена трансмембранным перераспределœением катионов в ответ на образование электрохимического потенциала Н+ при энергизации клеток освещением. Перераспределœение катионов приводит к увеличению их концентрации в микроокружении пластоцианина и стимуляции выделœения 02.

Исследования М. Кальвина показали, что главный путь ассимиляции С02 — циклический процесс, в который вводится С02 и из которого выходит углерод.

Э. Либберт разделяет данный процесс на три фазы: Фаза карбоксилирования С02, связываясь с рибулозодифосфатом, образует две молекулы фосфоглицерата при участии фермента рибулозодифосфат-карбоксилазы. В фазе восстановления фосфоглицерат при участии НАДФ-Н и АТФ восстанавливается до 3-фосфоглицеральдегидрида. Затем наступает фаза регенерации, когда каждая шестая молекула фосфоглицеральдегида выходит из цикла и из этого вещества образуется фруктозо-1,6-дифосфат, из него, в свою очередь, синтезируются глюкоза, сахароза, крахмал и т. п. Из остальных молекул фосфоглицеральдегида при участии новых молекул АТФ регенерируется рибулозодифосфат (5С3—3С5). В качестве промежуточных продуктов образуются различные фосфаты Сахаров (к примеру, С4-эритрозо-С6-фруктозо-С7-седогептулозодифосфат). С окончанием этой фазы цикл замыкается. Процесс данный получил название «С3-пути», и он характерен для большинства растений.

М. Хетч и С. Слэк, а еще раньше Ю. С. Карпилов нашли, что у некоторых растений, преимущественно тропических и субтропических (сахарного тростника, кукурузы и др.), СО2 присоединяется к фосфоенолпировиноградной кислоте (ФЕП) при участии фосфоенолпируваткарбоксилазы:

В результате образуется щавелœево-уксусная кислота (ЩУК), в которой содержится четыре атома углерода. Такое присоединœение СО2 получило название «С4-пути». Эта кислота преобразуется в яблочную (в некоторых случаях в аспарагиновую), а последняя затем подвергается трансдекарбоксилированию. При этом С02 отщепляется и вступает в цикл Кальвина, присоединяясь к рибулозодифосфату. Следовательно, С4-путь включает две реакции карбоксилирования, что позволяет растениям создавать определœенные запасы углерода в клетках. Растения, осуществляющие фотосинтез по С4-пути, имеют два типа хлоропластові крупные пластиды, часто лишенные гран в клетках обкладки, окружающих сосудистые пучки мелкие гранальные пластиды в клетках мезофилла листа.

Карбоксилирование фосфоенолпировиноградной кислоты осуществляется в клетках с мелкими хлоропластами. Образовавшаяся щавелœево-уксусная кислота передвигается в клетки обкладки, где протекает реакция транскарбоксилирования и С02 вступает в цикл Кальвина. Ю. С. Карпилов назвал данный путь кооперативным, поскольку в нем принимают участие два типа клеток и два типа хлоропластов.

Фотосинтетическая фиксация углерода у синœезелœеных водорослей осуществляется по Сз-пути с участием рибулозо-1,5-дифосфаткарбоксилазы (РДФК) Но в отличие от растений водоросли обладают активным транспортным механизмом, позволяющим накапливать неорганический углерод внутри клетки в концентрации, которая превышает концентрацию углерода во внешней среде. У высших растений РДФК находится в растворенной форме в строме хлоропластов, а у синœезелœеных водорослей большая часть РДФК локализована в паракристаллических полиэдральных телах — карбоксисомах.

Опыты с использованием меченого углерода у Апаcystis nidulans показали, что на начальных стадиях он включался в аспартат и глутамат, а затем в аланин, треонин, изолейцин и глицинсерин, что характерно для С4-пути фотосинтеза. При выдерживании культуры A. nidulans в условиях фотоокисления (яркий свет, низкая температура) происходят потеря фотосинтетических пигментов (хлорофилла а, фикоцианина, каротиноидов) и обесцвечивание клеток, а также деградация мембран тилакоидов. Инактивация фотосистемы I происходит быстрее по сравнению с фотосистемой П-Уменьшение активности фотосистемы I шло параллельно с потерей клетками пигментов, вплоть до полной их потери. После перенесения культур в оптимальные условия роста происходил ресинтез пигментов и восстановление структуры фотосинтетического аппарата. Активность фотосистем I и II нормализовалось одновременно.

Клетки Chlamydomonas reinhardtii, как и другие одноклеточные водоросли, обладают системой концентрирования С02, обеспечивающей эффективную фотосинтетическую ассимиляцию этого субстрата при низких концентрациях его в среде. Эта система, будучи энергозависимой, запускается в действие на свету и включает насыщаемый компонент транспорта неорганического углерода, вероятнее всœего, электрогенный транспорт гидрокарбоната с участием карбоангидразы.

Показательно, что в клетках A. nidulans, выращенных при высоких интенсивностях света͵ когда отношение хлорофилла к фикоцианину равно 1 : 3, преобладающее количество углекислоты фиксируется через цикл Кальвина, а в клетках, выращенных при слабом освещении или на красном свету, когда содержание фикоцианина увеличивается, С02 фиксируется по С4-пути. Активность малатдегидрогеназы и рибулозо-1,5-дифосфаткарбоксилазы в этих условиях уменьшается, а активность фосфоенолпируваткарбоксилазы увеличивается. Основными первичными продуктами являются аспартат, глицин и серии, и содержание метки из С02 в них увеличивается при инкубации клеток в атмосфере азота и переносах их из темноты на свет. У Anabaena flosaquae, Anacystis nidulans, Oscillatoria sp. активность фосфоенолкарбоксилазы в 1,5—5 раз выше, чем активность рибулозодифосфаткиназы, т. е. за счет С4-пути эти водоросли могут фиксировать 65—70 % С02. У Spirulina platensis обнаружены как фосфоенолпируваткарбоксилазы, так и рибулозодифосфаткарбо-ксилазы, что свидетельствует о фиксации углерода по Сз- и С4-пути.

Фотосинтетическое выделœение О2 интактными клетками синœезелœеных водорослей зависит от поверхностного заряда мембран, регулирующих стыковку пластоцианина с реакционными центрами фотосистемы I.

У облигатно-ацидофильной одноклеточной водоросли Cyanidium caldarium скорость фотосинтетического выделœения кислорода зависит от рН среды и формы неорганического углерода. При низком содержании неорганического углерода (0,03 мМ) максимум фотосинтеза наблюдался в нейтральной области рН; при высоком (0,6 мМ) — фотосинтез не зависит от рН в области величин 3—7 и падает до 0 при повышении рН до 9. Длительная инкубация клеток при рН 7 прекращает рост, приводит к падению скорости фотосинтеза через 1 сут на 50 %.

В общей зависимости интенсивности фотосинтеза от степени освещения у разных водорослей имеются определœенные отличия. У зелœеных, синœезелœеных и одноклеточных зелœеных водорослей показатель интенсивности протекания фотосинтеза, определяемый как отношение числа молей выделяемого 02 к числу молей поглощаемого С02 зависит от количества поглощенного С02 в темновой фазе, предшествующей световому периоду. А именно, величина интенсивности протекания фотосинтеза тем больше, чем больше количество поступившего в клетки С02. На постоянном свету во время светового периода скорость поглощения клетками С02, как правило, возрастает со временем, хотя скорость выделœения 02 при этом снижается. Очевидно, поглощаемый в темноте С02 сохраняется для использования в фотосинтезе в следующих за темновой фазой периодах освещения. Такая способность особенно важна для водорослей, обитающих в мало забуференных пресных водах, обычно содержащих низкие концентрации С02. Установлено, что разные виды Chlorella по-разному утилизируют неорганический углерод. Так, клетки Ch. vulgaris и Ch. miniata в основном используют в качестве источника углерода С02, в то время как Chlorella sp. и Ch. ellipsoidea кроме С02 дополнительно поглощают НСО-. Способ утилизации углерода этими клетками не зависит от концентрации в среде С02 во время их роста. Напротив, клетки Ch. pyrenoidosa, выращенные в среде с 1,5 % С02, т. е. обогащенные С02, фиксировали главным образом С02, но при замене С02 воздухом использовали наряду с С02 и HCO3.

Кроме того, фиксация С02 может осуществляться путем использования восстановительного цикла карбоновых кислот. Так, у Anacystis nidulans при снижении концентрации С02 до 0,03 % возрастает активность ряда ферментов цитратсинтазы, аконитатгидратазы, изоцитратдегидрогеназы и глутаматдегидрогеназы.

Изучение первичных продуктов фотосинтеза с помощью изотопного метода у нитчатой цианобактерия Anabaena cylindrica показало, что через 5 с 90—95 % 14С включалось в промежуточные продукты цикла Кальвина и только 1—4 % присутствовало в С4- дикарбоновой кислоте, аспартате. Ингибиторы ФЕП-карбоксилазы не влияли на скорость 14С02-поглощения. Это говорит о том, что в основном поглощение углекислоты идет за счет РДФ-карбоксилазы. ФЕП-карбоксилаза, хотя и присутствует в клетках, не играет такой роли, как в С4-растениях. Скорее, она служит дополнительным источником углеродного скелœета для биосинтеза аминокислот.

Есть указания и на то, что зелœенение Euglena gracilis нельзя объяснить ни одной из фотосинтетических реакций, это растение нужно перенести в новую группу растений, фиксирующих неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ количество С02 в С4-соединœения, которые затем декарбоксилируются для дальнейшего использования С02 в цикле Кальвина.

Таким образом, синœезелœеные водоросли могут ассимилировать С02 различными путями, в зависимости от их видовых особенностей и факторов окружающей среды.

Ассимиляция С02 имеет разный характер при освещении и в темноте. В опытах с Anacystis nidulans на свету 60 % меченой С02 обнаруживается в фосфатах Сахаров, а после короткой световой переинкубации в темноте — в 3-фосфоглицериновой кислоте, фосфоенолпирувате, аланинœе, аспарагинœе. В темноте происходит накопление предшественников низкомолекулярной РНК, окончательный синтез которой осуществляется при освещении. Вместе с тем, у A. nidulans в темноте синтезируется два новых вида РНК, дегидрирующие на свету и 12 новых белков. Таким образом, облигатно-фототрофные синœезелœеные водоросли обладают набором темновых энергетических процессов, т. е. период их нахождения в темноте является покоящейся стадией.

К. Я. Биль и соавт. высказали предположение, что в клетках одноклеточной зелœеной водоросли Chlamydomonas reinhardtii с достаточно высоким уровнем темновой фиксации С02, достигающим при 25 °С 16 % от фотосинтеза, наряду с пентозофосфатным восстановительным циклом протекает серия биохимических реакций, которые позволяют с высокой эффективностью ассимилировать С02 не только в темновой период, но и на свету при высоких температурах окружающей среды.

Следует отметить, что состав низкомолекулярных продуктов фотосинтеза, включающий моносахариды, дисахариды, глицерин и другие вещества, служит характерным признаком отдельных таксономических групп водорослей и может использоваться при установлении их систематического положения. Установлено, что у красных водорослей основным продуктом фотосинтеза является флоридозид (глицерин-галакто-пираноза), у харовых водорослей — сахароза, у зелœеных — сахароза и глицин, у бурых — маннит, у синœе-зелœеных — глицерин-глюкопиранозид.

Активность фотосинтеза зависит от воздействия внешних факторов. Изучение действия озона показало, что концентрация его в 3 мМ на 50 % подавляет фотосинтез и снижает выделœение кислорода у Chlorella sp. При более длительном воздействии (8—10 мин) происходило полное разрушение пигментной системы клеток. Высказывается предположение, что озон вызывает отток осмотически активных материалов из клетки, нарушает ее энергетический режим и разрушение протопластов, т. е. действует на органеллы не прямо, а опосредованно, вероятнее всœего, на плазмалемму, а не направлено на хлоропласты.

Показательно, что для клеток морской диатомовой водоросли Phaeodactulum tricornutum, находящихся в равновесии с С02, характерна зависимость фотосинтетического выделœения кислорода от содержания натрия в среде, который не может быть заменен калием, литием или аммонием и не влияет на дыхание. При постепенной концентрации С02 ингибирующее действие отсутствия натрия на фотосинтетическое выделœение кислорода менее заметно при рН = 6,5, чем при рН = = 8,0, когда неорганический углерод в среде преимущественно находится в форме гидрокарбоната. Из этого следует, что натрий в данной водоросли является существенным фактором утилизации гидрокарбоната — основного соединœения, в форме которого осуществляется фотосинтетическая ассимиляция неорганического углерода.

В опытах с Chlamydomonas reinhardtii показано, что при выращивании клеток в присутствии С02 основной утилизируемой формой неорганического углерод является С02, а в клетках, обедненных во время роста С02, роль такого соединœения выполняет бикарбонат НСО-. Механизм утилизации бикарбоната основан на превращении НСО- в С02 благодаря действию карбоангидразы, локализованной на внешней поверхности плазмалеммы. Темновая деструкция крахмала в водорослях Сhlаmidomonas, адаптированных к анаэробиозу, сопровождается образованием Н2 и С02. Выделœение С02 на свету происходит с постоянной скоростью, а выделœение Н2 — с максимальной скоростью в начальный период освещения. Повышение интенсивности света в интервале от 40 до 150 Вт/м2 сопровождается снижением скорости выделœения С02 и ускорением выделœения Н2.

Из этого следует наличие взаимосвязи процессов, лежащих в основе образования С02 и Н2 в клетках водорослей.

При азотном голодании происходит разрушение пигментов. У Chlorella vulgaris это разрушение идет в две стадии: в течение первых двух суток разрушается только хлорофилл а, а затем идет медленное разрушение хлорофилла b и оставшегося хлорофилла а. Уменьшение выживаемости клеток коррелирует с выцветанием хлорофилла Ь. При добавлении нитрата содержание хлорофилла а начинает увеличиваться через 4 ч, а хлорофилла b — через 6 ч, когда соотношение хлорофиллов а/Ь достигнет нормального значения — 3,2. Предполагается, что при восстановлении фотосинтетического аппарата клеток водорослей скорость синтеза пигментов светособирающего хлорофилла белкового комплекса, с одной стороны, и активных компонентов фотосистем I и II — с другой, регулируется величиной их отношения.

Фотогетеротрофность

 

Фотогетеротрофный образ жизни, как доказано в опытах с радиоактивным углеродом, характерен для многих видов водорослей, усваивающих до 30 органических соединœений. Так, Anacystis nidulans легко поглощает мальтозу, пировиноградную, уксусную, сокетоглутаровую и молочную кислоты. Существует также определœенная избирательность к органическому субстрату у различных водорослей, особенно при оптимальных условиях освещения. Среди органических субстратов есть и такие, которые оказывают ингибирующее действие на рост водорослей: пропионат, цистеин и индол ингибируют Anacystis nidulans, гистидин — Synechocystis aquatilis, а лизин, валин, серин, гистидин — Anabaena variabilis. A. variabilis может расти фотоавтотрофно, но может использовать фруктозу как основной источник углерода в в темноте и на свету. Рост культуры в среде без связанного азота лимитирован С02, хотя высокие концентрации С02 (>2 %) ингибируют рост водоросли. В то же время фиксация С02 уменьшается до 75 % в присутствии 20 мМ фруктозы, а скорость выделœения СЬ увеличивается до концентрации 10 мМ, что связывают с количеством в клетке продуктов фиксации углерода.

Рост A. variabilis в первые 10 суток под влиянием глюкозы, аспарагиновой, глутаминовой кислот примерно такой же, как и в контроле. К 20-м суткам, когда в контрольном варианте на минœеральной среде культура лизируется, рост на среде с органическими веществами интенсивно продолжается, т. е. возраст культуры, очевидно, является определяющим фактором гетеротрофности.

В опытах с использованием ацетата͵ меченного по углероду, доказана его прямая фотосинтетическая ассимиляция клетками Nostos muscorum и др. Для Тоjypotrix tenuis характерен рост в темноте за счет окисления глюкозы и потребления ее на свету. Усвоение углеводов на свету сопровождается накоплением гликогена, образующегося также при автотрофном и гетеротрофном образе жизни у синœезелœеных водорослей. Уменьшение концентрации С02 увеличивает долю углерода, включенного в клеточный метаболизм из ацетата и глюкозы.

Изучение превращения глюкозы, меченной в различных положениях в клетках Anabaena cylindrica, Anacystis variabilis и др., показало, что оно происходит в основном окислительным путем и С02 образуется из положения С1, а не из положения С5. Это также свидетельствует в пользу пентозофосфатного пути ассимиляции глюкозы. Перенос клеток со света в темноту ведет к быстрому исчезновению фосфатов Сахаров и накоплению 6-фосфоглюконата͵ что доказывает превращение эндогенных углеводов гексозомоно-фосфатным путем, обеспечивающим клетку большим количеством НАДФ-Н (в то время как при гликолизе и в реакциях цикла Кребса образуется в основном НАДФ). В свою очередь, НАДФ-Н необходим для восстановительных синтезов базовых веществ клеток из низкомолекулярных предшественников d- и С5-сахарами, служащими для синтеза нуклеотидов и некоторых аминокислот.

В пентозофосфатном цикле экзогенные или эндогенные углеводы могут окисляться до конца, хотя на уровне фосфоглицеринового альдегида они могут метаболизироваться по гликолитическому циклу.

Показательно, что хлоропласта͵ выделœенные из фотогетеротрофно выращенных клеток Euglena gracilis, отличались от аналогичных препаратов хлоропластов из шпината. Οʜᴎ были более устойчивы к высокой концентрации ортофосфата в среде, неспособны к выделœению 02, зависимому от оксалоацетата͵ и отличались низкой скоростью выделœения 02 в присутствии 3-фосфоглицериновой кислоты. При хранении при 4 °С изолированные хлоропласти Euglena сохраняли свою активность в 2—3 раза дольше, чем хлоропласты шпината͵ а через 8 ч хранения у хлоропластов эвглены скорость выделœения 02 составляла 80 % от исходной величины.

Несмотря на недостаточное изучение фотогетеротрофного образа жизни, совершенно ясно, что в определœенных условиях, близких к естественному существованию синœезелœеных водорослей, такой путь усвоения веществ является единственно возможным для размножения, развития и препятствия лизису от фотоокисления.

 

Хемоорганотрофность

 

Хемоорганотрофный образ жизни присущ примерно 30 видам синœезелœеных водорослей с нитчатым строением (Nostoc punctiforme, Phormidium foveolarum, Oscillatoria sp. и др.). Обнаружен целый ряд этих растений, развивающихся в темноте на среде с глюкозой или сахарозой. У одноклеточных водорослей темновое развитие встречается гораздо реже, оно характерно для некоторых представителœей родов Aphanocapsa и Chlorogloea.

В гетеротрофных условиях в темноте при добавлении глюкозы хорошо растет Chlorococcum infusionum, причем интенсивность роста пропорциональна концентрации глюкозы, хотя при 0,1—0,2 % глюкозы ростовые процессы отсутствовали. Такой же стимулирующий эффект оказывает арабиноза. Вместе с тем Chlorococcum не растет в присутствии уксусной кислоты, сахарозы, желатина в качестве источников углерода и очень слабо растет при добавлении в питательные среды ацетата натрия, глицерина и галактозамина.

Источником углерода для хемоорганотрофов являются углеводы (глюкоза, сахароза, рибоза, мальтоза, манноза и др.), а источником азота — нитрат, NH4 или аминокислоты. Время их перехода к размножению в условиях темноты снижается в 3—5 раз, рост обычно происходит в аэробных условиях. У представителœей Nostoc он может осуществляться без доступа воздуха. Все это позволяет предположить, что среди синœезелœеных водорослей существуют всœе переходные формы от облигатных фототрофов до гетеротрофов. Так, у Nostoc linckia при добавлении глюкозы, фруктозы, сахарозы, мальтозы и лактозы стимулируется фогогетеротрофный рост цианобактерий, увеличивается содержание хлорофилла и белка, усиливается поглощение аммиачного азота и нитрогеназная активность. Глюкоза, фруктоза и сахароза также поддерживали слабый хемогетеротрофный рост, а ингибируют его кетоглутарат, пируват, сукцинат, ацетат, сорбоза и формат.

Рост Nostoc muscorum блокируется в присутствии диурона — известного ингибитора ассимиляции С02 в фотосинтезирующих организмах. Вместе с тем мутант этой водоросли устойчив к 5- 10-5 М диурона при фототрофных условиях роста͵ может использовать данное соединœение в качестве источника углерода и азота и не способен расти фотоавтотрофно, т. е. мутант лишен способности к фотосинтетической фиксации СО2.

Н. Г. Тихоновской и А. Д. Володарским выявлены антигены, которые рассматриваются в качестве фенотипических маркеров клетки Euglena gracilis в определœенных физиологических состояниях — фототрофном и гетеротрофном. Наличие таких маркеров позволяет не только тестировать определœенное функциональное состояние клетки, но и контролировать изменение клеточного метаболизма при переходе клетки из автотрофного в гетеротрофное состояние и обратно.

Продукты метаболизма глюкозы могут оказывать токсическое действие на организм хемоорганотрофов при гетеротрофном росте в темноте. Это, в частности, относится к Plectonema boryanum, рост ее успешно продолжается при непрерывном пересеве культуры (диализе). В естественных условиях произрастания образующиеся токсические продукты постоянно удаляются и вреда не приносят.

Почти всœе синœезелœеные водоросли, способные к фотогетеротрофному росту, для процессов метаболизма нуждаются в кислороде, причем энергию они получают за счет окислительного фосфорилирования. Скорость этого процесса является основным моментом, ограничивающим рост хемогетеротрофов в темноте.

В условиях темнового развития происходит определœенное ингибирование синтеза мембранных структур и пигментов. Так, ламеллы мембран принимают беспорядочное расположение, в то время как в автотрофних условиях они располагаются параллельно. В темноте несколько теряется содержание хлорофилла, фикоэритрина, фикоцианина и других пигментов.

Таким образом, более замедленный рост в темноте при сохранении пигментной системы и ферментативной активности позволяет организмам сохранять жизнедеятельность и является, очевидно, приспособлением к неблагоприятным условиям жизни.


Литература

1. Сиренко Л. А., Козицкая В. Н. Биологически активные вещества водорослей и качество воды. — К., 1988

2. Сакевич А. И. Экзометаболиты пресноводных водорослей. — К., 1985

3. Полевой В. В. Физиология растений. — М., 1999

4. Курс низших растений/Под ред. М. В. Горленко. — М.: Высш. шк., 1981

5.Биохимия/Н. Е. Кучеренко, Ю. Д. Бабенюк, А. Н. Васильев и др. — К.,1998


Фотосинтез водорослей - 2020 (c).
Яндекс.Метрика