Molecular factors limiting the efficiency of the light phase of photosynthesis

Świetlna faza fotosyntezy to zasadniczy proces energetyczny roślin wyższych, której celem jest konwersja energii świetlnej w energię wiązań chemicznych, w postaci siły asymilacyjnej ATP i redukcyjnej NADPH. Zachodzi ona w błonach białkowo-lipidowych systemu lamellarnego tylakoidów, gdzie występują kompleksy białkowo-barwnikowe, a jej istotą w roślinach prowadzących oksygeniczny tryb fotosyntezy jest oderwanie elektronów od cząsteczki wody i przeniesienie ich na utlenioną formę NADP. W transporcie elektronu od wody do NADP+ uczestniczą PSII i PSI oraz przenośniki niezwiązane z żadnym z nich. W kompleksie enzymatycznym rozkładającym wodę zachodzi wydzielenie tlenu, będącym pośrednim markerem wydajności procesu fotosyntezy, który może być ograniczany przez różnego rodzaju czynniki, tj. intensywność światła, temperaturę, warunki hodowli, czy czynniki molekularne np. ilość plastochinonów (PQ). Proces ten można badać przy użyciu elektrody tlenowej Clarka, przeprowadzając reakcję Hilla na izolowanych chloroplastach lub błonach tylakoidów. W pracy zbadano wpływ kilku czynników abiotycznych na mechanizmy molekularne mogące ograniczać wydajność procesu fazy jasnej fotosyntezy. Wykazano wpływ temperatury oraz natężenia światła w trakcie hodowli jak i pomiarów. Zaobserwowano spadek intensywności wydzielania tlenu i wzrost zawartości PQ w warunkach stresu zimna i zacienienia.

The light phase of photosynthesis is an essential energy process of higher plants, which aims to convert light energy into energy of chemical bonds, in the form of the assimilation force of ATP and the reduction force of NADPH. It occurs in the protein-lipid membranes of the lamellar system of thylakoids, where protein-dye complexes are present, and its essence in plants conducting the oxygen mode of photosynthesis is to detach electrons from the water molecule and transfer them to the oxidized form of NADP. Transport of the electron from water to NADP+ involves PSII and PSI, as well as transporters unrelated to either of them. The enzyme complex that decomposes water secretes oxygen, which is an intermediate marker of photosynthesis efficiency, can be limited by various factors, i.e. light intensity, temperature, culture conditions or molecular factors, e.g. amount of plastoquinones (PQ). This process can be studied using Clark's oxygen electrode, performing Hill's reaction on isolated chloroplasts, or thylakoid membranes. The study investigated the influence of several abiotic factors on molecular mechanisms that may limit the efficiency of the light photosynthesis phase. The influence of temperature and light intensity during cultivation and measurements was demonstrated. A decrease in the intensity of oxygen release and an increase in the PQ content in the conditions of cold and shadow stress were observed.