7. fejezet - A fluoreszcencia indukció felhasználása a fotoszintetikus apparátus működésének vizsgálatában

szerző: Dr. Solti Ádám

Tartalom

7.1. A fotoszintetikus apparátus alapvető működése
7.2. Klorofill-a fluoreszcencia indukció
7.2.1. A nem-fotokémiai kioltás (NPQ)
7.2.2. Hibalehetőségek a mérésben
7.3. Klorofill-a fluoreszcencia indukció mérése pulzus amplitúdó modulációs (PAM) fluorométerrel
7.3.1. Mérés PAM fluorométerrel
7.4. Klorofill-a fluoreszcencia indukció mérése diszkrét hullámhosszokon mérő fluorométerrel (FMM)
7.4.1. Mérés FMM fluorométerrel
7.5. Ajánlott irodalom

7.1. A fotoszintetikus apparátus alapvető működése

A növényi élet legjellemzőbb tulajdonsága a fotoautotróf metabolizmus. A fotoautotróf anyagcsere alapja a fény, mint energiaforrás hasznosítása. A fotoautotróf élőlények a fotoszintetikus pigmentjeik segítségével elnyelt fényenergiát a redukált, magas redox potenciálú donor-molekulák (D) oxidálására használják fel, miközben az így nyert redukáló kapacitással alacsony redox poteciálú akceptor-molekulákat (A) redukálnak. A fotoszintézis alapegyenlete a következőképp írható fel:

H2D + A — fény → H2A + D.

Magasabbrendű fotoszintetizáló élőlények esetében a redukált donormolekula minden esetben H2O, míg az elektrontranszportlánc végén a felszabaduló redukáló kapacitást konvertibilis redukálókapacitás-valuták (NADPH, redukált glutation, ferredoxin és tioredoxin) tárolják más felépítő anyagcsere-folyamatok számára.

A leveleket elérő látható fény egy része a levél felszíni struktúráin visszaverődik (reflektálódik), vagy elnyelődés (abszorpció) nélkül áthalad a szöveteken (transzmittálódik), így energiája nem hasznosul. A növényi pigmentek egy része nem-fotoszintetikus pigment (pl. antociánok, betalainok), az általuk elnyelt fényenergia szintén nem hasznosul a fotoszintézisben. A fotoszintetikus pigmentek által elnyelt gerjesztési energia három fő útra terelődik: egy része (i) fluoreszcencia, egy másik hányada (ii) formájában vész el, így végső soron a fotoszintetikus pigmentek által elnyelt fény csak egy része hasznosul a (iii) fotoszintetikus elektrontranszportlánc meghajtásában.

A fotoszintetikus szöveteken mérhető fluoreszcenciáért legnagyobb mértékben a II. fotokémiai rendszer (PSII) antennái (LHCII), és a PSII emissziója felelős. A PSII reakció centrumban a gerjesztett P680 a feofitin-a közvetítésével adja le a gerjersztés hatására lazító pályára került elektronját a QA kinon akceptornak (stabil töltésszétválás). Ha erre nincs lehetőség, mert a QA redukált állapotban van, akkor a P680 és a vele izoenergetikus antennájának (t.i. a gerjesztett energia visszajuthat a reakció centrumból az antennára) gerjesztett állapota fluoreszcencia vagy hő kibocsátással relaxálódhat, ezért ilyenkor magasabb a fluoreszcencia intenzitása. A QA csupán egy elektron felvételére képes, melyet továbbad a másodlagos kinon akceptornak (QB), mely a tilakoidmembrán plasztokinon- (PQ-) pooljának egy, a PSII reakciócentrumhoz aktuálisan kötődő PQ-molekulája (PQ), redukálódása után leválik a PSII-ről. A P680+ leadott elektronját a PSII vízbontó Mn-centrumában éppen oxidálódó vízmolekulák O-atomjáról származó elektronokból, a reakciócentrum protein (D1) egyik tirozin-oldallánca (Yz) közvetítésével kapja vissza.A vízmolekulák oxidációja során a tilakoidmembrán lumenjében így O2 molekulák és H+-k szabadulnak fel.