ИСТИНА

Фотосистема II (ФСII) — один из основных пигментно-белковых комплексов фотосинтеза, обладающий высокой чувствительностью к неблагоприятным факторам внешней среды. Неоднородность свойств ФС II необходима для устойчивости автотрофных организмов к стрессовым факторам. Оценка гетерогенности ФС II может быть использована в экологическом мониторинге для оперативного выявления загрязнения окружающей среды. Мы предлагаем подход к оценке гетерогенности кислород-выделяющего комплекса (КВК) ФС II и светособирающей антенны, основанный на математическом моделировании формы кривой индукции флуоресценции хлорофилла а образцов, обработанных 3-(3,4-дихлорфенил)-1,1-диметилмочевиной (DCMU). Иерархия характерных времен рассматриваемых в модели процессов позволяет свести модель к системе трех обыкновенных дифференциальных уравнений. Аналитическое решение редуцированной модели с тремя состояниями выражается в виде суммы двух экспоненциальных функций и точно воспроизводит решение всей системы во временном диапазоне от микросекунд до сотен миллисекунд. Сочетание нескольких таких моделей реакционных центров с разными свойствами позволило использовать ее в качестве инструмента для изучения гетерогенности ФСII. Используя комбинированную модель, мы проанализировали кривые индукции флуоресценции, полученные для образцов, обработанных DCMU: 1) для культуры клеток Chlamydomonas при различном освещении; 2) для культуры клеток Scenedesmus после кратковременного нагревания с последующим охлаждением; 3) для культуры клеток Chlorella, выращенной на полной среде и в условиях азотного голодания. Для уменьшения числа степеней свободы и получения однозначной аппроксимации для каждого случая анализа идентификация параметров поводилась одновременно для всего набора кривых. Для всех случаев была проведена оценка соотношения центров с различным размером антенн (альфа- и бета-центров), а также определена доля активных и неактивных КВК. Модель позволила выявить неочевидные связи между формой кривой индукции флуоресценции хлорофилла а и параметрами электронного транспорта в РЦ ФСII. Поскольку гетерогенность фотосинтетического аппарата необходима для его адаптации к неблагоприятным факторам внешней среды, мы полагаем, что предложенный подход к анализу состояния фотосинтетического аппарата растений и микроводорослей будет полезен как для понимания механизмов функционирования фотосинтетического аппарата так и для решения прикладных задач.