Реакція фотосинтетичного апарату шпинату на дію важких металів, інгібіторів карбоангідрази
Дослiджено вплив важких металiв (iонiв Cu²⁺ та Zn²⁺), iнгiбiторiв карбоангiдрази, на мембранну систему iзольованих хлоропластiв шпинату. Виявлено, що за умов обробки препаратiв хлоропластiв iонами Zn²⁺ знижується вмiст бiкарбонату на 20%, збiльшується товщина тилакоїдiв гран на 35% та мiжтилакоїдн...
Gespeichert in:
| Datum: | 2013 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2013
|
| Schriftenreihe: | Доповіді НАН України |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86201 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Реакція фотосинтетичного апарату шпинату на дію важких металів, інгібіторів карбоангідрази / М.В. Водка, О.В. Поліщук, Н.О. Білявська, О.К. Золотарьова // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 10. — С. 152–158. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-86201 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-862012025-02-09T10:08:04Z Реакція фотосинтетичного апарату шпинату на дію важких металів, інгібіторів карбоангідрази Реакция фотосинтетического аппарата шпината на действие тяжелых металлов, ингибиторов карбоангидразы Response of spinach photosynthetic apparatus to the action of heavy metals, carbonic anhydrase inhibitors Водка, М.В. Поліщук, О.В. Білявська, Н.О. Золотарьова, О.К. Біологія Дослiджено вплив важких металiв (iонiв Cu²⁺ та Zn²⁺), iнгiбiторiв карбоангiдрази, на мембранну систему iзольованих хлоропластiв шпинату. Виявлено, що за умов обробки препаратiв хлоропластiв iонами Zn²⁺ знижується вмiст бiкарбонату на 20%, збiльшується товщина тилакоїдiв гран на 35% та мiжтилакоїдних промiжкiв на 34% порiвняно з контролем. Пiд дiєю iонiв Cu²⁺ порiвняно з контролем неiстотно знижується рiвень бiкарбонату, тодi як товщина тилакоїдiв гран збiльшується на 15%, а товщина мiжтилакоїдних промiжкiв — на 10%. Вiдмiчено, що вплив iонiв Zn²⁺ на структуру гранальної системи i рiвень бiкарбонату є бiльш значущим, нiж iонiв Cu²⁺. Отриманi данi можуть вказувати на зниження активностi тилакоїдної карбоангiдрази, iнгiбування електронного транспорту та процесу фотосинтезу в цiлому в присутностi iнгiбiторiв карбоангiдрази. Исследовано влияние тяжелых металлов (ионов Cu²⁺ и Zn²⁺), ингибиторов карбоангидразы, на мембранную систему изолированных хлоропластов шпината. Установлено, что при обработке препаратов хлоропластов ионами Zn²⁺ снижается содержание бикарбоната на 20%, увеличивается толщина тилакоидов гран на 35% и межтилакоидных промежутков на 34% по сравнению с контролем. В условиях действия ионов Cu²⁺ по сравнению с контролем несущественно снижается уровень бикарбоната, тогда как толщина тилакоидов гран увеличивается на 15%, а толщина межтилакоидных промежутков — на 10%. Отмечено, что влияние ионов Zn²⁺ на структуру гранальной системы и уровень бикарбоната более выражено, чем ионов Cu²⁺. Полученные данные могут указывать на снижение активности тилакоидной карбоангидразы, ингибирование электронного транспорта и процесса фотосинтеза в целом в присутствии ингибиторов карбоангидразы. The effects of heavy metals (Cu²⁺ and Zn²⁺), carbonic anhydrase inhibitors, on the membrane system of isolated chloroplasts of spinach are investigated. Following the treatment of chloroplast preparations with zinc ions, a decline in the bicarbonate content by 20% occurred, the thickness of the granal thylakoids increased by 35%, and the interspace between thylakoids did by 34% as compared with control. As a result of the Cu²⁺ treatment, the bicarbonate level decreased by 20%, the thickness of granal thylakoids enhanced by 15%, and the interspace between thylakoids increased by 10% in comparison to control. It is shown that the effects of zinc ions on the structure of the chloroplast granal system and the bicarbonate level are more evident than those of cooper ions. The data obtained can indicate a decrease in the activity of thylakoid carbonic anhydrase and the inhibition of the electron transport and the photosynthetic process as a whole in the presence of carbonic anhydrase inhibitors. 2013 Article Реакція фотосинтетичного апарату шпинату на дію важких металів, інгібіторів карбоангідрази / М.В. Водка, О.В. Поліщук, Н.О. Білявська, О.К. Золотарьова // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 10. — С. 152–158. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86201 58.04:546.47/56:581.174:582.661.15 uk Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Біологія Біологія |
| spellingShingle |
Біологія Біологія Водка, М.В. Поліщук, О.В. Білявська, Н.О. Золотарьова, О.К. Реакція фотосинтетичного апарату шпинату на дію важких металів, інгібіторів карбоангідрази Доповіді НАН України |
| description |
Дослiджено вплив важких металiв (iонiв Cu²⁺ та Zn²⁺), iнгiбiторiв карбоангiдрази, на
мембранну систему iзольованих хлоропластiв шпинату. Виявлено, що за умов обробки
препаратiв хлоропластiв iонами Zn²⁺ знижується вмiст бiкарбонату на 20%, збiльшується товщина тилакоїдiв гран на 35% та мiжтилакоїдних промiжкiв на 34% порiвняно з контролем. Пiд дiєю iонiв Cu²⁺ порiвняно з контролем неiстотно знижується
рiвень бiкарбонату, тодi як товщина тилакоїдiв гран збiльшується на 15%, а товщина
мiжтилакоїдних промiжкiв — на 10%. Вiдмiчено, що вплив iонiв Zn²⁺ на структуру гранальної системи i рiвень бiкарбонату є бiльш значущим, нiж iонiв Cu²⁺. Отриманi данi можуть вказувати на зниження активностi тилакоїдної карбоангiдрази, iнгiбування електронного транспорту та процесу фотосинтезу в цiлому в присутностi iнгiбiторiв карбоангiдрази. |
| format |
Article |
| author |
Водка, М.В. Поліщук, О.В. Білявська, Н.О. Золотарьова, О.К. |
| author_facet |
Водка, М.В. Поліщук, О.В. Білявська, Н.О. Золотарьова, О.К. |
| author_sort |
Водка, М.В. |
| title |
Реакція фотосинтетичного апарату шпинату на дію важких металів, інгібіторів карбоангідрази |
| title_short |
Реакція фотосинтетичного апарату шпинату на дію важких металів, інгібіторів карбоангідрази |
| title_full |
Реакція фотосинтетичного апарату шпинату на дію важких металів, інгібіторів карбоангідрази |
| title_fullStr |
Реакція фотосинтетичного апарату шпинату на дію важких металів, інгібіторів карбоангідрази |
| title_full_unstemmed |
Реакція фотосинтетичного апарату шпинату на дію важких металів, інгібіторів карбоангідрази |
| title_sort |
реакція фотосинтетичного апарату шпинату на дію важких металів, інгібіторів карбоангідрази |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Біологія |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86201 |
| citation_txt |
Реакція фотосинтетичного апарату шпинату на дію важких металів, інгібіторів карбоангідрази / М.В. Водка, О.В. Поліщук, Н.О. Білявська, О.К. Золотарьова // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 10. — С. 152–158. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT vodkamv reakcíâfotosintetičnogoaparatušpinatunadíûvažkihmetalívíngíbítorívkarboangídrazi AT políŝukov reakcíâfotosintetičnogoaparatušpinatunadíûvažkihmetalívíngíbítorívkarboangídrazi AT bílâvsʹkano reakcíâfotosintetičnogoaparatušpinatunadíûvažkihmetalívíngíbítorívkarboangídrazi AT zolotarʹovaok reakcíâfotosintetičnogoaparatušpinatunadíûvažkihmetalívíngíbítorívkarboangídrazi AT vodkamv reakciâfotosintetičeskogoapparatašpinatanadejstvietâželyhmetallovingibitorovkarboangidrazy AT políŝukov reakciâfotosintetičeskogoapparatašpinatanadejstvietâželyhmetallovingibitorovkarboangidrazy AT bílâvsʹkano reakciâfotosintetičeskogoapparatašpinatanadejstvietâželyhmetallovingibitorovkarboangidrazy AT zolotarʹovaok reakciâfotosintetičeskogoapparatašpinatanadejstvietâželyhmetallovingibitorovkarboangidrazy AT vodkamv responseofspinachphotosyntheticapparatustotheactionofheavymetalscarbonicanhydraseinhibitors AT políŝukov responseofspinachphotosyntheticapparatustotheactionofheavymetalscarbonicanhydraseinhibitors AT bílâvsʹkano responseofspinachphotosyntheticapparatustotheactionofheavymetalscarbonicanhydraseinhibitors AT zolotarʹovaok responseofspinachphotosyntheticapparatustotheactionofheavymetalscarbonicanhydraseinhibitors |
| first_indexed |
2025-11-25T17:49:19Z |
| last_indexed |
2025-11-25T17:49:19Z |
| _version_ |
1849785540377837568 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
10 • 2013
БIОЛОГIЯ
УДК 58.04:546.47/56:581.174:582.661.15
М. В. Водка, О. В. Полiщук, Н.О. Бiлявська, О. К. Золотарьова
Реакцiя фотосинтетичного апарату шпинату на дiю
важких металiв, iнгiбiторiв карбоангiдрази
(Представлено академiком НАН України К. М. Ситником)
Дослiджено вплив важких металiв (iонiв Cu2+ та Zn2+), iнгiбiторiв карбоангiдрази, на
мембранну систему iзольованих хлоропластiв шпинату. Виявлено, що за умов обробки
препаратiв хлоропластiв iонами Zn2+ знижується вмiст бiкарбонату на 20%, збiль-
шується товщина тилакоїдiв гран на 35% та мiжтилакоїдних промiжкiв на 34% по-
рiвняно з контролем. Пiд дiєю iонiв Cu2+ порiвняно з контролем неiстотно знижується
рiвень бiкарбонату, тодi як товщина тилакоїдiв гран збiльшується на 15%, а товщина
мiжтилакоїдних промiжкiв — на 10%. Вiдмiчено, що вплив iонiв Zn2+ на структуру
гранальної системи i рiвень бiкарбонату є бiльш значущим, нiж iонiв Cu2+. Отрима-
нi данi можуть вказувати на зниження активностi тилакоїдної карбоангiдрази, iнгi-
бування електронного транспорту та процесу фотосинтезу в цiлому в присутностi
iнгiбiторiв карбоангiдрази.
Однiєю з проблем фотобiологiї рослин є визначення органiзацiї первинних процесiв аси-
мiляцiї СО2, до якої належать поглинання, трансмембранне перемiщення та внутрiшньо-
клiтинне накопичення неорганiчного вуглецю (Сн), а також концентрування СО2 в зонах
карбоксилювання. Оскiльки провiдна роль в первинних процесах асимiляцiї Сн належить
ензиматичним реакцiям за участю карбоангiдраз, то вищеназвану проблему дослiджують,
вивчаючи саме цю групу ферментiв.
Як вiдомо, фотосинтез вiдбувається за участю Сн. Його надходження у фотосинтезуючi
клiтини активно вивчається протягом останнiх 20 рокiв [1].
Вже встановлено форми, в яких Сн надходить у клiтини, кiнетика його транспорту, за-
лежнiсть транспорту вiд ряду параметрiв навколишнього середовища. Транспорт Сн вiдбу-
вається проти градiєнта концентрацiї, а отже, потребує енергiї для свого здiйснення, тобто
є активним транспортом.
Призначенням механiзмiв активного транспорту, якi здатнi накопичувати в клiтинах
неорганiчний вуглець у концентрацiях, що в сотнi й тисячi разiв перевищують його концен-
трацiю в навколишньому середовищi, є створення оптимальних умов для фотосинтетичної
© М. В. Водка, О.В. Полiщук, Н.О. Бiлявська, О.К. Золотарьова, 2013
152 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №10
фiксацiї вуглецю [2]. Такi механiзми з урахуванням речовини, що транспортується, нази-
ваються СО2-концентруючими, або Сн-концентруючими механiзмами.
СО2-концентруючий механiзм є результатом злагодженої роботи карбоангiдрази та сис-
теми переносникiв сполук Сн, якi створюють в зонi активного сайта рибулозобiфосфаткар-
боксилази/оксигенази (РБФК/О) необхiдну концентрацiю СО2. Карбоангiдраза (КА, кар-
бонат гiдролiаза, ЄС 4.2.1.1.) — фермент, який широко розповсюджений у всiх живих ор-
ганiзмах вiд прокарiот до людини [3]. КА бере участь у всiх процесах Сн-концентруючого
механiзму (поглинання Сн, запобiгання витоку Сн з клiтини, внутрiшньоклiтинне перетво-
рення форм Сн). Cн, що поглинається клiтиною, накопичується у виглядi пулу НСО−
3 . Вна-
слiдок iснування рiзних форм Сн, у яких вiн накопичується i фiксується в клiтинi, для
перебiгу реакцiй карбоксилювання є необхiдним перетворення НСО−
3 в СО2. Це вiдбуваєть-
ся за участю КА в умовах її тiсної кооперацiї з РБФК/О. Останнє є важливим у зв’язку
з тим, що внутрiшньоклiтинне пiдвищення вмiсту СО2 неминуче призведе до його вiдтоку
з клiтини за градiєнтом концентрацiї [4, 5].
Виявлено, що рослинна КА iнгiбується деякими важкими металами; ця властивiсть об-
умовлена наявнiстю в її складi великої кiлькостi цистеїнових залишкiв [6].
На сьогоднi велику кiлькiсть публiкацiй присвячено бiохiмiчному вивченню КА, проте
залишаються мало дослiдженими механiзми дiї її iнгiбiторiв (зокрема, важких металiв)
на структурнi компоненти рослини, де вiдбувається фотосинтез, на їх фотосинтетичний
апарат, а саме на мембранну систему хлоропластiв.
Тому ми ставили за мету дослiдження впливу iонiв Cu2+ та Zn2+ на мембранну систему
iзольованих хлоропластiв шпинату.
Хлоропласти класу “С” видiляли з листкiв 15-добових проросткiв шпинату (Spinacea
oleracea L.) методом диференцiйного центрифугування [7] в середовищi, що мiстило 300 мМ
сорбiтолу, 10 мМ NaCl, 15 мМ аскорбату натрiю, 10 мМ трис-НСl (pH 7,8). Час iнкубацiї
зразкiв з металами i без них становив 1,5 год за темнових умов.
Структурнi характеристики будови гранальних тилакоїдних мембран вивчали методом
трансмiсiйної електронної мiкроскопiї. Видiленi хлоропласти, якi були обробленi iнгiбiтора-
ми i не обробленi, помiщали в середину агарових блокiв. Проби фiксували 2,5% глутаровим
альдегiдом. Пiсля промивки здiйснювали дофiксацiю розчином 1% ОsO4. Зневоднення i за-
ливку в епон-аралдитну смолу проводили за стандартною методикою. Ультратонкi зрiзи
виготовляли на ультрамiкротомi LKB-V (LKB, Швецiя), дослiджували i фотографували
у трансмiсiйному електронному мiкроскопi JEM-1300 (JEOL, Японiя). Розмiри тилакоїд-
ної системи гран на зображеннях зрiзiв визначали за допомогою комп’ютерної програми
ImageTool 3.0 (UTHSCSA, США).
Для визначення змiн вмiсту зв’язаного бiкарбонату суспензiю хлоропластiв шпинату
з концентрацiєю хлорофiлу 4 мг/мл iнкубували протягом 3 год при 0 ◦С з iнгiбiторами КА
(80 мкМ Cu2+, 200 мкМ Zn2+). Вмiст бiкарбонату в тилакоїдах визначали за допомогою
iнфрачервоного газоаналiзатора Q-S151 (“Qubit systems”, Канада) за рiзницею виходу СО2
iз суспензiї та вiдповiдного супернатанту пiсля додавання HCl до концентрацiї 1 М.
Як нами було визначено, в контрольних хлоропластах вмiст бiкарбонату становив
225 нмоль/мг хлорофiлу, що в молярному спiввiдношеннi вiдповiдає однiй молекулi бiкарбо-
нату на кожнi п’ять молекул хлорофiлу, а пiсля обробки iнгiбiторами КА його вмiст знижу-
вався (рис. 1). В присутностi 80 мкМ Cu2+ спостерiгалася незначна тенденцiя до його зни-
ження. Пiсля обробки хлоропластiв 200 мкМ Zn2+ вмiст бiкарбонату становив 185 нмоль/мг
хлорофiлу, або приблизно 80% контрольної величини. З урахуванням отриманих даних бу-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №10 153
Рис. 1. Вмiст бiкарбонату в тилакоїдах шпинату в контролi та пiсля обробки iнгiбiторами КА
ло дослiджено структуру гранальної системи хлоропластiв шпинату пiд впливом металiв,
iнгiбiторiв карбоангiдраз.
На рис. 2, а зображено фрагменти хлоропластiв з контрольного варiанта, якi позбавленi
оболонок, де чiтко вирiзняються окремi грани, пластоглобули, тилакоїди строми. Iнтактна
грана складається з 42 тилакоїдiв, вiд кiнцевих дiлянок яких вiдходять тилакоїди строми
(див. рис. 2, б ). Пiдрахунки виявили, що товщина тилакоїдiв гран у середньому досягала
9,7 нм, тодi як промiжок мiж ними становив 12 нм (рис. 3).
Порушення фотосинтетичного апарату, що вiдбувалися пiд впливом iнгiбiторiв карбо-
ангiдрази, iонiв Cu2+ або Zn2+, чiтко виявлялися у виглядi змiн ультраструктури гран.
За умов дiї iонiв Cu2+ спостерiгалося збереження загальної структури гран, рiвномiрне
пакування тилакоїдiв у гранах (див. рис. 2, в). Однак порiвняно з контролем змiнювалися
параметри гран (див. рис. 2, г): товщина тилакоїдiв гран збiльшувалася на 15%, а ширина
мiжтилакоїдних промiжкiв — на 10% (див. рис. 3).
На вiдмiну вiд впливу iонiв Cu2+ за умов обробки препаратiв хлоропластiв iонами Zn2+
спостерiгалася неоднорiднiсть пакування тилакоїдiв гран, змiнювався характер будови гран
(див. рис. 2, д, е). Це виявлялося в рiзкому збiльшеннi порiвняно з контролем ширини мiж-
тилакоїдних промiжкiв на 34%, особливо в центральнiй частинi гран, при цьому зовнiшнi
дiлянки тилакоїдiв залишалися попарно з’єднаними; товщина тилакоїдiв гран також збiль-
шувалася на 35% порiвняно з контролем (див. рис. 3).
Слiд зазначити, що деякими дослiдниками показано зменшення кiлькостi гран i пору-
шення їх структури пiд дiєю iонiв iнших важких металiв, зокрема кадмiю [8, 9]. Грани мали
неправильну форму i мiстили меншу кiлькiсть тилакоїдiв. Вiдбувалася також деградацiя
тилакоїдiв строми [10].
Зниження активностi карбоангiдрази може бути безпосередньою або опосередкованою
причиною порушень фотосинтезу. Так негативними проявами впливу Zn2+ i Cu2+ є пригнi-
чення росту та розвитку листкiв i коренiв, поява у рослин хлорозу, що є наслiдком змiн на
рiвнi фотосинтезу. Вiдомо, що фотосинтетичний апарат рослин дуже чутливий до пiдви-
154 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №10
Рис. 2. Ультраструктура видiлених хлоропластiв шпинату та їх гран. а, б — контроль; в, г — обробка Сu2+;
д, е — Zn
2+. Позначення: Г — грана, ТГ — тилакоїди грани, Пг — пластоглобули, ТС — тилакоїди строми
щення вмiсту важких металiв у навколишньому середовищi, що виявляється в порушеннi
багатьох параметрiв його функцiонування [11]. Серед основних причин цього явища можна
назвати такi: зниження активностi ферментiв синтезу хлорофiлу i каротиноїдiв, руйнування
пiгментiв iнгiбуванням електрон-транспортного ланцюга фотосинтезу, а також опосередко-
вано через вплив на обмiн залiза.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №10 155
Рис. 3. Вплив iнгiбiторiв КА на розмiри структури гран — товщину тилакоїдiв та ширину мiжтилакоїдних
промiжкiв
Наявнi данi щодо впливу Cu2+ та Zn2+ на рiвнi фотосинтетичного електрон-транспорт-
ного ланцюга свiдчать про те, що найбiльш уразливою його дiлянкою є фотосистема II
(ФСII). Зокрема, iони Cu2+ та Zn2+ можуть зв’язуватися в межах Fe2+-сайта мiж QА i QB,
викликаючи зсув негемового залiза, який реєструється як зникнення сигналу ЕПР, що на-
лежить QA — Fe2+ в частках ФСII [12]. Модифiкацiї акцепторної сторони ФСII пiд впливом
iонiв важких металiв пiдтверджуються також методами релаксацiї флуоресценцiї хлоро-
фiлу i визначення вiдносного вмiсту QB-невiдновлювальних реакцiйних центрiв ФСII [12].
Порушення в структурi хлоропластiв пiд впливом важких металiв призводять до зниження
вмiсту хлорофiлiв у листках рослин, а також викликають iнактивацiю кисневидiляючого
центру ФСII i уповiльнення електронного транспорту [13].
Результати структурних дослiджень дають можливiсть припустити, що змiна кiнетич-
них характеристик фотохiмiчних процесiв у хлоропластах в присутностi iонiв Cu2+ та Zn2+,
яка спостерiгалася ранiше [11], може бути наслiдком саме перебудов мембранної системи
хлоропластiв (набухання тилакоїдних мембран, руйнування гран та структури тилакоїдiв).
Слiд зазначити, що вплив iонiв Zn2+ на структуру гранальної системи виявився бiльш вира-
женим, нiж iонiв Cu2+, що збiгається з даними про бiльший ступiнь iнгiбування активностi
КА iонами Zn2+, нiж Cu2+ [14].
Функцiї КА багатограннi, i всi вони заснованi на швидкому обмiнi СО2 i НСО−
3 . Разом
з тим, як свiдчать нашi результати, у тилакоїдах цей фермент консервує Сн i запобiгає його
втратi. Тилакоїдна КА, ймовiрно, є важливою частиною нещодавно описаного базального
Сн-концентруючого механiзму [15], притаманного всiм фотосинтезуючим органiзмам. Роль
рослинної γ-КА комплексу I мiтохондрiй полягає в перетвореннi СО2 на НСО−
3 з подальшою
транслокацiєю в цитоплазму для запобiгання втрати клiтиною СО2, що утворився при де-
карбоксилюваннi, i його подальшого використання при фотосинтезi. Тилакоїдна КА β-типу,
у свою чергу, зв’язує бiкарбонат, i перетворює його на СО2 за умови дефiциту останньо-
го [15]. Проте ми вважаємо, що не менш важливою є каталiтична, а не субстратна функцiя
бiкарбонатного пулу. Вiн, включаючись у структуру тилакоїдної мембрани, полегшує ла-
теральне перенесення протонiв до АТФ-синтази i, регулюючи ефективнiсть синтезу АТФ,
забезпечує координування свiтлової та темнової фаз фотосинтезу, тобто виступає в ролi
сигнальної молекули.
156 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №10
Отриманi данi можуть вказувати на важливу роль тилакоїдної КА у пiдтриманнi бi-
карбонатного пулу в хлоропластах, як поблизу РБФК/О, так i в тилакоїдах, а також на
iстотне значення бiкарбонатного пулу в пiдтриманнi ультраструктури тилакоїдних мемб-
ран. Разом з тим не можна виключати безпосереднiй вплив металiв-iнгiбiторiв (Cu2+ та
Zn2+) на ультраструктуру тилакоїдних мембран.
Отже, на пiдставi одержаних нами експериментальних даних можна висловити припу-
щення про участь КА в органiзацiї та пiдтримцi iнтактної структури гранальної системи
хлоропластiв.
Аналiз впливу iнгiбiторiв КА на ультраструктуру тилакоїдiв гран може становити знач-
ний iнтерес, оскiльки вiн несе iнформацiю про стан гран i хлоропластiв у цiлому. Ультра-
структурнi характеристики тилакоїдiв гран можна також використовувати як маркери при
вивченнi впливу на рослини несприятливих факторiв навколишнього середовища, зокрема
iонiв важких металiв.
1. Giordano M., Beardall I., Raven J. A. CO2 Concentrating Mechanisms in Algae: Mechanisms, Envi-
ronmental Modulation, and Evolution // Ann. Rev. Plant Biol. – 2005. – 56. – P. 99–131.
2. Raven J. A. CO2-Concentrating Mechanism: A Direct Role for Thylakoid Lumen Acidification? // Plant
Cell Environ. – 1997. – 20, No 2. – P. 147–154.
3. Игнатова Л.К., Руденко H.H. Гетерогенная природа карбоангидразной активности тилакоидных
мембран. – Пущино, 2006. – 21 с.
4. Badger M.R. Effect of carbonic anhydrase inhibition of photosynthesis by leaf pieces of C3 and C4 plants //
Austral. J. Plant Physiol. – 1995. – 22, No 1. – P. 45–49.
5. Camm E. L., Green B.R. Wide spread distribution of the same minor chlorophyll-protein complexes in
some plants and algae // Plant Physiol. – 1981. – 67, No 5. – P. 1061–1064.
6. Алиев Д.А., Гулиев Н.М. Карбоангидраза растений. – Москва: Наука, 1990. – 175 с.
7. Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Большой практикум по фотосинтезу. – Москва: Академия, 2003. –
256 с.
8. Molas J. Changes in morphological and anatomical structure of cabbage (Brassica oleracea L.) outer leaves
and in ultrastructure of their chloroplasts caused by an in vitro excess of nickel // Photosynthetica. –
1997. – 34, No 4. – P. 513–522.
9. Siedlecka A., Krupa Z. Cd/Fe interaction in higher plants – its consequences for the photosynthetic
apparatus // Photosynthetica. – 1999. – 36, No 3. – P. 321–331.
10. Skorzynska E., Baszynski T. The changes in PSII complex polypeptides under cadmium treatment are they
of direct or indirect nature? // Acta Physiol. Plant. – 1993. – 15, No 4. – P. 263–269.
11. Титов А.Ф., Таланова В. В., Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф. Устойчивость растений к тяжелым ме-
таллам. – Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. – 172 с.
12. Jegerschöld C., MacMillan F., Lubitz W. Effects of copper and zinc ions on photosystem II studied by
EPR spectroscopy // Biochemistry. – 1999. – 38, No 38. – P. 12439–12445.
13. Atal N., Saradhi P.P., Mohanty P. Inhibition of the chloroplast photоchemical reactions by treatment of
wheat seedlings with low concentrations of cadmium. Analysis of electron transport activities and changes
in fluorescence yield // Plant Cell Physiol. – 1991. – 32, No 7. – P. 943–951.
14. Hakan S., Beydemir S. The impact of heavy metals on the activity of carbonic anhydrase from rainbow
trout (Oncorhynchus mykiss) kidney // Toxicol. Indust. Health. – 2011. – 27, No 1. – P. 1–10.
15. Zabaleta E., Martin M.V., Braun H.-P. A basal carbon concentrating mechanism in plants? // Plant Sci. –
2012. – 187. – P. 97–104.
Надiйшло до редакцiї 23.04.2013Iнститут ботанiки iм. М. Г. Холодного
НАН України, Київ
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №10 157
М.В. Водка, А. В. Полищук, Н.А. Белявская, Е. К. Золотарева
Реакция фотосинтетического аппарата шпината на действие
тяжелых металлов, ингибиторов карбоангидразы
Исследовано влияние тяжелых металлов (ионов Cu2+ и Zn2+), ингибиторов карбоанги-
дразы, на мембранную систему изолированных хлоропластов шпината. Установлено, что
при обработке препаратов хлоропластов ионами Zn2+ снижается содержание бикарбоната
на 20%, увеличивается толщина тилакоидов гран на 35% и межтилакоидных промежутков
на 34% по сравнению с контролем. В условиях действия ионов Cu2+ по сравнению с контро-
лем несущественно снижается уровень бикарбоната, тогда как толщина тилакоидов гран
увеличивается на 15%, а толщина межтилакоидных промежутков — на 10%. Отмечено,
что влияние ионов Zn2+ на структуру гранальной системы и уровень бикарбоната более
выражено, чем ионов Cu2+. Полученные данные могут указывать на снижение активности
тилакоидной карбоангидразы, ингибирование электронного транспорта и процесса фотосин-
теза в целом в присутствии ингибиторов карбоангидразы.
M.V. Vodka, O.V. Polishchuk, N.O. Bilyavs’ka, E.K. Zolotareva
Response of spinach photosynthetic apparatus to the action of heavy
metals, carbonic anhydrase inhibitors
The effects of heavy metals (Cu2+ and Zn2+), carbonic anhydrase inhibitors, on the membrane
system of isolated chloroplasts of spinach are investigated. Following the treatment of chloroplast
preparations with zinc ions, a decline in the bicarbonate content by 20% occurred, the thickness
of the granal thylakoids increased by 35%, and the interspace between thylakoids did by 34% as
compared with control. As a result of the Cu2+ treatment, the bicarbonate level decreased by 20%,
the thickness of granal thylakoids enhanced by 15%, and the interspace between thylakoids increased
by 10% in comparison to control. It is shown that the effects of zinc ions on the structure of the
chloroplast granal system and the bicarbonate level are more evident than those of cooper ions.
The data obtained can indicate a decrease in the activity of thylakoid carbonic anhydrase and the
inhibition of the electron transport and the photosynthetic process as a whole in the presence of
carbonic anhydrase inhibitors.
158 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №10
|