12:47 2022-01-25
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Descoperirea recentă a algelor oferă indicii pentru a stimula producția de biocombustibili
_ Descoperirea recentă de alge oferă indicii despre stimulează producția de biocombustibili
Un nou studiu de la Universitatea de Stat din Michigan-Departamentul de Energie (DOE) Plant Research Laboratory (PRL) arată cum unele alge se pot proteja atunci când oxigenul pe care îl produc le afectează activitatea fotosintetică. Descoperirea răspunde, de asemenea, la o întrebare de lungă durată despre cum supraviețuiesc algele atunci când nivelurile de CO2 sunt scăzute.
Descoperirile acestei cercetări de la laboratorul David Kramer au fost publicate recent în eLife.
În fotosinteza, plantele și algele folosesc energia solară pentru a prelua dioxidul de carbon (CO2) din aer și a sintetiza zaharuri. Acest proces produce oxigen ca produs secundar, de care depind animalele pământului pentru a respira. Cu toate acestea, oxigenul afectează activitatea reacțiilor fotosintetice cheie. Când algele sunt cultivate în iazuri dense pentru producerea de bioenergie, acest lucru devine un obstacol.
Algele sunt folosite ca cultură pentru biocombustibili, o resursă de energie regenerabilă. Creșterea algelor pentru producția de biocombustibili poate fi accelerată prin fertilizarea culturilor cu CO2. Cu toate acestea, atunci când creșterea algelor este crescută, debitul de oxigen din fotosinteză crește, de asemenea, ceea ce duce la o acumulare de oxigen în cultură. Această expunere la excesul de oxigen se numește hiperoxie.
„Obiectivul general a fost de a înțelege modul în care algele răspund la hiperoxie, ca prim pas pentru a face tulpini de bioenergie care sunt mai tolerante la astfel de stres și, prin urmare, mai productive.” a spus Peter Neofotis, cercetător postdoctoral în laboratorul Kramer și primul autor al lucrării.
Ceea ce au descoperit cercetătorii arată nu numai modul în care supraviețuiesc algele și modalități de a face culturi bioenergetice mai eficiente, dar răspunde și la o dezbatere de zeci de ani în legătură cu inducerea mecanismului de concentrare a carbonului (CCM) în celulele de alge.
Reacții diferite pentru diferite tulpini
Cercetătorii au început prin a testa tulpini (soiuri de aceeași specie) pentru diferențele în capacitatea lor de a crește la oxigen ridicat. Unul numit CC-1009 a fost capabil să crească constant în aceste condiții, în timp ce altul, CC-2343, a crescut lent și în cele din urmă a murit. Când aceste două tulpini au fost împerecheate, au produs descendenți care se comportau de obicei ca unul sau altul, dar uneori comportamentul lor a fost mai extrem.
Cercetătorii au studiat apoi atât părinții, cât și urmașii pentru a vedea de ce au reacționat. atât de diferit de hiperoxie. Ceea ce au descoperit i-a surprins deoarece implica un proces special în algele necesare creșterii la CO2 scăzut, dar nu a fost niciodată asociat anterior cu oxigen ridicat.
Celulele de alge răspund la CO2 scăzut prin activarea mecanismului de concentrare a carbonului (CCM) . Acest proces biologic pompează CO2 în celule și îl concentrează în jurul unei enzime, astfel încât CO2 să poată fi sintetizat în zaharuri pentru creșterea celulară. Pentru a funcționa CCM, celulele trebuie, de asemenea, să creeze o structură specială în cloroplaste numită pirenoid care deține CO2 pompat. Fără pirenoid, celulele nu pot crește la CO2 scăzut.
Ceea ce echipa a descoperit a fost pirenoidul și CCM, de asemenea, permit celulelor să crească la oxigen ridicat, chiar dacă nivelurile de CO2 sunt ridicate.
"Acesta a fost primul indiciu că pirenoidul are o funcție dublă!" a spus David Kramer, Hannah Distinguished Professor in Foto Sinteza si Bioenergetica in Departamentul de Biochimie si Biologie Moleculara si un membru al facultatii PRL. „Nu numai că concentrează CO2, ci și protejează împotriva O2.”
Semnalizarea formării pirenoidelor
Descoperirea semnalului pentru inducerea pirenoidelor a urmat observația cercetătorilor că pirenoizii se formează nu numai sub CO2 scăzut. , dar și hiperoxie. Cercetătorii au întrebat apoi: Ce substanță chimică se acumulează nu numai la un nivel scăzut de CO2, ci și la un nivel ridicat de oxigen care ar putea declanșa pirenoidul?
Peroxidul de hidrogen, un antiseptic comun care este folosit și în produsele de uz casnic, este produs de plante și alge atunci când fotosinteza funcționează defectuos. Atât CO2 scăzut, cât și oxigenul ridicat determină fotosinteza algelor pentru a produce peroxid de hidrogen. Celulele probabil detectează acest lucru și produc pirenoizi pentru a rezolva problema.
„A fost un mare mister cu privire la modul în care algele știu că este timpul să producă pirenoidul”, a spus Kramer. „Acum că știm un semnal, putem face ca celulele să producă pirenoizi oricând dorim. Acest lucru le-ar putea pregăti să funcționeze mai bine în timpul producției de biocombustibil.”
Josh Temple, un Ph.D. student la laboratorul Kramer și coautor al lucrării, a adăugat: „În ciuda cercetărilor abundente asupra pirenoizilor și CCM, mecanismele care stau la baza interacțiunii lor rămân încă destul de nebuloase.”
Aplicarea rezultatelor pentru culturi mai bune
p>
Cercetătorii caută în mod constant modalități de a crește producția de culturi. O idee este introducerea CCM de alge în culturile de teren pentru a îmbunătăți eficiența fotosintezei. Problema este că este dificil să se formeze pirenoidul în celulele plantei.
„Acum, că avem un simț îmbunătățit al semnalului pentru un aspect al CCM, avem o cale pentru a înțelege mai bine multe genele implicate în ea”, a spus Neofotis. „O astfel de înțelegere completă este necesară dacă vrem vreodată să transferăm CCM al algelor în culturile terestre. A afla mai multe despre modul în care este reglementată CCM ar putea ajuta, de asemenea, la eforturile de a crea alge potrivite pentru condițiile din instalațiile de biocombustibil.”
Cunoașterea a ceea ce induce pirenoidul, o întrebare dezbătută de zeci de ani și care a rămas fără răspuns până acum, oferă cercetătorilor o înțelegere mai deplină nu numai a biologiei celulelor algelor, ci și a fotosintezei. Pe măsură ce cererea de alimente și energie continuă să crească, Laboratorul de Cercetare a Plantelor își menține angajamentul de a înțelege cum să optimizeze acest proces important.
Comentarii:
Adauga Comentariu