Biofyzici popsali mechanismus vzniku nebezpečných volných radikálů ve fotosyntéze

Život na Zemi je závislý na molekulárním kyslíku, který vzniká oxidací vody během fotosyntézy rostlin. Při neúplné oxidaci vody však namísto molekulárního kyslíku vzniká peroxid vodíku, který může vytvářet nebezpečné volné radikály. Právě tento mechanismus popsali spolu s americkými kolegy biofyzici z Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum. Studii publikovali v prestižním vědeckém časopise PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America).

„Článek popisuje reakce enzymatického komplexu tvořeného čtyřmi atomy manganu, který je odpovědný za oxidaci vody a vznik molekulárního kyslíku během světelných reakcí fotosyntézy. Voda se štěpí na molekulární kyslík čtyřmi postupnými jednoelektronovými oxidacemi, během kterých vznikají volné radikály. Aby se zabránilo vzniku volných radikálů, příroda si vyvinula enzymatický komplex, který postupně akumuluje oxidační ekvivalenty pro rozštěpení vody ve čtyřech krocích a pak následně rozštěpí vodu jednou čtyřelektronovou oxidací. Problém nastává, pokud se reakce zastaví v půli cesty. Místo čtyřelektronové oxidace proběhne pouze dvouelektronová oxidace, při níž vzniká potencionálně nebezpečný peroxid vodíku,“ objasnil korespondující autor Pavel Pospíšil.

V přítomnosti přechodných kovů se peroxid vodíku redukuje na velmi nebezpečný hydroxylový radikál, jehož doba života je v řádu nanosekund. „Jsme schopni tento radikál zachytit pomocí elektronové paramagnetické rezonance a studovat jeho chování v membránách chloroplastů,“ uvedl autor studie Ravindra Kale.

V důsledku přítomnosti nepárového elektronu má hydroxylový radikál schopnost oxidovat všechny organické molekuly v jeho okolí. „Ukázali jsme, jak konkrétně hydroxylový radikál postupně oxiduje aminokyseliny dvou centrálních proteinů ve fotosystému II vyšších rostlin, a to D1 a D2,“ doplnil Pospíšil.

Olomoučtí biofyzici se problematice volných radikálů věnují dlouhodobě. Výsledky základního výzkumu by se mohly v budoucnu uplatnit i v praxi. Například v zajištění větší stability enzymatických komplexů štěpících vodu pro bioreaktory nebo umělou fotosyntézu, které mohou představovat čistý zdroj energie na Zemi.

Popis k obrázku: Oxidace aminokyselin ve fotosystému II hydroxylovým radikálem, který vzniká redukcí peroxidu vodíku tvořeného neúplnou oxidací vody. Zdroj: Pavel Pospíšil