Растенията нарушават правилата на биохимията, като вземат „тайни решения“

Изследователи наскоро откриват неизвестен досега процес, обясняващ „тайните решения“, които растенията вземат, колко въглерод изпускат обратно в атмосферата.

„Открихме, че растенията контролират дишането си по начин, който не сме очаквали, те контролират колко от въглерода от фотосинтезата запазват, за да изградят биомаса, като използват метаболитен канал“, разказва пред ScienceAlert биохимикът и ботаник от Университета на Западна Австралия Харви Милар (Harvey Millar).

„Това се случва точно преди да решат да изгорят съединение, наречено пируват, за да произведат и освободят CO₂ обратно в атмосферата."

Ако спомните биологията от гимназията, по време на фотосинтезата растенията произвеждат захар или захароза. Растението обикновено произвежда излишък от захароза - някои я запазват, други я разграждат. Това се нарича цикъл на лимонената киселина (или трикарбоксилната киселина, или цикъл на Кребс) и е също толкова важно за живота.

Като част от този цикъл захарозата, която има дванадесет въглеродни атома, се разгражда до глюкоза с шест въглеродни атома. След това глюкозата се разлага на пируват, който има три въглеродни атома. Използването на пируват за енергия произвежда въглерод като отпадъчен продукт, така че в този момент растението взема „решението“.

„Пируватът е последната точка в решението", отбелязва Милар пред ScienceAlert.

„Може да бъде изгорен и да се освободи CO₂ или може да се използва за изграждане на фосфолипиди, складирани растителни масла, аминокиселини и други неща, от които се нуждае растението, за да създаде биомаса.“

_{Цикъл на лимонената киселина. Кредит: Wikimedia Commons (частичен превод НаукаOFFNews)}

Откритието е направено по време на работа върху класически растителен моделен организъм, представляващ цъфтящ крайпътен плевел, Arabidopsis thaliana, от семейство кръстоцветни (Brassicaceae). Изследователите, водени от молекулярния учен от Университета на Западна Австралия, Сюйен Лъ (Xuyen Le), маркират пирувата с ¹³C (въглероден изотоп), за да проследят къде се транспортира по време на цикъла на лимонената киселина и откриват, че пируватът от различни източници се използва по различен начин.

Това означава, че растението може наистина да проследи източника на пирувата и да действа съответно, като избере или да го освободи, или да го задържи за други цели.

„Открихме, че транспортер на митохондриите насочва пирувата към дишането, за да освободи CO₂, но пируватът, получен по други начини, се задържа от растителните клетки за изграждане на биомаса – ако транспортерът е блокиран, растенията след това използват пируват от други пътища за дишане“, обяснява Сюйен Лъ.

„Внесеният пируват бе предпочитаният източник за производство на цитрат."

Тази способност за вземане на решения, предполага екипът, нарушава нормалните правила на биохимията, където обикновено процесите не контролират къде отива продуктът.

„Метаболитното канализиране нарушава тези правила, като разкрива реакции, които не се държат по този начин, а са определени решения в метаболитните процеси, които са защитени от други реакции“, пояснява Милар.

„Това не е първият метаболитен канал, който някога е бил открит, но те са относително редки и това е първото доказателство, че някой управлява този процес в дишането."

Въпреки че растенията са чудесни складове на CO₂ – само в горите се съхраняват около 400 гигатона въглерод – не всяка молекула CO₂, която се поема от растенията, се запазва. Около половината от въглеродния диоксид, който растенията поемат, се освобождава обратно в атмосферата.

Възможността да накараме растенията да съхраняват малко повече въглероден диоксид в този процес може да бъде интересен начин да помогнем на нашите проблеми с изменението на климата.

„Докато обмисляме изграждането и отглеждането на растения за бъдещето – не трябва да мислим само за това как те могат да бъдат добра храна и полезни за нашето здраве, но и дали могат да бъдат добри складове на въглерод за здравето на атмосферата, от която зависим всички", коментира Милар пред ScienceAlert.

Справка: Le, X.H., Lee, C.P., Monachello, D. et al. Metabolic evidence for distinct pyruvate pools inside plant mitochondria. Nat. Plants (2022). https://doi.org/10.1038/s41477-022-01165-3

Източник: Plants Appear to Be Breaking Biochemistry Rules by Making 'Secret Decisions'
JACINTA BOWLER, ScienceAlert

Още по темата

15/10/2021

Животът

Не е научна фантастика: Гръбначно използва фотосинтеза за нов начин за „дишане“ (видео)

16/06/2021

Животът

Как цианобактериите развиват своите фотосинтезни машини

06/01/2019

Животът

Създадоха растения с усъвършенствана фотосинтеза

28/04/2017

Земята

Нова, евтина изкуствена фотосинтеза пречиства въздуха и създава чисто гориво