Анализ разнонаправленных электронных потоков в микроводорослях при производстве водорода

В условиях серного и магниевого голодания микроводорослей C. renhardtii происходят перераспределение потоков электронов в электронтранспортных путях фотосинтеза и хлоропластного дыхания и, как следствие, активация выделения водорода. Этот естественный процесс, замедляющий деградацию фотосинтетического аппарата в условиях голодания, может быть использован в биотехнологии в качестве альтернативного источника энергии. Выполнены эксперименты по изучению влияния серного и магниевого голодания на характеристики фотосинтеза и фотопродукцию водорода в суспензионной и иммобилизованной культурвх микроводорослей. Проведены измерения содержания хлорофилла и крахмала, эффективности фотохимического преобразования энергии в ФС2, интенсивности нефотохимического тушения, уровня АТФ и жизнеспособности культуры микроводорослей C. renhardtii и мутанта HydEF без гидрогеназной активности в процессе инкубации на средах без серы и магния. Для анализа эволюции нарастающего участка индукционной кривой флюоресценции в процессе голодания использовали метод мультиэкспоненциальной аппроксимации. Полученные результаты свидетельствуют о роли гидрогеназной активности как адаптационного механизма на стадии анаэробного голодания. Идентификация параметров математической модели подтвердила наличие большого числа закрытых реакционных центров и деградацию механизмов нефотохимического тушения у мутантов по гидрогеназе. Показано, что в процессе голодания как у дикого типа, так и мутанта HydEF происходит значительное снижение активности темновых стадий фотосинтеза. В отличие от мутанта у дикого типа за счет потока на гидрогеназу и активизации хлородыхания на стадии анаэробиоза сохраняется активность первичных процессов фотосинтеза, что позволяет голодающим клеткам дольше сохранять жизнеспособность и, как побочный продукт, выделять молекулярный водород.Распределение электронных потоков между путем образования НАДФH, используемого при синтезе сахаров (цикл Кальвина), и путем производства молекулярного водорода через гидрогеназу в акцепторной части фотосистемы 1 происходит на уровне подвижного в строме белка ферредоксина. Для решения вопроса о возможности использования мутантов ферредоксина для увеличения скорости производства водорода методами молекулярной и броуновской динамики проведен сравнительный анализ структур комплексов белка ферредоксина и его мутантов с ФНР и гидрогеназой. Выявлены мутации, способные увеличить выход водорода в голодающих культурах C. reinhardtii.