Kuvituskuva

Valo on kasveille sekä energian että ongelmien lähde (Väitös: FM Heta Mattila, 18.12.2020, molekulaarinen kasvibiologia)

FM Heta Mattila esittää väitöstutkimuksessaan uuden selityksen sille, kuinka valo vahingoittaa yhteyttäviä eliöitä. Vaikka valo onkin yhteytyksen eli fotosynteesin energianlähde ja siten elintärkeää, valo myös vaurioittaa kasvien ja muiden yhteyttävien eliöiden yhteytyskoneistoa.

Erityisesti valoreaktio II, eräs yhteytyskoneiston keskeinen proteiinikompleksi, on niin herkkä vaurioille, että yhteytys pysähtyisi yhden ainoan aurinkoisen päivän aikana, ellei vaurioita korjattaisi. Vaikka ilmiötä on tutkittu jo yli 60 vuotta, vaurion mekanismista ei ole saavutettu yksimielisyyttä.

Vastaanottamallaan auringon säteilyenergialla valoreaktio II riistää vedeltä elektroneja vapauttaen samalla happea.

– Reaktio on energeettisesti hyvin vaativa, ja melko usein käykin niin, että elektronit palaavat takaisin valoreaktio II:lle. Tällöin saattaa syntyä erästä hyvin reaktiivista happiyhdistettä, singlettihappea, Mattila kertoo.

Väitöstutkimuksessa havaittiin, että valoreaktio II:n veden hajotuksessa vapauttama happi ei kuitenkaan suoraan muutu singlettihapeksi. Sen sijaan singlettihappi syntyi näytteeseen jo aiemmin liuenneesta hapesta. Valoreaktio II:n kyky vapauttaa happea ei siis itsessään tee siitä herkkää hapettaville vaurioille.

– Tämä ominaisuus lienee ollut erityisen tärkeä happea vapauttavan yhteytyksen kehittyessä, sillä hapettomassa ympäristössä kehittyneillä ensimmäisillä yhteyttävillä eliöillä tuskin oli kaikkia niitä suojamekanismeja, joiden avulla nykyiset eliöt selviytyvät hapekkaassa ympäristössämme.

Lämpötilan nousu lisää vaurioherkkyyttä

Valo kuitenkin vaurioittaa erityisesti valoreaktio II:ta. Väitöstutkimuksessa havaittiin, että valoreaktio II:n vaurio ja singlettihapen tuotto lisääntyivät lämpötilan noustessa. Molemmat lämpötilavasteet yllättäen muistuttivat valoreaktio II:n happea vapauttavan kompleksin “hutien” lämpötilariippuvuutta.

Hudilla tarkoitetaan tilannetta, jossa valoreaktio II:n reaktiokeskus (P680) on vastaanottanut valoenergiaa ja luovuttanut elektronin eteenpäin, mutta syystä tai toisesta happea vapauttava kompleksi ei pystykään pelkistämään syntynyttä hapettunutta reaktiokeskusta (P680+).

– Palaako elektroni siis hudin sattuessa takaisin reaktiokeskukselle synnyttäen singlettihappea, joka reagoi valoreaktio II:n kanssa vaurioittaen tätä? Selitys ei ole todennäköinen, sillä valoreaktio II vaurioitui myös hapettomissa olosuhteissa, joissa singlettihappea ei synny, Mattila toteaa.

Väitöstutkimuksessa päädyttiinkin seuraavaan hypoteesiin: P680+ on hyvin voimakas hapetin, ja mikäli huti tapahtuu, eikä elektroni palaa pelkistämään P680+:a, on tällä tarpeeksi aikaa vaurioittaa jokin valoreaktio II:n toiminnan kannalta elintärkeä osa.

Kasveilla on myös monia keinoja sopeutua valo-olosuhteisiin

Yhteytyksessä valoreaktio II luovuttaa elektronit edelleen valoreaktio I:lle, joka myös vastaanottaa valoa.

– Tätä elektroninsiirtoa välittävät plastokinonimolekyylit osallistuvat yhteytyksen säätelyyn. Mutta vaikka plastokinonivarannon hapetus-pelkistystila on tärkeä kasvin toiminnan säätelijä, on sitä mitattu suoraan vain harvoin, Mattila kertoo.

Väitöstutkimuksessa havaittiin, että näkyvän valon eri aallonpituudet suosivat usein joko valoreaktio I:tä tai valoreaktio II:ta, mikä johti plastokinonimolekyylien hapettumiseen tai pelkistymiseen. Kaikki testatut valkoiset valot, mukaan lukien auringonvalo, suosivat valoreaktio I:tä, ja hapettivat plastokinonivarantoa, kun käytettiin melko himmeää valoa. Valon lisääntyessä plastokinonit hiljalleen pelkistyvät. Tästä johtuen kasvit voivat aistia valon voimakkuutta plastokinonivarannon pelkistyneisyyden avulla.

***

FM Heta Mattila esittää väitöskirjansa ”On singlet oxygen, photoinhibition, plastoquinone, and their interconnections” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 18.12.2020 klo 12.00 (Turun yliopisto, Pharmacity, Pha1 Auditorio).

Vastaväittäjänä toimii apulaisprofessori Pavel Pospíšil (Palacký University Olomouc, Tsekki) ja kustoksena professori Eevi Rintamäki (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on molekulaarinen kasvibiologia.

Väitöstilaisuudet voidaan järjestää tilarajoitukset ja erilliset väitöstilaisuuksia koskevat ohjeet huomioiden niin, että samassa tilassa on maksimissaan 10 henkilöä. Yleisöllä ei ole pääsyä väitössaliin, mutta väitöstä voi seurata etäyhteydellä.

Turun yliopisto seuraa aktiivisesti koronavirustilannetta ja viranomaisten ohjeita. Yliopisto päivittää ohjeitaan tilanteen mukaan. Ohjeet ja linkit löytyvät osoitteesta: utu.fi/koronavirus

Väittelijän yhteystiedot: hkmatt@utu.fi

> Väittelijän kuva

> Väitöskirja on julkaistu sähköisenä

Luotu 14.12.2020 | Muokattu 14.12.2020