Летом зеленые листья используют хлорофилл для преобразования солнечного света в химическую энергию. Прежде, чем они потеряют листья в холодное время года, деревья восстанавливают важные питательные вещества, такие как азот и минералы. «Хлорофилл, выделяющийся в этом процессе, должен быть разрушен, потому что он оказывает разрушающее действие на дерево, когда оно облучается светом в несвязанном состоянии», — объясняет Бернхард Краутлер. «Предположительно, продукты разложения хлорофилла также играют физиологическую роль».Разложение хлорофилла приводит к образованию филлобилинов. Большинство из них бесцветны, но в листьях есть и желтые, известные как филлоксантобилины.
Исследователи, работающие с Краутлером из университетов Инсбрука и Граца (Австрия) и Колумбийского университета (США), теперь продемонстрировали, что эти соединения действуют как уникальные четырехступенчатые «переключатели», которые реагируют на свет (фотопереключатели). Молекулярное окружение определяет, какой «механизм переключения» используется.В полярных средах, таких как водная среда внутри клетки, филлоксантобилины находятся в виде простых молекул. При облучении светом они обратимо переключаются между двумя формами, которые имеют немного разные пространственные структуры вокруг одной двойной связи (Z / E-изомеризация).
Это похоже на важные фотопереключатели растений. В неполярных средах и, предположительно, в системах клеточных мембран Z-изомеры объединяются в пары и удерживаются вместе водородными связями. Облучение светом приводит к химической реакции между двумя парными молекулами. В этом циклоприсоединении спаренные молекулы связаны в димер через кольцо, состоящее из четырех атомов углерода.
Небольшое нагревание обращает этот процесс вспять.«Используя рентгеновский кристаллографический анализ, мы смогли определить точное пространственное расположение (стереоструктуру) филлоксантобилинов и парную структуру с водородными связями, которую они принимают при кристаллизации», — сообщает Краутлер. «Удивительный химический состав этих веществ также предполагает, что филлобилины могут иметь важные, неизвестные физиологические роли, возможно, в фоторегуляции растений.
Наши новые идеи помогут прояснить эту роль».