ИСТИНА

Предложен комплексный подход к изучению механизмов ответной реакции фотосинтетического аппарата высших растений на токсическое воздействие тяжелых металлов с использованием совокупности современных экспериментальных и математических методов. Выраженное токсическое действие K2Cr2O7, CdSO4 в концентрации 20 и 50 мкМ на проростки гороха Pisum sativum проявляется через 48–96 часов, токсическое действие CuSO4 менее выражено. Выполнена комплексная оценка влияния металлов на электрон-транспортную цепь растений гороха in vivo в зависимости от концентрации и времени воздействия. Измерены индукционные кривые быстрой и замедленной флуоресценции хлорофилла, а также окислительно-восстановительные превращения Р700 – фотоактивного пигмента фотосистемы 1 и мобильных переносчиков электрона пластоцианина и ферредоксина (по изменению отражения света листьями в ближней инфракрасной области) при разных режимах освещения. Выявлены характерные для действия тяжелых металлов изменения в индукционных кривых флуоресценции и кривых изменения редокс-состояния переносчиков электрона. С помощью трансмиссионной электронной микроскопии исследовано изменение ультраструктуры хлоропластов. С помощью стохастической агентной модели электронного транспорта выявлены наиболее чувствительные к действию токсического стресса стадии переноса электрона. Показано, что действие солей кадмия приводит к снижению эффективности линейного транспорта между фотосистемами 2 и 1, в то время как при действии бихромата калия наблюдается снижение активности фотосистемы 2. Для установления взаимосвязи морфологических изменений хлоропластов с наблюдаемыми изменениями функциональных параметров разработана модель стромальных и гранальных ламелл хлоропласта с реалистичной геометрией компартментов и явным учетом диффузии подвижных переносчиков электрона и протонов. Модель построена на основе упрощенной аналитической геометрии граны и окружающих ее стромальных ламелл, воспроизводящей наблюдаемую в эксперименте ультраструктуру и позволяющей варьировать форму компартментов изменением числовых параметров. Подвижность мобильных переносчиков электронов и протонов и окислительно-восстановительные реакции моделируется по принципу клеточного автомата. Белковые молекулы занимают несколько соседних ячеек, их форма задается по данным рентгеноструктурного анализа или криоэлектронной микроскопии.