Na łamach prestiżowego czasopisma „Nature Communications” ukazała się praca pt. Triplet-driven chemical reactivity of β-carotene and its biological implications, która powstała pod kierownictwem prof. dr. hab. Leszka Fiedora na WBBiB, w Zakładzie Fizjologii i Biochemii Roślin.

Celem badań prowadzonych w zespole prof. Leszka Fiedora jest zrozumienie mechanizmów oddziaływań tlenu i jego reaktywnych form z β-karotenem, karotenoidenem będącym jednym z najważniejszych antyoksydantów i fotoprotektantów, służącym ochronie aparatu fotosyntetycznego roślin i cyjanobakterii. Analiza wyników opisanych w publikacji wykazała, że wygaszanie przez β-karoten najbardziej reaktywnej formy tlenu, czyli tlenu singletowego, zachodzi wyłącznie na drodze fizycznej. Jednocześnie pokazano, że cząsteczki te nie reagują ze sobą chemicznie a tlen singletowy nie powoduje oksydacji β-karotenu.

Nieoczekiwanie okazało się, że reakcja chemiczna β-karotenu z tlenem, prowadząca do jego oksydacyjnej degradacji, przebiega z udziałem barwnika we wzbudzonym stanie trypletowym. Dlatego też produkty oksydatywnej degradacji β-karotenu mogą być chemicznymi sygnałami nadprodukcji szkodliwych stanów trypletowych chlorofili w obrębie aparatu fotosyntetycznego, wynikającej z nadmiaru zaabsorbowanej energii świetlnej.

Przeczy to ogólnie przyjętej koncepcji udziału tego barwnika w chemicznej deaktywacji tej reaktywnej formy tlenu i roli produktów jego degradacji jako markerów stresu oksydacyjnego. Okazało się również, że podczas fotochemicznego rozpadu utlenionych pochodnych β-karotenu uwalniane są wolne rodniki i tlen singletowy, co wyjaśnia szeroko dyskutowaną i kontrowersyjną pro-oksydacyjną aktywność tego barwnika.

Kolejną niespodzianką jest odkrycie faktu, że sam β-karoten w niewielkim stopniu może fotokatalitycznie generować tlen singletowy. Wyniki te zmuszą do zmiany dotychczasowych poglądów dotyczących mechanizmów antyoksydacyjnego funkcjonowania karotenoidów oraz fotofizycznych właściwości tych barwników. 

Badania właściwości barwników fotosyntetycznych prowadzone w zespole prof. Fiedora finansowane są przez Narodowe Centrum Nauki w ramach grantu OPUS 17 zatutułowanego Chlorofile i karotenoidy pod presją – zastosowanie metod spektroskopii optycznej i wysokich ciśnień w badaniach procesów fotosyntetycznych.

Artykuł dostępny jest w formacie open access (doi.org/10.1038/s41467-022-30095-z).