Diferenciace aktivity a obsahu enzymu Rubisco v souvislosti s environmentálními vlivy

Bc. Radka BUKOVSKÁ

Master's thesis

DIFFERENTIATION OF ACTIVITY AND CONCENTRATION OF RUBISCO IN CONNECTION WITH ENVIRONMENTAL EFFECTS

Abstract:

Enzym Rubisco váže vzdušný CO2. Schopnost enzymu Rubisco fixovat vzdušný CO2 je závislá na jeho množství a aktivitě. Aktivitu je možné měřit například gazometricky in vivo nebo spektrofotometricky in vitro. Výsledky měření in vitro jsou obvykle nižší než výsledky in vivo, proto byla metodika upravena přidáním vyššího množství detergentu DTT a snížením navážky rostlinného materiálu na 100 mg čerstvé hmotnosti. Po této úpravě byly naměřené výsledky srovnatelné s výsledky in vivo metod. Aktivita Rubisco ječmene jarního (Hordeum vulgare) vzrostla o 60% a plošná koncentrace se zvýšila o 30%. Jako významný sink CO2 jsou uváděny lesy mírného pásu, kde jsou majoritní dřeviny buk lesní (Fagus sylvatica) a smrk ztepilý (Picea abies). Nejprve byl posuzován krátkodobý vliv zvýšené koncentrace CO2. Sazenice pětiletých stromů byly kultivovány deset dní v růstových komorách na Přf OU v Ostravě v normální (AC) nebo ve zvýšené koncentraci CO2 (EC). V růstových komorách byly simulovány mikroklimatické podmínky letního dne v Moravskoslezských Beskydech a spektrofotometrické měření bylo prováděno v průběhu celého dne. U obou druhů bylo zjištěno, že nedošlo ke zvýšení aktivity ani ke zvýšení obsahu v EC podmínkách oproti AC podmínkám. U smrku byla zaznamenaná polední deprese aktivity Rubisco v EC podmínkách. Aktivita Rubisco u buku nekopírovala denní chod ozářenosti. Pro posouzení účinku dlouhodobého vlivu zvýšené koncentrace CO2 byly stejné rostlinné druhy kultivovány jednu sezónu v lamelových sférách na EEP BK v Moravskoslezských Beskydech v EC nebo v AC podmínkách. Měření bylo provedeno třikrát během sezóny, v květnu, v červenci a v září. Na jaře byla aktivita vyšší v EC variantě než v AC u obou druhů. V červenci 10krát klesla aktivita Rubisco u buku v EC podmínkách oproti aktivitě v AC podmínkách. U smrku došlo k poklesu aktivity v EC podmínkách až v září (o 26%). Během sezóny došlo k nárůstu plošné koncentrace enzymu Rubisco v obou variantách CO2 u obou druhů. V EC podmínkách se u obou druhů během sezóny snížila specifická aktivita (aktivita/plošná koncentrace Rubisco).

Abstract:

Enzyme Rubisco is able to bond atmospheric CO2. This ability depends on amount and activity of Rubisco. Activity is possible to measure by gas exchange (in vivo) or spectrophotometric assay (in vitro). There are usually lower results in in vitro methods activities than those obtained in vivo. That?s why the spectrophotometrical method has been modified by adding higher amount of detergent DTT and has been decreased plant fresh weight from 300 mg to 100 mg. Activity of barley (Hordeum vulgare) was measured over 60% and also surface amount raised about 30% after this arrangement. These results are comparable to in vivo method results. Forest in temperate zone is thought of significant sink of CO2. There are European beech (Fagus sylvatica) and Norway spruce (Picea abies) major woody species in this forest. Short-time efect of elevated CO2 was observed at first. Seedlings had been cultivated ten days under elevated or ambient concentration of CO2 in growth chambers (Bioline-Heraeus, Germany) in Faculty of science OU in Ostrava. In growth chambers were simulated microclimatic conditions of a typical summer day in Moravskoslezské Beskydy. Spectrophotometric measurement of activity and surface amount of Rubisco in AC and EC conditions were measured during diurnal course. Any increase of activity or amount Rubisco in EC conditions compared to AC conditions was not found in both species. Norway spruce showed 5% midday depression of Rubisco activity. Beech activity of Rubisco does not replicate diurnal irradiances course. Long-term effect of elevated CO2 was applied on the same plant species in glass domes in Ecological Experimental Station Bílý Kříž in Moravskoslezské Beskydy. Seedlings have been cultivated under EC or AC conditions for one growth season. Measurement was made three times during the growing season, in May, in July and in September. In the spring the activity was higher in EC conditions than AC for both plant species. Summer acitivity of beech Rubisco in EC conditions decreased 10x than activity in AC conditions. Spruce Rubisco activity in EC condition decreased not until September (at 26%). Surface amount of Rubisco increased during the growing season in both condition for both species. Specific activity (activity/surface amount) declined during the growing season in EC conditions.

Keywords

enzym Rubisco, aktivita, plošná koncentrace, zvýšená koncentrace CO2, smrk ztepilý, buk lesní, dithiothreitol, krátkodobé a dlouhodobé působení.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 6. 2008

Identifier: 3969

Thesis defence

• Date of defence: 21. 8. 2008
• Supervisor: Doc. RNDr. Jiří Kalina, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Master programme / field:
Applied Physics / Biophysics