Ksantofyllikierto eli violaksantiinikierto korkeampien kasvien tapauksessa suojaa fotosynteettistä laitteistoa liialliselta energialta lisääntyneen säteilyn aikana. Se välttää valoinhibitiota lisäämällä huomattavasti ei-valokemiallista sammutusta . Kierto sisältää entsymaattisia interkonversioita violaksantiinin ja zeaksantiinin välillä (välituote on anteroksantiini ) [1] .
Violaksantiinisykli tapahtuu fotosysteemi II :n valonkeräyskompleksin pienissä alayksiköissä (proteiinit CP29, CP26, CP23, CP22 jne.). Korkealla valon intensiteetillä tapahtuu fotosynteesin ETC:n aktiivisen työn vuoksi tylakoidin luumenin happamoitumista . Kun pH laskee arvoon 5,0, aktivoituu entsyymi deepoksidaasi, joka kalvon luumen puolella suorittaa violoksantiinin epoksiryhmien pelkistyksen käyttämällä askorbiinihappoa pelkistimenä . Kaksinkertainen pelkistys johtaa zeaksantiinin muodostumiseen, joka suorittaa valolta suojaavan toiminnon. Valaistuksen intensiteetin pienentyessä epoksidaasin katalysoima käänteinen reaktio, joka sijaitsee kalvon stroomapuolella ja jonka optimaalinen pH on 7,5, alkaa vallita. Epoksiryhmien lisääminen vaatii molekyylistä happea ja pelkistysainetta ( NADPH ). Tämän seurauksena muodostuu violaksantiinia, joka voi toimia valoa keräävänä pigmenttinä [2] .
Korkeampien kasvien ja levien ksantofyllisella kierrolla on tärkeä rooli valoenergian uudelleenjakautumisen säätelyssä violaksantiinin , zeaksantiinin ja klorofylli a :n välillä . Valosuojan roolia syklissä suorittaa zeaksantiini, joka sisältää 11 kaksoissidoksen konjugoidun järjestelmän (violoksantiinissa on vain 9 konjugoitua sidosta). Konjugaation lisääntyminen johtaa pigmentin ensimmäisen singlettiviritystason energian laskuun. Violoksantiinille on tunnusomaista absorptio aallonpituudella 657 nm ja zeaksantiinille 704 nm:ssä (klorofyllin absorptio aallonpituudella 680 nm). Siten, koska zeaksantiinin virittyneen tilan energia on pienempi kuin klorofylli a:n virittyneen tilan energia, suora singletti-singlettienergian siirto virittyneestä klorofyllistä (S1 ) zeaksantiiniin on mahdollista. Zeaksantiinin ylimääräisen klorofyllin viritysenergian imeytyminen suojaa fotosynteesilaitteistoa. Toisaalta violoksantiinimolekyylin virittyneen S 1 -tilan energia on korkeampi kuin klorofylli a:n, ja siksi violoksantiinista voi tulla klorofyllin energian luovuttaja. Tämän seurauksena violoksantiini toimii antennina , joka kerää fotoneja ja siirtää ne klorofylliin.
Siten heikossa valaistuksessa ksantofyllit toimivat pääasiassa valoa keräävinä pigmentteinä, kun taas korkeassa valossa ne auttavat haihduttamaan ylimääräistä energiaa ja suojaamaan kasvia valonestokyvyltä. Sama mekanismi auttaa valmistamaan kasvia päivän ja yön muutokseen.
Pitkät karotenoidimolekyylit, joissa on suuri määrä konjugoituja sidoksia, ovat erityisen tehokkaita muuntamaan viritysenergiaa lämpöenergiaksi sisäisen muuntamisen kautta . Konjugoitujen kaksoissidosten suuresta määrästä johtuen, jotka voivat muuttaa pituuttaan melko merkittävästi, karotenoidimolekyylit suorittavat jatkuvia supistumisen ja puristumisen värähtelyjä kuin haitari. Tämä käyttäytyminen varmistaa energian nopean hajoamisen lämmöksi . Saman ominaisuuden ansiosta ksantofyllit ja karotenoidit voivat tehokkaasti sammuttaa aktiiviset hapen singlettimuodot ja virittyneen kolmoisklorofyllin [3] .
Lisäksi syvähapetuksen aikana tapahtuvat violoksantiinimolekyylin konformaatiomuutokset johtavat siihen, että zeaksantiini muodostaa helpommin aggregaatteja . Zeaksantiiniaggregaattien muodostuminen pienemmissä CCK II -proteiineissa estää energian siirtymisen ulkoisista CCK II -antenneista PSII -reaktiokeskukseen ja viritysenergian lämpöhäviöön. Tiedetään, että kirkkaassa auringonvalossa kasvit hajoavat lämmön muodossa 50-70 % absorboituneiden kvanttien energiasta . Siksi energian lämpöhäviöllä on avainrooli fotosynteesilaitteiston suojaamisessa (uskotaan, että Mehler-reaktion ja valohengityksen osuus on paljon pienempi) [4] .
Pinaattia tutkittaessa havaittiin, että kirkkaassa valossa zeaksantiinin pitoisuuden nousu ylitti violoksantiinin pitoisuuden laskun. On mahdollista, että tällaiset olosuhteet rohkaisevat kasveja syntetisoimaan aktiivisemmin zeaksantiinia β-karoteenista [5] .
Zeaksantiinilla on myös tärkeä rakenteellinen rooli tylakoidikalvoissa. Lisääntyneessä valaistuksessa ksantofyllit jakautuvat valoa keräävien kompleksien ja lipidikaksoiskerroksen välillä . Koska zeaksantiinissa on kaksi hydrofiilistä -OH-ryhmää, se istuu kaksoiskerroksen poikki ja lisää siten kalvon viskositeettia. Zeaksantiinin ja joidenkin terpenoidien ( α-tokoferoli ) aiheuttama kalvon viskositeetin lisääntyminen vähentää sen hapen läpäisevyyttä ja suojaa lipidejä peroksidaatiolta sen aktiivisten muotojen avulla [6] .
Piileissä ja dinoflagellaateissa ksantofyllinen kierto koostuu pigmentistä diadinoksantiinista , joka liiallisessa valossa muuttuu diatomeissa diatoksantiiniksi tai dinoflagellaateissa dinoksantiiniksi [7] .
Joissakin korkeammissa kasveissa (esimerkiksi Inga -suvusta [8] ) violaksantiinikierron lisäksi löydettiin ylimääräinen luteaalikierto. Tämän syklin aikana luteiini-5,6-epoksidin palautuva konversio luteiiniksi tapahtuu kirkkaassa valossa , mikä näyttää myös osaltaan suojaavan fotosynteesilaitteistoa [9] [10] . Tämä sykli löytyy joistakin taksonomisesti etäisistä ryhmistä, mutta se on konservatiivinen ja säilyy suvussa ja suvussa.