發現植物對抗UVB的武器之一:芥子酸酯(sinapate esters)

植物如何避免自己被曬傷?不知道有多少人認真想過這個問題。筆者的一位同事,有個非常可愛的小朋友;有一次,她問我為什麼植物每天站在太陽下面那麼久,也沒有撐傘、擦防曬,也不能跑到屋子裡面躲起來,怎麼都不會曬黑呢?

其實植物如果過度曝曬,也是會曬傷的;但是植物曬傷不會曬黑,而是曬白。聽起來好令人羨慕不是嗎?

先別羨慕,其實植物曬白了也是曬傷,由於接收了太多的光子,造成光合作用的電子傳遞鏈產生電子大塞車,

Thylakoid_membrane

光合作用之光反應。圖片來源:wiki

由於這個步驟僅能以擴散作用來進行,因此PQH2要花費幾個毫秒(millisecond,ms)才能將電子送到細胞色素b6f那裡。毫秒就是千分之一秒,看起來似乎很短;但是,如果跟PSII裡面的色素間的能量傳遞速度相比,毫秒其實是非常慢的。怎麼說呢?原來,在PSII裡面進行的能量傳遞,只需要幾個微秒(microsecond,μs)就傳過去了。微秒是毫秒的千分之一喔!所以,當有過多的光子(陽光太強)的時候,自然就會在PQH2發生大塞車啦!塞車的地點主要位於PQH2的部分,因為當它由第二光系統(photosystem II,PSII)接收到電子時,接下來要靠它自己在類囊體膜(thylakoid membrane,如圖所示之膜即是)以擴散作用慢慢的移動到細胞色素b6f(cytochrome b6f)處,將電子交給細胞色素後,再回去PSII接收下一對電子。

塞車的結果就是:有些PQH2上面的電子就會開始離開,到處亂跑,去還原其他不該被還原的分子,然後最後葉綠體就會因為這樣而被燒壞,等到整個細胞的葉綠體都被燒壞,那顆細胞也死了,然後…這樣死掉的植物細胞,因為沒有色素而變成白色…所以就「曬白」了!

植物當然不想被曬傷,我們會為了避免被曬傷而合成黑色素,植物為了避免被曬傷,變出了很多花樣來保護自己。這些花樣包括:讓葉綠體「疊羅漢」以及合成許多可以吸收多餘的光能的分子等等。

讓葉綠體疊羅漢這部分,因為考慮到文章的長度,所以在這裡我們就先不提;第二個部分,過去已經知道,植物裡面的葉黃素(xanthophyll)以及類胡蘿蔔素(carotenoid),還有類黃酮素(flavonoids and isoflavonoids)都具有這方面的功能。而最近,法國的一個研究團隊又發現一族新的化合物也擔任類似的角色:芥子酸酯(sinapate esters)。

Sinapic_acid

芥子酸(sinapic acid)。圖片來源:wiki

芥子酸酯屬於植物次級代謝物中的酚醛類(phenylpropanoids)化合物,在植物中與肉桂酸(cinnamates,肉桂的味道就是來自於肉桂酸)在化學性質上最相近,都是屬於木質素(lignin)一類的化合物。研究團隊們在植物內找到七種芥子酸酯類化合物,當他們把這些芥子酸酯們氣化,再以UVB波照射以後,發現這些分子都能夠吸收UVB,且整體涵蓋的範圍遍及整個UVB的波長。因此,研究團隊認為芥子酸酯也可以協助植物對抗UVB,免於植物被曬傷。

其實,植物為了避免被曬傷,真的是非常用心呢!除了上面所提到的各種化合物以外,植物裡面也還會合成大量的維生素C(vitamin C)來抗氧化,所以不要以為植物不會動,就只能無奈地站在那裡被「曬白」喔!

參考文獻:

原刊載於作者部落格老葉的植物王國


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