Inhibition of photosystem 2 in starch-enriched Chlamydomonas reinhardtii cells prevents the efficient induction of H2 production in sulfur-depleted cultures

Riassunto - Il lavoro sottolinea l'importanza dell'attività del fotosistema II (PSII) per la produzione di idrogeno molecolare in cellule di Chlamydomonas reinhardtii in ambiente privo di sulfuri, in quanto produce composti necessari per la sintesi di sostanze di riserva come l'amido. In colture di C. reinhardtii arricchite di amido e private di solfati l’aggiunta dell'inibitore del fotosistema II, DCMU (3-(3,4-dichlorofenil)-1,1-dimetilurea) ha dato i seguenti risultati nelle due condizioni: 1) alla fine della fase aerobica; e 2) immediatamente dopo l’inizio della produzione di idrogeno molecolare. Nel primo caso, la produzione di H2 su base volumetrica viene bloccata, sebbene aumenti la mobilizzazione di amido. Con test in vitro è stata verificata l’attivazione dell'enzima idrogenasi, sebbene la sua efficienza di utilizzazione in vivo si riduca rapidamente nel corso dell'esperimento. In queste condizioni l’aggiunta di glicolaldeide, un inibitore dell’enzima Rubisco, non determina l’aumento dei tassi di produzione di H2, indicando un diretto coinvogimento del fotosistema II per l'induzione del processo di produzione di H2, oltre a quello svolto nella formazione di riserve di amido. Abstract - In sulfur-deprived Chlamydomonas reinhardtii cells the activity of photosystem 2 (PSII) has been shown to have a crucial role in the photosynthetic production of H2, since it allows the synthesis of internal reserves such as starch. In the present investigation, the PSII inhibitor 3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea (DCMU) was added in starch-enriched and sulfur-depleted C. reinhardtii cultures 1) at the very end of the aerobic phase, and 2) soon after the culture started to evolve H2. In the former case, production of H2 on a volumetric basis was completely down-regulated, although starch mobilization was enhanced. In vitro tests showed that the hydrogenase enzyme was active, although its efficiency of utilization in vivo was lowered very soon in the experiment. When an inhibitor of Rubisco such as glycolaldehyde was added under the same conditions, no substantial improvement in H2 production rates was noted. These findings indicate that, aside starch storage, PSII plays an active role in the induction of the H2 production process.