Weak acids produced during anaerobic respiration suppress both photosynthesis and aerobic respiration

光合作用 呼吸 细胞呼吸 电子传输链 生物物理学 无氧呼吸 生物 类囊体 氧气 抗霉素A 无氧运动 化学 生物化学 叶绿体 植物 生理学 基因 有机化学
作者
Xiaojie Pang,Wojciech J. Nawrocki,Pierre Cardol,Mengyuan Zheng,Jingjing Jiang,Yuan Fang,Wenqiang Yang,Roberta Croce,Lijin Tian
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 4207-4207 被引量:19
标识
DOI:10.1038/s41467-023-39898-0
摘要

While photosynthesis transforms sunlight energy into sugar, aerobic and anaerobic respiration (fermentation) catabolizes sugars to fuel cellular activities. These processes take place within one cell across several compartments, however it remains largely unexplored how they interact with one another. Here we report that the weak acids produced during fermentation down-regulate both photosynthesis and aerobic respiration. This effect is mechanistically explained with an "ion trapping" model, in which the lipid bilayer selectively traps protons that effectively acidify subcellular compartments with smaller buffer capacities - such as the thylakoid lumen. Physiologically, we propose that under certain conditions, e.g., dim light at dawn, tuning down the photosynthetic light reaction could mitigate the pressure on its electron transport chains, while suppression of respiration could accelerate the net oxygen evolution, thus speeding up the recovery from hypoxia. Since we show that this effect is conserved across photosynthetic phyla, these results indicate that fermentation metabolites exert widespread feedback control over photosynthesis and aerobic respiration. This likely allows algae to better cope with changing environmental conditions.
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