मॉडल जीव क्लैमाइडोमोनस रेनहार्ड्टी में, प्रकाश संश्लेषण और एरोबिक श्वसन क्रमशः क्लोरोप्लास्ट और माइटोकॉन्ड्रिया में होता है, जबकि एनारोबिक किण्वन साइटोप्लाज्म, माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट में स्वतंत्र रूप से हो सकता है। एक ही कोशिका के भीतर ये तीन बुनियादी ऊर्जा चयापचय प्रक्रियाएं सामंजस्य और क्रम में कैसे होती हैं, यह एक वैज्ञानिक प्रश्न है जिस पर गहन विचार किया जाना चाहिए। वर्तमान में, तीनों के बीच परस्पर क्रिया के बारे में अनुसंधान की सापेक्ष कमी है, और कार्यात्मक युग्मन का तंत्र अभी तक स्पष्ट नहीं है।
पिछले अध्ययनों से पता चला है कि प्रकाश संश्लेषक जीव अंधेरे उपचार के तहत धीरे-धीरे प्रोटॉन जमा करते हैं, जिससे क्लोरोप्लास्ट जैसी पुटिका के लुमेन का अम्लीकरण होता है और इस प्रकार प्रकाश संश्लेषण का अवरोध होता है, जो क्लोरोप्लास्ट श्वसन या एटीपी हाइड्रोलिसिस से संबंधित हो सकता है। सिस्टॉयड लुमेन के अम्लीकरण पर पिछले अध्ययनों के आधार पर, चीनी अकादमी ऑफ साइंसेज के वनस्पति विज्ञान संस्थान में तियान लिजिन के शोध समूह ने परिकल्पना की कि किण्वन प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न कमजोर एसिड ने प्रकाश संश्लेषण को बाधित किया हो सकता है। इस परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, अध्ययन ने जैविक, भौतिक और रासायनिक तरीकों को एकीकृत किया और पाया कि अंधेरे की स्थिति में कमजोर एसिड के अतिरिक्त क्लोरोप्लास्ट श्वसन उत्परिवर्ती ptox2, nda2 और एटीपी हाइड्रोलिसिस उत्परिवर्ती FUD50 में सिस्ट लुमेन का अम्लीकरण हो सकता है इस बीच, यह पाया गया कि सिस्ट लुमेन में अम्लीकरण की डिग्री एनारोबिक रूप से मेटाबोलाइज्ड कमजोर एसिड के कुल संचय के साथ सकारात्मक रूप से सहसंबंधित थी, जबकि ग्रीन एल्गा NIES-2499 का उपयोग करके प्रयोगों में कोई अम्लीकरण नहीं पाया गया था, जो किण्वन चयापचय के दौरान कमजोर एसिड का गैर-उत्पादक है, उसी उपचार की स्थिति के तहत। इससे पता चलता है कि किण्वन द्वारा उत्पादित कमजोर एसिड मेटाबोलाइट सिस्टॉयड लुमेन के अम्लीकरण के लिए प्रेरक एजेंट है। अध्ययन ने यह भी प्रदर्शित किया कि मेटाबोलाइट्स का यह फीडबैक विनियमन तंत्र प्रकाश संश्लेषक जीवों की विभिन्न प्रजातियों में मौजूद है। इसके अलावा, छोटे अणुओं के लिए झिल्ली की अर्ध-पारगम्यता के आधार पर, अध्ययन ने "आयन ट्रैप" मॉडल का प्रस्ताव दिया, यानी, बहिर्जात योग या अवायवीय किण्वन द्वारा उत्पादित कमजोर एसिड अणु लिपिड बिलीयर को पार कर सकते हैं और अंततः सिस्टॉयड लुमेन में प्रवेश कर सकते हैं, लेकिन आयनित आयन झिल्ली को स्वतंत्र रूप से पार करने में सक्षम नहीं हैं, और सिस्टॉयड लुमेन में कम पीएच बफरिंग क्षमता है, जो लुमेन और अम्लीकरण में प्रोटॉन के संचय की ओर जाता है। और इस प्रकार अम्लीकरण होता है।
यह अध्ययन एक नए तंत्र को स्पष्ट करता है जिसके द्वारा अवायवीय किण्वन प्रकाश संश्लेषक जीवों में प्रकाश संश्लेषण और श्वसन को प्रभावित करता है, जो प्रकाश संश्लेषण, एरोबिक श्वसन और अवायवीय श्वसन के बीच रासायनिक युग्मन की खोज करने और प्रकाश संश्लेषक जीवों की बुनियादी शारीरिक प्रक्रियाओं की जांच करने के साथ-साथ पौधों की वृद्धि और कार्बन अवशोषण क्षमता को अनुकूलित करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।
संबंधित शोध परिणाम नेचर कम्युनिकेशंस में ऑनलाइन प्रकाशित किए गए थे। इस अध्ययन में नीदरलैंड के फ्री यूनिवर्सिटी ऑफ एम्स्टर्डम, बेल्जियम के यूनिवर्सिटी ऑफ लीज और फ्रांस के सीएनआरएस के शोधकर्ताओं ने भाग लिया। इस शोध को चीन के राष्ट्रीय प्रमुख अनुसंधान और विकास कार्यक्रम, चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन और चीनी विज्ञान अकादमी के रणनीतिक पायलट प्रोजेक्ट द्वारा समर्थित किया गया था।
क्लैमाइडोमोनस रेनहार्ड्टी में अवायवीय किण्वन का चयापचय मार्ग और "आयन ट्रैप" का एक कार्यशील मॉडल
