Dynamic changes in carbonate chemistry in the microenvironment around single marine phytoplankton cells.
Dynamic changes in carbonate chemistry in the microenvironment around single marine phytoplankton cells.
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DOI：
10.1038/s41467-017-02426-y
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发表时间：
2018-01-08
影响因子：
16.6
通讯作者：
Wheeler GL
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chrachri A;Hopkinson BM;Flynn K;Brownlee C;Wheeler GL
海洋硅藻的光合作用在全球碳循环中发挥着重要作用，尽管溶解无机碳（DIC）吸收的确切机制尚不清楚。缺乏对细胞表面碳酸盐化学的直接测量导致了对潜在膜运输过程和外部碳酸酐酶（eCA）作用的不确定性。在这里，我们确定了快速和实质性的光合作用驱动的pH和[co32 -]的增加，主要是由于大型硅藻Odontella sinensis细胞表面eCA的活性，使用直接同时微电极测量pH和co32 -以及细胞表面无机碳酸盐化学建模。我们的研究结果表明，eCA的作用是维持细胞表面CO2浓度，对中华o.s sinensis的DIC供应有重要贡献。因此，细胞表面的碳酸盐化学是高度动态的，并且强烈依赖于细胞大小、形态和大块海水的碳酸盐化学。向大型海洋浮游植物细胞提供二氧化碳可能受到其扩散边界层的限制。在这里，使用直接微电极测量，作者表明细胞外碳酸酐酶的作用是维持细胞表面的二氧化碳浓度来克服这个问题。
Photosynthesis by marine diatoms plays a major role in the global carbon cycle, although the precise mechanisms of dissolved inorganic carbon (DIC) uptake remain unclear. A lack of direct measurements of carbonate chemistry at the cell surface has led to uncertainty over the underlying membrane transport processes and the role of external carbonic anhydrase (eCA). Here we identify rapid and substantial photosynthesis-driven increases in pH and [CO3 2−] primarily due to the activity of eCA at the cell surface of the large diatom Odontella sinensis using direct simultaneous microelectrode measurements of pH and CO3 2− along with modelling of cell surface inorganic carbonate chemistry. Our results show that eCA acts to maintain cell surface CO2 concentrations, making a major contribution to DIC supply in O. sinensis. Carbonate chemistry at the cell surface is therefore highly dynamic and strongly dependent on cell size, morphology and the carbonate chemistry of the bulk seawater. The supply of CO2 to large marine phytoplankton cells is potentially limited by their diffusive boundary layer. Here, using direct microelectrode measurements, the authors show that extracellular carbonic anhydrase acts to maintain the concentration of CO2 at the cell surface to overcome this problem.
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