Светосборный комплекс - Light-harvesting complex

Светособирающий комплекс состоит из ряда хромофоров , которые являются сложными субъединичный белками , которые могут быть частью более крупным супер комплекса из фотосистемы , функционального блока в процессе фотосинтеза . Он используется растениями и фотосинтезирующими бактериями для сбора большего количества падающего света, чем было бы захвачено одним лишь центром фотосинтетической реакции . Свет, который улавливается хромофорами, способен возбуждать молекулы из их основного состояния в состояние с более высокой энергией, известное как возбужденное состояние. Это возбужденное состояние длится недолго и, как известно, недолговечно. Светособирающие комплексы очень разнообразны среди различных фотосинтезирующих видов. Комплексы состоят из белков и фотосинтетических пигментов и окружают фотосинтетический реакционный центр для фокусировки энергии, полученной от фотонов, поглощенных пигментом , к реакционному центру с использованием резонансной передачи энергии Фёрстера .

Функция

Фотосинтез - это процесс, при котором свет поглощается или собирается комплексами пигментных белков, которые способны превращать солнечный свет в энергию. Поглощение фотона молекулой происходит, когда пигментные белковые комплексы собирают солнечный свет, что приводит к электронному возбуждению, доставляемому в реакционный центр, где может происходить процесс разделения зарядов. когда энергия захваченного фотона совпадает с энергией электронного перехода. Судьба такого возбуждения может заключаться в возвращении в основное состояние или другое электронное состояние той же молекулы. Когда у возбужденной молекулы есть соседняя молекула, энергия возбуждения также может передаваться посредством электромагнитных взаимодействий от одной молекулы к другой. Этот процесс называется резонансной передачей энергии , и скорость сильно зависит от расстояния между молекулами донора и акцептора энергии. Прежде чем возбужденный фотон сможет перейти обратно в основное состояние, необходимо собрать энергию. Это возбуждение передается между хромофорами, откуда доставляется в реакционный центр. Комплексы для сбора света имеют пигменты, специально предназначенные для оптимизации этих показателей.

В пурпурных бактериях

Основная статья: Бактериальный антенный комплекс

Пурпурные бактерии - это тип фотосинтезирующих организмов со светособирающим комплексом, состоящим из двух пигментных белковых комплексов, называемых LH1 и LH2. Внутри фотосинтетической мембраны эти два комплекса различаются по своему расположению. Комплексы LH1 окружают реакционный центр, в то время как комплексы LH2 расположены вокруг комплексов LH1 и реакционного центра периферийным образом. Пурпурные бактерии используют бактериохлорофилл и каротиноиды для сбора световой энергии. Эти белки расположены в виде кольца, образуя цилиндр, охватывающий мембрану.

В зеленых бактериях

Основная статья: Хлоросома

Основной светособирающий комплекс зеленых бактерий известен как хлоросома. Хлоросома снабжена палочковидными агрегатами BChlc с окружающими их липидами, заключенными в белки. Хлоросомы находятся за пределами мембраны, которая покрывает реакционный центр. Зеленые серные бактерии и некоторые хлорофлексии используют эллипсоидные комплексы, известные как хлоросомы, для улавливания света. Их форма бактериохлорофилла - зеленая.

У цианобактерий и растений

Основная статья: Светоуборочные комплексы зеленых растений.

Хлорофиллы и каротиноиды важны для светоуборочных комплексов, присутствующих в растениях. Хлорофилл b почти идентичен хлорофиллу a, за исключением того, что он имеет формильную группу вместо метильной группы . Эта небольшая разница заставляет хлорофилл b более эффективно поглощать свет с длинами волн от 400 до 500 нм. Каротиноиды - это длинные линейные органические молекулы, которые имеют чередующиеся одинарные и двойные связи по длине. Такие молекулы называются полиенами . Двумя примерами каротиноидов являются ликопин и β-каротин . Эти молекулы также наиболее эффективно поглощают свет в диапазоне 400-500 нм. Из-за своей области поглощения каротиноиды кажутся красными и желтыми и обеспечивают большую часть красного и желтого цветов, присутствующих в фруктах и цветах .

Молекулы каротиноидов также выполняют защитную функцию. Молекулы каротиноидов подавляют разрушительные фотохимические реакции, в частности те, которые включают кислород , которые может вызвать воздействие солнечного света. Растения, в которых отсутствуют молекулы каротиноидов, быстро погибают под воздействием кислорода и света.

Фикобилисома

Основная статья: фикобилисома
Схематическое расположение белковых субъединиц в фикобилисоме.

Светособирающий комплекс цианобактерий, глаукоцистофитов и красных водорослей известен как фикобилисома, состоящая из линейных тетрапиррольных пигментов. Комплексы пигмент-белок, называемые R-фикоэритрином, имеют стержнеобразную форму и составляют стержни и ядро ​​фикобилисомы. Мало света достигает водорослей, которые обитают в морской воде на глубине одного метра и более, поскольку свет поглощается морской водой. Фикобилисома представляет собой светло-уборочный белковый комплекс присутствует в цианобактерии , glaucocystophyta и красных водорослях и структурирована , как реальные антенны. Пигменты, такие как фикоцианобилин и фикоэритробилин , представляют собой хромофоры, которые связываются ковалентной тиоэфирной связью со своими апопротеинами по остаткам цистеина. Апопротеин с его хромофором называется фикоцианин, фикоэритрин и аллофикоцианин соответственно. Часто они встречаются в виде гексамеров α- и β-субъединиц (α 3 β 3 ) 2 . Они увеличивают количество и спектральное окно поглощения света и заполняют «зеленый промежуток», который возникает у высших растений.

Геометрическое расположение фикобилисом очень элегантно и приводит к 95% эффективности передачи энергии. Это центральное ядро аллофикоцианина , которое находится над центром фотосинтетической реакции. Есть субъединицы фикоцианина и фикоэритрина, которые исходят из этого центра, как тонкие трубки. Это увеличивает площадь поверхности поглощающей секции и помогает фокусировать и концентрировать световую энергию вниз в реакционный центр до хлорофилла. Передача энергии от возбужденных электронов, поглощаемых пигментами в субъединицах фикоэритрина на периферии этих антенн, проявляется в реакционном центре менее чем за 100 пс.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

  • Каффарри (2009) Функциональная архитектура суперкомплексов фотосистемы II высших растений. Журнал EMBO 28: 3052–3063
  • Говинджи и Шевела (2011) Приключения с цианобактериями: личная точка зрения. Границы растениеводства .
  • Лю и др. (2004) Кристаллическая структура основного светособирающего комплекса шпината с разрешением 2,72 °. Природа 428: 287–292.
  • Локштейн (1994) Роль рассеяния энергии светособирающего комплекса II: флуоресценция in vivo при избыточном возбуждении, исследование происхождения высокоэнергетического тушения. Журнал фотохимии и фотобиологии 26: 175-184.
  • MacColl (1998) Cyanobacterial Phycobilisomes. ЖУРНАЛ СТРУКТУРНОЙ БИОЛОГИИ 124 (2-3): 311-34.

Внешние ссылки