Kompleks for høsting av lys - Light-harvesting complex

Et lyshøstingskompleks består av et antall kromoforer som er komplekse underenhetsproteiner som kan være en del av et større superkompleks av et fotosystem , den funksjonelle enheten i fotosyntese . Det brukes av planter og fotosyntetiske bakterier for å samle mer av det innkommende lyset enn det som blir fanget av det fotosyntetiske reaksjonssenteret alene. Lyset som fanges opp av kromoforene, er i stand til å stimulere molekyler fra bakken til en høyere energitilstand, kjent som den eksiterte tilstanden. Denne begeistrede tilstanden varer ikke veldig lenge og er kjent for å være kortvarig. Lyshøstingskomplekser finnes i et bredt utvalg blant de forskjellige fotosyntetiske artene. Kompleksene består av proteiner og fotosyntetiske pigmenter og omgir et fotosyntetisk reaksjonssenter for å fokusere energi, oppnådd fra fotoner absorbert av pigmentet , mot reaksjonssenteret ved hjelp av Förster resonans energioverføring .

Funksjon

Fotosyntese er en prosess der lys absorberes eller høstes av pigmentproteinkomplekser som er i stand til å gjøre sollys til energi. Absorpsjon av et foton av et molekyl finner sted når pigmentproteinkomplekser høster sollys som fører til elektronisk eksitasjon levert til reaksjonssenteret der prosessen med ladningsseparasjon kan finne sted. når energien til det fangede fotonet samsvarer med en elektronisk overgang. Skjebnen til en slik eksitasjon kan være en retur til grunntilstanden eller en annen elektronisk tilstand av det samme molekylet. Når det eksiterte molekylet har et nærliggende nabomolekyl, kan eksiteringsenergien også overføres, gjennom elektromagnetiske interaksjoner, fra ett molekyl til et annet. Denne prosessen kalles overføring av resonansenergi , og frekvensen avhenger sterkt av avstanden mellom energidonor og energiokseptormolekyler. Før en opphisset foton kan gå over til bakken, må energien høstes. Denne eksitasjonen overføres mellom kromoforer der den leveres til reaksjonssenteret. Komplekser for lyshøsting har pigmentene sine spesielt posisjonert for å optimalisere disse hastighetene.

I lilla bakterier

Hovedartikkel: Bakteriell antennekompleks

Lilla bakterier er en type fotosyntetisk organisme med et lett høstingskompleks som består av to pigmentproteinkomplekser referert til som LH1 og LH2. Innen den fotosyntetiske membranen skiller disse to kompleksene seg med hensyn til arrangement. LH1-kompleksene omgir reaksjonssenteret, mens LH2-kompleksene er ordnet rundt LH1-kompleksene og reaksjonssenteret på en perifer måte. Lilla bakterier bruker bakterioklorofyll og karotenoider for å samle lysenergi. Disse proteinene er ordnet på en ringlignende måte og skaper en sylinder som spenner over membranen.

I grønne bakterier

Hovedartikkel: Klorosom

Hovedkomplekset for lyshøsting i grønne bakterier er kjent som klorosom. Klorosomet er utstyrt med stavlignende BChl c-aggregater med proteininnebygde lipider som omgir den. Klorosomer finnes utenfor membranen som dekker reaksjonssenteret. Grønne svovelbakterier og noen Chloroflexia bruker ellipsoide komplekser kjent som klorosom for å fange lys. Deres form for bakterioklorofyll er grønn.

I cyanobakterier og planter

Hovedartikkel: Komplekser med lette høsting av grønne planter

Klorofyller og karotenoider er viktige i komplekser som er lette å høste i planter. Klorofyll b er nesten identisk med klorofyll a, bortsett fra at den har en formylgruppe i stedet for en metylgruppe . Denne lille forskjellen gjør at klorofyll b absorberer lys med bølgelengder mellom 400 og 500 nm mer effektivt. Karotenoider er lange lineære organiske molekyler som har alternerende enkelt- og dobbeltbindinger langs lengden. Slike molekyler kalles polyener . To eksempler på karotenoider er lykopen og β-karoten . Disse molekylene absorberer også lys mest effektivt i området 400 - 500 nm. På grunn av absorpsjonsområdet ser karotenoider ut som røde og gule og gir de fleste av de røde og gule fargene som er tilstede i frukt og blomster .

Karotenoidmolekylene tjener også en beskyttende funksjon. Karotenoidmolekyler undertrykker skadelige fotokjemiske reaksjoner, spesielt de som inkluderer oksygen , som eksponering for sollys kan forårsake. Planter som mangler karotenoidmolekyler dør raskt ved eksponering for oksygen og lys.

Fykobilisom

Hovedartikkel: Phycobilisome
Skjematisk utforming av proteinunderenheter i et fykobilisom.

Det lette høstingskomplekset av cyanobakterier, glaucocystophyta og rødalger er kjent som phycobilisome som består av lineære tetrapyrrolpigmenter. Pigment-proteinkomplekser referert til som R-phycoerythrin har stavlignende form og utgjør stengene og kjernen til phycobilisome. Lite lys når alger som ligger på en meters dybde eller mer i sjøvann, ettersom lys absorberes av sjøvann. Et phycobilisome er et lyshøstende proteinkompleks som finnes i cyanobakterier , glaucocystophyta og rødalger og er strukturert som en ekte antenne. Pigmentene, slik som phycocyanobilin og phycoerythrobilin , er kromoforene som binder seg gjennom en kovalent tioeterbinding til deres apoproteiner ved cysteinrester. Apoproteinet med kromoforen kalles henholdsvis phycocyanin, phycoerythrin og allophycocyanin. De forekommer ofte som heksamerer av α- og β-underenheter (α 3 β 3 ) 2 . De forbedrer mengden og spektralvinduet for lysabsorpsjon og fyller det "grønne gapet", som forekommer i høyere planter.

Det geometriske arrangementet av et fykobilisom er veldig elegant og resulterer i 95% effektivitet av energioverføring. Det er en sentral kjerne av allophycocyanin , som sitter over et fotosyntetisk reaksjonssenter. Det er phycocyanin og phycoerythrin underenheter som stråler ut fra dette sentrum som tynne rør. Dette øker overflaten på den absorberende delen og hjelper med å fokusere og konsentrere lysenergien ned i reaksjonssenteret til en klorofyll. Energioverføringen fra eksiterte elektroner absorbert av pigmenter i phycoerythrin- underenhetene ved periferien av disse antennene vises ved reaksjonssentralen på mindre enn 100 ps.

Se også

Referanser

Videre lesning

  • Caffarri (2009) Funksjonell arkitektur av høyere plantesystemsystem II superkomplekser. EMBO Journal 28: 3052–3063
  • Govindjee & Shevela (2011) Eventyr med cyanobakterier: et personlig perspektiv. Grenser i plantevitenskap .
  • Liu et al. (2004) Krystallstruktur av spinatkompleks for lyshøsting ved 2,72A ° oppløsning. Natur 428: 287–292.
  • Lokstein (1994) Rollen til lyshøsting kompleks II energidissipasjon: en in-vivo fluorescens i overskytende eksitasjonsstudie på opprinnelsen til høyenergi-slukking. Journal of Photochemistry and Photobiology 26: 175-184
  • MacColl (1998) Cyanobakterielle phycobilisomes. TIDSSKRIFT OM STRUKTURELL BIOLOGI 124 (2-3): 311-34.

Eksterne linker