Цианобактериялар мен қызыл балдырлардағы жарық энергиясын жинау құрылымы
Phycobilisome
Цианобактериялар мен қызыл балдырлардағы жарық энергиясын жинау құрылымдары – фикобилисомалар. Фотосинтез үшін жарық спектрін пайдалану, энергия беру жолдары.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Цианобактериялар мен қызыл балдырларда жарық энергиясын жинау құрылымы.
Light energy harvesting structure in cyanobacteria and red algae
Фикобилизомалар – цианобактериялардағы II фотожүйеге және I фотожүйеге, сондай-ақ қызыл балдырлар мен глаукофиттердің хлоропластарына жиналған фотондардың энергиясын жеткізетін жарық энергиясын жинау антенналары. Олар жасыл балдырлар мен өсімдіктердің хлоропластары эволюциялаған кезде жойылды.
Phycobilisomes are light harvesting antennae that transmit the energy of harvested photons to photosystem II and photosystem I in cyanobacteria and in the chloroplasts of red algae and glaucophytes. They were lost during the evolution of the chloroplasts of green algae and plants.
Функция
Әрбір фикобилипротеиннің көзге көрінетін жарық спектрінде өзіндік сіңіру және флуоресценциялық сәулелену максимумы болады. Сондықтан, олардың болуы және фикобилизомалар ішіндегі нақты орналасуы, жарық энергиясын II фотожүйенің хлорофилл а-сына сіңіріп, бір бағытта беруге мүмкіндік береді. Осылайша, жасушалар хлорофиллге қол жетімсіз жарықтың қолданыстағы толқын ұзындықтарын (500–650 нм диапазонында) пайдаланып, олардың энергиясын фотосинтез үшін қолданады. Бұл су қабатының тереңдігінде ерекше пайдалы, себебі онда ұзын толқынды жарық аз таратылады және сондықтан хлорофиллге тікелей қол жетімді емес. Фикобилизоманың геометриялық құрылымы антенна тәрізді жиынтықта өте әдемі. Осының нәтижесінде энергияны берудің тиімділігі 95% құрайды.
Each phycobiliprotein has a specific absorption and fluorescence emission maximum in the visible range of light. Therefore, their presence and the particular arrangement within the phycobilisomes allow absorption and unidirectional transfer of light energy to chlorophyll a of the photosystem II. In this way, the cells take advantage of the available wavelengths of light (in the 500–650 nm range), which are inaccessible to chlorophyll, and utilize their energy for photosynthesis. This is particularly advantageous deeper in the water column, where light with longer wavelengths is less transmitted and therefore less available directly to chlorophyll. The geometrical arrangement of a phycobilisome is very elegant in an antenna like assembly. It results in 95% efficiency of energy transfer.
Эволюция және әртүрлілік
Жалпы фикобилизома құрылымының көптеген түрлері бар. Олардың пішіні гемидискоидты (цианобактерияларда) немесе гемиэллипсоидты (қызыл балдырларда) болуы мүмкін. Фикоэритрині жоқ түрлерде фикоцианиннің кемінде екі дискісі болады, бұл фотосинтездің максималды деңгейіне жеткілікті. Фикобилипротеиндердің өзі өте шектеулі функцияға ие болғандықтан (нақты толқын ұзындықтарын сіңіру және беру) аз эволюциялайды. Цианобактериялардың кейбір түрлерінде фикоцианин және фикоэритрин екеуі де болғанда, фикобилизома жарық түсіне жауап ретінде маңызды құрылымдық өзгерістерге ұшырауы мүмкін. Жасыл жарықта таяқшалардың шеткі бөліктері қызыл түсті фикоэритриннен тұрады, ол жасыл жарықты жақсы сіңіреді. Ал қызыл жарықта бұл көк түсті фикоцианинмен алмастырылады, ол қызыл жарықты жақсы сіңіреді. Бұл қайтымды процесс толықтырылатын хроматикалық бейімделу деп аталады. Ол цианобактериялардың фотосинтез жүйесінің құрамдас бөлігі болып табылады, түрлі құрылымдармен (мысалы, тилакоид мембранасы және т.б.) байланысқан бөлшек ретінде қарастырылады.
There are many variations to the general phycobilisome structure. Their shape can be hemidiscoidal (in cyanobacteria) or hemiellipsoidal (in red algae). Species lacking phycoerythrin have at least two disks of phycocyanin per rod, which is sufficient for maximum photosynthesis. The phycobiliproteins themselves show little sequence evolution due to their highly constrained function (absorption and transfer of specific wavelengths). In some species of cyanobacteria, when both phycocyanin and phycoerythrin is present, the phycobilisome can undergo significant restructuring as response to light color. In green light the distal portions of the rods are made of red colored phycoerythrin, which absorbs green light better. In red light, this is replaced by blue colored phycocyanin, which absorbs red light better. This reversible process is known as complementary chromatic adaptation. It is the component of photosynthetic system of cyanobacteria, as a particle with which various structures are linked (i. e. thylakoid membrane, etc).
Қолданбалар
Фикобилизомалар жылдам флуоресценция, ағын цитометриясы немесе сирек кездесетін жағдайларда қолданылуы мүмкін.
Phycobilisomes can be used in prompt fluorescence, flow cytometry, or rare events.