Структуры сбора световой энергии в цианобактериях и красных водорослях.
Phycobilisome
Фикобилисомы у цианобактерий и красных водорослей: структура, поглощение света и передача энергии для фотосинтеза. Эффективное использование спектра 500-650 нм.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Структура сбора световой энергии в цианобактериях и красных водорослях
Light energy harvesting structure in cyanobacteria and red algae
Фикобилисомы – это светособирающие антенны, которые передают энергию поглощенных фотонов в фотосистему II и фотосистему I у цианобактерий, а также в хлоропластах красных водорослей и глаукофитов. Они были утрачены в процессе эволюции хлоропластов зеленых водорослей и растений.
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
Каждый фикобилипротеин имеет специфический максимум поглощения и максимум флуоресцентного излучения в видимом диапазоне света. Поэтому их присутствие и конкретная организация внутри фикобилисом позволяют поглощать свет и однонаправленно передавать световую энергию хлорофиллу a фотосистемы II. Таким образом, клетки используют доступные длины волн света (в диапазоне 500–650 нм), которые недоступны хлорофиллу, и используют эту энергию для фотосинтеза. Это особенно выгодно на глубине водной толщи, где свет с большей длиной волны хуже проникает и, следовательно, менее доступен непосредственно хлорофиллу. Геометрическая организация фикобилисомы представляет собой очень изящную антенноподобную структуру, обеспечивающую 95% эффективность передачи энергии.
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 и разнообразие
Существует множество вариаций общей структуры фикобилисомы. Их форма может быть полудисковидной (у цианобактерий) или гемиэллипсоидальной (у красных водорослей). У видов, лишенных фикоэритрина, имеется как минимум два диска фикоцианина на стержень, что достаточно для максимальной эффективности фотосинтеза. Сами фикобилипротеины демонстрируют незначительную эволюцию последовательности из-за их строго ограниченной функции (поглощения и передачи определенных длин волн). У некоторых видов цианобактерий, при наличии как фикоцианина, так и фикоэритрина, фикобилисома может подвергаться значительной реструктуризации в ответ на цвет света. При зеленом свете дистальные участки стержней состоят из красного фикоэритрина, который лучше поглощает зеленый свет. При красном свете он замещается синим фикоцианином, который лучше поглощает красный свет. Этот обратимый процесс известен как комплементарная хроматическая адаптация. Это компонент фотосинтетической системы цианобактерий, выступающий в роли частицы, с которой связаны различные структуры (например, тилакоидная мембрана и т.д.).
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).
Приложения
Фикобилисомы могут использоваться в экспресс-флуоресценции, проточной цитометрии или для обнаружения редких событий.
Phycobilisomes can be used in prompt fluorescence, flow cytometry, or rare events.