Введение

Комплекс пигмент-белка. Комплекс сбора света состоит из ряда хромофоров, которые представляют собой сложные белковые субъединицы и могут быть частью более крупного суперкомплекса фотосистемы – функциональной единицы фотосинтеза. Растения и фотосинтезирующие бактерии используют его для сбора большего количества поступающего света, чем было бы захвачено только фотосинтезирующим реакционным центром. Свет, захваченный хромофорами, способен переводить молекулы из основного состояния в состояние с более высокой энергией, известное как возбужденное состояние. Это возбужденное состояние недолговечно и существует короткий промежуток времени. Комплексы сбора света встречаются в широком разнообразии у различных фотосинтезирующих видов и не имеют гомологии между основными группами. Комплексы состоят из белков и фотосинтетических пигментов и окружают фотосинтетический реакционный центр, чтобы сфокусировать энергию, полученную от фотонов, поглощенных пигментом, в направлении реакционного центра посредством механизма резонансного переноса энергии Форстера.

Функция

Фотосинтез – это процесс, в котором свет поглощается или улавливается пигментными белковыми комплексами, способными преобразовывать солнечный свет в энергию. Поглощение фотона молекулой происходит при улавливании солнечного света пигментными белковыми комплексами, что приводит к электронному возбуждению, передаваемому в реакционный центр, где может происходить разделение зарядов, когда энергия захваченного фотона соответствует энергии электронного перехода. Судьбой такого возбуждения может быть возврат в основное состояние или переход в другое электронное состояние той же молекулы. Если возбужденная молекула находится рядом с другой молекулой, энергия возбуждения также может передаваться от одной молекулы к другой посредством электромагнитных взаимодействий. Этот процесс называется резонансным переносом энергии, и его скорость сильно зависит от расстояния между донором и акцептором энергии. Прежде чем возбужденная молекула сможет вернуться в основное состояние, энергия должна быть уловлена. Это возбуждение передается между хромофорами, где оно доставляется в реакционный центр. Комплексы сбора света имеют пигменты, расположенные таким образом, чтобы оптимизировать скорость этих процессов.

В фиолетовых бактериях

Фиолетовые бактерии — это тип фотосинтезирующих организмов, обладающих светособирающим комплексом, состоящим из двух пигмент-белковых комплексов, известных как LH1 и LH2. Внутри фотосинтетической мембраны эти два комплекса различаются по своей организации. Комплексы LH1 окружают реакционный центр, а комплексы LH2 расположены вокруг комплексов LH1 и реакционного центра по периферии. Фиолетовые бактерии используют бактериохлорофилл и каротиноиды для поглощения световой энергии. Эти белки организованы в виде кольца, образующего цилиндр, пронизывающий мембрану.

В зеленых бактериях

Основной светособирающий комплекс в зеленых бактериях известен как хлоросома. Хлоросома оснащена стержневидными агрегатами BChl c, окруженными белками и встроенными в липиды. Хлоросомы располагаются вне мембраны, покрывающей реакционный центр. Зеленые серные бактерии и некоторые представители Chloroflexia используют эллипсоидальные комплексы, известные как хлоросомы, для улавливания света. Их бактериохлорофилл имеет зеленую форму.

В цианобактериях и растениях

Хлорофиллы и каротиноиды важны в светособирающих комплексах, присутствующих в растениях. Хлорофилл b почти идентичен хлорофиллу a, за исключением того, что вместо метильной группы в нем содержится формильная группа. Это небольшое различие позволяет хлорофиллу b более эффективно поглощать свет с длиной волны от 400 до 500 нм. Каротиноиды – это длинные линейные органические молекулы, имеющие чередующиеся одинарные и двойные связи по всей длине. Такие молекулы называются полиенами. Два примера каротиноидов – ликопин и β-каротин. Эти молекулы также наиболее эффективно поглощают свет в диапазоне 400–500 нм. Благодаря области поглощения, каротиноиды выглядят красными и желтыми и обеспечивают большинство красных и желтых цветов в плодах и цветах. Молекулы каротиноидов также выполняют защитную функцию, подавляя вредные фотохимические реакции, особенно те, в которых участвует кислород, возникающие под воздействием солнечного света. Растения, лишенные молекул каротиноидов, быстро погибают при воздействии кислорода и света.

Фикобилисома

Антеннообразный светособирающий комплекс цианобактерий, глаукоцистофитов и красных водорослей известен как фикобилисома, состоящая из линейных тетрапиррольных пигментов. Пигмент-белковые комплексы, именуемые R-фикоэритрином, имеют форму стержней и составляют стержни и ядро фикобилисомы. Небольшое количество света достигает водорослей, обитающих на глубине одного метра и более в морской воде, поскольку морская вода поглощает свет. Пигменты, такие как фикоцианобилин и фикоэритробилин, являются хромофорами, которые связываются с их апопротеинами через ковалентную тиоэфирную связь в остатках цистеина. Апопротеин вместе со своим хромофором называется соответственно фикоцианином, фикоэритрином и аллофикоцианином. Они часто встречаются в виде гексамеров, состоящих из α и β субъединиц (α3β3)2. Они усиливают количество и спектральный диапазон поглощения света, заполняя "зеленый пробел", наблюдаемый у высших растений. Геометрическое расположение фикобилисомы очень изящно и обеспечивает 95% эффективность передачи энергии. В центре находится ядро аллофикоцианина, расположенное над фотосинтетическим реакционным центром. От этого центра радиально расходятся субъединицы фикоцианина и фикоэритрина, напоминающие тонкие трубки. Это увеличивает площадь поверхности поглощающей части и способствует фокусировке и концентрации световой энергии в реакционный центр к хлорофиллу. Передача энергии от возбужденных электронов, поглощенных пигментами в фикоэритриновых субъединицах на периферии этих антенн, происходит в реакционном центре менее чем за 100 пс.