Protipožiarne riasy s integrovaným bleskom

Špeciálna molekula farbiva v komplexe zachytávajúcom svetlo rozptyľuje nadbytočnú energiu

Molekuly pigmentu v peridín-chlorofylovom proteíne: centrálny chlorofyl je znázornený zelenou farbou, identifikovaný peridinín v červenom stĺpci. Tieto dve molekuly sú obklopené ďalšími molekulami karotenoidov v oranžovej farbe a bielkoviny v sivej farbe. © Tim Schulte
čítať nahlas

Príliš veľa svetla môže spôsobiť vznik kyslíkových radikálov počas fotosyntézy, čo môže poškodiť bunku. Protipožiarne riasy majú jedinečný komplex získavajúci svetlo - anténu, ktorý dokáže veľmi efektívne rozptýliť prebytočnú energiu v príliš veľkom množstve svetla bez toho, aby poškodil bunku. Biofyzici teraz objavili, ktoré molekuly sú dôležité v anténe.

Dokázali identifikovať istý druh integrovaného blesku: Jedna zo štyroch molekúl karotenoidu, ktoré spolu s chlorofylom tvoria komplex, interaguje s „krátkodobým“, v nanosekundovom rozsahu, energeticky vzrušeným stavom chlorofylu.

Akonáhle chlorofyl prejde do „dlhotrvajúcej“ - mikrosekundovej oblasti - nebezpečnej energie pre bunku, rozptýli nadbytočnú energiu, píšu vedci z Porúrskej univerzity v Bochume okolo profesora Eckharda Hofmanna a Tim Schulte spolu s kolegami z USA a Česká republika v "Zborníku Národnej akadémie vied" (PNAS).

Zelené a žlté až červené farbivá

Pri fotosyntéze premieňajú rastliny a riasy svetelnú energiu na chemicky stabilné formy ukladania energie prostredníctvom biofyzikálnych a biochemických procesov. Pre zber svetla sú nevyhnutné pigmenty, ktoré sú viazané na proteínové komplexy. Rôzne pigmenty absorbujú pri rôznych vlnových dĺžkach prirodzeného svetelného spektra - teda rôzne farby, ktoré vidíme.

Rastliny používajú hlavne zelenú chlorofyl na absorpciu svetla ako pigment, ale majú tiež karotenoidy - žlté, oranžové alebo červené - ktoré sú zodpovedné za rozmanitú farebnú schému jesenných listov alebo ovocia, ako je červené paradajky. V rastlinách môžu karotenoidy okrem zhromažďovania svetla rozptyľovať prebytočnú energiu svetla, ktorú nie je možné použiť pri fotosyntéze. Predovšetkým plnia ochrannú funkciu tým, že chránia organizmus pred tvorbou toxických kyslíkových radikálov, keď sú slnečné lúče príliš vysoké. zobraziť

Karotenoid ako pigment na zbieranie svetla

Ohňové riasy (dinoflageláty) sú dôležitou súčasťou planktónu v oceánoch a žijú v hĺbke asi 10 metrov. Zvláštnosťou požiarnych rias je to, že používajú karotenoid, peridinín, ako svetlo zhromažďujúci pigment. Tieto riasy využívajú skutočnosť, že peridinín sa vstrebáva presne v rozsahu vlnových dĺžok svetla, ktoré prevažne prichádza do tejto hĺbky.

Dinoflageláty produkujú jedinečný komplex získavajúci svetlo, proteín peridinín-chlorofyl. Tento komplex obsahuje jednu molekulu chlorofylu na štyri molekuly peridínu. Peridíny zachytávajú prichádzajúce svetlo a veľmi efektívne prenášajú energiu na vnútornú molekulu chlorofylu.

Vedci predpokladajú, že energia sa potom prenáša z tejto molekuly chlorofylu na iné bielkoviny získavajúce svetlo a nakoniec do centrálnych fotosystémov, kde dochádza k premene energie a produkcii kyslíka.

Karotenoid zaznamenal excitovaný stav chlorofylu

Vedci z Bochumu teraz uspeli v medzinárodnej spolupráci na identifikácii cielenej modifikácie peridín-chlorofylového proteínu, jednej peridínovej molekuly z peridínového kvarteta, ktorá silnejšie interaguje s centrálnym chlorofylom.

Táto molekula peridínu sa nachádza tak blízko chlorofylu, že si všimne excitovaný energetický stav chlorofylu. Táto priestorová blízkosť sa tiež zdá byť nevyhnutným predpokladom na zabránenie vzniku dlhodobo vzrušeného stavu chlorofylu. Tvorba tak dlho trvajúceho takzvaného tripletového stavu vedie k tvorbe toxických kyslíkových radikálov, ktoré poškodzujú bunku.

Úspešná medzinárodná spolupráca

Aby bolo možné skúmať túto interakciu karotenoid-chlorofyl, bolo potrebné skombinovať štrukturálnu biologickú prácu založenú na Bochume s femtosekundovou časovo rozlíšenou absorpčnou spektroskopiou, ktorá sa uskutočnila v štáte Connecticut v USA.

„Práce sú vynikajúcim príkladom interdisciplinárnej medzinárodnej spolupráce, “ hovorí potešený Hofmann. Na základe predbežnej práce s výskumníkmi pod vedením Rogera Hillera z Austrálie mohli byť analyzované proteíny štruktúrne analyzované biofyzikmi Bochum. Vo veľmi úzkej spolupráci s vedcami v okolí Harry Frank a Dariusz Niedzwiedzki v Connecticute sa uskutočnili ultra rýchle spektroskopické merania.

Interpretáciu výsledkov potom podporili Robert Birge, Connecticut a Tomáš Polivka z Juhočeskej univerzity v Českej republike.

(idw - Ruhr-University Bochum, 25.11.2009 - DLO)