abstrakt
Jídlo, které jíme, nakonec pochází z rostlin, buď přímo nebo nepřímo. Význam rostlin jako globální kuchyně nelze nikdy podceňovat. Rostliny „žerou“ sluneční světlo a oxid uhličitý, aby si vytvořily vlastní potravu a potravu pro miliony dalších na nich závislých organismů. Molekula, chlorofyl (Chl), je pro tento proces zásadní, protože absorbuje sluneční světlo. produkci potravy se velmi liší od způsobu, jakým rostliny v oceánech produkují potravu. Jelikož světlo je obtížné dostat se pod vodu v oceánech, produkce potravin, vědecky nazývaná fotosyntéza, je velmi pomalá. Fykobiliproteiny jsou proteiny, které tuto práci dělají jednodušší, absorbováním dostupného světla a jeho předáním Chl. Tyto fykobiliproteiny se nacházejí v drobných, neviditelných organismech zvaných sinice. Jejich reakce na produkci potravin jsou rozhodující pro přežití mnoha živých organismů, jako jsou ryby, ptáci a další moře život. Je proto velmi důležité, aby každý pochopil, jak si sinice vytvářejí potravu, a jakou důležitou roli v tomto procesu hrají fykobiliproteiny.
Jak si živé věci získávají potravu?
Když přemýšlíte o jídle, obvykle přicházíte s obrázky svého oblíbeného jídla? Jedná se o přirozený proces, protože jídlo je důležité pro každou živou věc. Abychom splnili tuto základní potřebu, všechny živé věci si buď připravují vlastní jídlo, nebo ho získávají z jiného zdroje. Lidé mohou jíst jak rostliny, tak zvířata. Některá zvířata konzumují jiná zvířata, zatímco některá zvířata jí potravou rostlin. Nakonec vidíme, že každý na této planetě je závislý na potravě rostlin. Ale co pak rostliny jedí? Ve skutečnosti rostliny „žerou“ sluneční světlo a plyn zvaný oxid uhličitý, oba jsou snadno dostupné přímo zde na Zemi. Proces, kterým si suchozemské rostliny produkují vlastní potravu pomocí slunečního záření a oxidu uhličitého, je známý jako fotosyntéza (obrázek 1). oxid uhličitý je absorbován listy, sluneční světlo je zachyceno chemickou molekulou v rostlině, která se nazývá chlorofyl (Chl). Všechny fotosyntetické organismy obsahují Chl.
- Obrázek 1 – Zjednodušený pohled na to, jak pro nás rostliny produkují potravu.
- Listy zelené rostliny obsahují chlorofyl, který absorbuje sluneční světlo pro produkci potravin. Tuto potravinu pak používá samotná rostlina i jiná zvířata, včetně lidí.
Způsob, jakým suchozemské rostliny provádějí fotosyntézu, však nepomáhá organismům žijícím v oceánech, které pokrývají téměř 70% naší Země. Rostliny v oceánech čelí problémům s h dostupnost světla. Modré a zelené části světla pronikají do vody více než žluté a červené části světla (obrázek 2). Naštěstí oceánské rostliny získávají pomoc při produkci potravin z tak omezeného světla a oxidu uhličitého, z drobných mikroskopických mikrobů zvaných sinice (známé také jako modrozelené řasy). Tyto mikroby se přizpůsobily podmínkám tlumeného světla a provádějí fotosyntézu jak pro sebe, tak ve prospěch jiných živých tvorů. Sinice jsou prastaré mikroby, které žijí na naší zemi miliardy let. Říká se, že sinice jsou zodpovědné za vytváření atmosféry plné kyslíku, ve které žijeme. Pro provádění fotosyntézy za špatných světelných podmínek mají sinice pomoc bílkovin zvaných fykobiliproteiny, které se nalézají pohřbené v buněčných membránách (vnějších obalech) sinic.
- Obrázek 2 – Průnik slunečního světla v oceánech.
- Sluneční světlo se skládá z různých barvy: V, fialová; B, modrá; G, zelená; Y, žlutá; O, oranžová; a R, červená. Modrá a zelená barva dosahuje až 200 m uvnitř vody, zatímco všechny ostatní barvy včetně fialové mohou dosáhnout až do prvních 100 m uvnitř oceánů. Šipky představují hloubku, do jaké se různé barvy světla dostanou do oceánů.
Co jsou fykobiliproteiny?
Fykobiliproteiny hrají roli asistentů Chl ve vodním (vodním) prostředí. Protože světlo obtížně proniká do oceánů, fykobiliproteiny usnadňují tuto práci tím, že absorbují jakékoli dostupné světlo; absorbují zelenou část světla a mění ji na červené světlo, což je barva světla požadovaná Chl. Změna barvy světla však není tak snadná, jak se zdá. Zelené světlo musí procházet různými molekulami fykobiliproteinu, které absorbují světlo jedné barvy a vydávají světlo jiné barvy. Barva, která se rozdává, je poté absorbována druhým fykobiliproteinem, který ji přemění na třetí barvu.Tento proces pokračuje, dokud vyzařované světlo nezčervená, což může nakonec zachytit Chl. Aby celý tento proces proběhl, máme tři různé druhy molekul fykobiliproteinu uspořádané jako jakýsi klobouk nad molekulou Chl, jak vidíte na obrázku 3. Tyto tři druhy fykobiliproteinů jsou:
-
a) C-fykoerythrin (CPE), růžovo-červené barvy a odpovědný za absorpci zelené části slunečního světla.
-
(b) C-fykocyanin (CPC), tmavě modré barvy a odpovědný za absorpci oranžovočervené části slunečního světla.
-
c) alofykocyanin (APC) ), světle modré barvy a odpovědný za absorpci červené části slunečního světla.
- Obrázek 3 – Kloboukovité uspořádání fykobiliproteinů a chlorofylu (Chl) v sinicích.
- Zelené světlo je nejprve absorbováno C -fycoerythrin, který jej předává C-fykocyaninu (CPC). CPC dále přenáší světelnou energii na alophycocyanin (APC), který ji pomocí červeného světla přenáší na Chl pro fotosyntézu.
Fycobiliproteiny absorbují světlo různých barev proto, že uvnitř obsahují chemické molekuly zvané biliny, které jim dodávají jasné barvy. Tyto biliny jsou odpovědné za absorpci světla jedné barvy a za emitování světla jiné barvy, což způsobuje změnu barvy světla. Pokročilé přístroje nám umožňují analyzovat uspořádání těchto molekul a proteinů v sinicích. Víme, že fykobiliproteiny mají tvar disků a disky jsou naskládány na sebe, aby vytvořily strukturu podobnou klobouku. Jeden konec zásobníku je vyroben z CPE, zatímco druhý konec je vyroben z CPC. Tato sestava se připojuje k jádru vyrobenému z APC. Celá tato struktura je spojena s Chl, která přijímá červené světlo vyzařované APC. Uspořádání kloboukovité struktury je znázorněno na obrázku 3.
Jak probíhá přenos světelné energie ve fykobiliproteinech?
Změna barvy světla ze zelené na červenou trvá místo procesem známým jako fluorescence. Podívejme se, co to je fluorescence. Představte si průhlednou nádobu naplněnou růžově zbarvenou tekutinou, která, když je osvětlena baterkou, svítí jasně oranžově! To je přesně to, co CPE dělá (obrázek 4). Všechny fykobiliproteiny mají tuto vzrušující vlastnost vydávat viditelné světlo barvy odlišné od barvy světla, která na ně svítí. Poté, co CPE změní zelené světlo na žlutooranžové, CPC zaujme žlutooranžové světlo a změní ho na světle červenou. APC zabírá toto světle červené světlo a mění ho na tmavě červené světlo pro Chl. Takže nyní máme zelené světlo změněné na červené, což je barva světla, kterou příroda zamýšlela absorbovat Chl. Celý proces je jakýmsi štafetovým závodem, kde každý účastník pokračuje tam, kde předchozí skončil (obrázek 5). Tyto fykobiliproteiny jsou důležitou součástí drobných mikroskopických organismů zvaných sinice, které provádějí fotosyntézu stejným způsobem jako suchozemské rostliny. Jediný rozdíl je v tom, že používají jinou sadu chemických molekul – sinice používají fykobiliproteiny, zatímco suchozemské rostliny používají Chl.
- Obrázek 4 – Fluorescenční vlastnost C-fykoerythrinu (CPE).
- Bílá barva světla produkovaného baterkou se změní na žlutavě oranžové světlo CPE, které má být absorbováno C-fykocyaninem.
- Obrázek 5 – Fykobiliproteiny mění barvu světla ze zelené na červenou, aby ji bylo možné použít pro fotosyntézu.
- Zelené světlo pohlcuje C-fykoerythrin (CPE), který mění barvu světla na žlutavě oranžovou. Oranžové světlo je absorbováno C-fykocyaninem (CPC), který jej dále mění na světle červenou. Světle červená barva je absorbována alophycocyaninem (APC), který ji mění na červenou barvu. Červená barva je nakonec absorbována chlorofylem pro výrobu potravin pomocí fotosyntézy.
Co jsme se naučili?
Takže nyní víme, že fotosyntéza je proces, při kterém rostliny produkují své jídlo pomocí Chl. Víme také, že snížené množství světla dostupného v oceánech tento fotosyntetický proces snižuje. Příroda vyvinula některé pomocné chemické molekuly známé jako fykobiliproteiny, které jsou schopné absorbovat barvy světla dostupné v oceánech a přeměnit toto světlo na barvu, kterou mohou molekuly Chl použít. Tyto fykobiliproteiny se nacházejí v drobných sinicích neviditelných pouhým okem, jejichž fotosyntéza je zodpovědná za zajištění potravy pro živé organismy v oceánech a také za výrobu kyslíku v naší atmosféře, který dýcháme každou sekundu.Není to vzrušující, že tyto drobné organismy mohou mít takový vliv na mořský život? Doufáme, že v budoucnu lépe porozumíme funkcím fykobiliproteinů a rolím, které mohou hrát ve prospěch lidstva.
Glosář
Fotosyntéza: Proces, při kterém rostliny produkují potravu pro sebe a jiné organismy pomocí slunečního záření a plynného oxidu uhličitého.
Chlorofyl: Chemická molekula přítomná v rostlinách, která absorbuje sluneční světlo pro fotosyntézu.
Fykobiliproteiny: barevné pigmenty nacházející se v sinicích a některé další organismy, které pomáhají při fotosyntéze absorpcí určitých barev světla, které chlorofyl nemůže absorbovat.
Fluorescence: Vlastnost určitých sloučenin absorbovat jednu barvu světla a vydávat jinou barvu. Fycobiliproteiny využívají tuto vlastnost ke změně barvy světla, které absorbují, aby bylo možné světlo použít pro fotosyntézu.
Konflikt zájmů
Autoři prohlašují, že výzkum byl prováděn v absence jakýchkoli obchodních nebo finančních vztahů, které by mohly být považovány za potenciální střet zájmů.
Poděkování
Tomuto rukopisu bylo přiděleno registrační číslo CSIR-CSMCRI – 114/2016. TG vděčně uznává AcSIR za Ph.D. registrace a CSIR (CSC 0105) pro finanční podporu.
