Tiivistelmä
Syömämme ruoka tulee lopulta kasveista, joko suoraan tai epäsuorasti. Kasvien merkitystä globaalina keittiönä ei voida koskaan aliarvioida. Kasvit ”syövät” auringonvaloa ja hiilidioksidia tuottaakseen omaa ruokaansa ja ruokaa miljoonille muille niistä riippuvaisille organismeille. Molekyyli, klorofylli (Chl), on tässä prosessissa ratkaiseva, koska se absorboi auringonvaloa. Elintarvikkeiden tuotanto eroaa suuresti siitä, miten valtameren kasvit tuottavat ruokansa. Koska valon on vaikea päästä valtamerien veden alle, elintarviketuotanto, jota tieteellisesti kutsutaan fotosynteesiksi, hidastuu hyvin. Phycobiliproteins ovat proteiineja, jotka tekevät tästä työstä helpompaa absorboimalla käytettävissä oleva valo ja siirtämällä se Chl: lle. Nämä fikobiliproteiinit löytyvät pienistä, näkymättömistä organismeista, joita kutsutaan syanobakteereiksi. Niiden ”ruokaa tuottavat” reaktiot ovat kriittisiä monien elävien organismien, kuten kalojen, lintujen ja muiden merien, selviytymisen kannalta. elämää. Siksi on erittäin tärkeää, että jokainen ymmärtää, miten syanobakteerit valmistavat ruokansa ja mitkä tärkeät roolit fikobiliproteiineilla on prosessissa. >
Kun ajattelet ruokaa, keksitkö yleensä kuvia suosikkiruokastasi? Tämä on luonnollinen prosessi, koska ruoka on tärkeää jokaiselle elävälle. Tämän perustarpeen täyttämiseksi kaikki elävät olennot joko valmistavat omat ruokansa tai saavat ne jostakin muusta lähteestä. Ihmiset voivat syödä sekä kasveja että eläimiä. Jotkut eläimet kuluttavat muita eläimiä, kun taas jotkut eläimet syövät kasveja ruokana. Viime kädessä näemme, että kaikki tällä planeetalla ovat ravinnostaan riippuvaisia kasveista. Mutta mitä sitten kasvit syövät? Itse asiassa kasvit ”syövät” auringonvaloa ja kaasua, jota kutsutaan hiilidioksidiksi, jotka molemmat ovat helposti saatavilla täältä maan päältä. Prosessi, jolla maakasvit tuottavat omaa ruokaansa auringonvalon ja hiilidioksidin avulla, tunnetaan fotosynteesinä (kuva 1). lehdet imevät hiilidioksidia, auringonvalon sieppaa kasvin kemiallinen molekyyli, nimeltään klorofylli (Chl). Kaikki fotosynteettiset organismit sisältävät Chl: ää.
- Kuva 1 – Yksinkertaistettu näkymä siitä, miten kasvit tuottavat ruokaa meille.
- vihreät kasvit sisältävät klorofylliä, joka absorboi auringonvaloa ruoan tuottamiseen. Kasvi käyttää itse tätä ruokaa sekä muut eläimet, mukaan lukien ihmiset.
Tapa, jolla maakasvit suorittavat fotosynteesiä, ei kuitenkaan auta valtamerissä eläviä organismeja, jotka peittävät lähes 70% maapallostamme. h valon saatavuus. Sininen ja vihreä valo-osa tunkeutuvat veteen enemmän kuin keltaiset ja punaiset valo-osat (Kuva 2). Onneksi merikasvit saavat apua ruoan tuottamiseen niin rajoitetusta valosta ja hiilidioksidista, pienistä mikroskooppisista mikrobeista, joita kutsutaan syanobakteereiksi (tunnetaan myös nimellä sinileviä). Nämä mikrobit ovat sopeutuneet himmeisiin valaistusolosuhteisiin, ja ne suorittavat fotosynteesiä sekä itselleen että muiden elävien olentojen hyväksi. Syanobakteerit ovat muinaisia mikrobeja, jotka ovat eläneet maapallolla miljardeja vuosia. Syanobakteerien sanotaan olevan vastuussa happipitoisen ilmapiirin luomisesta, jossa elämme. Fosynteesin suorittamiseksi heikossa valaistuksessa syanobakteereilla on apuna proteiineja, joita kutsutaan fikobiliproteiineiksi, jotka löytyvät haudattuna syanobakteerien solukalvoihin (ulkopäällyste).
- Kuva 2 – Auringonvalon tunkeutuminen valtameriin.
- Auringonvalo koostuu erilaisista värit: V, violetti; B, sininen; G, vihreä; Y, keltainen; O, oranssi; ja R, punainen. Sininen ja vihreä väri saavuttavat jopa 200 metriä vedessä, kun taas kaikki muut värit, mukaan lukien violetti, voivat nousta vain ensimmäisiin 100 metriin valtamerien sisällä. Nuolet edustavat syvyyttä, johon valon eri värit saavuttavat valtameret.
Mitä ovat phycobiliproteiinit?
Phycobiliproteins on rooli Chl: n avustajina vesiympäristöissä (vesi). Koska valolla on vaikea tunkeutua valtameriin, fikobiliproteiinit helpottavat tätä työtä absorboimalla kaiken käytettävissä olevan valon; ne absorboivat valon vihreän osan ja muuttavat sen punaiseksi valoksi, joka on Chl: n vaatima valon väri. Valon värin muuttaminen ei kuitenkaan ole niin helppoa kuin miltä näyttää. Vihreän valon on kuljettava erilaisten fikobiliproteiinimolekyylien läpi, jotka absorboivat yhden värin valoa ja antavat toisen väristä valoa. Annettava väri otetaan sitten käyttöön toisen fikobiliproteiinin avulla, mikä muuttaa sen kolmanneksi väriksi.Tämä prosessi jatkuu, kunnes säteilevä valo on punainen, jonka Chl voi lopulta ottaa vastaan. Jotta tämä koko prosessi tapahtuisi, meillä on kolme erilaista fikobiliproteiinimolekyyliä, jotka on järjestetty eräänlaiseksi hatuksi Chl-molekyylin päälle, kuten kuviosta 3 näkyy. Nämä kolme erilaista fikobiliproteiinia ovat:
-
a) C-fykoerytriini (CPE), väriltään vaaleanpunertavan punainen ja vastuussa auringonvalon vihreän osan absorboinnista.
-
(b) C-fikosyaniini (CPC), väriltään syvän sininen ja vastuussa auringonvalon oranssinpunaisen osan absorboinnista.
-
(c) Allofykosyaniini (APC) ), väriltään vaaleansininen ja vastuussa auringonvalon punaisen osan absorboinnista.
- Kuva 3 – Fikobiliproteiinien ja klorofyllin (Chl) hattuinen järjestely syanobakteereissa.
- Vihreä valo imeytyy ensin C -fykoerytriini, joka siirtää sen C-fikosyaaniinille (CPC). CPC siirtää valoenergian edelleen allofykosyaniinille (APC), joka siirtää sen Chl: lle fotosynteesiä varten punaisen valon avulla. > Syy siihen, että fikobiliproteiinit absorboivat eri väriä olevaa valoa, on se, että ne sisältävät niiden sisällä biliiniksi kutsuttuja kemiallisia molekyylejä, jotka antavat heille kirkkaat värit. Nämä biliinit ovat vastuussa yhden värin valon absorboinnista ja toisen värin valon emittoimisesta aiheuttaen siten muutoksen valon värissä. Edistyneiden instrumenttien avulla voimme analysoida näiden molekyylien ja proteiinien järjestystä syanobakteereissa. Tiedämme, että fikobiliproteiinit ovat levyn muotoisia ja levyt pinotaan päällekkäin hatun kaltaisen rakenteen muodostamiseksi. Pinon toinen pää on valmistettu CPE: stä, kun taas toinen pää on valmistettu CPC: stä. Tämä kokoonpano liittyy ytimeen, joka on valmistettu APC: stä. Tämä koko rakenne on liitetty Chl: ään, joka hyväksyy APC: n lähettämän punaisen valon. Hattumaisen rakenteen sijoittelu on esitetty kuvassa 3.
Kuinka valoenergian siirto tapahtuu Phycobiliproteinsissa?
Valon värin muutos vihreästä punaiseen kestää fluoresenssina tunnetun prosessin kautta. Katsotaanpa, mikä on fluoresenssi. Kuvittele läpinäkyvä säiliö, joka on täytetty vaaleanpunaisella nesteellä, joka taskulampulla valaistuna loistaa kirkkaan oranssina! Juuri näin CPE tekee (kuva 4). Kaikilla fikobiliproteiineilla on tämä jännittävä ominaisuus luovuttaa näkyvää valoa, jonka väri poikkeaa heille loistavasta valon väristä. Kun CPE vaihtaa vihreän valon keltaoranssiksi, CPC ottaa keltaoranssin valon ja vaihtaa sen vaaleanpunaiseksi. APC ottaa tämän vaaleanpunaisen valon ja vaihtaa sen syväpunaiseksi Chl: lle. Joten nyt vihreä valo on muuttunut punaiseksi, joka on valon väri, jonka luonto tarkoitti Chl: n absorboivan. Koko prosessi on eräänlainen viestikilpailu, jossa jokainen osallistuja jatkaa ottelua siitä, mihin edellinen jäi (kuva 5). Nämä fikobiliproteiinit ovat tärkeä osa pieniä mikroskooppisia organismeja, joita kutsutaan syanobakteereiksi, jotka suorittavat fotosynteesiä samalla tavalla kuin maakasvit. Ainoa ero on, että he käyttävät eri joukkoa kemiallisia molekyylejä – syanobakteerit käyttävät fikobiliproteiineja, kun taas maakasvit käyttävät Chl: tä.
- Kuva 4 – C-fykoerytriinin (CPE) fluoresenssiominaisuus.
- Taskulampun tuottaman valon valkoinen väri muutetaan CPE: n kellertävän oranssi valo, jonka C-fikosyaniini ottaa vastaan.
- Kuva 5 – Phycobiliproteins muuttaa valon värin vihreästä punaiseksi, jotta sitä voidaan käyttää fotosynteesiin.
- Vihreän valon ottaa C-fykoerytriini (CPE), joka muuttaa valon värin kellertävän oranssiksi. C-fikosyaniini (CPC) ottaa oranssin valon, joka muuttaa sen edelleen vaaleanpunaiseksi. Vaaleanpunainen väri absorboi allofykosyaniini (APC), joka muuttaa sen punaiseksi. Klorofylli absorboi lopulta punaisen värin ruoan tuottamiseksi fotosynteesin avulla.
Mitä opimme?
Joten tiedämme nyt, että fotosynteesi on prosessi, jossa kasvit tuottavat ruokansa käyttämällä Chl. Tiedämme myös, että valtamerien vähentynyt valon määrä vähentää tätä fotosynteettistä prosessia. Luonto on kehittänyt joitain autokemiallisia molekyylejä, jotka tunnetaan nimellä phycobiliproteins, jotka kykenevät absorboimaan valtamerissä saatavat valon värit ja muuttamaan tämän valon väriksi, jota Chl-molekyylit voivat käyttää. Näitä fikobiliproteiineja löytyy pienistä, paljain silmin näkymättömistä syanobakteereista, joiden fotosynteesi on vastuussa ravintojen tarjoamisesta valtamerien eläville organismeille ja myös ilmakehän hapen tekemisestä, jota hengitämme joka sekunti.Eikö ole jännittävää, että nämä pienet organismit voivat tehdä niin paljon muutoksia meren elämään? Toivomme tulevaisuudessa saada enemmän ymmärrystä fikobiliproteiinien toiminnoista ja rooleista, joita niillä voi olla ihmiskunnan hyödyksi.
Sanasto
Fotosynteesi: prosessi, jolla kasvit tuottaa ruokaa itselleen ja muille organismeille käyttämällä auringonvaloa ja hiilidioksidikaasua.
Klorofylli: Kasveissa oleva kemiallinen molekyyli, joka absorboi auringonvalon fotosynteesiin.
Phycobiliproteins: Värillisiä pigmenttejä löytyy syanobakteereista ja tietyt muut organismit, jotka auttavat fotosynteesissä absorboimalla tiettyjä valon värejä, joita klorofylli ei pysty absorboimaan.
Fluoresenssi: Tiettyjen yhdisteiden ominaisuus absorboida yksi valon väri ja antaa toinen väri. Phycobiliproteins käyttää tätä ominaisuutta muuttamaan absorboimansa valon väriä, jotta valoa voidaan käyttää fotosynteesiin.
Lausunto eturistiriidoista
Kirjoittajat ilmoittavat, että tutkimus tehtiin sellaisten kaupallisten tai taloudellisten suhteiden puuttuminen, jotka voitaisiin tulkita mahdollisiksi eturistiriidoiksi.
Kiitokset
Tälle käsikirjoitukselle on annettu rekisteröintinumero CSIR-CSMCRI – 114/2016. TG kiittää kiitollisesti AcSIR: ää tohtoriksi. ilmoittautuminen ja CSIR (CSC 0105) taloudellista tukea varten.
