Zusammenfassung
Die Lebensmittel, die wir essen, stammen letztendlich entweder direkt von Pflanzen oder indirekt. Die Bedeutung von Pflanzen als globale Küche ist nie zu unterschätzen. Pflanzen „fressen“ Sonnenlicht und Kohlendioxid, um ihre eigene Nahrung und Nahrung für die Millionen anderer von ihnen abhängiger Organismen zu produzieren. Ein Molekül, Chlorophyll (Chl), ist für diesen Prozess entscheidend, da es Sonnenlicht absorbiert. Allerdings die Art und Weise, wie Pflanzen landen Die Herstellung ihrer Nahrung unterscheidet sich stark von der Art und Weise, wie Pflanzen in den Ozeanen ihre Nahrung herstellen. Da es für Licht in den Ozeanen schwierig ist, unter das Wasser zu gelangen, wird die Nahrungsmittelproduktion, wissenschaftlich als Photosynthese bezeichnet, sehr langsam. Phycobiliproteine sind Proteine, die diese Aufgabe erfüllen einfacher, indem das verfügbare Licht absorbiert und an Chl weitergegeben wird. Diese Phycobiliproteine kommen in winzigen, unsichtbaren Organismen vor, die als Cyanobakterien bezeichnet werden. Ihre „lebensmittelproduzierenden“ Reaktionen sind entscheidend für das Überleben vieler lebender Organismen wie Fische, Vögel und anderer Meere Leben. Daher ist es für jeden sehr wichtig zu verstehen, wie Cyanobakterien ihre Nahrung herstellen und welche wichtige Rolle die Phycobiliproteine dabei spielen.
Wie erhalten Lebewesen ihre Nahrung?
Wenn Sie an Essen denken, kommen Sie normalerweise auf Bilder Ihres Lieblingsessens? Dies ist ein natürlicher Prozess, da Nahrung für jedes Lebewesen wichtig ist. Um dieses Grundbedürfnis zu erfüllen, stellen alle Lebewesen entweder ihr eigenes Essen her oder beziehen es aus einer anderen Quelle. Menschen können sowohl Pflanzen als auch Tiere essen. Einige Tiere konsumieren andere Tiere, während andere Tiere Pflanzen als Nahrung essen. Letztendlich sehen wir, dass jeder auf diesem Planeten für seine Nahrung auf Pflanzen angewiesen ist. Aber was essen Pflanzen dann? Tatsächlich „fressen“ Pflanzen Sonnenlicht und ein Gas namens Kohlendioxid, die beide hier auf der Erde leicht verfügbar sind. Der Prozess, bei dem Landpflanzen ihre eigene Nahrung aus Sonnenlicht und Kohlendioxid herstellen, wird als Photosynthese bezeichnet (Abbildung 1) Kohlendioxid wird von den Blättern absorbiert, das Sonnenlicht wird von einem chemischen Molekül in der Pflanze, Chlorophyll (Chl), eingefangen. Alle photosynthetischen Organismen enthalten Chl.
- Abbildung 1 – Eine vereinfachte Ansicht, wie Pflanzen Nahrung für uns produzieren.
- Die Blätter von Grünpflanzen enthalten Chlorophyll, das Sonnenlicht zur Herstellung von Lebensmitteln absorbiert. Dieses Lebensmittel wird dann von der Pflanze selbst sowie von anderen Tieren, einschließlich Menschen, verwendet.
Die Art und Weise, wie Landpflanzen Photosynthese betreiben, hilft den in den Ozeanen lebenden Organismen, die fast 70% unserer Erde bedecken, jedoch nicht. Pflanzen in den Ozeanen sind mit Problemen konfrontiert h Lichtverfügbarkeit. Die blauen und grünen Lichtanteile dringen stärker in das Wasser ein als die gelben und roten Lichtanteile (Abbildung 2). Glücklicherweise erhalten Ozeanpflanzen Hilfe bei der Herstellung von Nahrungsmitteln aus solch begrenztem Licht und Kohlendioxid, von winzigen mikroskopisch kleinen Mikroben, die als Cyanobakterien (auch als Blaualgen bekannt) bezeichnet werden. Diese Mikroben haben sich an schwache Lichtverhältnisse angepasst und führen die Photosynthese sowohl für sich selbst als auch zum Nutzen anderer Lebewesen durch. Cyanobakterien sind uralte Mikroben, die seit Milliarden von Jahren auf unserer Erde leben. Cyanobakterien sollen für die Schaffung der sauerstoffgefüllten Atmosphäre verantwortlich sein, in der wir leben. Für die Photosynthese bei schlechten Lichtverhältnissen haben Cyanobakterien die Hilfe von Proteinen, die als Phycobiliproteine bezeichnet werden und in den Zellmembranen (der äußeren Hülle) der Cyanobakterien vergraben sind.
- Abbildung 2 – Durchdringung des Sonnenlichts in Ozeanen.
- Sonnenlicht besteht aus verschiedenen Elementen Farben: V, violett; B, blau; G, grün; Y, gelb; O, orange; und R, rot. Die blauen und grünen Farben erreichen bis zu 200 m im Wasser, während alle anderen Farben einschließlich Violett nur bis zu den ersten 100 m innerhalb der Ozeane erreichen können. Die Pfeile geben die Tiefe an, bis zu der verschiedene Lichtfarben die Ozeane erreichen.
Was sind Phycobiliproteine?
Phycobiliproteine spielen in aquatischen (Wasser-) Umgebungen die Rolle von Chl-Assistenten. Da es für Licht schwierig ist, in die Ozeane einzudringen, erleichtern Phycobiliproteine diese Arbeit, indem sie das verfügbare Licht absorbieren. Sie absorbieren den grünen Teil des Lichts und wandeln ihn in rotes Licht um, das die von Chl benötigte Lichtfarbe ist. Das Ändern der Lichtfarbe ist jedoch nicht so einfach, wie es scheint. Das grüne Licht muss durch verschiedene Phycobiliproteinmoleküle gehen, die Licht einer Farbe absorbieren und Licht einer anderen Farbe abgeben. Die abgegebene Farbe wird dann von einem zweiten Phycobiliprotein aufgenommen, das daraus eine dritte Farbe macht.Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis das emittierte Licht rot ist, das schließlich von Chl aufgenommen werden kann. Für diesen gesamten Prozess haben wir drei verschiedene Arten von Phycobiliproteinmolekülen, die als eine Art Hut über dem Chl-Molekül angeordnet sind, wie Sie in Abbildung 3 sehen können. Diese drei Arten von Phycobiliproteinen sind:
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(a) C-Phycoerythrin (CPE), rosarote Farbe und verantwortlich für die Absorption des grünen Teils des Sonnenlichts.
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(b) C-Phycocyanin (CPC), tiefblau gefärbt und für die Absorption des orangeroten Teils des Sonnenlichts verantwortlich.
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(c) Allophycocyanin (APC) ), hellblau gefärbt und für die Absorption des roten Teils des Sonnenlichts verantwortlich.
- Abbildung 3 – Hutartige Anordnung von Phycobiliproteinen und Chlorophyll (Chl) in Cyanobakterien.
- Das grüne Licht wird zuerst von C absorbiert -phycoerythrin, das es an C-Phycocyanin (CPC) weitergibt. CPC leitet die Lichtenergie weiter an Allophycocyanin (APC) weiter, das sie zur Photosynthese unter Verwendung des roten Lichts an Chl überträgt.
Der Grund, warum Phycobiliproteine Licht unterschiedlicher Farben absorbieren, besteht darin, dass sie chemische Moleküle enthalten, die als Biline bezeichnet werden und ihnen ihre leuchtenden Farben verleihen. Diese Biline sind dafür verantwortlich, Licht einer Farbe zu absorbieren und Licht einer anderen Farbe zu emittieren, wodurch sich die Farbe des Lichts ändert. Mit fortschrittlichen Instrumenten konnten wir die Anordnung dieser Moleküle und Proteine in den Cyanobakterien analysieren. Wir wissen, dass Phycobiliproteine wie Scheiben geformt sind und die Scheiben übereinander gestapelt sind, um die hutartige Struktur zu bilden. Ein Ende des Stapels besteht aus CPE, während das andere Ende aus CPC besteht. Diese Baugruppe verbindet sich mit dem Kern aus APC. Diese gesamte Struktur ist mit Chl verbunden, das das von APC emittierte rote Licht akzeptiert. Die Anordnung der hutartigen Struktur ist in Abbildung 3 dargestellt.
Wie findet der Lichtenergietransfer in Phycobiliproteinen statt?
Die Änderung der hellen Farbe von grün nach rot erfolgt durch einen als Fluoreszenz bekannten Prozess platzieren. Mal sehen, was Fluoreszenz ist. Stellen Sie sich einen transparenten Behälter vor, der mit einer rosa Flüssigkeit gefüllt ist und bei Beleuchtung mit einer Taschenlampe ein leuchtendes Orange leuchtet! Genau das macht CPE (Abbildung 4). Alle Phycobiliproteine besitzen diese aufregende Eigenschaft, sichtbares Licht in einer Farbe abzugeben, die sich von der Farbe des auf sie gerichteten Lichts unterscheidet. Nachdem CPE grünes Licht in gelb-orange ändert, nimmt CPC das gelb-orange Licht auf und ändert es in hellrot. APC nimmt dieses hellrote Licht auf und wandelt es für Chl in ein tiefrotes Licht um. Jetzt haben wir also das grüne Licht in rot geändert, was die Farbe des Lichts ist, die die Natur Chl absorbieren wollte. Der gesamte Prozess ist eine Art Staffellauf, bei dem jeder Teilnehmer dort weitermacht, wo der vorherige aufgehört hat (Abbildung 5). Diese Phycobiliproteine sind ein wichtiger Bestandteil der winzigen mikroskopischen Organismen, die als Cyanobakterien bezeichnet werden und die Photosynthese ähnlich wie Landpflanzen durchführen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass sie einen anderen Satz chemischer Moleküle verwenden – Cyanobakterien verwenden Phycobiliproteine, während Landpflanzen Chl verwenden.
- Abbildung 4 – Fluoreszenzeigenschaft von C-Phycoerythrin (CPE).
- Die weiße Farbe des von der Taschenlampe erzeugten Lichts wird in geändert gelblich-orangefarbenes Licht von CPE, das von C-Phycocyanin aufgenommen wird.
- Abbildung 5 – Phycobiliproteine ändern die Farbe des Lichts von grün nach rot, damit es verwendet werden kann für die Photosynthese.
- Das grün gefärbte Licht wird von C-Phycoerythrin (CPE) aufgenommen, das die Farbe des Lichts in gelblich-orange ändert. Das orangefarbene Licht wird von C-Phycocyanin (CPC) aufgenommen, das es weiter in hellrot ändert. Die hellrote Farbe wird von Allophycocyanin (APC) absorbiert, das sie in rote Farbe umwandelt. Die rote Farbe wird schließlich von Chlorophyll absorbiert, um Lebensmittel durch Photosynthese herzustellen.
Was haben wir gelernt?
Wir wissen jetzt, dass die Photosynthese der Prozess ist, bei dem Pflanzen ihre Nahrung unter Verwendung von Chl produzieren. Wir wissen auch, dass die reduzierte Lichtmenge in den Ozeanen diesen Photosynthesevorgang verringert. Die Natur hat einige chemische Helfermoleküle entwickelt, die als Phycobiliproteine bekannt sind und die Farben des in den Ozeanen verfügbaren Lichts absorbieren und dieses Licht in eine Farbe verwandeln können, die Chl-Moleküle verwenden können. Diese Phycobiliproteine kommen in winzigen, für das bloße Auge unsichtbaren Cyanobakterien vor, deren Photosynthese dafür verantwortlich ist, die lebenden Organismen in den Ozeanen mit Nahrung zu versorgen und den Sauerstoff in unserer Atmosphäre zu erzeugen, den wir jede Sekunde atmen.Ist es nicht aufregend, dass diese winzigen Organismen das Leben im Meer so verändern können? Wir hoffen, in Zukunft ein besseres Verständnis der Funktionen von Phycobiliproteinen und ihrer Rolle für die Menschheit zu erlangen.
Glossar
Photosynthese: Ein Prozess, durch den Pflanzen Produzieren Sie mit Sonnenlicht und Kohlendioxidgas Lebensmittel für sich und andere Organismen.
Chlorophyll: Ein in Pflanzen vorhandenes chemisches Molekül, das das Sonnenlicht für die Photosynthese absorbiert.
Phycobiliproteine: Farbpigmente in Cyanobakterien und bestimmte andere Organismen, die bei der Photosynthese helfen, indem sie bestimmte Lichtfarben absorbieren, die Chlorophyll nicht absorbieren kann.
Fluoreszenz: Die Eigenschaft bestimmter Verbindungen, eine Lichtfarbe zu absorbieren und eine andere Farbe abzugeben. Phycobiliproteine verwenden diese Eigenschaft, um die Farbe des von ihnen absorbierten Lichts so zu ändern, dass das Licht für die Photosynthese verwendet werden kann.
Interessenkonflikterklärung
Die Autoren erklären, dass die Forschung in der Fehlen jeglicher geschäftlicher oder finanzieller Beziehungen, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.
Danksagung
Diesem Manuskript wurde die Registrierungsnummer CSIR-CSMCRI – 114/2016 zugewiesen. TG bedankt sich bei AcSIR für die Promotion Einschreibung und CSIR (CSC 0105) für finanzielle Unterstützung.
