Kivonat
Az elfogyasztott ételek végül növényekből származnak, vagy közvetlenül vagy közvetve. A növények jelentőségét a globális konyhaként soha nem lehet lebecsülni. A növények “megeszik” a napfényt és a szén-dioxidot, hogy saját táplálékukat és több millió más, tőlük függő szervezet számára termeljenek élelmiszert. A molekula, a klorofill (Chl) létfontosságú ebben a folyamatban, mivel elnyeli a napfényt. táplálékuk előállítása nagyon különbözik attól, ahogyan az óceánok növényei előállítják táplálékukat. Mivel az óceánokban a fény nehezen érhető el a víz alatt, az élelmiszer-termelés, amelyet tudományosan fotoszintézisnek hívnak, nagyon lassúvá válik. A phobilobiliproteinek olyan fehérjék, amelyek ezt a munkát végzik könnyebb elnyelni a rendelkezésre álló fényt és átadni a Chl-nek. Ezek a fikobiliproteinek apró, láthatatlan organizmusokban találhatók, úgynevezett cianobaktériumok. “Élelmiszertermelő” reakcióik kritikus fontosságúak sok élő organizmus, például hal, madár és más tengeri életben maradásához élet. Ezért mindenkinek nagyon fontos megértenie, hogy a cianobaktériumok hogyan készítik el ételeiket, és milyen fontos szerepet töltenek be a fikobiliproteinek ebben a folyamatban.
Hogyan szerzik meg az élőlények az ételt?
Ha az ételre gondol, általában előáll a kedvenc étele képe? Ez természetes folyamat, mivel az élelem fontos minden élőlény számára. Ennek az alapvető szükségletnek a teljesítéséhez minden élőlény vagy elkészíti saját ételeit, vagy más forrásból szerzi be. Az emberek ehetnek növényeket és állatokat egyaránt. Egyes állatok más állatokat fogyasztanak, míg egyesek növényeket fogyasztanak táplálékul. Végül azt látjuk, hogy ezen a bolygón mindenki táplálékához a növényektől függ. De akkor mit esznek a növények? Valójában a növények “megeszik” a napfényt és az úgynevezett szén-dioxidot, amely mindkettő könnyen elérhető itt a földön. Az a folyamat, amelynek során a szárazföldi növények napfény és szén-dioxid felhasználásával előállítják saját ételeiket, fotoszintézis néven ismertek ( a szén-dioxidot a levelek elnyelik, a napfényt a növényben lévő kémiai molekula, klorofill (Chl) fogja el. Minden fotoszintetikus organizmus Chl-t tartalmaz.
- 1. ábra – Egyszerűsített nézet arról, hogy a növények hogyan termelnek nekünk ételt.
- a zöld növények klorofillot tartalmaznak, amely elnyeli a napfényt az élelmiszer előállításához. Ezt az ételt aztán maga a növény, valamint más állatok, köztük az emberek használják fel.
Azonban a szárazföldi növények fotoszintézisének módja nem segíti az óceánokban élő organizmusokat, amelyek földünk közel 70% -át lefedik. Az óceánokban található növények problémával küzdenek h fény rendelkezésre állása. A kék és zöld fényrészek jobban behatolnak a vízbe, mint a sárga és a vörös fényrészek (2. ábra). Szerencsére az óceáni növények segítséget kapnak az ilyen korlátozott fény- és szén-dioxid-tartalmú élelmiszerek előállításához, apró mikroszkopikus mikrobákból, úgynevezett cianobaktériumokból (más néven kék-zöld algákból). Ezek a mikrobák alkalmazkodtak a gyenge fényviszonyokhoz, és fotoszintézist hajtanak végre mind maguk, mind más élőlények érdekében. A cianobaktériumok ősi mikrobák, amelyek milliárd éve élnek a földünkön. A cianobaktériumok állítólag felelősek az oxigénnel töltött légkör megteremtéséért, amelyben élünk. A fotoszintézis gyenge fényviszonyok között történő elvégzéséhez a cianobaktériumok a fikobiliproteinek nevű fehérjék segítségére vannak, amelyek a cianobaktériumok sejtmembránjában (a külső burkolatában) vannak eltemetve. >
- 2. ábra – A napfény behatolása az óceánokban.
- A napfény különböző színek: V, ibolya; B, kék; G, zöld; Y, sárga; O, narancssárga; és R, piros. A kék és a zöld szín a vízben eléri a 200 métert, míg az összes többi szín, beleértve az ibolyát is, csak az első 100 méterig terjedhet az óceánok belsejében. A nyilak azt a mélységet jelzik, amelyig a fény különböző színei eljutnak az óceánokig.
Mik azok a Phycobiliproteins?
A phycobiliproteinek a Chl asszisztenseinek szerepét töltik be vízi (víz) környezetben. Mivel a fény nehezen hatol be az óceánokba, a phycobiliproteins megkönnyíti ezt a munkát azáltal, hogy elnyeli a rendelkezésre álló fényt; elnyelik a fény zöld részét, és vörös színűvé változtatják, amely a Chl által megkövetelt színű. A fény színének megváltoztatása azonban nem olyan egyszerű, mint amilyennek látszik. A zöld fénynek különböző phycobiliprotein molekulákon kell áthaladnia, amelyek elnyelik az egyik szín fényét, és egy másik színű fényt bocsátanak ki. A kapott színt ezután egy második phycobiliprotein veszi fel, amely harmadik színré változtatja.Ez a folyamat addig folytatódik, amíg a kibocsátott fény piros nem lesz, amelyet végül Chl is felvehet. Ahhoz, hogy ez az egész folyamat végbemenjen, három különböző típusú phycobiliprotein molekula van elrendezve, mint egyfajta kalap a Chl molekula felett, amint az a 3. ábrán látható. Ez a három fajta phycobiliprotein:
-
a) C-fikoeritrin (CPE), rózsaszínű-vörös színű és felelős a napfény zöld részének elnyeléséért.
-
b) C-phycocyanin (CPC), mélykék színű és felelős a napfény narancsvörös részének elnyeléséért.
-
(c) Allophycocyanin (APC) ), világoskék színű és felelős a napfény vörös részének elnyeléséért.
- 3. ábra – A fikobiliproteinek és a klorofill (Chl) kalapszerű elrendezése cianobaktériumokban.
- A zöld fényt először C -fikoeritrin, amely továbbadja a C-fikocianinhoz (CPC). A CPC továbbítja a fényenergiát az allofikocianinhoz (APC), amely a vörös fény felhasználásával átadja a Chl-nek fotoszintézishez.
A phycobiliproteinek különböző színű fényelnyelés oka az, hogy bennük bilineknek nevezett kémiai molekulákat tartalmaznak, amelyek élénk színüket adják nekik. Ezek a bilinek felelősek az egyik szín fényének elnyeléséért és egy másik színű fény kibocsátásáért, ezáltal megváltoztatva a fény színét. Fejlett eszközök segítségével elemezhettük e molekulák és fehérjék elrendezését a cianobaktériumokban. Tudjuk, hogy a fikobiliproteinek korong alakúak, és a korongok egymásra vannak rakva, hogy kialakítsák a kalapszerű szerkezetet. A verem egyik vége CPE, míg a másik vége CPC. Ez a szerelvény csatlakozik az APC-ből készült maghoz. Ez az egész szerkezet kapcsolódik a Chl-hez, amely elfogadja az APC által kibocsátott vörös fényt. A kalapszerű szerkezet elrendezését a 3. ábra mutatja.
Hogyan zajlik a fényenergia-átvitel a phycobiliproteinekben?
A fény színének változása zöldről vörösre tart fluoreszcencia néven ismert folyamaton keresztül. Nézzük meg, mi a fluoreszcencia. Képzeljen el egy átlátszó, rózsaszínű folyadékkal töltött edényt, amely zseblámpával megvilágítva élénk narancssárgát ragyog! Pontosan ezt teszi a CPE (4. ábra). Valamennyi fikobiliprotein rendelkezik ezzel az izgalmas tulajdonsággal: a rájuk ragyogó fény színétől eltérő színű látható fényt bocsát ki. Miután a CPE zöld fényt vált narancssárgára, a CPC felveszi a sárga-narancssárga fényt, és világossá vált. Az APC felveszi ezt a világospiros fényt, és mélyvörösre változtatja a Chl. Tehát most a zöld fény vörösre változott, ez a fény színe, amelyet a természet a Chl elnyelésére szánt. A teljes folyamat egyfajta váltóverseny, ahol minden résztvevő ott folytatja, ahol az előző abbahagyta (5. ábra). Ezek a fikobiliproteinek fontos részét képezik a cianobaktériumoknak nevezett apró mikroszkopikus organizmusoknak, amelyek fotoszintézist ugyanúgy végeznek, mint a szárazföldi növények. Az egyetlen különbség az, hogy más kémiai molekulákat használnak – a cianobaktériumok fikobiliproteineket, míg a szárazföldi növények Chl-t használnak.
- 4. ábra – A C-fikoeritrin (CPE) fluoreszcencia tulajdonsága.
- Az elemlámpa által előállított fény fehér színét megváltoztatja a CPE által sárgás-narancssárga fény, amelyet a C-phycocyanin vesz fel.
- 5. ábra – A phycobiliproteinek a fény színét zöldről vörösre változtatják, így felhasználhatók fotoszintézishez.
- A zöld színű fényt a C-phikoeritrin (CPE) veszi fel, amely a fény színét sárgás narancssárgára változtatja. A narancssárga fényt a C-fikocianin (CPC) veszi fel, amely tovább világossá vált. A halványvörös színt az allofikocianin (APC) abszorbeálja, és vörös színűvé változtatja. A vörös színt végül a klorofill elnyeli, hogy a fotoszintézis révén élelmiszert állítson elő.
Mit tanultunk?
Tehát ma már tudjuk, hogy a fotoszintézis az a folyamat, amelynek során a növények Chl. Azt is tudjuk, hogy az óceánokban elérhető csökkent fénymennyiség csökkenti ezt a fotoszintetikus folyamatot. A természet kifejlesztett néhány segítő kémiai molekulát, fikobiliproteinek néven, amelyek képesek elnyelni az óceánokban elérhető fényszíneket, és ezt a fényt olyan színűvé alakítani, amelyet a Chl-molekulák használhatnak. Ezek a fikobiliproteinek apró, szabad szemmel láthatatlan cianobaktériumokban találhatók, amelyek fotoszintézise felelős az óceánokban élő élőlények táplálékáért, valamint a légkörünk oxigénjének létrehozásáért, amelyet másodpercenként lélegzünk.Nem izgalmas, hogy ezek az apró élőlények ilyen változást hozhatnak a tengeri életben? Reméljük, hogy a jövőben jobban megismerjük a fikobiliproteinek funkcióit és azokat a szerepeket, amelyeket az emberiség érdekében játszhatnak.
Szószedet
Fotoszintézis: A növények által végzett folyamat napfény és szén-dioxid gáz felhasználásával ételt termelnek maguknak és más szervezeteknek.
Klorofill: A növényekben jelen lévő kémiai molekula, amely fotoszintézis céljából elnyeli a napfényt.
Phycobiliproteins: Színes pigmentek találhatók a cianobaktériumokban és bizonyos egyéb élőlények, amelyek a fotoszintézisben segítenek bizonyos fényszínek elnyelésében, amelyeket a klorofill nem képes elnyelni. Fluoreszcencia: Bizonyos vegyületeknek az a tulajdonsága, hogy elnyeli az egyik fényszínt, és egy másik színt ad ki. A phycobiliproteinek ezt a tulajdonságot használják az elnyelt fény színének megváltoztatására, hogy a fény felhasználható legyen a fotoszintézishez.
Összeférhetetlenségi nyilatkozat
A szerzők kijelentik, hogy a kutatást a semmilyen kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolat hiánya, amely potenciális összeférhetetlenségként értelmezhető.
Köszönetnyilvánítás
Ennek a kéziratnak a CSIR-CSMCRI – 114/2016 nyilvántartási számot adták. TG hálásan elismeri az AcSIR-t Ph.D. beiratkozás és CSIR (CSC 0105) pénzügyi támogatásért.
