Abstrakt
Maten vi spiser kommer til slutt fra planter, enten direkte eller indirekte. Betydningen av planter som det globale kjøkkenet kan aldri undervurderes. Planter «spiser» sollys og karbondioksid for å produsere sin egen mat og mat for de millioner av andre organismer som er avhengige av dem. Et molekyl, klorofyll (Chl), er avgjørende for denne prosessen, siden den absorberer sollys. produsere maten deres er veldig forskjellig fra måten planter i havene produserer maten på. Siden det er vanskelig for lys å nå under vannet i havene, blir matproduksjon, vitenskapelig kalt fotosyntese, veldig treg. Fykobiliproteiner er proteiner som gjør denne jobben lettere, ved å absorbere det tilgjengelige lyset og overføre det til Chl. Disse fykobiliproteinene finnes i små, usynlige organismer som kalles cyanobakterier. Deres «matproduserende» reaksjoner er kritiske for overlevelsen til mange levende organismer som fisk, fugler og annet hav. liv. Det er derfor veldig viktig for alle å forstå hvordan cyanobakterier lager maten, og hvilke viktige roller fykobiliproteinene spiller i prosessen.
Hvordan får levende ting maten sin?
Når du tenker på mat, kommer du vanligvis med bilder av favorittmaten din? Dette er en naturlig prosess, siden mat er viktig for alle levende ting. For å oppfylle dette grunnleggende behovet lager alle levende ting enten sin egen mat eller får den fra en annen kilde. Mennesker kan spise både planter og dyr. Noen dyr spiser andre dyr, mens noen dyr spiser planter som maten. Til slutt ser vi at alle på denne planeten er avhengige av planter for maten. Men hva spiser planter da? Faktisk «spiser» planter sollys og en gass som kalles karbondioksid, som begge er lett tilgjengelig akkurat her på jorden. Prosessen der landplanter produserer sin egen mat ved hjelp av sollys og karbondioksid er kjent som fotosyntese (figur 1). karbondioksid absorberes av bladene, sollyset fanges opp av et kjemisk molekyl i planten, kalt klorofyll (Chl). Alle fotosyntetiske organismer inneholder Chl.
- Figur 1 – En forenklet oversikt over hvordan planter produserer mat for oss.
- Bladene til grønne planter inneholder klorofyll, som absorberer sollys for å produsere mat. Denne maten brukes deretter av planten selv og andre dyr, inkludert mennesker.
Måten landplanter utfører fotosyntese hjelper imidlertid ikke organismer som lever i havene, som dekker nesten 70% av jorden vår. Planter i havene møter problemer med h lys tilgjengelighet. De blå og grønne delene av lys trenger mer inn i vannet enn de gule og røde delene av lys gjør (figur 2). Heldigvis får havplanter hjelp til å produsere mat fra så begrenset lys og karbondioksid, fra små mikroskopiske mikrober kalt cyanobakterier (også kjent som blågrønne alger). Disse mikroberne har tilpasset seg svake lysforhold, og de utfører fotosyntese både for seg selv og til fordel for andre levende ting. Cyanobakterier er eldgamle mikrober som har bodd på jorden vår i milliarder av år. Cyanobakterier sies å være ansvarlige for å skape den oksygenfylte atmosfæren vi lever i. For å utføre fotosyntese under dårlige lysforhold, har cyanobakterier hjelp av proteiner som kalles phycobiliproteiner, som er funnet begravet i cellemembranene (det ytre dekket) av cyanobakteriene. >
- Figur 2 – Penetrasjon av sollys i havene.
- Sollys er sammensatt av forskjellige farger: V, fiolett; B, blå; G, grønn; Y, gul; O, oransje; og R, rød. De blå og grønne fargene når opp til 200 m inne i vannet, mens alle de andre fargene, inkludert fiolett, bare når opp til de første 100 m inne i havene. Pilene representerer dybden som forskjellige lysfarger når havet.
Hva er Phycobiliproteins?
Fykobiliproteiner spiller rollen som assistenter for Chl i vannmiljøer (vann). Siden lys har vanskelig for å trenge inn i havene, gjør fykobiliproteiner denne jobben lettere ved å absorbere alt lys som er tilgjengelig; de absorberer den grønne delen av lyset og gjør det til rødt lys, som er fargen på lyset som kreves av Chl. Det er imidlertid ikke så enkelt å endre lysfargen som det virker. Det grønne lyset må passere gjennom forskjellige phycobiliprotein-molekyler, som absorberer lys i en farge og gir lys fra en annen farge. Fargen som blir gitt blir deretter tatt opp av et annet phycobiliprotein, som gjør det til en tredje farge.Denne prosessen fortsetter til det sendte lyset er rødt, som til slutt kan tas opp av Chl. For at hele denne prosessen skal finne sted, har vi tre forskjellige typer phycobiliprotein-molekyler ordnet som en slags hatt over Chl-molekylet, som du kan se i figur 3. Disse tre typene phycobiliproteiner er:
-
(a) C-phycoerythrin (CPE), rosa-rød i fargen og ansvarlig for å absorbere den grønne delen av sollys.
-
(b) C-phycocyanin (CPC), dypblå i fargen og ansvarlig for å absorbere den oransjerøde delen av sollys.
-
(c) Allophycocyanin (APC ), lyseblå i fargen og ansvarlig for å absorbere den røde delen av sollys.
- Figur 3 – Hattelignende arrangement av phycobiliproteiner og klorofyll (Chl) i cyanobakterier.
- Det grønne lyset absorberes først av C -phycoerythrin som overfører den til C-phycocyanin (CPC). CPC overfører videre lysenergien til allophycocyanin (APC) som overfører den til Chl for fotosyntese, ved hjelp av det røde lyset.
Årsaken til at phycobiliproteiner absorberer lys i forskjellige farger, er at de inneholder kjemiske molekyler som kalles bilins, og som gir dem sine lyse farger. Disse bilins er ansvarlig for å absorbere lys av en farge og avgi lys av en annen farge, og dermed forårsake en endring i lysfargen. Avanserte instrumenter har latt oss analysere arrangementet av disse molekylene og proteinene i cyanobakteriene. Vi vet at phycobiliproteins er formet som skiver, og skivene er stablet oppå hverandre for å danne den hattlignende strukturen. Den ene enden av stabelen er laget av CPE, mens den andre enden er laget av CPC. Denne forsamlingen føyes til kjernen, laget av APC. Hele denne strukturen er knyttet til Chl, som godtar det røde lyset som sendes ut av APC. Arrangementet av den hattlignende strukturen er vist i figur 3.
Hvordan skjer lysenergioverføringen i phycobiliproteiner?
Endringen i lysfarge fra grønt til rødt tar sted gjennom en prosess kjent som fluorescens. La oss se hva fluorescens er. Se for deg en gjennomsiktig beholder fylt med en rosa farget væske som lyser oransje når den blir belyst med lommelykt! Det er akkurat det CPE gjør (figur 4). Alle phycobiliproteins har denne spennende egenskapen å avgi synlig lys i en annen farge enn lysfargen som lyser på dem. Etter at CPE skifter grønt lys til gul-oransje, tar CPC opp det gul-oransje lyset og endrer det til lys rødt. APC tar opp dette lysrøde lyset og endrer det til et dypt rødt lys for Chl. Så nå har vi det grønne lyset endret til rødt, som er fargen på lyset som naturen hadde til hensikt at Chl skulle absorbere. Hele prosessen er en slags stafettløp, der hver deltaker fortsetter der den forrige slapp (figur 5). Disse fykobiliproteinene er en viktig del av de små mikroskopiske organismer som kalles cyanobakterier, som utfører fotosyntese på omtrent samme måte som landplanter gjør. Den eneste forskjellen er at de bruker et annet sett med kjemiske molekyler – cyanobakterier bruker fycobiliproteiner mens landplanter bruker Chl.
- Figur 4 – Fluorescensegenskap av C-phycoerythrin (CPE).
- Den hvite fargen på lyset som produseres av lommelykten endres til gul-oransje lys av CPE, skal tas opp av C-phycocyanin.
- Figur 5 – Phycobiliproteins endrer fargen på lys fra grønt til rødt, slik at det kan brukes for fotosyntese.
- Det grønnfargede lyset tas opp av C-phycoerythrin (CPE), som endrer fargen på lyset til guloransje. Det oransje lyset blir tatt opp av C-phycocyanin (CPC), som ytterligere endrer det til lys rødt. Den lysrøde fargen absorberes av allophycocyanin (APC), som endrer den til rød farge. Den røde fargen absorberes endelig av klorofyll for å produsere mat gjennom fotosyntese.
Hva lærte vi?
Så vi vet nå at fotosyntese er prosessen der planter produserer maten sin ved hjelp av Chl. Vi vet også at den reduserte mengden lys tilgjengelig i havene reduserer denne fotosyntetiske prosessen. Naturen har utviklet noen kjemiske hjelpermolekyler kjent som phycobiliproteiner, som er i stand til å absorbere lysfargene som er tilgjengelige i havene og gjøre dette lyset til en farge som Chl-molekyler kan bruke. Disse fykobiliproteinene finnes i små, usynlige cyanobakterier med det blotte øye, hvis fotosyntese er ansvarlig for å gi mat til de levende organismer i havene og også for å lage oksygen i atmosfæren som vi puster hvert sekund.Er det ikke spennende at disse bittesmå organismer kan gjøre en slik forskjell for livet i havet? I fremtiden håper vi å få mer forståelse av funksjonene til fykobiliproteiner og hvilke roller de kan spille til fordel for menneskeheten.
Ordliste
Fotosyntese: En prosess der planter produsere mat for seg selv og andre organismer ved hjelp av sollys og karbondioksidgass.
Klorofyll: Et kjemisk molekyl tilstede i planter som absorberer sollyset for fotosyntese.
Fykobiliproteiner: Fargede pigmenter som finnes i cyanobakterier. og visse andre organismer, som hjelper til med fotosyntese ved å absorbere visse lysfarger som klorofyll ikke kan absorbere.
Fluorescens: Egenskapen til visse forbindelser å absorbere en lysfarge og avgi en annen farge. Fykobiliproteiner bruker denne egenskapen til å endre fargen på lyset de absorberer slik at lyset kan brukes til fotosyntese.
Erklæring om interessekonflikt
Forfatterne erklærer at forskningen ble utført i fravær av kommersielle eller økonomiske forhold som kan tolkes som en potensiell interessekonflikt.
Anerkjennelser
Dette manuskriptet er tildelt registreringsnummer CSIR-CSMCRI – 114/2016. TG anerkjenner takknemlig AcSIR for Ph.D. påmelding og CSIR (CSC 0105) for økonomisk støtte.
