Адаптация зеленых фотосинтезирующих бактерий к разной освещенности по данным спектроскопии хлоросом
https://doi.org/10.55959/MSU0137-0952-16-78-2-2
Аннотация
Исследовали спектры поглощения и кругового дихроизма хлоросом, выделенных из зеленых фотосинтезирующих бактерий Chloroflexus aurantiacus, выращенных при разной освещенности. Обнаружили, что по мере уменьшения этой освещенности спектры сдвигаются в красную сторону и становятся уже и больше по амплитуде. Выполнили теоретическое моделирование полученных данных с помощью теории экситонов. Пришли к выводу о том, что количество молекул бактериохлорофилла c в линейных цепях, составляющих основу элементарных блоков хлоросом, становится больше по мере уменьшения интенсивности света, при котором выращиваются бактерии. Предположили, что данное явление увеличивает эффективность улавливания слабых световых потоков и тем самым повышает шансы на выживание бактерий в условиях дефицита солнечного света.
Ключевые слова
фотосинтез,
зеленые бактерии Chloroflexus aurantiacus,
хлоросома,
спектроскопия,
освещенность,
адаптация
При поддержке: Работа выполнена за счет средств госзадания «Фотобиофизика преобразования солнечной энергии в живых системах» (№ АААА-А17-117120540070-0).
Об авторах
А. Г. Яковлев
НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского;
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия
Россия
Яковлев Андрей Георгиевич – докт. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. отдела фотобиофизики. Тел.: 8-495-939-5363
119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 40
А. С. Таисова
НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского;
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия
Россия
Таисова Александра Семеновна – канд. биол. наук, ст. науч. сотр. отдела фотосинтеза и флуоресцентных методов исследований. Тел.: 8-495-939-5413
119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 40
З. Г. Фетисова
НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского;
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия
Россия
Фетисова Зоя Григорьевна – докт. физ.-мат. наук, гл. спец. отдела фотобиофизики. Тел.: 8-495-939-5363
119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 40
Список литературы
1. Oelze J., Golecki J. Membranes and chlorosomes of green bacteria: structure, composition and development. Anoxygenic photosynthetic bacteria. Eds. R.E. Blankenship, M.T. Madigan, and C.E. Bauer. Amsterdam: Kluwer Academic Publishers; 1995:259–278.
2. Frigaard N.-U., Bryant D. Chlorosomes: antenna organelles in green photosynthetic bacteria. Complex intracellular structures in prokaryotes. Microbiology monographs, vol. 2. Ed. J.M. Shively. Berlin: Springer; 2006. P. 79–114.
3. Krasnovsky A., Bystrova M. Self-assembly of chlorophyll aggregated structures. BioSystems. 1980;12(3):181–194.
4. Smith K., Kehres L., Fajer J. Aggregation of bacteriochlorophylls c, d or e. Models for the antenna chlorophylls of green and brown photosynthetic bacteria. J. Am. Chem. Soc. 1983;105(5):1387–1389.
5. Фетисова З.Г., Фок М.В. Пути оптимизации преобразования световой энергии в первичных актах фотосинтеза. 1. Необходимость оптимизации структуры фотосинтетической единицы и метод расчета ее эффективности. Мол. биол. 1984;18(6):1354–1359.
6. Staehelin L., Golecki J., Fuller R., Drews G. Visualization of the supramolecular architecture of chlorosomes (Chlorobium type vesicles) in freeze-fractured cells of Chloroflexus aurantiacus. Arch. Microbiol. 1978;119(3):269–277.
7. Sprague S., Staehelin L., DiBartolomeis M., Fuller R. Isolation and development of chlorosomes in the green bacterium Chloroflexus aurantiacus. J. Bacteriol. 1981;147(3):1021–1031.
8. Saga Y., Tamiaki H. Transmission electron microscopic study on supramolecular nanostructures of bacteriochlorophyll self-aggregates in chlorosomes of green photosynthetic bacteria. J. Biosc. Bioeng. 2006;102(2):18–23.
9. Egawa A., Fujiwara T., Mizoguchi T., Kakitani Y., Koyama Y., Akutsu H. Structure of the light-harvesting bacteriochlorophyll c assembly in chlorosomes from Chlorobium limicola determined by solid-state NMR. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007;104(3):790–795.
10. Ganapathy S., Oostergetel G., Wawrzyniak P., Reus M., Gomez Maqueo Chew A., Buda F., Boekema E., Bryant D., Holzwarth A., de Groot H. Alternating syn-anti bacteriochlorophylls form concentric helical nanotubes in chlorosomes. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009;106(21):8525–8530.
11. Günther L., Jendrny M., Bloemsma E., Tank M., Oostergetel G., Bryant D., Knoester J., Köhler J. Structure of light-harvesting aggregates in individual chlorosomes. J. Phys. Chem. B. 2016;120(24):5367−5376.
12. Pšenčik J., Ikonen T., Laurinmäki P., Merckel M., Butcher S., Serimaa R., Tuma R. Lamellar organization of pigments in chlorosomes, the light harvesting system of green bacteria. Biophys. J. 2004;87(2):1165–1172.
13. Pšenčik J., Torkkeli M., Zupčanová A., Vácha F., Serimaa R., Tuma R. The lamellar spacing in selfassembling bacteriochlorophyll aggregates is proportional to the length of the esterifying alcohol. Photosynth. Res. 2010;104(2):211–219.
14. Van Dorssen R.J., Vasmel H., Amesz J. Pigment organization and energy transfer in the green photosynthetic bacterium Chloroflexus aurantiacus. II. The chlorosome. Photosynth. Res. 1986;9(1):33–45.
15. Novoderezhkin V., Taisova A., Fetisova Z., Blankenship R., Savikhin S., Buck D., Struve W. Energy transfers in the B808-866 antenna from the green bacterium Chloroflexus aurantiacus. Biophys. J. 1998;74(4):2069–2075.
16. Linnanto J., Korppi-Tommola J. Exciton description of chlorosome to baseplate excitation energy transfer in filamentous anoxygenic phototrophs and green sulfur bacteria. J. Phys. Chem. B. 2013;117(38):11144−11161.
17. Pierson B., Castenholz R. Studies of pigments and growth in Chloroflexus aurantiacus, a phototrophic filamentous bacterium. Arch. Microbiol. I974;100(1):283−305.
18. Schmidt K., Maarzahl M., Mayer F. Development and pigmentation of chlorosomes in Chloroflexus aurantiacus Ok-70-fl. Arch. Microbiol. 1980;127(2):87−97.
19. Taisova A., Keppen O., Lukashev E., Arutyunyan A., Fetisova Z. Study of the chlorosomal antenna of the green mesophilic filamentous bacterium Oscillochloris trichoides. Photosynth. Res. 2002;74(1):73−85.
20. Давыдов А.С. Теория молекулярных экситонов. М.: Наука; 1968: 296 c.
21. Fetisova Z., Freiberg A., Mauring K., Novoderezhkin V., Taisova A., Timpmann K. Excitation energy transfer in chlorosomes of green bacteria: Theoretical and experimental studies. Biophys. J. 1996;71(2):995−1010.
22. Mauring K., Novoderezhkin V., Taisova A., Fetisova Z. Exciton levels structure of antenna bacteriochlorophyll c aggregates in the green bacterium Chloroflexus aurantiacus as probed by 1.8-293 K fluorescence spectroscopy. FEBS Lett. 1999;456(2):239−242.
23. Gülen D. Significance of the excitonic intensity borrowing in the J-/H-aggregates of bacteriochlorophylls/chlorophylls. Photosynth. Res. 2006;87(2):205–214.
24. Oostergetel G., van Amerongen H., Boekema E. The chlorosome: a prototype for efficient light harvesting in photosynthesis. Photosynth. Res. 2010;104(2):245−255.
25. Scholes G.D., Fleming G.R., Alexandra OlayaCastro A., van Grondelle R. Lessons from nature about solar light harvesting. Nat. Chem. 2011;3(10):763−774.
26. Golecki J., Oelze J. Quantitative relationship between bactenochlorophyll content, cytoplasmic membrane structure and chlorosome size in Chloroflexus aurantiacus. Arch. Microbiol. 1987;148(3):236−241.
27. Furumaki S., Vácha F., Habuchi S., Tsukatani Y., Bryant D., Vacha M. Absorption linear dichroism measured directly on a single light-harvesting system: the role of disorder in chlorosomes of green photosynthetic bacteria. J. Am. Chem. Soc. 2011;133(17):6703−6710.
28. Linnanto J., Korppi-Tommola J. Investigation on chlorosomal antenna geometries: tube, lamella and spiraltype self-aggregates. Photosynth. Res. 2008;96(3):227–245.
29. Prokhorenko V.I., Steensgaard D.B., Holzwarth A.R. Exciton dynamics in the chlorosomal antennae of the green bacteria Chloroflexus aurantiacus and Chlorobium tepidum. Biophys. J. 2000;79(4):2105–2120.
30. Furumaki S., Yabiku Y., Habuchi S., Tsukatani Y., Bryant D., Vacha M. Circular dichroism measured on single chlorosomal light-harvesting complexes of green photosynthetic bacteria. J. Phys. Chem. Lett. 2012;3(23):3545−3549.
31. Jendrny M., Aartsma T., Kӧhler J. Insights into the excitonic states of individual chlorosomes from Chlorobaculum tepidum. Biophys. J. 2014;106(9):1921−1927.
32. Hartigan N., Tharia H., Sweeney F., Lawless A., Papiz M. The 7.5-Å electron density and spectroscopic properties of a novel low-light B800 LH2 from Rhodopseudomonas palustris. Biophys. J. 2002;82(2):963−977.
Рецензия
Для цитирования:
Яковлев А.Г., Таисова А.С., Фетисова З.Г. Адаптация зеленых фотосинтезирующих бактерий к разной освещенности по данным спектроскопии хлоросом. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2023;78(2):64-69. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0952-16-78-2-2
For citation:
Yakovlev A.G., Таisova A.S., Fetisova Z.G. Adaptation of green photosynthetic bacteria to different illumination intensity according to spectroscopy data on chlorosomes. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2023;78(2):64-69. (In Russ.) https://doi.org/10.55959/MSU0137-0952-16-78-2-2
Просмотров:
277
Послать статью по эл. почте 