Nghiên cứu phosphorescence của quang sắc tố diệp lục d. Xác định năng lượng và thời gian sống của trạng thái triplet bị kích thích quang. Bằng chứng về sự nhạy cảm của oxy đơn phân tử

Photosynthesis Research - Tập 108 - Trang 101-106 - 2011
Konstantin V. Neverov1,2, Stefano Santabarbara3, Alexander A. Krasnovsky1,2
1A.N. Bach Institute of Biochemistry, Russian Academy of Science, Moscow, Russian Federation
2Biology Department, M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russian Federation
3Istituto di Biofisica, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Milan, Italy

Tóm tắt

Diệp lục d (Chl d) là sắc tố chính trong cả hai hệ thống quang hợp (PSI và PSII) của vi khuẩn lam Acaryochloris marina, với thành phần sắc tố đại diện cho một lựa chọn thú vị trong quang hợp sinh oxy. Trong khi có nhiều thông tin có sẵn về các thuộc tính quang lý của Chl a, sự hiểu biết về quang lý của Chl d vẫn chưa đầy đủ. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày lần đầu tiên một đặc trưng về phosphorescence của Chl d, đi kèm với sự vô hiệu hóa bức xạ của trạng thái triplet bị kích thích quang của sắc tố này. Thông tin đáng tin cậy đã được thu thập về năng lượng và thời gian sống của trạng thái triplet Chl d trong các dung dịch đông lạnh ở 77 K bằng cách sử dụng ete dietyl và phân tán nước của Triton X100 làm dung môi. Chúng tôi chỉ ra rằng triplet Chl d được phân bổ hiệu quả khi kích thích quang các phân tử sắc tố và nhạy cảm hiệu quả với phosphorescence của oxy đơn phân tử trong các dung dịch hiếu khí dưới điều kiện môi trường. Dữ liệu thu được được so sánh với các kết quả trước đây của các nghiên cứu phosphorescence về Chl a và Pheo a, và các hàm ý sinh học có thể xảy ra được thảo luận.

Từ khóa

#diệp lục d #phosphorescence #trạng thái triplet #oxy đơn phân tử #quang hợp sinh oxy

Tài liệu tham khảo

Aro E-M, Virgin I, Andersson B (1993) Photoinhibition of photosystem II. Inactivation protein damage and turnover. Biochim Biophys Acta 1143:113–134 Chen M, Zeng H, Larkum AW, Cai ZL (2004) Raman properties of chlorophyll d, the major pigment of Acaryochloris marina: studies using both Raman spectroscopy and density functional theory. Spectrochim Acta A 60:527–534 Di Valentin M, Ceola S, Agostini G, Telfer A, Barber J, Böhles F, Santabarbara S, Carbonera D (2007) The photo-excited triplet state of Chlorophyll d in methyl-tetrahydrofuran studied by optically detected magnetic resonance and time-resolved EPR. Mol Phys 105:2109–2117 Dvornikov SS, Knyukshto VN, Solovyov KN, Tsvirko MP (1979) Phosphorescence of chlorophylls and their pheophytins. Opt Spektr (URSS) 46:689–695 Hoff AJ (1986) Triplets: phosphorescence and magnetic resonance. In: Govindjee AmetzJ, Fork DC (eds) Light emission of plant and bacteria. Academic Press Inc, New York, pp 225–266 Holt AS, Morley HV (1959) A proposed structure for chlorophyll d. Can J Chem 37:507–514 Hu Q, Miyashita H, Iwasaki I, Kurano N, Miyachi S, Iwaki M, Itoh S (1998) A photosystem I reaction center driven by chlorophyll d in oxygenic photosynthesis. Proc Natl Acad Sci USA 95:13319–13323 Kleibeuker JF, Platenkamp RJ, Schaafsma TJ (1978) The triplet state of photosynthetic pigments. Chem Phys 27:51–64 Kobayashi M, Ohashi S, Iwamoto K, Shiraiwa Y, Kato Y, Watanabe T (2007) Redox potential of chlorophyll d in vitro. Biochim Biophys Acta 1767:596–602 Krasnovsky AA Jr (1979) Photoluminescence of singlet oxygen in pigment solutions. Photochem Photobiol 29:29–36 Krasnovsky AA Jr (1982) Delayed fluorescence and phosphorescence of plant pigments. Photochem Photobiol 36:733–741 Krasnovsky AA Jr (1994) Singlet oxygen and primary mechanisms of photooxidative damage of chloroplasts. Studies based on detection of oxygen and pigment phosphorescence. Proc Roy Soc Edinburgh 102B:219–235 Krasnovsky AA Jr (1998) Phosphorescence studies of singlet oxygen in photobiochemical systems. Membr Cell Biol 12:665–690 Krasnovsky AA Jr (2004) Singlet oxygen and photodynamic action. Biofizika 49:289–306 Krasnovsky AA Jr, Semenova AN (1981) Parameters of the triplet state and spectral properties of the monomeric chlorophyll in liposomes at −196°C. Photobiochem Photobiophys 3:11–18 Krasnovsky AA Jr, Romaniuk VA, Litvin FF (1973) On the phosphorescence and delayed fluorescence of chlorophylls and pheophytins a and b. Dokl AN SSSR (Biophysics) 209:965–968 Krasnovsky AA Jr, Lebedev NN, Litvin FF (1974) Spectral characteristics of phosphorescence of chlorophylls and pheophytins, Dokl. AN SSSR (Biophysics) 216:1406–1409 Krasnovsky AA Jr, Lebedev NN, Litvin FF (1975) Detection of the triplet state of chlorophyll and chlorophyll precursors from measurement of their delayed fluorescence and phosphorescence in leaves and chloroplasts. Dokl AN SSSR (Biophysics) 225:207–210 Krasnovsky AA Jr, Lebedev NN, Litvin FF (1977) Phosphorescence and delayed fluorescence of chlorophyll and its precursors in solutions, leaves and chloroplasts at 77 K. Studia Biophys B65:81–89 Krasnovsky AA Jr, Neverov KV, Egorov SY, Roeder B, Levald T (1990) Photophysical studies of pheophorbide a and pheophytin a: phosphorescence and photosensitized singlet oxygen luminescence. J Photochem Photobiol B Biol 5:245–254 Kühl M, Chen M, Ralph PJ, Schreiber U, Larkum AW (2005) Ecology: a niche for cyanobacteria containing chlorophyll d. Nature 433:820 Losev AP, Nichiporovich IN, Sagun EI, Vasilenok GD (1987) Detection of nonliganded forms in solutions of chlorophyll and protochlorophyll. Dokl AN BSSR 31:131–134 Manning WM, Strain HH (1943) Clorophyll d, a green pigment of red algae. J Biol Chem 151:1–19 Miyashita H, Ikemoto H, Kurano N, Adachi K, Chihara M, Miyachi S (1996) Chlorophyll d as a major pigment. Nature 383:402 Neverov KV, Krasnovsky AA Jr (2004) Phosphorescence analysis of the chlorophyll triplet states in preparations of PS 2. Biofizika 49:493–498 Neverov KV, Shalygo NY, Averina NG, Krasnovsky AA Jr (1996) Formation of the pigment triplet states in green plant leaves treated with chelators of iron. Russ J Plant Physiol 43:89–99 Niedzwiedzki DM, Blankenship RE (2010) Singlet and triplet excited state properties of natural chlorophylls and bacteriochlorophylls. Photosynth Res 106:227–238 Nieuwenburg P, Clarke RJ, Cai ZL, Chen M, Larkum AW, Cabral NM, Ghiggino KP, Reimers JR (2003) Examination of the photophysical processes of chlorophyll d leading to a clarification of proposed uphill energy transfer processes in cells of Acaryochloris marina. Photochem Photobiol 77:628–637 Okazaki S, Tomo T, Mimuro M (2010) Direct measurement of singlet oxygen produced by four-ringed chlorophyll species in acetone solution. Chem Phys Lett 485:202–206 Santabarbara S, Chen M, Larkum AW, Evans MCW (2007) An electron paramagnetic resonance investigation of the electron transfer reactions in the chlorophyll d containing photosystem I of Acaryochloris marina. FEBS Lett 581:1567–1571 Schenderlein M, Çetin M, Barber J, Telfer A, Schlodder E (2008) Spectroscopic studies of the chlorophyll d containing photosystem I from the cyanobacterium, Acaryochloris marina. Biochim Biophys Acta 1777:1400–1408 Schlodder E, Çetin M, Eckertet H-J, Scmittt F-J, Barber J, Telfer A (2007) Both chlorophyll a and d are essential for the photochemistry in photosystem II of the cyanobacteria Acaryochloris marina. Biochim Biophys Acta Bioenerg 1767:589–595 Takiff L, Boxer SG (1988) Phosphorescence spectra of bacteriochlorophylls. J Am Chem Soc 110:4425–4426 Telfer A, Pascal AA, Bordes L, Barber J, Robert B (2010) Fluorescence line narrowing studies on isolated chlorophyll molecules. J Phys Chem B 114:2255–2260 Tomo T, Okubo T, Akimoto S, Yokono M, Miyashita H, Tsuchiya T, Noguchi T, Mimuro M (2007) Identification of the special pair of photosystem II in a chlorophyll d-dominated cyanobacterium. Proc Natl Acad Sci USA 104:7283–7288