مجمع حصاد الضوء

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

في علم الأحياء ، يُعرف مُركّب حصاد الضوء (LHC ) أو مُركّب الهوائيات [ 1 ] بأنه تجمّع بروتيني مُرتبط بصبغات ضوئية ( الكلوروفيل والكاروتينات ) التي تلعب دورًا محوريًا في عملية التمثيل الضوئي . وهو جزء من النظام الضوئي ، إلى جانب مركز التفاعل . تتوزع مُركّبات حصاد الضوء حول مراكز التفاعل الضوئي في كل من النباتات والبكتيريا الضوئية ، وتجمع كمية أكبر من الضوء الساقط مقارنةً بما يمكن أن تجمعه مراكز التفاعل وحدها. يُثير الضوء الذي تلتقطه الصبغات الضوئية الجزيئات من حالتها الأرضية إلى حالات طاقة أعلى (قصيرة الأمد)، تُعرف بالحالات المُثارة. [ 2 ] ثم تُركّز هذه الطاقة نحو مراكز التفاعل عن طريق نقل طاقة رنين فورستر .

توجد معقدات حصاد الضوء في مجموعة متنوعة من الأنواع المختلفة التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، ولا يوجد تشابه بين المجموعات الرئيسية. [ 3 ]

وظيفة

التمثيل الضوئي عملية يتم فيها امتصاص الضوء بواسطة مركبات بروتينية صبغية قادرة على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية. [ 2 ] في هذه العملية، يمتص جزيء من البروتين الصبغي فوتونًا من ضوء الشمس، مما يؤدي إلى إثارة إلكترونية تصل إلى مركز التفاعل حيث يمكن أن تحدث عملية فصل الشحنات [ 2 ] إذا كانت طاقة الفوتون الممتص تتطابق مع طاقة الانتقال الإلكتروني. يمكن أن تكون نتيجة هذه الإثارة عودة الجزيء نفسه إلى حالته الأرضية أو إلى حالة إلكترونية أخرى. عندما يكون للجزيء المُثار جزيء مجاور قريب، يمكن أيضًا نقل طاقة الإثارة، من خلال التفاعلات الكهرومغناطيسية، من جزيء إلى آخر. تُسمى هذه العملية بنقل طاقة الرنين ، ويعتمد معدلها بشدة على المسافة بين جزيء مانح الطاقة وجزيء مستقبل الطاقة. قبل أن يتمكن الجزيء المُثار من العودة إلى حالته الأرضية، يجب جمع الطاقة. تُنقل هذه الإثارة بين الكروموفورات حيث تصل إلى مركز التفاعل. [ 2 ] تتميز مركبات حصاد الضوء بمواقع صبغية محددة لتحسين هذه المعدلات.

البكتيريا الأرجوانية

البكتيريا الأرجوانية نوع من الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، ولديها مُركّب لحصاد الضوء يتكون من مُركّبين بروتينيين صبغيين، يُشار إليهما بـ LH1 و LH2. [ 4 ] داخل الغشاء الضوئي، يختلف هذان المُركّبان في ترتيبهما. [ 4 ] يُحيط مُركّب LH1 بمركز التفاعل، بينما يتوزع مُركّب LH2 بشكل محيطي حول مُركّب LH1 ومركز التفاعل. [ 4 ] تستخدم البكتيريا الأرجوانية البكتيريوكلوروفيل والكاروتينات لجمع طاقة الضوء. تترتب هذه البروتينات بشكل حلقي، مُشكّلةً أسطوانة تمتد عبر الغشاء. [ 5 ] [ 6 ]

في البكتيريا الخضراء

يُعرف مُركّب حصاد الضوء الرئيسي في البكتيريا الخضراء باسم الكلوروسوم. يتكوّن الكلوروسوم من تجمعات عصوية الشكل من البكتيريوكلوروفيل ج، مُحاطة ببروتينات ودهون. توجد الكلوروسومات خارج الغشاء الذي يُغطي مركز التفاعل. تستخدم بكتيريا الكبريت الخضراء وبعض أنواع الكلوروفليكسيا مُركّبات بيضاوية الشكل تُعرف باسم الكلوروسوم لالتقاط الضوء. يكون شكل البكتيريوكلوروفيل فيها أخضر اللون. [ 7 ]

في البكتيريا الزرقاء والنباتات

تُعدّ الكلوروفيلات والكاروتينات عناصر مهمة في مركبات حصاد الضوء الموجودة في النباتات. يكاد الكلوروفيل ب أن يكون مطابقًا للكلوروفيل أ ، باستثناء احتوائه على مجموعة فورميل بدلًا من مجموعة ميثيل . هذا الاختلاف البسيط يجعل الكلوروفيل ب يمتص الضوء بأطوال موجية تتراوح بين 400 و500  نانومتر بكفاءة أعلى. أما الكاروتينات فهي جزيئات عضوية خطية طويلة تحتوي على روابط أحادية وثنائية متناوبة على طولها. تُسمى هذه الجزيئات بالبوليينات . ومن أمثلة الكاروتينات الليكوبين وبيتا كاروتين . تمتص هذه الجزيئات الضوء بكفاءة عالية في نطاق 400-500  نانومتر. وبسبب نطاق امتصاصها، تظهر الكاروتينات باللونين الأحمر والأصفر، وهي المسؤولة عن معظم الألوان الحمراء والصفراء الموجودة في الفواكه والزهور .

تؤدي جزيئات الكاروتينويد أيضاً وظيفة وقائية، إذ تثبط التفاعلات الكيميائية الضوئية الضارة، وخاصة تلك التي تتضمن الأكسجين ، والتي قد يسببها التعرض لأشعة الشمس. وتموت النباتات التي تفتقر إلى جزيئات الكاروتينويد بسرعة عند تعرضها للأكسجين والضوء.

الفيكوبيلوزوم

مخطط تخطيطي للوحدات الفرعية البروتينية في الفيكوبيلوزوم.

يُعرف مُركّب حصاد الضوء ذو الشكل الهوائي في البكتيريا الزرقاء ، والطحالب الزرقاء ، والطحالب الحمراء باسم الفيكوبيلوزوم؛ وهو مُكوّن من أصباغ رباعية البيرول الخطية. تكون مُركّبات الصبغة-البروتين، والتي يُشار إليها باسم R-فيكوإريثرين، عصوية الشكل، وتُشكّل قضبان ونواة الفيكوبيلوزوم. [ 7 ] يصل القليل من الضوء إلى الطحالب التي تعيش على عمق متر واحد أو أكثر في مياه البحر، حيث تمتص مياه البحر الضوء. تُعدّ الأصباغ، مثل الفيكوسيانوبيلين والفيكوإريثروبيلين ، هي الكروموفورات التي ترتبط عبر رابطة ثيوإيثر تساهمية بالبروتينات الخالية من الصبغة عند بقايا السيستين. يُطلق على البروتين الخالي من الصبغة مع كروموفوره اسم الفيكوسيانين، والفيكوإريثرين، والألوفيكوسيانين، على التوالي. غالباً ما توجد هذه الجزيئات على شكل سداسيات من الوحدات الفرعية α و β (α 3 β 3 ) 2. وهي تعزز كمية ونطاق امتصاص الضوء الطيفي وتملأ "الفجوة الخضراء" التي تحدث في النباتات العليا. [ 8 ]

يتميز التركيب الهندسي للفيكوبيلوزوم بأناقته الفائقة، مما يُسفر عن كفاءة عالية في نقل الطاقة تصل إلى 95%. يتكون من نواة مركزية من الألوفيكوسيانين ، تقع فوق مركز التفاعل الضوئي. تتفرع من هذه النواة وحدات فرعية من الفيكوسيانين والفيكوإريثرين على شكل أنابيب رفيعة. يزيد هذا من مساحة سطح الجزء الممتص، ويساعد على تركيز طاقة الضوء وتوجيهها نحو مركز التفاعل لتكوين الكلوروفيل. يحدث انتقال الطاقة من الإلكترونات المثارة التي تمتصها الأصباغ في وحدات الفيكوإريثرين الفرعية على محيط هذه الهوائيات في مركز التفاعل في أقل من 100 بيكو ثانية. [ 9 ] 

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ لوكستين، هايكو؛ رينجر، غيرنوت؛ غوتزه، يان ب. (2021-06-02). "مركبات حصاد الضوء الضوئي (الهوائيات) - الهياكل والوظائف" . الجزيئات . 26 ( 11) 3378. doi : 10.3390/molecules26113378 . PMC 8199901. PMID 34204994 .  
  2. 1 2 3 4 فاسيولي، فرانشيسكا؛ دينشو، رايوموند؛ أربين، بول سي؛ سكولز، غريغوري دي. (2014-03-06). " حصاد الضوء في عملية التمثيل الضوئي: الإكسيتونات والتماسك" . مجلة الجمعية الملكية للواجهات . 11 (92) 20130901. Bibcode : 2014JRSI...1130901F . doi : 10.1098/rsif.2013.0901 . PMC 3899860. PMID 24352671 .  
  3. ↑ كولبراندت، فيرنر (يونيو 1995). "بنية ووظيفة معقدات حصاد الضوء البكتيرية" . ستراكشر . 3 (6): 521-525 . doi : 10.1016/S0969-2126(01)00184-8 . PMID 8590011 . 
  4. 1 2 3 راموس، فيليبي كاردوسو؛ نوتولي، ميشيل؛ كوبيليني، لورينزو؛ مينوتشي، بينيديتا (30 أكتوبر 2019). "الآليات الجزيئية للتكيف الضوئي في مركبات حصاد الضوء للبكتيريا الأرجوانية كما كُشِف عنها من خلال نمذجة متعددة المقاييس" . العلوم الكيميائية . 10 (42): 9650-9662 . doi : 10.1039/C9SC02886B . ISSN 2041-6539 . PMC 6988754. PMID 32055335 .   
  5. ^ فاغنر-هوبر آر، برونيشولز آر إيه، بيسيج الأول، فرانك جي، سوتر إف، زوبر إتش (1992). "الهيكل الأساسي للبولي ببتيدات الهوائي لـ Ectothiorhodospira halocloris و Ectothiorhodospira halophila. أربعة ببتيدات هوائي من النوع الأساسي في E. haloكلورis و E. halophila " . يورو. جي. الكيمياء الحيوية . 205 (3): 917– 925. بيب كود : 1992EJBio.205..917W . دوى : 10.1111/j.1432-1033.1992.tb16858.x . بميد 1577009 . 
  6. ↑ برونيشولز، ر. أ.، وزوبر، هـ. (1992). "بنية ووظيفة وتنظيم عديدات ببتيد الهوائي ومجمعات الهوائي من العائلات الثلاث لـ Rhodospirillaneae". مجلة الكيمياء الضوئية والبيولوجيا الضوئية، الجزء ب . 15 (1): 113-140 . Bibcode : 1992JPPB...15..113B . doi : 10.1016/1011-1344(92)87010-7 . PMID 1460542 . 
  7. 1 2 هو، شيتشي؛ داميانوفيتش، آنا؛ ريتز، ثورستن؛ شولتن، كلاوس (26-05-1998). "بنية وآلية جهاز حصاد الضوء في البكتيريا الأرجوانية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 95 (11): 5935-5941 . Bibcode : 1998PNAS...95.5935H . doi : 10.1073/pnas.95.11.5935 . ISSN 0027-8424 . PMC 34498. PMID 9600895 .   
  8. ↑ سينغ، ن.ك.؛ سوناني، ر.ر.؛ راستوجي، ر.ب.؛ ماداموار، د. (2015). "الفيكوبيلوزومات: شرط أساسي مبكر لعملية التمثيل الضوئي الفعالة في البكتيريا الزرقاء" . مجلة EXCLI . 14 : 268-289 . doi : 10.17179/excli2014-723 . PMC 4553884. PMID 26417362 .  
  9. ↑ حصاد الضوء بواسطة الفيكوبيلوزومات المراجعة السنوية للفيزياء الحيوية والكيمياء الفيزيائية الحيوية المجلد 14: 47-77 (تاريخ نشر المجلد يونيو 1985)

للمزيد من القراءة

  • كافاري (2009) البنية الوظيفية للمجمعات الفائقة للنظام الضوئي الثاني في النباتات العليا. مجلة EMBO 28: 3052-3063
  • جوفيندجي وشيفيلا (2011) مغامرات مع البكتيريا الزرقاء: منظور شخصي. مجلة فرونتيرز في علوم النبات .
  • ليو وآخرون (2004) التركيب البلوري لمركب حصاد الضوء الرئيسي في السبانخ بدقة 2.72 أنغستروم. مجلة نيتشر 428: 287-292.
  • لوكستين (1994) دور تبديد الطاقة في مُركّب حصاد الضوء II: دراسة فلورية حيوية في حالة الإثارة الزائدة حول أصل إخماد الطاقة العالية. مجلة الكيمياء الضوئية والبيولوجيا الضوئية 26: 175-184
  • ماكول (1998) فيكوبيلوزومات البكتيريا الزرقاء. مجلة علم الأحياء الهيكلي 124 (2-3): 311-34.