Perché gli organismi fotosintetici evoluti per dimerica reazione centri

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Trasferimento di energia di eccitazione miglioramenti pensato per compensare la diminuzione di carica efficienza di trasferimento per andare da monomeri di dimeri

Antichi centri di reazione fotosintetici per la conversione di energia luminosa in energia chimica, sono stati monomerico. Moderni centri di reazione fotosintetici, però, sono tutte dimerica. Ora, gli scienziati in Australia hanno delineato sei possibili spiegazioni per questo evolutivo interruttore e hanno concluso che la più plausibile motivo è che dimerica strutture migliorato il centro di reazione dell’eccitone – e di trasferimento di carica capacità.

Centri di reazione fotosintetici sono pigmento–proteina complessi che la conversione di energia solare della luce solare in energia chimica attraverso un processo chiamato la separazione di carica. Essi esistono come dimeri, nel senso che sono due subunità monomeriche che lavorano insieme. Due molecole di clorofilla conosciuta come la coppia speciale, che agiscono come un eccitone di accettazione e di carica donatore, unire le due monomeri.

Fonte: © Ivan Kassal/Università di Sydney

Primi reazione centri dimerised e completamente soppiantato i loro antenati monomerico

Miliardi di anni fa, gli antenati di questi complessi è esistito come singola unità, ma nessuno è venuto con un indubbio motivo di questo cambiamento. ‘Tutti i centri di reazione fotosintetici sono dimerica in architettura, sia a livello di proteine e il cofattore livello, dove strettamente accoppiato pigmento dimero è il cuore del complesso, spiega Robert Blankenship, che studia come la fotosintesi è evoluta presso la Washington University di St Louis, stati UNITI. ‘Evolutiva e funzionale ragioni per questo dimerica architettura hanno a lungo discusso e che hanno dimostrato difficile da capire.’

Ora, Natasha Taylor e Ivan Kassal, presso l’Università del Queensland e l’Università di Sydney, rispettivamente, hanno affrontato la lunga domanda: perché sono centri di reazione fotosintetici dimerica? ‘La struttura di reazione centri di prima era risolto nel 1980, un successo riconosciuto con il premio Nobel nel 1988, e abbiamo imparato molto su come funzionano da allora, spiega Kassal. ‘Ma, lo scopo del dimerism, e di accoppiamento forte all’interno della coppia speciale, è stata una questione importante fin dall’inizio.’

Essi propongono sei evolutivo spiegazioni per il centro di reazione dimerisation:

Spiegazione 1
Dimerisation si è verificato in modo casuale. Questa spiegazione è improbabile, in quanto questi cambiamenti sono molto improbabile per sopravvivere in grande organismo popolazioni.

Spiegazione 2
Dimerisation servita strutturale scopo solo. Tuttavia, questa spiegazione non spiega la forte coppia speciale di accoppiamento che è importante per il centro di reazione funzionalità.

Spiegazione 3
Dimerisation significava che il centro di reazione potrebbe avere due quinones, molecole che facilitano il trasferimento di elettroni nel centro di reazione. Tuttavia, il trasferimento tra i chinoni è una evoluzione recente del fenomeno e non spiega perché l’ancestrale centro di reazione necessari per diventare un dimero.

Spiegazione 4
Dimerisation consentito l’organismo ad assorbire lunghezze d’onda della luce all’interno della coppia speciale, il che significa che potrebbe sopravvivere in ambienti in cui altri microrganismi raccolta di brevi lunghezze d’onda della luce per sopravvivere. Questo, tuttavia, non spiega perché il monomerico reazione centri si sono estinti, non un sacco di organismi fotosintetici richiedono più lunghezze d’onda della luce per sopravvivere. Pertanto, non vi sarebbe alcuna pressione per l’organismo evolvere il centro di reazione di avere una struttura del dimero, in questo caso.

Spiegazione 5
Dimerisation hanno portato a una maggiore potenziale redox in accoppiata coppia speciale, che ha migliorato il trasferimento di elettroni. Tuttavia, l’ancestrale centro di reazione non era ossigenato, e non ha bisogno di un elevato potenziale redox. Quindi, c’era meno di un motivo per il centro di reazione a diventare un dimero, in questo caso.

Spiegazione 6
Dimerisation migliorato uno del centro di reazione funzioni principali, come un eccitone accettore o come un separatore di carica. Questo potenziato il centro di reazione dell’efficienza. Questa sembra essere la più probabile spiegazione.

Anche se i primi cinque spiegazioni non può essere del tutto esclusa, essi non spiegano il perché della reazione di centri evoluto per essere dimerica e perché sono sopravvissuti per miliardi di anni, mentre il monomerico versioni morto. ‘Questa sinistra spiegazione 6, che non è che il dimerism migliorato una delle funzioni di base del centro di reazione, o accettando la eccitone di guida o la separazione di carica, spiega Kassal.

Taylor e Kassal poi analizzato spiegazione 6 ulteriori. Hanno preso un moderno centro di reazione e progettato un modello per la plausibile evoluzione dell’evento che ha determinato la struttura del dimero. Dimerisation potrebbero avere un maggior centro di reazione dell’efficienza del 50%, come indicato dal modello. Questo risultato significa che la spiegazione 6 è un motivo probabile reazione centri di diventare dimerica.

Evolutiva e funzionale ragioni per questo dimerica architettura hanno dimostrato difficile da capire

Dimitrios Pantazis, un esperto di naturale e artificiale, sistemi fotosintetici presso l’Istituto Max Planck per la Ricerca sul Carbone, Germania, supporta la spiegazione 6. ‘Non abbiamo praticamente nessuna informazione diretta sulla prima evoluzione della fotosintesi, e a questa domanda non può mai ricevere una risposta definitiva – o uno che soddisfa tutti, ma Taylor e Kassal analisi probabilmente fornisce una spiegazione molto convincente. I punti di analisi saldamente per il miglioramento del trasferimento di energia di eccitazione come una spiegazione evolutiva, che più che compensa la diminuzione di trasferimento di carica all’efficienza”.

Taylor e Kassal ora sono a chiedere ulteriori domande. E ‘possibile il nostro spiegazioni essere sperimentalmente provato? Possiamo essere più precisi circa la ricostruzione del primordiale dimerisation evento? Come e perché dimerisation e la delocalizzazione evolvere dopo l’originale dimerisation evento, e che cosa possono dire circa la funzione di oggi la reazione di centri?’ Essi sperano di portare più risposte alla luce.

Riferimenti

Questo articolo è l’accesso aperto

N Taylor e io Kassal, Chem. Sic., 2019, DOI: 10.1039/c9sc03712h

Alistair Shearer