Pourquoi les organismes photosynthétiques évolué pour avoir dimère centres de réaction

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L’Excitation de transfert d’énergie améliorations pensée pour compenser la diminution de la charge de l’efficacité de transfert de passe à partir de monomères à dimères

Ancien de réaction photosynthétique des centres pour la conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique ont été monomère. Moderne photosynthétique des centres de réaction, cependant, sont toutes dimère. Maintenant, les scientifiques de l’Australie ont présenté les six explications possibles de cette évolution de l’interrupteur et ont conclu que la raison la plus plausible est que les dimères des structures de l’amélioration de la réaction du centre de l’exciton – et de transfert de charge des capacités.

Réaction de photosynthèse centres sont des protéines pigment de complexes de convertir l’énergie solaire à partir de la lumière du soleil en énergie chimique grâce à un processus appelé la séparation de charge. Ils existent sous forme de dimères, ce qui signifie qu’ils ont deux monomère sous-unités qui fonctionnent ensemble. Deux molécules de la chlorophylle de la paire, qui agissent comme un exciton accepteur et de la charge du donneur, de joindre les deux monomères.

Source: © Ivan Kassal/Université de Sydney

Au début de la réaction des centres de dimerised et complètement déplacés de leurs monomères ancêtres

Des milliards d’années, les ancêtres de ces complexes existé comme des unités individuelles mais personne n’est venu avec un définitif de la raison de ce changement. “Tous les réaction de photosynthèse centres de dimère à l’architecture, à la fois au niveau de la protéine et le cofacteur niveau, où un étroitement couplé pigment dimère est au cœur du complexe, explique Robert Blankenship, qui étudie comment la photosynthèse a évolué à l’Université de Washington à St Louis, états-unis. “Le évolutive et fonctionnelle raisons de ce dimère de l’architecture ont longtemps été discutés et ont s’est avéré difficile à comprendre.’

Maintenant, Natasha Taylor et Ivan Kassal, de l’Université de Queensland et de l’Université de Sydney, respectivement, ont abordé la question: pourquoi la réaction de photosynthèse des centres de dimère? “La structure des centres de réaction a d’abord été résolu dans les années 1980, une réussite reconnue par un prix Nobel en 1988, et nous avons appris beaucoup de choses sur la façon dont ils travaillent depuis”, explique Kassal. “Mais, le but de la dimerism, et du couplage fort à l’intérieur de la paire, a été une question importante depuis le début.’

Ils proposent six évolution des explications pour réaction du centre de dimérisation:

Explication 1
De dimérisation eu lieu au hasard. Cette explication est peu probable que ces changements sont très peu de chances de survivre dans le grand organisme populations.

Explication 2
De dimérisation servi structurel but. Cependant, cette explication ne suffit pas à expliquer la forte paire spéciale de couplage qui est important pour la réaction du centre de la fonctionnalité.

Explication 3
De dimérisation signifie que la réaction pourrait avoir deux quinones, des molécules qui aide dans le transfert d’électrons dans la réaction du centre. Cependant, le transfert entre les quinones est une évolution récente du phénomène et ne permet pas d’expliquer pourquoi l’ancestrale de la réaction du centre a besoin pour devenir un dimère.

Explication 4
De dimérisation permis à l’organisme d’absorber plus de longueurs d’onde de la lumière à l’intérieur de la paire, le sens qu’il pourrait survivre dans un environnement où d’autres organismes ont été la récolte de plus courtes longueurs d’onde de la lumière pour survivre. Ceci, cependant, ne permet pas d’expliquer pourquoi le monomère centres de réaction s’est éteinte, comme pas beaucoup d’organismes photosynthétiques nécessitent de plus longues longueurs d’onde de la lumière pour survivre. Par conséquent, il n’y aurait pas de pression pour l’organisme de faire évoluer ses réaction en centre avoir un dimère de la structure, dans ce cas.

Explication sur 5
De dimérisation conduit à une augmentation du potentiel d’oxydoréduction dans le couplé paire spéciale, ce qui améliore le transfert d’électron. Cependant, l’ancestrale réaction n’était pas oxygénique, et n’a pas besoin d’un haut potentiel d’oxydo-réduction. Par conséquent, il n’y a pas de raison pour que la réaction de centre devenir un dimère, dans ce cas.

Explication sur 6
De dimérisation amélioration de la réaction fonctions principales, soit comme un exciton accepteur ou comme une charge séparateur. Cette amélioration de la réaction du centre de l’efficacité. Cela semble être l’explication la plus probable.

Bien que les cinq premières explications ne peut pas être complètement exclue, ils n’expliquent pas pourquoi les centres de réaction évolué dimère et pourquoi ils ont survécu pendant des milliards d’années, alors que le monomère versions de la mort de l’. “Cette explication gauche 6, qui est que les dimerism l’amélioration de l’une des fonctions de base de la réaction du centre, soit d’accepter l’exciton ou à la conduite de la séparation de charge”, explique Kassal.

Taylor et Kassal analysées à l’explication de 6. Ils ont pris un moderne centre réaction et conçu un modèle pour la plausibles d’évolution de l’événement qui a entraîné la structure dimère. De dimérisation pourrait avoir augmenté de réaction du centre d’efficacité de 50%, comme indiqué dans le modèle. Ce résultat signifie explication 6 est une cause probable de centres de réaction devient de dimère.

Le évolutive et fonctionnelle raisons de ce dimère de l’architecture s’est avéré difficile à comprendre

Dimitrios Pantazis, un expert de l’naturelles et des systèmes de photosynthèse artificielle à l’Institut Max Planck pour la Recherche Charbon, l’Allemagne, prend en charge explication 6. “Nous avons pratiquement aucune information directe sur les débuts de l’évolution de la photosynthèse, et cette question ne peut jamais recevoir de réponse définitive – ou celui qui satisfait tout le monde – mais Taylor et Kassal de l’analyse sans doute fournit une explication convaincante. L’analyse des points fermement à la mise en valeur de l’énergie d’excitation de transfert comme une explication évolutionniste, qui fait plus que compenser une diminution du rendement du transfert de charge.’

Taylor et Kassal sont maintenant se poser d’autres questions. “Peut-nos explications être testé expérimentalement? Peut-on être plus précis à propos de la reconstruction de l’primordial de dimérisation de l’événement? Comment et pourquoi avez-dimérisation et à la délocalisation d’évoluer après l’original de dimérisation de l’événement, et que peuvent-ils dire à propos de la fonction d’aujourd’hui des centres de réaction?’ Ils espèrent apporter plus de réponses à la lumière.

Références

Cet article est en accès libre

N Taylor et je Kassal, Chem. Sci., 2019, DOI: 10.1039/c9sc03712h

Alistair Shearer