Dynamika tripletních stavů pigmentů ve fotosyntetických světlosběrných komplexech

Abstract

Chlorofyl v tripletním excitovaném stavu může reagovat s kyslíkem v základním stavu za vzniku kyslíku v singletním excitovaném stavu, který je velmi reaktivní a proto škodlivý pro světlosběrný aparát. Fotosyntetické organismy předcházejí tomuto poškození využitím karotenoidů, které účinně zháší singletní stav kyslíku i tripletní excitovaný stav chlorofylů. V této práci používáme ns transientní absorpční spektroskopii a globální analýzu ke studiu dynamiky tripletních stavů karotenoidů a chlorofylů ve dvou světlosběrných komplexech Amphidinium carterae - Peridinin-Chlorofyl a-Protein komplexu (PCP) a hlavním světlosběrném komplexu Amphidinium carterae (LHCP). Za pokojové teploty se všechny triplety zdají být přeneseny z chlorofylů na karotenoidy během ~ 5 ns, čímž je účinně bráněno vzniku singletního kyslíku. V PCP se na zhášení tripletů chlorofylu podílí jeden triplet karotenoidu s dobou života ~ 10.2 µs, zatímco výsledky z LHCP naznačují, že se na zhášení tripletů chlorofylu podílí dva karotenoidy se vzájemně podobnou dobou života ~ 2.5 µs. Tyto dva karotenoidové triplety jsou připsány peridininu umístěnému v LHCP v polárním prostředí a peridininu umístěnému v LHCP v nepolárním prostředí.

Chlorophyll molecules in their triplet excited state can react with the ground state oxygen, producing oxygen in a singlet excited state, which is very reactive and thus very harmful to the light-harvesting complex. Photosynthetic organisms employ carotenoids to prevent the damage by quenching both excited (singlet) states of oxygen and excited triplet states of chlorophyll. In this work, we use ns transient absorption spectroscopy and global analysis to study the dynamics of carotenoid and chlorophyll triplet states in two light-harvesting complexes of Amphidinium carterae, the Peridinin-Chlorophyll a-Protein complex (PCP) and the main light-harvesting complex (LHCP). It appears that at room temperature all triplets are transferred from chlorophylls to carotenoids within ~ 5 ns, providing a very efficient protection against formation of singlet oxygen. One carotenoid triplet with a lifetime of ~ 10.2 µs participating in the chlorophyll triplet quenching was observed in the PCP sample, while results from LHCP suggest that two carotenoid triplets with a similar lifetime of ~ 2.5 µs contribute to quenching of chlorophyll triplet states. The two carotenoid triplets are attributed to peridinin placed in a polar environment and peridinin placed in a non-polar environment in the LHCP complex.