Temperature dependence of the triplet-triplet energy transfer in photosynthetic light-harvesting complexes

Abstract

Singletní stav molekulárního kyslíku je vysoce reaktivní a může být populován pomocí zhášení tripletních stavů chlorofylů (Chl). Ve fotosyntetických světlos- běrných komplexech (LHCs) je generaci sigletního kyslíku předcházeno pomocí ochranného mechanismu, jenž je založen na přenosu energie pomocí Dexterova mechanismu z Chl tripletů na karotenoidy. V této práci byla studována teplotní závislost Dexterova mechanismu přenosu energie ve třech vybraných světlosběrných komplexech pomocí transientí absorpční spektroskopie. Především byl zkoumán chlorofyl a- chlorofyl c2-peridinin-proteinový komplex (acpPC) isolovaný z obrněnky Amphidinium carterae. Výsledky získané z acpPC byly porovnány s daty naměřenými na LHC-II z hrachu a chlorosomy z Chloroflexus aurantiacus. Všechny tři kom- polexy vykazují vysokou efektivitu a rychlost zhášení Chl tripletů karotenoidy za pokojové teploty, což brání akumulaci Chl tripletů. V případě LHC-II je vysoká rychlost zhášení zachována za nízkých teplot (≥77 K). Naopak efektivita zhášení Chl tripletů s klesající teplotou klesá, jak je patrnné z detekce Chl tripletů s milisekundovou dobou života. Tyto triplety byly přiřazeny k Chl lokalizovaným na okraji komplexu, které nesousedí s karotenoidy aktivními za 77 K. Dlouho žijící Chl triplety byly pozorovány i v acpPC komplexu....

Toxic singlet oxygen can be populated by the quenching of triplet states of chlorophyll (Chl). In photosynthetic light-harvesting complexes (LHCs), the gen- eration of singlet oxygen is prevented by a photoprotective mechanism based on an energy transfer from Chl triplets to carotenoids, which occurs via a Dexter mechanism (DET). The temperature dependence of the DET was studied in three selected LHCs by means of transient absorption spectroscopy. The emphasis was on a chlorophyll a-chlorophyll c2-peridinin-protein complex (acpPC) of Dinoflagel- late Amphidinium carterae. The results obtained from acpPC were compared with those for LHC-II from pea and chlorosomes of Chloroflexus aurantiacus. All three antennas exhibit high efficiency and fast rate of chlorophyll triplet quenching by carotenoids at room temperature, which prevents the accumulation of Chl triplets. The fast rate of quenching persists at low temperatures (≥77 K) in the case of LHC-II. However, the efficiency of the Chl triplets quenching is lower as proved by a detection of long-lived Chl triplets with a millisecond lifetime. These triplets were assigned to peripheral Chls that are not neighbouring with carotenoids active at 77 K. A similar population of long-lived Chl triplets was detected in the acpPC complex. In acpPC, the rate of the...