광수집 복합체

3. 시아노박테리아와 식물의 광수집 복합체

시아노박테리아, 글라우코조류, 홍조류의 안테나 모양 광수집 복합체는 피코빌리솜이며 선형 테트라피롤 색소로 구성되어 있다.^[16] 엽록소와 카로티노이드는 식물에 존재하는 광수집 복합체에서 중요한 역할을 한다.

3. 1. 엽록소와 카로티노이드

3. 2. 피코빌리솜

4. 광수집 복합체의 기능

광합성은 색소 단백질 복합체가 빛을 흡수하거나 포집하여 햇빛을 에너지로 전환하는 과정이다.^[5] 포착된 광자의 에너지가 전자 전이의 에너지와 일치할 때, 색소 단백질 복합체는 햇빛을 포집하여 전하 분리 과정이 일어날 수 있는 반응 중심에 전자 여기를 전달한다.^[6] 여기된 에너지는 전자기적 상호 작용을 통해 한 분자에서 다른 분자로 전달될 수 있는데, 이 과정을 공명 에너지 전달이라고 하며, 그 속도는 에너지 공여체와 에너지 수용체 분자 사이의 거리에 크게 의존한다. 여기된 분자가 다시 바닥 상태로 전이되기 전에 에너지를 수확해야 하며, 이 에너지는 발색단 사이에서 전달되며 반응 중심으로 전달된다.^[7] 빛 수확 복합체는 이러한 속도를 최적화하기 위해 색소를 특별히 배치한다.

자색세균은 LH1과 LH2로 불리는 두 개의 색소 단백질 복합체로 구성된 광수집 복합체를 가진 광합성 생물의 일종이다.^[8] LH1 복합체는 반응 중심을 둘러싸고 있는 반면, LH2 복합체는 LH1 복합체와 반응 중심 주위에 주변 방식으로 배열되어 있다.^[9][10] 자색세균은 박테리오클로로필과 카로티노이드를 사용하여 빛 에너지를 모으는데, 이 단백질들은 막을 가로지르는 원통을 형성하며 고리 모양으로 배열되어 있다.^[11][12]

녹황세균과 일부 클로로플렉시는 클로로솜이라고 알려진 타원체 복합체를 사용하여 빛을 포착한다. 클로로솜은 반응 중심을 덮고 있는 막 외부에 위치하며,^[15] 단백질이 삽입된 지질로 둘러싸인 막대 모양의 BChl c 응집체가 장착되어 있다.^[14]

녹색 식물의 광수집 복합체

엽록소와 카로티노이드는 식물에 존재하는 광수집 복합체에서 중요하다. 엽록소 b는 엽록소 a와 거의 동일하지만, 메틸기 대신에 포르밀기를 가지고 있어 400~500 nm 사이의 파장을 가진 빛을 더 효율적으로 흡수한다. 라이코펜과 β-카로틴과 같은 카로티노이드는 긴 선형 유기 분자로, 길이를 따라 단일 결합과 이중 결합이 번갈아 나타나는 폴리엔이며, 400~500 nm 범위에서 빛을 가장 효율적으로 흡수한다.

흡수 영역 때문에 카로티노이드는 빨간색과 노란색으로 나타나며, 과일과 꽃에 존재하는 빨간색과 노란색의 대부분을 제공한다.

카로티노이드 분자는 산소를 포함하는 손상된 광화학 반응을 억제하는 보호 기능을 한다. 카로티노이드 분자가 없는 식물은 산소와 빛에 노출되면 빠르게 죽는다.

시아노박테리아, 글라우코조류, 홍조류의 안테나 모양 광수집 복합체는 피코빌리솜이라고 하며 선형 테트라피롤 색소로 구성되어 있다. R-피코에리트린이라고 하는 색소-단백질 복합체는 막대 모양이며 피코빌리솜의 막대와 코어를 구성한다.^[16] 피코시아노빌린 및 피코에리트로빌린과 같은 색소는 시스테인 잔기에서 아포단백질에 공유 티오에테르 결합을 통해 결합하는 발색단이다. 발색단을 가진 아포단백질은 각각 피코시아닌, 피코에리트린 및 알로피코시아닌이라고 불리며, 종종 α와 β 소단위체의 육량체(α₃β₃)₂로 존재한다. 이들은 빛 흡수량과 스펙트럼 범위를 증가시키고 고등 식물에서 발생하는 "녹색 간극"을 채운다.^[17]

피코빌리솜은 에너지 전달 효율이 95%에 달하는 정교한 기하학적 배열을 갖는다. 광합성 반응 중심 위에 위치하는 알로피코시아닌의 중심 코어가 있고, 이 중심에서 얇은 튜브처럼 뻗어 나오는 피코시아닌과 피코에리트린 소단위체가 있다. 이는 흡수 영역의 표면적을 증가시키고 빛 에너지를 반응 중심에 집중시켜 엽록소를 형성하는 데 도움이 된다. 이러한 안테나 주변부에 있는 피코에리트린 소단위체에 의해 흡수된 여기된 전자의 에너지 전달은 100 ps 미만으로 반응 중심에 나타난다.^[18]

참조

_[1] 논문 Photosynthetic light harvesting: excitons and coherence 2014-03-06
_[2] 논문 Photosynthetic light harvesting: excitons and coherence 2014-03-06
_[3] 논문 Photosynthetic light harvesting: excitons and coherence 2014-03-06
_[4] 논문 Structure and function of bacterial light-harvesting complexes 1995-06
_[5] 논문 Photosynthetic light harvesting: excitons and coherence 2014-03-06
_[6] 논문 Photosynthetic light harvesting: excitons and coherence 2014-03-06
_[7] 논문 Photosynthetic light harvesting: excitons and coherence 2014-03-06
_[8] 논문 The molecular mechanisms of light adaption in light-harvesting complexes of purple bacteria revealed by a multiscale modeling 2019-10-30
_[9] 논문 The molecular mechanisms of light adaption in light-harvesting complexes of purple bacteria revealed by a multiscale modeling 2019-10-30
_[10] 논문 The molecular mechanisms of light adaption in light-harvesting complexes of purple bacteria revealed by a multiscale modeling 2019-10-30
_[11] 논문 The primary structure of the antenna polypeptides of Ectothiorhodospira halochloris and Ectothiorhodospira halophila. Four core-type antenna polypeptides in E. halochloris and E. halophila 1992
_[12] 논문 Structure, function and organization of antenna polypeptides and antenna complexes from the three families of Rhodospirillaneae 1992
_[13] 논문 Architecture and mechanism of the light-harvesting apparatus of purple bacteria 1998-05-26
_[14] 논문 Architecture and mechanism of the light-harvesting apparatus of purple bacteria 1998-05-26
_[15] 논문 Architecture and mechanism of the light-harvesting apparatus of purple bacteria 1998-05-26
_[16] 논문 Architecture and mechanism of the light-harvesting apparatus of purple bacteria 1998-05-26
_[17] 논문 The phycobilisomes: an early requisite for efficient photosynthesis in cyanobacteria. 2015
_[18] 간행물 Light Harvesting by Phycobilisomes 1985-06