Новости химической науки > Обнаружен новый тип хлорофилла

Впервые более, чем за шесть десятков лет исследователям удалось обнаружить новый тип хлорофилла, пигмента, который применяется как растениями, так и бактериями для преобразования энергии солнечного света в химическую в ходе процесса фотосинтеза.

Хлорофиллы a-f различаются строением заместителей в порфириновом цикле. (Рисунок из Chemical & Engineering news, 2010, 88, 34, 7)

Новый тип хлорофилла, получивший название хлорофилл f (chlorophyll f) был обнаружен в цианобактериях, ареал обитания которых – скальные пласты, расположенные на западном побережье Австралии. Хлорофилл f поглощает свет в красной и инфракрасной области спектра – в более длинноволновой области, чем его четыре «брата-близнеца», таким образом расширяя границы спектра, который может усваиваться фотосинтетическими организмами. Результаты нового исследования могут быть полезны для тех, кто планирует использовать биотехнологию для производства возобновляемой энергии из солнечного света.

Возглавлявший команду исследователей Мин Чен (Min Chen) из Университета Сиднея отмечает, что открытие нового хлорофилла оказалось весьма неожиданным. До настоящего времени последний тип хлорофилла был обнаружен в 1943 году, причем до 1996 года исследователи полагали, что хлорофилл d является лабораторным артефактом, так как долгое время его не могли обнаружить в природных объектах. Только в 1996 году японским исследователям удалось обнаружить цианобактерии, фотосинтез в организме которых происходит за счет хлорофилла d, также поглощающего свет в красном и ближнем инфракрасном диапазоне спектра.

Исследователи из группы Чена вели на участке побережья Австралии Хамелин Пул поиск микроорганизмов, способных вырабатывать хлорофилл d, и неожиданно обнаружили бактерию, вырабатывающую хлорофилл f. В прибрежных водах Хамели Пул биологические пленки цианобактерий образуют твердые скалистые структуры – строматолиты (stromatolites). Исследователи отбирали такие строматолиты и выращивали их. При облучении красным светом в строматолитах росли цианобактерии, которые вырабатывали не только хлорофилл d, но и неизвестный пигмент, хлорофилл f, строение которого было установлено с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса.

Хлорофилл f лишь незначительно отличается от хлорофиллов a, b и d. Его уникальность главным образом заключается в наличии формильного заместителя у атома углерода С2 молекулы пигмента, в то время, как у хлорофилла d, например, этот заместитель расположен у атома углерода С3. Это незначительное отличие в строении приводит к существенному изменению спектральных свойств пигмента, позволяя хлорофиллу f поглощать свет с длиной волны до 760 нм, что примерно на 20 нм глубже в инфракрасную область, чем у хлорофилла d. Цианобактерии, вырабатывающие хлорофилл-f, имеют преимущество перед другими цианобактериями, так как они могут поглощать более длинноволновое излучение, глубже проникающее в скалистые образования.

Роберт Бланкеншип (Robert Blankenship), специалист по фотосинтетическим реакциям из Университета Вашингтона отмечает, что открытие австралийских коллег может иметь существенное значение для развития биотехнологии, так как оно потенциально позволяет использовать более широкий диапазон спектра, и может увеличить эффективность фотосинтеза, например, в производства биотоплива.

На следующем этапе исследования Чен планирует более подробно изучить механизм фотосинтеза с участием хлорофилла f, а также более точно установить вид цианобактерии, вырабатывающего хлорофилл f.

Источник: Science, DOI: 10.1126/science.1191127

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #молекулярная биология