Referaatopsomming

’n Ondersoek na die opgewekte elektroniese toestande van karotenoïede in die hoofligversamelingskompleks van plante (LHCII) deur femtosekondepomp-proefspektroskopie

A. Singh, T.P.J. Krüger

Copyright: © 2016. The Author(s). Licensee: AOSIS.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

Investigating the excited electronic states of carotenoids in the main plant light-harvesting complex (LHCII) via femtosecond pump-probe spectroscopy. Photosynthesis involves the main plant light-harvesting complex (LHCII) pigments (chlorophylls and carotenoids). These pigments absorb and transfer photoenergy to lower excited electronic energy states. Carotenoids protect plants against over-illumination. The ultrafast dynamics of carotenoid excited states in spinach leaves were investigated upon intensity-dependent, selective carotenoid excitation through femtosecond pump-probe spectroscopy.

Natuurlike fotosintese is die grootste energiestoringsproses op aarde. Die fotosintetiese ligversamelingsapparatuur van plante bestaan hoofsaaklik uit ingewikkelde pigment-proteïenkomplekse. Die hoofligversamelingskompleks (LHCII) van plante is die mees algemene membraanproteïen op aarde. LHCII bestaan uit drie identiese proteïene wat elk 18 pigmente bind (Lui et al. 2004). Die pigmentmolekule (naamlik chlorofil [Chl] en karotenoïede [Kar]) vang ligenergie vas en word sodoende na hoër elektroniese energietoestande opgewek. Hierdie elektroniese energieopwekkings beweeg op ’n ultravinnige tydskaal na naburige komplekse en uiteindelik na die reaksiesentrum, waar ’n ladingskeiding geïnduseer word vir die tydelike berging van die geabsorbeerde energie. Die merkwaardige snelheid van hierdie proses vorm die basis vir die hoë doeltreffendheid hiervan. Plante is selfbeskermend teen oorbeligting deur niefotochemiese dowing (NPQ). Een deel van NPQ is die vinnige omskakeling van die fotosintetiese ligversamelingsapparaat van ’n doeltreffende ligversamelaar na ’n doeltreffende fotobeskermer. NPQ raak van oortollig geabsorbeerde energie ontslae deur die vrystelling van warmte. Karotenoïede speel ’n belangrike rol in hierdie omskakeling om potensieel skadelike chlorofiltriplette te doof. In hierdie projek is die ultravinnige dinamika van die opgewekte toestande van geïsoleerde LHCII-Kar ondersoek en gekarakteriseer deur femtosekondepomp-proefspektroskopie te gebruik. Die komplekse is uit spinasieblare onttrek. Deur golflengtes van 494 nm en 506 nm te gebruik, is die Kar selektief opgewek: luteïen1 en neoksantien is by 494 nm en luteïen2 en violaksantien by 506 nm opgewek. Die LHCII-monster het ’n optiese digtheid van 0.5/mm by die Qy–absorpsiepiek van Chl a gehad. Die 30 fs-pomppuls wek ’n spesifieke pigmentmolekuul op en word na ’n vasgestelde vertragingstyd gevolg deur ’n proefpuls, ’n uniforme superkontinuüm wat die hele sigbare gebied dek. Die groot getal absorpsiespektra van hierdie twee pulse word vervolgens deur die sagteware Glotaran (Snellenburg, Laptenok & Seger, et al. 2012) (Globale en Teikenanalise) geanaliseer. Ons analisemodel bestaan uit vyf kompartemente wat sekwensieel of in serie ná mekaar verval. Die ooreenstemmende tempokonstantes (die omgekeerde van die vervalleeftye) kom ooreen met spesifieke energieoordragprosesse tussen Kar- en Chl-energietoestande, sowel as verval na laer energietoestande binne dieselfde molekule. Dit word vertoon deur evolusiegeassosieerde spektra (EAS). Vir ’n tipiese eksperiment (pomppuls op 494 nm en met ’n energie van 20 nJ), was die leeftye soos volg: Die eerste ultravinnige leeftyd van 125 fs dui op die verval van die Kar se S2-energietoestand en word in die EAS met verbleiking van die grondtoestand geassosieer; die tweede leeftyd van 1.24 ps verwys hoofsaaklik na die energie-oordrag vanaf Chl b na Chl a; die derde leeftyd hou hoofsaaklik verband met die verval van die Kar S1-toestand terug na die grondtoestand; die vierde leeftyd van 2.50 ns verwys na fluoressensie van Chl a; terwyl die laaste, lang leeftyd van 1 μs die ordegrootte van die verval van die triplettoestand van Kar aandui (die Kar-triplet het binne enkele ps die energie van enige gevormde Chl-triplet ontvang). Hierdie leeftye kan vergelyk word met gepubliseerde waardes (sien onder meer Gradinaru, et al. 2000).

Literatuurverwysings