3.3.3. Фикобилины

Фикобилины фикоцианин, фикоэритрин и аллофикоцианин входят в состав пигментных систем цианобактерий и красных водорослей, где вместе с хлоро­филлом а выполняют функции фоторецепторов в фотосинтезе. Фикобилины представляют группу тетрапиррольных пигментов с открытой цепью (рис. 3.14). Они не содержат металла, отдельные пиррольные кольца соединены метановыми (—СН=) и метиленовыми (—СН₂—) мостиками и включают различные радикалы в форме метальных (—СН₃), винильных (—СН=СН₂), этильных (—СН₂—СН₃) групп, а также два остатка пропионовой кислоты (-СН₂-СН₂-СООН).

Рис. 3.14. Структурные формулы фикобилинов

Основной пигмент этой группы фикоцианин (синего цвета) представляет со­бой комплекс фикоцианобилина (простетическая группа пигмента) с белком и является, таким образом, фикобилипротеидом с молекулярной массой 273 кДа.

Фикоэритрин (красного цвета) — комплекс фикоэритробилина с белком (молекулярная масса 226 кДа). Аллофикоцианин — синий пигмент с молекуляр­ной массой 134 кДа, состоящий из трех субъединиц.

Простетическая группа пигментов при участии двух свободных карбоксиль­ных групп образует прочную ковалентную связь с белком, разрываемую толь­ко при нагревании с НС1. Пигментные комплексы водорастворимы и могут быть извлечены из клеток водорослей горячей водой.

Хромофорной группой фикобилинов является система сопряженных связей, которая образуется при участии атомов углерода и азота пиррольных колец и —СН-мостиков. Молекула фикоэритробилина содержит 6 двойных связей, у фикоцианобилина их 8. Спектры поглощения фикобилинов имеют, как прави­ло, один главный максимум, расположенный в желто-зеленой области спект­ра, которая слабо используется хлорофиллами (рис. 3.15). Через толщу воды наиболее глубоко проникают зеленые лучи, активно поглощаемые фикобилинами.

Для фикобилипротеидов характерна яркая флуоресценция: у фикоэритрина — оранжевая с максимумом около 575 нм, у аллофикоцианина — красная с мак­симумом 660 нм. При денатурации белка и нарушении связей простетические группы фикобилинов теряют способность флуоресцировать.

В клетках водорослей фикобилины находятся в специальных гранулах — фикобилисомах, расположенных на поверхности мембран (рис. 3.16). Пигменты в грануле образуют последовательный ряд функционально связанных пигмент­ных комплексов. На поверхности фикобилисомы расположены коротковол­новые пигменты (фикоэритрин, 570 нм), ближе к мембране — пигменты с более длинноволновым максимумом (фикоцианин, 630 нм; аллофикоцианин, 650 нм и аллофикоцианин В, 670 нм). Такое расположение пигментов в фико-билисоме позволяет с высокой скоростью и эффективностью осуществлять процессы миграции энергии, поглощаемой фикобилинами, на хлорофилл а, локализованный в мембране.

Рис. 3.15. Спектры поглощения Рис. 3.16. Организация фикобилисом

фикобилинов в клетках водорослей

Фикобилины функционируют как дополнительные пигменты в составе фо­тосистемы II. По данным ряда авторов (L.Duysens, 1951; K.French, 1952), 90 % энергии, поглощенной фикобилинами, мигрирует на хлорофилл а и ис­пользуется в фотохимических реакциях. Для понимания физиологической роли данной группы пигментов большое значение имеет явление хроматической адаптации, исследованное в работах Н.М.Гайдукова, А.А.Рихтера, Т.Энгельмана и др. Было установлено, что содержание и состояние пигментов у водо­рослей зависят от условий освещения, и при изменении спектрального соста­ва света изменяется пигментный состав, увеличивается количество пигмен­тов, поглощающих дополнительный по отношению к падающему свет. Про­цесс хроматической адаптации позволяет водорослям оптимально использо­вать световую энергию, проникающую через толщу воды. В процессе эволю­ции, начиная с эвгленовых водорослей, фикобилины как дополнительные пигменты были заменены на

хлорофилл b, циклическая структура которого более устойчива по сравнению с открытой цепью фикобилинов, и дальней­ший путь эволюции фотоавтотрофных организмов происходил на основе двух циклических тетрапирролов — хлорофиллов а и b.