Spectroscopy of Photosynthetic Pigment-Protein Complex LHCII

Abstract

Light-harvesting pigment-protein complex of photosystem II is the most abundant membrane protein in the biosphere, comprising more than half chlorophyll molecules. The protein plays a role of photosynthetic antenna, collecting solar radiation and transferring excitations towards the reaction centers, where electric charge separation takes place. Efficient excitation energy capture and transfer requires unique organization of the complex and unique photophysical properties of the accessory pigments: chlorophylls and carotenoids. LHCII is also a place where extremely harmful singlet oxygen may be generated, under strong illumination conditions. Several physical mechanisms have been found in LHCII, operating to protect the photosynthetic apparatus against light-induced damage, including chlorophyll triplet and singlet excitations quenching by carotenoids. In this paper we discuss the results of our recent studies, carried out with the application of several molecular spectroscopy techniques (electronic absorption, fluorescence, resonance Raman and FTIR), designed to investigate molecular mechanisms responsible for regulation of excitation density in LHCII. Among the most interesting findings are the light-induced molecular configuration changes of the LHCII-bound xanthophylls, leading to conformational rearrangements of the protein. These mechanisms are discussed in terms of excessive excitation quenching in the pigment-protein complex subjected to overexcitation. Such an activity seems to represent a vital regulatory process in the photosynthetic apparatus, at the molecular level, protecting plants against photodegradation.

Przydatność źródeł światła zbudowanych w oparciu o diody charakteryzujące się widmem ciągłym światła białego wzbogaconym o pasmo niebieskie w hodowli zbóż

“…1), dla każdego ze źródeł, wynikają z faktu, iż PAR to zakres widma absorbowanego w sposób selektywny przez anteny chlorofilowe, z maksimami absorbcji w zakresie światła niebieskiego: 465 i 454 [nm] oraz w zakresie światła czerwonego: 642 i 662 [nm], dla chlorofilu a oraz b, odpowiednio. Tak więc jedynie niewielka część radiancji z zakresu widzialnego jest kompatybilna z antenami chlorofilowymi (Gruszecki i in., 2012). Przeprowadzona dyskusja pokazuje, że dla celów uprawy roślin w szklarniach należy wykonywać pomiary porównawcze strumieni fotonów PPFD i radiancji fotosyntetycznie aktywnej za pomocą dedykowanych mierników, gdyż ocena natężenia światła "na oko" może być bardzo złudna, szczególnie w przypadku źródeł światła o różnej charakterystyce.…”

“…HPS nie emitują światła niebieskiego (450-470 nm) a maksymalne natężenie ich widma kumuluje się w zakresie barwy pomarańczowej (ok. 600 nm). Dodatkową wadą lamp sodowych są straty cieplne wynikające z relatywnie niskiej efektywności (Tabaka i Derlecki, 2012;Gruszecki i in., 2012). Stąd pomysł budowania oświetlaczy z diodami LED i instalowania ich w szklarniach, co staje się powszechne w ogrodnictwie (Owen i Lopez, 2015).…”

Usefulness of LED lightings in cereal breeding on example of wheat, barley and oat seedlings

“…The spectrum of fluorescent lamps provides the energy captured mainly by chlorophyll b in the range of red light and in a much smaller scale by the antenna sensitive to the blue light, whereas the xenon lamp has quite rich blue light spectrum [2] . Almost half of the energy of those lamps is emitted in the spectral range that is not recognized by the chlorophyll antenna [3] . High pressure sodium lamps (HPS), so frequently used in greenhouses due to the high power, are in fact even less effective because they practically do not emit the blue light (450-470 nm) and their maximum efficiency consists an orange light (approx.…”