3.3.3. Фикобилины

Фикобилины – фикоэритрин, фикоцианин 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 метиновыми (-СН=) и метиленовыми (-СН₂-) мостиками и содержат различные радикалы в форме метильных (-СН₃), винильных (-СН=СН₂-), этильных (-СН₂-СН₃) групп, а также два остатка пропионовой кислоты (-СН₂-СН₂-СООН).

Основной пигмент этой группы фикоцианин (синего цвета) представляет 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).

К группе фикобилинов относится также 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 НСl. 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 –СН₂-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 фикобилипротеинов характерна яркая флуоресценция, у фикоэритрина – оранжевая с максимумом около 575 нм, у аллофикоцианина – красная флуоресценция 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 фикобилисом 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 фикобилисоме позволяет с высокой скоростью и эффективностью осуществлять процессы миграции энергии, поголощаемой фикобилинами, на хлорофилл а, локализованный в мембране.

Фикобилины функционируют как дополнительные пигменты в составе фотосистемы II. По данным ряда авторов (Duysens, 1951; 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.