Light
Harvesting in Photosynthesis
光合作用的光收集
作者：ROBERTA CROCE,RIENK VAN GRONDELLE,HERBERT VAN
AMERONGEN,IVO VAN STOKKUM
出版：CRC Press
索书号：Q945.11/L723/2018/ Y
ISBN: 978-1-4822-1835-0
藏书地点:武大外教中心
这一里程碑式的工作介绍了光合作用的物理、化学和生物原理:光吸收、激发能量转移和电荷分离。它开始介绍各种颜料的性质，以及植物、藻类和细菌系统中的色素蛋白。它解决了光收集的基础物理和关键的光谱方法，包括数据分析。它讨论了自然系统的组装，它的能量转移特性，和调节机制。它还解决了人工系统的光收集和光合作用对我们环境的影响。章节作者是该领域的世界公认的专家。章节分为五个主要部分，第一部分集中在颜料，他们的性质和生物合成，和第二部分看光合蛋白质，包括在高等植物，藻类，蓝藻，和绿色细菌的光收获。第三部分是能量转移和电子传输，讨论了建模方法、量子方面、光诱导电子转移和氧化还原电位调制，然后是光收集研究中的实验光谱学。结论性的最后部分包括关于人工光合作用的章节，主题如使用蓝藻和藻类为可持续的能源生产。Robert Croce是阿姆斯特丹自由大学生物物理学小组的负责人，也是光合作用/能量生物物理学的正教授。Rienk van Grondelle是阿姆斯特丹自由大学的正教授。赫伯特·范·阿莫隆根，瓦赫宁根大学农业技术与食品科学系生物物理学正教授，同时也是微光谱研究机构的主任。Ivo van Stokkum是阿姆斯特丹自由大学(Vrije Universiteit)科学系物理和天文学副教授。
光能转化为化学能最终推动了地球上大多数生物化学的发展。光合生物使用不同的化学和生物结构在不同的环境中收集光。Croce和van Amerongen合成了最近关于含氧光合生物光系统复合物的结构和光谱工作。为了最好地捕获光，光系统包含附属的光收集复合物，其中包含复杂的颜料网络，这些颜料网络将电子激发传递到包含反应中心的核心复合物。在高分辨率X射线和冷冻电子显微镜结构中看到的颜料的排列及其连接性，为我们对光谱测量中获得的能量转移速率的理解提供了信息，反之亦然。出现的模型是许多平行且不相连的能量从外部光收集复合体转移到反应中心的途径之一。
光子的收集是光合作用的第一步，光合作用是将太阳能转化为化学能的生物过程。藻类和植物的光合膜充满了蛋白质复合物，结合许多叶绿素和类胡萝卜素色素，这些色素结合形成功能单元。这些单元称为光系统I和II（PSI和PSII）超复合物，由发生光化学的反应中心（RC）和包含数百种颜料的天线组成。由于即使是阳光直射也是一种稀薄的能量形式，因此天线对于提高RC的光收集能力至关重要。当光被这些复合物之一中的颜料吸收后，会发生激发能量转移（EET）到附近颜料。EET继续进行，直到激励到达RC，在那里发生电荷分离（CS）。能量到达RC的速度越快，光子到电子的转换效率就越高，因为这个过程需要击败颜料的自然激发态衰变。体内PSI和PSII在RC中的捕获发生在20~300 ps以内，PSI的最大量子效率接近1.0，PSII接近0.9。
植物和藻类超复合体的高分辨率结构是使用高级建模详细研究能量流的绝佳起点。植物PSI等复合物已被光谱学详细研究，但对大多数藻类超级复合物的功能行为知之甚少。现在需要对这些配合物进行光谱测量，以将结构与功能联系起来。体内的所有超复合物都嵌入在类囊体膜非常拥挤的环境中，在那里它们可以相互作用，因此下一步是研究其自然环境中的复合物。结构生物学，高级光谱学和建模的结合将为光收集及其在生理相关条件下的调节提供分子理解。这些见解还将为光合装置的合理重新设计提供基础，从而提高作物生产力。
光合作用研究已经解决了特定亚基性能的许多细节方面，而亚基之间的相互作用仍然曝光不足。随着以近原子分辨率发表各种光合多蛋白复合物（“超复合物”）的结构，目前在理解组件的更高层次组织方面正在取得进展。有了这些结构，我们现在可以详细地看到子复合体是如何在物理上相互连接的，这将有助于我们理解它们如何在功能上相互作用。来自各种生物体的复合物也变得可用，为机制的多样性提供了信息。这些复合物的中心核心是所有生物体共有的，而其他特征则显示出与适应不同环境条件相关的变化。在本文中，我们讨论了一些最近确定的光系统I和II（PSI和PSII）超复杂结构，这是含氧光合作用光相中的主要参与者。它们一起捕获阳光以从水中提取电子（PSII）并将NADP还原为NADPH（PSI），而并行地，它们有助于产生用于ATP形成的质子梯度。然后，NADPH和ATP用于黑暗反应，以从CO中合成碳水化合物。+2在Calvin-Benson-Bassham循环中。在这里，我们分析了这些结构与早期光谱和功能研究的关系，并得出了一些意想不到的结果，这些结果应该在未来的研究中进一步解决。
《光合作用的光收集》一书于2019年由CRC Press出版，作者是ROBERTA CROCE,RIENK VAN GRONDELLE,HERBERT VAN AMERONGEN,IVO
VAN STOKKUM。
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本书目录：
第1部分建造光收集装置
一般性质和生物合成
蛋白质环境中的叶绿素:如何计算其光谱和氧化还原特性(从MO到DFT)
陈敏和罗伯特·e·布兰肯希普卡莱斯·库鲁切特和贝内代塔·门努奇
类胡萝卜素:电子状态和生物功能
Harry A. Frank和Bruno Robert
第二部分建造光收集装置
蛋白质高等植物和绿藻的光收获
蓝藻的光收集:藻胆体
Leeat Bar-Eyal, Anat Shperberg-Avni, Yossi Paltiel, Nir Keren和Noam Adir
紫色细菌的光合装置
大卫J.马瑟索尔，大卫A.法默，安德鲁·希区柯克和C.尼尔·亨特
绿色细菌的光收获
Jakub Psenğ和汤姆
叶绿素c的藻类的光捕获复合物
克劳迪娅·布歇尔
反应中心的结构与机理
光合膜蛋白形成超复合物的组织
Egbert J. Boekema和Dmitry A. Semchonok
光保护过剩能量耗散
阿尔伯塔·皮诺拉、戴安娜·基里洛夫斯基、罗伯托·巴西
第三部分:行动中的光收集系统:能量转移和电子传输
激子的概念
列奥纳斯·瓦尔库纳斯、叶夫根尼·赫梅利奥夫和赫伯特·范·阿莫隆根
光合作用光收集过程中的能量转移模型
Viadimir I. Novoderezhkin和Rienk van Grondelle1
光合作用能量转移的量子方面
Susana F. Huelga和Martin B. Plenio
反应中心的光致电子转移托马斯·伦格氧化还原电位的调制
法布里斯·拉帕波特
第四部分:光谱学用于光收集的基本光学光谱
阿尔维·弗赖贝格和杰佐·加拉布
先进的超快光谱法
tomas Polivka和Donatas Zigmantas
光合光收集中的量子相干性实验证据
Gregory D. Scholes, Jacob C. Dean, Jessica M. Anna,
Gregory S. Engel， Rienk
van Grondelle
系统生物物理学:体内光收集和光化学猝灭的全局和目标分析
斯托库姆的伊沃
第五部分人工和自然光合作用
选定的人工光合系统中的光收集、光调节和光保护
凯瑟琳·黄卡特,曼努埃尔·兰索拉-波托莱斯,格尔德尼斯·科迪斯,德文斯·古斯特，安娜·l·摩尔，托马斯·a·摩尔
纳米结构的有机和混合太阳能电池中的电荷
托努·普勒里茨和维利·桑德斯特伦
叶绿素荧光作为描述体内光合作用运作和调节的工具
杰里米·哈宾森
利用蓝藻和藻类收集阳光，在生物经济中实现可持续生产
阿尔芬的帕斯卡和克拉斯·斯洛普亚德
林岚 武汉大学生命科学学院 博士研究生