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- A Chlorosome is a photosynthetic antenna complex found in green sulfur bacteria (GSB) and some green filamentous anoxygenic phototrophs (FAP). They differ from other antenna complexes by their large size and lack of protein matrix supporting the photosynthetic pigments. Green bacteria are a group of organisms that generally live in extremely low-light environments, such as at depths of 100 meters in the Black Sea. The ability to capture light energy and rapidly deliver it to where it needs to go is essential to these bacteria, some of which see only a few photons of light per chlorophyll per day. To achieve this, the bacteria contain chlorosome structures, which contain up to 250,000 chlorophylls. Chlorosomes are ellipsoidal bodies, in GSB their length varies from 100 to 200 nm, width of 50-100 nm and height of 15 - 30 nm, in FAP the chlorosomes are somewhat smaller. Inside the bacteria, GSB chlorosomes are thought to be attached to the reaction centers in the cell membrane via FMO-proteins and a chlorosome baseplate composed of csmA proteins. Chlorosomes from FAP lack the FMO complex. The composition of the chlorosomes is mostly bacteriochlorophyll with small amounts of carotenoids and quinones surrounded by a galactolipid monolayer with ten different proteins attached to it. Previous models of the structure of bacterichlorophyll and carotenoids (the main constituents) inside the chlorosomes have put them in a lamellar organization, where the long farnesol tails of the bacteriochlorophyll intermix with carotenoids and each other, forming a structure resembling a lipid multilayer . Recently, however, an international team of scientists has determined the structure of the chlorophyll molecules in green bacteria that are responsible for harvesting light energy. Because they have been so difficult to study, the chlorosomes in green bacteria are the last class of light-harvesting complexes to be characterized structurally by scientists. Each individual chlorosome has a unique organization and this variability in composition had prevented scientists from using X-ray crystallography to characterize the internal structure. To get around this problem, the team used a combination approach. Genetic techniques to create a mutant bacterium with a more regular internal structure, cryo-electron microscopy to identify the larger distance constraints for the chlorosome, solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy to determine the structure of the chlorosome's component chlorophyll molecules, and modeling to bring together all of the pieces and create a final picture of the chlorosome. To create the mutant, three genes were inactivated that green bacteria acquired late in their evolution. In this way it was possible to go backward in evolutionary time to an intermediate state with much less variable and better ordered chlorosome organelles than the WT. Next chlorosomes were isolated from the mutant and the wild-type forms of the bacteria and cryo-electron microscopy was used to take pictures of the chlorosomes. The pictures revealed that chlorophyll molecules inside chlorosomes have a nanotube shape. The team then used MAS NMR spectroscopy to resolve the microscopic arrangement of chlorophyll inside the chlorosome. With distance constraints and DFT ring current analyses a unique syn-anti monomer stacking was resolved. The combination of NMR and cryo-EM enabled the scientists to determine that the chlorophyll molecules in green bacteria are arranged in helices. In the mutant bacteria, the chlorophyll molecules are positioned at a nearly 90-degree angle in relation to the long axis of the nanotubes, whereas the angle is less steep in the wild-type organism. The structural framework can accommodate disorder to improve the biological light harvesting function, which implies that a less ordered structure has a better performance. The interactions that lead to the assembly of the chlorophylls in chlorosomes are rather simple and the results may one day be used to build artificial photosynthetic systems that convert solar energy to electricity or fuel.
- Als Chlorosomen (von altgriechisch χλωρός, chlorós - hellgrün, frisch und Soma - Körper) werden intrazelluläre Organellen Photosynthese betreibender Grüner Schwefelbakterien und Grüner Nichtschwefelbakterien (Chloroflexi) bezeichnet. Chlorosomen sind rechteckige bis ellipsoide Strukturen mit einer Länge von 100 bis 200 nm, 50 bis 100 nm Breite und 15 bis 30 nm Höhe. Sie enthalten hauptsächlich Bacteriochlorophylle (c, d oder e) sowie geringere Mengen Carotinoide und Chinone und sind von einer Nicht-Einheitsmembran (einer Galacto-Lipidschicht mit verschiedenen Proteinen) umgeben. Funktionell bilden die Chlorosomen einen photosynthetischen Antennenkomplex, der der Absorption von Licht dient. Die Chlorosomen sind durch FMO-Proteine mit den Reaktionszentren in der Zellmembran verbunden. Hier findet die Umwandlung der absorbierten Lichtenergie in chemische Energie statt. Verglichen mit ähnlichen Strukturen anderer phototropher Organismen sind Chlorosomen relativ groß und zeichnen sich durch das Fehlen einer Proteinmatrix aus, die die Anordnung der photsynthetischen Pigmente unterstützt. Aktuelle Modelle, die die Organisation von Bakteriochlorophyll und Carotinoiden in den Chlorosomen beschreiben, gehen von einer schichtweisen Anordnung der Pigmente aus, bei der die Farnesol-Schwänze des Bakteriochlorophylls untereinander und mit den Carotinoiden interagieren. Auf diese Weise entsteht eine Struktur, die einem Lipid-Multilayer entspricht. Beispiele für Bakterien, die Chlorosomen enthalten: Chlorobiaceae Chlorobium tepidum Chlorobium phaeobacteroides Chlorobium phaeovibrioides Chlorobium vibrioforme Chlorobium limicola Pelodictyon lutoleum Prostecochloris aestuarii Chloroflexi Chloroflexus aurantiacus Chloroflexus aggregans Oscillochloridaceae Oscillochloris trichoides Chloronema giganteum Die Lichtabsorption mit Hilfe von Chlorosomen ist sehr effektiv. Grüne Schwefelbakterien kommen deshalb auch mit wenig Licht aus und können noch in Gewässertiefen leben, die für viele andere phototrophe Organismen nicht mehr geeignet sind.
- Chlorosom – jest to pęcherzykowata struktura występująca u bakterii zielonych, pełniąca rolę kompleksu antenowego zbierającego światło. Są strukturami połączonymi z błoną komórkową, w której znajdują się fotoukład bakteryjny – P840, do którego przekazywana jest energia wychwycona przez barwniki obecne w chlorosomach. Pojedynczy chlorosom ma elipsoidalny kształt szerokości 50-100 nm i wysokości 15-20 nm. Otoczony jest pojedynczą warstwą nieskładająca się z galaktolipidów i kilku białek. Wewnątrz chlorosomu znajdują się kompleksy zawierające głównie bakteriochlorofile i karotenoidy, ułożone w systemie lamellarnym, gdzie długie ogony farnezolu bakteriochlorofili mieszają się z cząsteczkami karotenoidów, tworząc struktury przypominające wielowarstę lipidową.
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- A Chlorosome is a photosynthetic antenna complex found in green sulfur bacteria (GSB) and some green filamentous anoxygenic phototrophs (FAP). They differ from other antenna complexes by their large size and lack of protein matrix supporting the photosynthetic pigments. Green bacteria are a group of organisms that generally live in extremely low-light environments, such as at depths of 100 meters in the Black Sea.
- Als Chlorosomen (von altgriechisch χλωρός, chlorós - hellgrün, frisch und Soma - Körper) werden intrazelluläre Organellen Photosynthese betreibender Grüner Schwefelbakterien und Grüner Nichtschwefelbakterien (Chloroflexi) bezeichnet. Chlorosomen sind rechteckige bis ellipsoide Strukturen mit einer Länge von 100 bis 200 nm, 50 bis 100 nm Breite und 15 bis 30 nm Höhe.
- Chlorosom – jest to pęcherzykowata struktura występująca u bakterii zielonych, pełniąca rolę kompleksu antenowego zbierającego światło. Są strukturami połączonymi z błoną komórkową, w której znajdują się fotoukład bakteryjny – P840, do którego przekazywana jest energia wychwycona przez barwniki obecne w chlorosomach. Pojedynczy chlorosom ma elipsoidalny kształt szerokości 50-100 nm i wysokości 15-20 nm.
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