高等植物光合膜的纳米光子学
2019-01-30
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叶绿体内的类囊体膜承载光合作用的光依赖性反应。其嵌入的蛋白质复合物负责光捕获，激发能量转移，电荷分离和运输。在高等植物中，当光照条件变化时，膜适应其组成和纳米级形态，其特征在于分别称为贴花和基质薄片的贴伏和非贴伏区域。在这里，我们研究了高等植物叶绿体中光传播的纳米光子机制，并确定了类囊体膜光学响应的新机制。我们的结果表明光散射和吸收对格拉纳的整体光学响应的相对贡献强烈地取决于光捕获复合物的浓度。对于通常在叶绿体中发现的颜料浓度，这两种机制具有相当的优势，并且它们的相对值可以通过蛋白质组成或颗粒直径的变化来调节。此外，我们发现，即使在存在中度生物紊乱的情况下，格拉纳集合中的集体模式也显著增加了所选波长的光吸收。颗粒分离或大型疾病的微小变化可以消除这种集体反应。我们提出叶绿体使用这种机制作为对抗危险的高光照条件的策略，触发向低吸收状态的转变。我们得出结论，高等植物中类囊体膜的形态分离支持强纳米光子效应，叶绿体可用于调节光吸收。这种适应性自发组织能力作为用于人工光合作用、成像和感测的新型生物激发光学材料的模型而受到关注。
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