Окраска кораллов, часть 5: нефлуоресцирующие хромопротеины (CP-480 – CP-562)

Первые четыре части этой серии были посвящены флуоресцентным белкам, обнаруженным в различных антозоях. Понимание флуоресценции необходимо перед изучением другого явления – отражающих пигментов в тканях кораллов, что, в свою очередь, является предпосылкой для понимания спектральных данных, собранных с различных кораллов (представленных далее в этой серии).

Рисунок 1. Вопреки распространенному мнению, не все кораллы имеют флуоресцентную окраску. Этот коралл Pocillopora meandrina содержит высокоотражающий нефлуоресцентный хромопротеин.

Этим пигментам ученые уделяют значительно меньше внимания. Поскольку они только отражают свет (и не флуоресцируют, а значит, не особенно полезны в биомедицинских исследованиях), эти пигменты привлекли внимание гораздо меньшего числа исследователей. Тем не менее, эти цветные пигменты представляют интерес для любителей рифовых аквариумов, желающих демонстрировать в рифовых аквариумах кораллы яркой окраски.

Это распространенная ошибка – приписывать всю яркую окраску кораллов флуоресценции. Красивые голубые, фиолетовые, розовые или красные цвета многих кораллов обусловлены присутствием хромопротеинов.

Хромопротеины

Хромопротеины (от греческих слов “khroma” (цвет) и “prote” (основной)), для наших целей, являются органическими пигментсодержащими соединениями, которые просто поглощают и отражают излучение – они обычно не флуоресцируют или только слабо флуоресцируют. Их окраска обычно фиолетово-синяя (Labas et al., 2002), хотя известны фиолетовые, синие или розовые/красные хромопротеиновые пигменты. Как правило, эти пигменты поглощают свет в диапазоне частот ~560- ~590 нм (хотя есть и исключения). См. таблицу 2.

При обсуждении нефлуоресцирующих хромопротеинов используется другая терминология. Вот некоторые термины, с которыми мы должны быть знакомы:

Поглощать: Задерживать свет без отражения или пропускания.

Поглощение: Процесс, при котором падающее излучение задерживается без отражения или пропускания при прохождении через среду.

Абсорбция: Способность раствора или слоя вещества поглощать излучение. Выражается математически (для тех, кто хочет знать) как отрицательный общий логарифм пропускания вещества и сокращенно обозначается как “Abs”.

FWHM = полная ширина при полумаксимуме. Ширина спектра (в нанометрах) на уровне, составляющем 50% от значения на пике.

Отражать: Отражать свет без изменения длины волны.

Отражение: Процесс, при котором падающее излучение возвращается без изменения длины волны, другими словами, отраженный свет не поглощается и не флуоресцирует.

Отражение: Отношение общего количества излучения (например, света), отраженного поверхностью, к общему количеству излучения, падающего на поверхность.

В случае нефлуоресцирующих хромопротеинов та световая энергия, которая не поглощается веществом (коралловая ткань, пигменты хозяина, фотопигменты), отражается, и видимый цвет представляет собой комбинацию поглощенного и отраженного света. Одним из наиболее наглядных примеров видимого цвета являются зеленые листья, содержащие хлорофиллы. Поскольку хлорофиллы поглощают красный и синий свет, большая часть отраженного света – зеленый. Кораллы, содержащие зооксантеллы, часто имеют коричневый цвет, поскольку зооксантеллы содержат хлорофиллы и перидинин, которые поглощают синий, зеленый и красный свет, поэтому они кажутся коричневыми. Кораллы, содержащие хромопротеины, обычно выглядят пурпурно-синими, но могут быть практически любого цвета радуги.

Определения цвета

Определение цвета по полосе кажется простым предложением. Однако лишь немногие источники согласны с этим. Для пояснения см. таблицу 1, в которой перечислены используемые в данной статье полосы пропускания и связанные с ними цвета.

Таблица 1. Цвет и связанные с ним длины волн.

Цвет	Длина волны (нм)
Фиолетовый	400 – 430
Синий	431 – 480
Зелено-голубой	481 – 490
Сине-зеленый	491 – 510
Зеленый	511 – 530
Желто-зеленый	531 – 570
Желтый	571 – 580
Оранжевый	581 – 600
Красный	601 – 700

Таблица 2. Краткий перечень хромопротеинов и хозяев.

Хозяин	Цвет	Ссылка
CP-480	Pocillopora	Красный	Шибата, 1969
CP-500	Акропора	Желтый	Шибата, 1969
CP-560	Pocillopora damicornis	Розовый	Голубь и др., 1995
CP-560	Seriatopora hystrix	Розовый	Голубь и др., 1995
CP-560	Stylophora pistillata	Розовый	Голубь и др., 1995
CP-562	Anemonia sculata	Красноватый	Виденманн и др., 2000
CP-568	Anemonia sculata	Фиолетовый	Лабас и др., 2002
CP-571	Condylactis gigantea	Красный	Лабас и др., 2002
CP-571	Condylactis passiflora	Красный	Лабас и др., 2002
CP-575	Anemonia sculata	Пурпурный	Веркуша и Лукьянов, 2004
CP-578	Heteractis crisperi	Фиолетовый/пурпурный	Лабас и др., 2002
CP-578	Acropora digitifera	Фиолетовый/пурпурный	Голубь и др., 1995
CP-580	Goniopora tenuidens	Фиолетовый/красный	Мартынов и др., 2003
CP-586	Акропора	Фиолетовый	Шибата, 1969
CP-588	Анемона ризостома	Синий	Булина и др., 2004
CP-588	Cassiopea xamachana	Синий	Булина и др., 2004
CP-588	Acropora formosa	Синий	Голубь и др., 1995
CP-590	Montipora efflorescens	Синий	Ниенхаус и др., 2005
CP-595	Anemonia sculata	‘Kindling’ Protein	Булина и др., 2004
CP-597	Anemonia equina	Синий	Шкроб и др., 2005
CP-610	Cnidopis japonica	Синий	Чан и др., 2006

Таблица 3. Ранняя сводка полос поглощения водорастворимых хромопротеинов, выделенных из различных кораллов. Эта работа до сих пор актуальна. Из Kawaguti, 1944.

Розовые, красные и пурпурные пигменты
Коралл	1-я полоса	1-й Макс. абс	2-я полоса	2-й Макс. абс.	3-я полоса
Fungia repunda	552-583	*	521-535	*	502-510
Pocillopora eydouxi	552-583	*	521-535	*	502-510
Pocillora damicornis	552-583	*	521-535	*	502-510
Stylophora sp.	552-583	*	521-535	*	502-510
Acropora grandis	552-583	*	521-535	*	502-510
Acropora pacifica	552-583	*	521-535	*	502-510
Acropora variaviris	552-583	*	521-535	*	502-510
Acropora hyacynthus	552-583	*	521-535	*	502-510
Porites sp.	552-583	*	521-535	*	502-510
Pocillopora acuta	552-583	*	521-535	*	502-510
Hydnophora microconus	552-583	*	521-535	*	502-510
Echinopora lamellosa	552-583	*	521-535	*	502-510
Goniopora sp.	568-600	~588нм	527-537	~533нм	*
Porites (дендроид)	566-596	~581	530	*	*
Пориты (массивные)	566-596	~581	530	*	*
Акропора эхината	615	583нм	*	*	*
Acropora sp.	567-605	583нм	531-541	*	*
Porites sp.	567-605	583нм	531-541	*	*
Favites sp.	567-605	583нм	531-541	*	*
Montipora ramosa	567-605	583нм	531-541	*	*
Montipora verrucosa	567-605	583нм	531-541	*	*
Goniopora sp.	567-605	583нм	531-541	*	*
Echinopora lamellosa	567-605	583нм	531-541	*	*
Acropora leptocyanthus	567-605	589нм	*	*	*
Porites sp.	557-608	584нм	*	*	*
Acropora formosa	567-615	583нм	531-541	537нм	*
Акропора эхината	567-615	583нм	531-541	537нм	*
Porites sp.	557-608	584нм	*	*	*

CP-480

• Максимальное поглощение (длина волны): Фактически в фиолетовом диапазоне, с плечом поглощения при 480 нм.
• Полная ширина при полумаксимуме (FWHM): Не определено
• Полоса пропускания FWHM: не определена
• Видимый цвет: красный
• Шибата (1969) сообщает, что этот пигмент был выделен из красного образца Pocillopora. На рисунке 2 показано поглощение водорастворимого пигмента, выделенного из этого каменистого коралла.

CP-500

• Максимальное поглощение: 400 нм (фиолетовый)

Рисунок 3. Многие образцы Pocillopora (например, этот P. damicornis) имеют привлекательную красноватую окраску благодаря наличию по крайней мере одного хромопротеина.

По имеющимся данным, CP-500 содержится в желтом образце Acropora из австралийского GBR (Shibata, 1969). См. рис. 4 для абсорбции водорастворимого пигмента, который кажется желтым.

CP-560

Хромопротеины с максимумами поглощения обнаружены в различных кораллах, включая (но, вероятно, не ограничиваясь) Pocillopora damicornis, Stylophora pistillata и виды Acropora.

Pocillopora damicornis

• Максимальное поглощение ( Pocillopora damicornis ): 560 нм (желто-зеленый)

Рисунок 4. Хромопротеин, обнаруженный в желтой Acropora (из Shibata, 1969).

Stylophora pistillata

• По данным Dove et al., 1995.
• Максимум поглощения ( Stylophora pistillata ): Фактически при 400 нм (фиолетовый), но указан как 560 нм (желто-зеленый).
• Полная ширина при полумаксимуме (FWHM): Не определено

Рисунок 5. Поглощение хромопротеина 560 из розового Pocillopora damicornis. Неудивительно, что коралл кажется розовым – синие и зеленые длины волн сильно поглощаются по сравнению с красными.

Acropora sp.

• Максимальное поглощение (Acropora sp.): 400 нм (фиолетовый) в видимом диапазоне.
• Полная ширина при полумаксимуме (FWHM): Не определено
• Полоса пропускания FWHM: не определена
• Цвет: красный
• Шибата (1969) сообщает, что этот пигмент (CP-560) встречается вместе с другим хромопротеином (CP-590) и имеет красный цвет. См. рисунок 8.

CP-562 – “разжигающий” хромопротеин

• Максимальное поглощение: 562 нм (желто-зеленый)

Рисунок 6. Спектр поглощения красноватого хромопротеина из Stylophora pistillata. По материалам Dove et al., 1995.

Этот красноватый хромопротеин обнаружен в анемоне Anemonia sculata var. rufescens (конкретно упоминается как asasCP-562). Рисунок 9. Это интересный пигмент – “зеленый” свет (540-560 нм – “желто-зеленый свет по нашему определению) преобразует (“разжигает”) нефлуоресцирующий CP-562 (который кажется красным) во флуоресцирующее состояние с максимумом эмиссии 595 нм (который выглядит как красная флуоресценция из-за полосы эмиссии). Этот пигмент, наряду с CP-580, пробивает брешь в наших аккуратных представлениях о флуоресцентных и нефлуоресцентных пигментах – они могут быть и тем, и другим! Более подробную информацию см. на сайте .

Рисунок 7. Этот образец Stylophora (pistillata?), вероятно, содержит CP560.

В заключение

Мы рассмотрели поглощение нескольких нефлуоресцентных белков, найденных в антозоях. Читатель наверняка заметил, что эти хромопротеины имеют красный или розовый цвет. В следующий раз мы продолжим изучение хромопротеинов и рассмотрим те из них, которые отвечают за пурпурную, синюю и фиолетовую окраску. Мы также познакомимся с понятием отражательной способности и тем, что она говорит нам не только о цвете, но и о здоровье коралла-хозяина и его симбиотических зооксантелл.

В настоящее время я обновляю список ссылок и включу его в конец этой серии. Те, кто заинтересован в обсуждении коралловых пигментов, могут связаться со мной по адресу RiddleLabs@aol.com.

Рисунок 8. CP-560 и CP-590 в комбинации могут иметь красный цвет. Из Shibata, 1969.

Рисунок 9. Спектр поглощения CP-562 (после Wiedenmann et al., 2002).

Source: reefs.com