20.4: مركز التفاعل الكيميائي الضوئي

مراكز التفاعل عبارة عن مجمعات بروتين صبغي تبدأ تحويل الطاقة من الفوتونات إلى الكيانات الكيميائية. لذلك ، فإن مركز التفاعل الكيميائي الضوئي هو مصطلح أكثر ملاءمة يصف هذه المجمعات. قدم الحائزان على جائزة نوبل روبرت إيمرسون وويليام أرنولد أول دليل تجريبي على مراكز التفاعل الكيميائي الضوئي من خلال إظهار مشاركة ما يقرب من 2500 جزيء من الكلوروفيل لإطلاق جزيء واحد فقط من الأكسجين. على الرغم من وجود الآلاف من أصباغ التمثيل الضوئي داخل وحدة التمثيل الضوئي ، إلا أن القليل منها فقط له نشاط كيميائي ضوئي. تحتوي مراكز التفاعل على عدد أقل من جزيئات الصباغ التي لا يمكن أن تؤدي إلى عملية التمثيل الضوئي الفعالة. لذلك ، فإن مجمع الهوائي ، الذي يحتوي على عدد كبير ومتنوع من الأصباغ ، يتراكم كميات كبيرة من الفوتونات وينقل طاقتها إلى مركز التفاعل. ثم تقوم الأصباغ النشطة كيميائيا ضوئيا في مركز التفاعل بتحويل الطاقة الضوئية إلى إلكترونات عالية الطاقة تستخدم في التفاعلات الكيميائية النهائية

في الكائنات الحية المحررة للأكسجين مثل البكتيريا الزرقاء والطحالب الخضراء والحمراء والنباتات العليا ، يوجد مركز التفاعل داخل كل من النظامين الضوئيين الأول والثاني. كما أنه موجود في البكتيريا ذات النظام الضوئي الواحد. مركز تفاعل البكتيريا- Rhodopseudomonas viridis هو أول بروتين متكامل مرتبط بالغشاء يتم عزله ودراسه. تشبه الهندسة الجزيئية لمركز تفاعل R. viridis مركز تفاعل PSII ولكنها تفتقر إلى مركب متطور للأكسجين ، وبالتالي القدرة على إنتاج الأكسجين. وهو يتألف من أربع وحدات فرعية للبروتين ، تسمى H و L و M والسيتوكروم و 14 عاملا مساعدا تشمل الكلوروفيل البكتيري والكاروتينات. تحتوي الوحدتان الفرعيتان L و M على جزيئين من الكلوروفيل البكتيري يمتصان فوتونا بطول موجي 870 نانومتر ، وبالتالي اسم مركز تفاعل P870. يتكون مركز تفاعل R. viridis أيضا من فيوفيتين بكتيري يعمل كمتقبل للإلكترون الأساسي ، وكينون متحرك كمتقبل للإلكترون النهائي ، وسيتوكرومات مرتبطة بالغشاء bc1 ، وسيتوكروم محيطي bc2. تشكل هذه معا جزءا لا يتجزأ من دورة نقل الإلكترون التي تحركها الضوء في R. viridis.

مركز التفاعل الكيميائي الضوئي هو مركب بروتين صبغي يقع في قلب كل نظام ضوئي.

يتم تجميع مراكز التفاعل في فئتين اعتمادا على مستقبلات الإلكترون الطرفية.

يحتوي مركز التفاعل من النوع الأول على فيريدوكسين والنوع الثاني يحتوي على جزيء بلاستوكينون باعتباره متقبل الإلكترون الطرفي.

يحتوي كل مركز تفاعل أيضا على زوج خاص من جزيئات الكلوروفيل التي تمتص أطوال موجية محددة من الضوء.

يمتص مركز تفاعل PSI الفوتونات التي يبلغ طولها الموجي 700 نانومتر ، وبالتالي يطلق عليه P700.

في المقابل ، يمتص مركز تفاعل PSII طولا موجيا يبلغ 680 نانومتر ويسمى P680.

على الرغم من اختلافاتهم ، يعمل كل من PSI و PSII على مبدأ مشابه جدا.

عندما يمتص زوج الكلوروفيل في مركز التفاعل الفوتون ، يصل أحد إلكترونات حالته الأرضية إلى مستوى طاقة مثار.

وبالتالي ، يصبح جزيء الكلوروفيل متحمسا ويجب أن يفقد الطاقة الزائدة التي يمتلكها لتحقيق الاستقرار. وبالتالي ، فإنه ينبعث منه الإلكترون النشط إلى متقبل الإلكترون القريب.

ثم يسحب زوج أيون الكلوروفيل موجب الشحنة الإلكترونات من المتبرع ، مثل جزيء الماء ، للعودة إلى حالته الأصلية.