20.4: 光化学反应中心

反应中心是启动从光子到化学实体的能量转换的色素-蛋白质复合物。因此，光化学反应中心是描述这些复合物的更合适的术语。诺贝尔奖获得者罗伯特·爱默生 （Robert Emerson） 和威廉·阿诺德 （William Arnold） 通过证明近 2,500 个叶绿素分子参与释放一个氧分子，提供了光化学反应中心的第一个实验证据。尽管光合单元中存在数千种光合色素，但只有少数具有光化学活性。反应中心包含较少的色素分子，无法实现有效的光合作用。因此，具有大量和多种色素的天线复合物积累了大量的光子并将其能量传输到反应中心。然后，反应中心的光化学活性色素将光能转化为高能电子，用于下游化学反应。

在蓝藻、绿藻和红藻等释放氧气的生物以及高等植物中，反应中心位于光系统 I 和 II 内。它也存在于具有单一光系统的细菌中。细菌的反应中心 - 绿色红假单胞菌 （Rhodopseudomonas viridis） 是第一个被分离和研究的完整的膜结合蛋白。 R. viridis 反应中心的分子结构类似于 PSII 反应中心，但缺乏析氧复合物，因此缺乏产生氧气的能力。它由 4 个蛋白质亚基组成，称为 H、L、M、细胞色素和 14 个辅因子，包括细菌叶绿素和类胡萝卜素。L 和 M 亚基含有两个细菌叶绿素分子，它们吸收 870nm 波长的光子，因此得名 P870 反应中心。 R. viridis 反应中心还包括作为初级电子受体的细菌脱镁叶菌素、作为末端电子受体的移动醌、膜结合的细胞色素 bc1 和周质细胞色素 bc2。它们共同构成了 R. viridis 中光驱动电子转移循环的组成部分。

光化学反应中心是位于每个光系统核心的色素-蛋白质复合物。

反应中心根据其末端电子受体分为两类。

I 型反应中心具有铁氧还蛋白，II 型具有质体醌分子作为末端电子受体。

每个反应中心还有一对特殊的叶绿素 a 分子，可以吸收特定波长的光。

PSI 反应中心吸收波长为 700 纳米的光子，因此称为 P700。

相比之下，PSII 反应中心吸收 680 纳米的波长，称为 P680。

尽管存在差异，但 PSI 和 PSII 的工作原理非常相似。

当反应中心中的叶绿素对吸收光子时，它的一个基态电子达到激发能级。

因此，叶绿素分子变得兴奋，必须失去它所拥有的稳定多余能量。因此，它将带电的电子发射到附近的电子受体。

然后，带正电的叶绿素离子对从供体（如水分子）中抽出电子，以恢复到其原始状态。