20.6: 光系统

光系统是多蛋白质复合物，在植物、藻类和蓝藻中形成光合作用的功能单元。它们被发现嵌入位于叶绿体内的称为类囊体的微小囊状结构的膜中。

光系统的功能

光系统包含许多色素分子，例如叶绿素和类胡萝卜素，它们以特定组织排列在两个域中——天线复合物和反应中心。分布在天线复合物中的色素分子的主要目的是以光子的形式吸收光并将它们汇集到反应中心的特殊叶绿素对。

有两种类型的光系统——光系统 II （PSII） 和光系统 I （PSI），它们在结构上相似，但在低能电子供应商的来源和它们将带电电子输送到的受体上有所不同。这两个光系统协同工作。

PSII 反应中心，也称为 P680，吸收一个光子，该光子激发叶绿素中的电子。高能电子自由释放并传递到初级电子受体，并最终通过电子传递链传递到 PSI。P680 的缺失电子被从水中提取低能电子所取代;因此，在光合作用的这个阶段，水被 "分裂"，而 PSII 在每次光合作用后都会重新减少。分裂一个 H₂O 分子会释放两个电子、两个氢原子和一个氧原子。氧分子被释放到环境中，而氢离子在建立跨类囊体膜的质子梯度方面起着关键作用，这对于叶绿体中 ATP 的合成至关重要。

当电子穿过位于 PSII 和 PSI 之间的蛋白质时，它们会失去能量，必须由 PSI 重新通电;因此，另一个光子被 PSI 天线吸收。这种能量被传递到称为 P700 的 PSI 反应中心。P700 被氧化并向 NADP⁺ 发送高能电子以形成 NADPH。因此，PSII 捕获能量以产生质子梯度以产生 ATP，而 PSI 捕获能量以将 NADP⁺ 还原成 NADPH。

来自太阳的能量以 ATP 和 NADPH 分子的形式转化为化学能后，细胞拥有构建碳水化合物分子以长期储存能量所需的燃料。这是在光合作用的第二阶段实现的，也称为光合作用的不依赖光或暗阶段，发生在叶绿体基质中。

本文改编自 Openstax， Biology 2e， Chapter 8， Section 8.2:光合作用的光依赖性反应。

光合生物通过嵌入叶绿体类囊体膜内的称为光系统的色素-蛋白质复合物捕获阳光。

这些复合物分为光系统 I 或 PSI 和光系统 II 或 PSII。

在叶绿体内，PSI 复合物主要位于未堆叠的区域，称为基质薄片，而 PSII 复合物存在于堆叠的颗粒薄片内。

每个光系统都是大约 200 个叶绿素和 50 个类胡萝卜素色素分子的集合，分布在光系统的两个不同区域——称为反应中心的核心结构域和称为天线复合物的外围结构域。

虽然所有的色素分子都吸收光子，但只有少数与反应中心相关的叶绿素分子可以将吸收的光能转化为化学能。

天线复合物中的色素仅将吸收的能量输送到反应中心。

光系统还具有对其功能至关重要的相关辅因子。

例如，PSI 具有铁氧还蛋白辅因子，这是电子传递链中的关键连接，而 PSII 包含催化水氧化的析氧复合物，这是光合作用的关键步骤。