20.4: Centro de reacción fotosintético

Los centros de reacción son complejos pigmento-proteína que inician la conversión de energía de fotones a entidades químicas. Por lo tanto, centro de reacción fotoquímica es un término más apropiado para describir estos complejos. Los premios Nobel Robert Emerson y William Arnold proporcionaron la primera evidencia experimental de centros de reacción fotoquímica al demostrar la participación de casi 2.500 moléculas de clorofila en la liberación de una sola molécula de oxígeno. A pesar de los miles de pigmentos fotosintéticos presentes dentro de una unidad fotosintética, solo unos pocos tienen actividad fotoquímica. Los centros de reacción contienen menos moléculas de pigmento que no pueden conducir a una fotosíntesis eficiente. Por lo tanto, un complejo de antenas, al tener una gran cantidad y variedad de pigmentos, acumula cantidades significativas de fotones y transmite su energía al centro de reacción. Los pigmentos fotoquímicamente activos del centro de reacción convierten la energía luminosa en electrones de alta energía que se utilizan para las reacciones químicas posteriores.

En los organismos liberadores de oxígeno, como las cianobacterias, las algas verdes y rojas y las plantas superiores, el centro de reacción se encuentra dentro de los fotosistemas I y II. También está presente en bacterias con un solo fotosistema. El centro de reacción de la bacteria Rhodopseudomonas viridis es la primera proteína integral unida a la membrana que se aísla y estudia. La arquitectura molecular del centro de reacción de R. viridis se asemeja al centro de reacción PSII, pero carece de un complejo de evolución de oxígeno y, por lo tanto, de la capacidad de producir oxígeno. Comprende cuatro subunidades proteicas, llamadas H, L, M, citocromo y 14 cofactores que incluyen clorofila bacteriana y carotenoides. Las subunidades L y M albergan dos moléculas de clorofila bacteriana que absorben un fotón de 870 nm de longitud de onda, de ahí el nombre de centro de reacción P870. El centro de reacción de R. viridis también comprende una feofitina bacteriana que actúa como aceptor primario de electrones, una quinona móvil como aceptor de electrones terminal, un citocromo bc1 unido a la membrana y un citocromo periplásmico bc2. Juntos, estos forman un componente integral del ciclo de transferencia de electrones impulsado por la luz en R. viridis.

Un centro de reacción fotoquímica es un complejo pigmento-proteína ubicado en el núcleo de cada fotosistema.

Los centros de reacción se agrupan en dos categorías en función de sus aceptores de electrones terminales.

El centro de reacción de tipo I tiene una ferredoxina y el tipo II tiene una molécula de plastoquinona como aceptor de electrones terminal.

Cada centro de reacción también tiene un par especial de moléculas de clorofila, una que absorbe longitudes de onda específicas de luz.

El centro de reacción PSI absorbe fotones con una longitud de onda de 700 nanómetros y, por lo tanto, se llama P700.

Por el contrario, el centro de reacción PSII absorbe una longitud de onda de 680 nanómetros y se llama P680.

A pesar de sus diferencias, tanto la PSI como la PSII funcionan según un principio muy similar.

Cuando el par de clorofila en un centro de reacción absorbe un fotón, uno de sus electrones en estado fundamental alcanza un nivel de energía excitado.

En consecuencia, la molécula de clorofila se excita y debe perder el exceso de energía que posee para estabilizarse. Por lo tanto, emite el electrón energizado a un aceptor de electrones cercano.

El par de iones de clorofila cargados positivamente retira electrones de un donante, como una molécula de agua, para volver a su estado original.