20.6: 광계

광계는 식물, 조류, 남세균에서 광합성의 기능적 단위를 형성하는 다중단백질 복합체입니다. 이는 엽록체 내부에 위치한 틸라코이드라고 불리는 작은 주머니 모양의 구조의 막에 묻혀 있는 것으로 발견됩니다.

광계의 기능

광계에는 엽록소 및 카로티노이드와 같은 많은 색소 분자가 안테나 복합체와 반응 센터라는 두 영역에 걸쳐 특정 조직으로 배열되어 있습니다. 안테나 복합체에 분포된 색소 분자의 주요 목적은 광자 형태의 빛을 흡수하여 이를 반응 중심의 특수한 엽록소 쌍으로 보내는 것입니다.

광계에는 두 가지 유형이 있습니다- 광계 II(PSII)와 광계 I(PSI)은 구조적으로 유사하지만 저에너지 전자 공급원과 활성화된 전자를 전달하는 수용체에 따라 다릅니다. 이 두 광계는 함께 작동합니다.

P680으로도 알려진 PSII 반응 센터는 엽록소에서 전자를 여기시키는 광자를 흡수합니다. 고에너지 전자는 분리되어 1차 전자 수용체로 전달되고 궁극적으로 전자 전달 사슬을 통해 PSI로 전달됩니다. P680의 누락된 전자는 물에서 저에너지 전자를 추출하여 대체됩니다. 따라서 광합성의 이 단계에서 물은 "분리"되고 광계(PSII)는 매 광작용 후에 다시 환원됩니다. H2O 분자 하나를 쪼개면 전자 2개, 수소 원자 2개, 산소 원자 1개가 방출됩니다. 산소 분자는 환경으로 방출되는 반면, 수소 이온은 엽록체에서 ATP 합성에 필수적인 틸라코이드 막을 가로질러 양성자 구배를 설정하는 데 중요한 역할을 합니다.

전자가 PSII와 PSI 사이에 있는 단백질을 통해 이동할 때 에너지를 잃고 PSI에 의해 다시 에너지를 공급받아야 합니다. 따라서 다른 광자는 PSI 안테나에 흡수됩니다. 이 에너지는 P700이라는 PSI 반응 센터로 전달됩니다. P700은 산화되어 고에너지 전자를 NADP+로 보내 NADPH를 형성합니다. 따라서 PSII는 에너지를 포착하여 양성자 구배를 생성하여 ATP를 만들고, PSI는 에너지를 포착하여 NADP+를 NADPH로 환원합니다.

태양 에너지가 ATP 및 NADPH 분자 형태의 화학 에너지로 변환된 후, 세포는 장기간 에너지 저장을 위해 탄수화물 분자를 만드는 데 필요한 연료를 갖게 됩니다. 이는 엽록체 간질에서 발생하는 광합성의 빛 독립 또는 암흑기라고도 알려진 광합성의 두 번째 단계에서 달성됩니다.

이 텍스트는 다음에서 수정되었습니다 Openstax, Biology 2e, Chapter 8, Section 8.2:The Light-dependent Reactions of Photosynthesis.

광합성 유기체는 엽록체의 틸라코이드 막 내에 내장된 광시스템이라고 하는 색소-단백질 복합체를 통해 햇빛을 포착합니다.

이러한 복합체는 광계 I 또는 PSI와 광계 II 또는 PSII로 분류됩니다.

엽록체 내부에서 PSI 복합체는 주로 기질 라멜라라고 하는 쌓이지 않은 영역에 위치하는 반면, PSII 복합체는 적층된 뾰족 라멜라 내에 존재합니다.

각 광계는 약 200개의 엽록소와 50개의 카로티노이드 색소 분자의 집합체로, 광계의 두 가지 다른 영역, 즉 반응 중심이라고 하는 핵심 영역과 안테나 복합체라고 하는 주변 영역에 분포

모든 색소 분자가 광자를 흡수하지만 반응 중심과 관련된 소수의 엽록소 분자만이 흡수된 빛 에너지를 화학 에너지로 변환할 수 있습니다.

안테나 복합체의 안료는 흡수된 에너지를 반응 센터로

광계는 또한 기능에 필수적인 관련 보조 인자를 가지고 있습니다.

예를 들어, PSI에는 전자 전달 사슬의 핵심 접합부인 페레독신 보조인자(ferredoxin cofactor)가 있는 반면, PSII에는 광합성에 중요한 단계인 물 산화를 촉매하는 산소 진화 복합체가 포함되어 있습니다.