20.4: O Centro de Reação Fotoquímica

Os centros de reação são complexos pigmento-proteína que iniciam a conversão de energia de fótons em entidades químicas. Portanto, centro de reação fotoquímica é um termo mais apropriado que descreve esses complexos. Os ganhadores do Prêmio Nobel Robert Emerson e William Arnold forneceram a primeira evidência experimental de centros de reação fotoquímica, demonstrando a participação de quase 2.500 moléculas de clorofila para a liberação de apenas uma molécula de oxigênio. Apesar de milhares de pigmentos fotossintéticos presentes em uma unidade fotossintética, apenas alguns têm atividade fotoquímica. Os centros de reação contêm menos moléculas de pigmento que não podem levar a uma fotossíntese eficiente. Portanto, um complexo de antena, com grande número e variedade de pigmentos, acumula quantidades significativas de fótons e transmite sua energia ao centro de reação. Os pigmentos fotoquimicamente ativos do centro de reação convertem a energia da luz em elétrons de alta energia que são utilizados para reações químicas a jusante.

Em organismos liberadores de oxigênio, como cianobactérias, algas verdes e vermelhas e plantas superiores, o centro de reação é encontrado dentro dos fotossistemas I e II. Também está presente em bactérias com um único fotossistema. O centro de reação da bactéria Rhodopseudomonas viridis é a primeira proteína integral ligada à membrana a ser isolada e estudada. A arquitetura molecular do centro de reação de R. viridis se assemelha ao centro de reação PSII, mas não possui um complexo de evolução de oxigênio e, portanto, a capacidade de produzir oxigênio. É composto por quatro subunidades proteicas, chamadas H, L, M, citocromo e 14 cofatores que incluem clorofila bacteriana e carotenóides. As subunidades L e M abrigam duas moléculas de clorofila bacteriana que absorvem um fóton de comprimento de onda de 870 nm, daí o nome centro de reação P870. O centro de reação de R. viridis também compreende uma feofitina bacteriana que atua como o aceptor primário de elétrons, uma quinona móvel como aceptor de elétrons terminal, um citocromo ligado à membrana bc1 e um citocromo periplasmático bc2. Juntos, eles formam um componente integral do ciclo de transferência de elétrons acionado pela luz em R. viridis.

Um centro de reação fotoquímica é um complexo pigmento-proteína localizado no núcleo de cada fotossistema.

Os centros de reação são agrupados em duas categorias, dependendo de seus aceptores de elétrons terminais.

O centro de reação tipo I tem uma ferredoxina e o tipo II tem uma molécula de plastoquinona como aceptor de elétrons terminal.

Cada centro de reação também possui um par especial de moléculas de clorofila a que absorvem comprimentos de onda específicos de luz.

O centro de reação PSI absorve fótons com comprimento de onda de 700 nanômetros e é, portanto, chamado de P700.

Em contraste, o centro de reação PSII absorve um comprimento de onda de 680 nanômetros e é chamado de P680.

Apesar de suas diferenças, tanto o PSI quanto o PSII funcionam com um princípio muito semelhante.

Quando o par de clorofila em um centro de reação absorve um fóton, um de seus elétrons do estado fundamental atinge um nível de energia excitado.

Consequentemente, a molécula de clorofila fica excitada e deve perder o excesso de energia que possui para estabilidade. Assim, ele emite o elétron energizado para um aceptor de elétrons próximo.

O par de íons de clorofila carregado positivamente retira elétrons de um doador, como uma molécula de água, para retornar ao seu estado original.