20.4: Центр фотохимических реакций

Реакционные центры представляют собой пигментно-белковые комплексы, которые инициируют преобразование энергии из фотонов в химические соединения. Поэтому фотохимический реакционный центр является более подходящим термином, описывающим эти комплексы. Нобелевские лауреаты Роберт Эмерсон и Уильям Арнольд предоставили первые экспериментальные доказательства фотохимических реакционных центров, продемонстрировав участие почти 2500 молекул хлорофилла в высвобождении всего одной молекулы кислорода. Несмотря на то, что в фотосинтетическом блоке присутствуют тысячи фотосинтетических пигментов, лишь немногие из них обладают фотохимической активностью. Реакционные центры содержат меньше молекул пигмента, которые не могут привести к эффективному фотосинтезу. Поэтому антенный комплекс, имея большое количество и разнообразие пигментов, накапливает значительные количества фотонов и передает их энергию реакционному центру. Фотохимически активные пигменты реакционного центра затем преобразуют световую энергию в высокоэнергетические электроны, которые используются для последующих химических реакций.

У организмов, выделяющих кислород, таких как цианобактерии, зеленые и красные водоросли, а также высшие растения, реакционный центр находится внутри фотосистем I и II. Он также присутствует у бактерий с одной фотосистемой. Реакционный центр бактерии - Rhodopseudomonas viridis является первым интегральным мембраносвязанным белком, который был выделен и изучен. Молекулярная архитектура реакционного центра R. viridis напоминает реакционный центр PSII, но ему не хватает комплекса, выделяющего кислород, и, следовательно, способности производить кислород. Он состоит из четырех белковых субъединиц, называемых H, L, M, цитохромом и 14 кофакторами, которые включают бактериальный хлорофилл и каротиноиды. Субъединицы L и M содержат две бактериальные молекулы хлорофилла, которые поглощают фотон с длиной волны 870 нм, отсюда и название реакционного центра P870. Реакционный центр R. viridis также содержит бактериальный феофитин, который действует как первичный акцептор электронов, подвижный хинон как концевой акцептор электронов, мембраносвязанные цитохромы bc1 и периплазматический цитохром bc2. Вместе они образуют неотъемлемый компонент цикла переноса электронов, управляемого светом, у R. viridis.

Фотохимический реакционный центр представляет собой пигментно-белковый комплекс, расположенный в ядре каждой фотосистемы.

Реакционные центры группируются в две категории в зависимости от их концевых акцепторов электронов.

Реакционный центр I типа имеет ферредоксин, а тип II имеет молекулу пластохинона в качестве концевого акцептора электронов.

Каждый реакционный центр также имеет специальную пару молекул хлорофилла А, которые поглощают определенные длины волн света.

Реакционный центр PSI поглощает фотоны с длиной волны 700 нанометров и поэтому называется P700.

В отличие от него, реакционный центр PSII поглощает длину волны 680 нанометров и называется P680.

Несмотря на свои различия, и PSI, и PSII работают по очень схожему принципу.

Когда пара хлорофиллов в реакционном центре поглощает фотон, один из электронов его основного состояния достигает возбужденного энергетического уровня.

Следовательно, молекула хлорофилла возбуждается и должна терять избыточную энергию, которой она обладает для стабильности. Таким образом, он излучает заряженный электрон к ближайшему акцептору электронов.

Положительно заряженная ионная пара хлорофилла затем забирает электроны у донора, как молекула воды, чтобы вернуться в исходное состояние.