Photosystem

Un fotosistem (și fotosistem ) este o colecție de proteine și molecule de pigment ( clorofile și carotenoide ) din membrana tilacoidă a cianobacteriilor și cloroplastelor , care transformă energia luminii în energie chimică în timpul reacției luminoase a fotosintezei oxigenice . Ele apar în cianobacterii fototrofe și în organismele eucariote ( plante și protiști ).

Aspect și funcție

Un fotosistem constă dintr-un așa-numit complex de antene și un centru de reacție .

În funcție de tipul de fotosistem, complexul antenei (cunoscut și sub numele de complex de colectare a luminii ) este format din aproximativ 30 de proteine ​​care sunt conectate la moleculele de pigment. Ele sunt ridicate într-o stare energică, excitată de lumină. Această energie poate fi transmisă către centrul de reacție prin transfer de exciton . Eficiența transferului de energie în complexul de recoltare a luminii către un centru de reacție este mai mare de 90% și are loc în 10 −13 secunde.

Centrul de reacție al fotosistemelor conține două clorofile care acționează ca prim donator de electroni. Energia luminii pune în mișcare un lanț de transport al electronilor.

În fotosistemul II, electronii sunt transferați din apă către o chinonă prin intermediul a 4 cante ușoare într-un ciclu și în același timp protonii sunt eliberați din divizarea apei. Acest lucru creează oxigenul ca produs secundar. Complexul de divizare a apei conține un grup de patru atomi de mangan, deși structura exactă a acestei unități nu a fost încă clarificată spectroscopic, deoarece analizele obișnuite ale structurii cu raze X reduc atomii de mangan și spectrul obținut nu corespunde structurii native a centrul catalitic. Se presupune că trei atomi de mangan sunt legați de atomi de oxigen și că un atom de mangan „atârnă” puțin mai departe ca un apendice.

În fotosistemul I, transferul de electroni condus de lumină duce la sinteza NADPH + H + .

Tipuri

  • Fotosistemul I conține aproximativ 200 de molecule de clorofilă a și b și 50 caroteni. Centrul de reacție al fotosistemului I are o absorbție maximă la o lungime de undă de 700 nm, motiv pentru care este denumit și „P700”.
  • Photosystem II conține 250 molecule de clorofilă a și b precum și aproximativ 110 de carotenoide. Centrul de reacție al fotosistemului II are o absorbție maximă la 680 nm („P680”).

Bacteriile anaerobe de sulf au un fotosistem similar PSI.

Stimularea prin lumină

Image
Schema de termen simplificată ( diagrama Jablonski ) a clorofilei a. Nivelurile electronice (termeni) sunt compuse din mai mulți termeni de vibrație (distanță de aprox. 0,1 eV ), care la rândul lor constau din termeni de  rotație la o distanță între 0,02 și 0,001 eV.

Clorofilele acționează ca componente absorbante de lumină ale fotosistemelor. Clorofilele constau dintr-un inel de porfirină , care complexează un ion de magneziu (Mg 2+ ).

Sistemul de electroni π delocalizați ai clorofilei este locul absorbției luminii: Prin furnizarea de energie luminoasă, un electron poate fi ridicat din starea de bază S 0 la niveluri de energie mai mari. Această stare energetică a clorofilei se numește stare excitată . Cu toate acestea, numai două lungimi de undă sunt potrivite pentru excitație: lumina roșie cu energie mai mică (cu clorofilă și o lungime de undă de 662 nm) ridică electronul la un nivel superior (1 singlet, S 1 ) și lumina albastră cu energie mai mare (430 nm) un nivel chiar mai înalt (al doilea singlet, S 2 ).

Tranziții Timp de înjumătățire τ½ în câteva secunde Forma energiei livrate proporție de Simbol în imagine
S 2 → S 1 10 −12 căldură   săgeată galbenă
S 1 → S 0 10 −9 Emisia de lumină (fluorescență) 8% F.
Emisia unui electron (reacție redox fotochimică)   R.
transfer de energie fără radiații către moleculele vecine   E.
T 1 → S 0 10 −2 Fosforescență la 750 nm   P

Deoarece starea tripletului este foarte stabilă datorită perioadei de înjumătățire lungă a tranziției de la triplet la starea fundamentală, procesele fotochimice lente din clorofila izolată sunt pornite din această stare, dar nu în membrana tilacoidă intactă. Acolo, pe baza stării S 1 , energia pentru aproape fiecare cuantă luminoasă este utilizată pentru reacția luminii. Aceasta înseamnă că o cantitate de energie de 174 kJ / mol este disponibilă din fiecare cuantică absorbită, indiferent dacă este din zona albastră sau roșie. Cu toate acestea, cu cât reacțiile la lumină sunt mai grave, cu atât este mai mare proporția de fluorescență și, prin urmare, pierderea de energie utilizabilă.

Vezi si

literatură

  • Gerhard Trageser: Premiul Nobel pentru chimie: reacția luminii în lumină . În: Spectrul științei. Născut în 1988, nr. 12, p. 14 și urm.
  • Donat-Peter Häder (Ed.): Fotosinteza . Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 1999, ISBN 3-13-115021-1

Link-uri web

Dovezi individuale

  1. ↑ Bas Gobets, Rienk van Grondelle: Transferul de energie și captarea în fotosistemul I. În: Biochim. Biofizi. Acta . 1507, 2001, pp. 80-99.