Fotosystem

Fotosystem (również fotosystem ) jest zbiorem białka i pigmentów cząsteczek ( chlorofile i karotenoidy ) w błonie tylakoidów sinic i chloroplasty , które przekształcają energię świetlną w energię chemiczną podczas lekkiego reakcji z tlenowego fotosyntezy . Występują w fototroficznych cyjanobakteriach i organizmach eukariotycznych ( rośliny i protisty ).

Układ i funkcja

Fotosystem składa się z tak zwanego kompleksu antenowego i centrum reakcji .

W zależności od rodzaju fotosystemu kompleks antenowy (znany również jako kompleks zbierający światło ) składa się z około 30 białek połączonych z cząsteczkami pigmentu. Światło unosi je w energiczny, wzbudzony stan. Energia ta może być przekazywana do centrum reakcji poprzez transfer ekscytonów . Wydajność transferu energii w kompleksie zbierającym światło do centrum reakcyjnego wynosi ponad 90% i odbywa się w ciągu 10-13 sekund.

Centrum reakcji fotosystemów zawiera dwa chlorofile, które działają jako główny donor elektronów. Energia światła wprawia w ruch łańcuch transportu elektronów.

W fotosystemie II elektrony są przenoszone z wody do chinonu za pomocą 4 kwantów światła w jednym cyklu, a jednocześnie uwalniane są z wody protony. To tworzy tlen jako produkt uboczny. Kompleks rozszczepiający wodę zawiera skupisko czterech atomów manganu, chociaż dokładna struktura tej jednostki nie została jeszcze wyjaśniona spektroskopowo, ponieważ zwykłe analizy struktury rentgenowskiej redukują atomy manganu, a uzyskane widmo nie odpowiada natywnej strukturze centrum katalitycznego. Zakłada się, że trzy atomy manganu są zmostkowane przez atomy tlenu, a jeden atom manganu „wisi” nieco dalej jak wyrostek.

W fotosystemie I przenoszenie elektronów pod wpływem światła prowadzi do syntezy NADPH + H + .

Rodzaje

  • Fotosystem, że zawiera w przybliżeniu 200 cząsteczki chlorofilu A i B oraz 50 karoteny. Centrum reakcji fotosystemu I ma maksimum absorpcji przy długości fali 700 nm, dlatego też jest określane jako „P700”.
  • Fotosystem II zawiera 250 cząsteczki chlorofilu a i b, jak również około 110 karotenoidów. Centrum reakcji fotosystemu II ma maksimum absorpcji przy 680 nm („P680”).

Beztlenowe bakterie siarkowe mają fotosystem podobny do PSI.

Stymulacja światłem

Uproszczony schemat terminów ( diagram Jabłońskiego ) chlorofilu a. Poziomy elektronów (wyrażenia) składają się z kilku terminów drgań (odstępy ok. 0,1  eV ), które z kolei składają się z elementów obrotowych w odstępach od 0,02 do 0,001 eV.

Chlorofile działają jako absorbujące światło składniki fotosystemów. Chlorofile składają się z pierścienia porfirynowego , który tworzy kompleks jonów magnezu (Mg 2+ ).

System zdelokalizowanych π-elektronów chlorofilu jest miejscem absorpcji światła: dostarczając energię świetlną, elektron można podnieść ze stanu podstawowego S 0 do wyższych poziomów energii. Ten energetyczny stan chlorofilu nazywany jest stanem wzbudzonym . Jednak tylko dwie długości fal nadają się do wzbudzenia: światło czerwone o niższej energii (z chlorofilem a o długości fali 662 nm) podnosi elektron na wyższy poziom (1. singlet, S 1 ), a światło niebieskie o wyższej energii (430 nm) na jeszcze wyższy poziom Poziom (2. singlet, S 2 ).

Przejścia Okres półtrwania τ½ w sekundach Forma dostarczonej energii proporcje Symbol na zdjęciu
S 2 → S 1 10 -12 ciepło   żółta strzałka
S 1 → S 0 10 -9 Emisja światła (fluorescencja) 8% FA.
Emisja elektronu (fotochemiczna reakcja redoks)   R.
bezpromieniowy transfer energii do sąsiednich cząsteczek   MI.
T 1 → S 0 10 −2 Fosforescencja przy 750 nm   P.

Ponieważ stan trypletu jest bardzo stabilny ze względu na długi okres półtrwania przejścia od stanu trypletowego do stanu podstawowego, powolne procesy fotochemiczne w wyizolowanym chlorofilu rozpoczynają się od tego stanu, ale nie w nienaruszonej błonie tylakoidów. Tam, w oparciu o stan S 1 , energia prawie każdego kwantu światła jest wykorzystywana do reakcji świetlnej. Oznacza to, że ilość energii 174 kJ / mol jest dostępna z każdego zaabsorbowanego kwantu, niezależnie od tego, czy pochodzi z obszaru niebieskiego, czy czerwonego. Jednak im gorsze reakcje świetlne, tym wyższy udział fluorescencji, a tym samym utrata energii użytkowej.

Zobacz też

literatura

  • Gerhard Trageser: Nagroda Nobla w dziedzinie chemii: lekka reakcja w świetle . W: Spectrum of Science. Urodzony w 1988, nr 12, s. 14 i nast.
  • Donat-Peter Häder (red.): Fotosynteza . Georg Thieme Verlag, Stuttgart, Nowy Jork 1999, ISBN 3-13-115021-1

linki internetowe

Indywidualne dowody

  1. ↑ Bas Gobets, Rienk van Grondelle: Transfer energii i pułapki w fotosystemie I. W: Biochim. Biophys. Acta . 1507, 2001, str. 80-99.