thumb|400x400px|Procesy fotochemiczne w membranie tylakoidu podczas fotosyntezy thumb|400x400px|Fotoukład II sinic, dimer Fotoukład II – pierwszy kompleks białek w reakcji fotochemicznej fotosyntezy tlenowej. Zlokalizowany jest w tylakoidach roślin, glonów i sinic. W czasie fotosyntezy enzymy zbierają fotony światła, by wzbudzić elektrony, które są następnie przenoszone przez rozmaite koenzymy i kofaktory, aby zredukować plastochinon do plastochinolu. Wzbudzone elektrony w efekcie rozkładu wody są wymieniane na jony wodorowe i tlen cząsteczkowy.
Przez zastąpienie elektronów tymi, które pochodzą z fotodysocjacji wody, fotoukład II otrzymuje elektrony potrzebne do wszystkich procesów fotosyntezy. Jony wodorowe (protony) powstałe przez utlenianie wody pomagają w powstaniu gradientu protonowego, potrzebnego podczas syntezy ATP, której produktem jest ATP. Wzbudzone elektrony przesłane do plastochinonu ostatecznie są wykorzystane do redukcji NADP+ do NADPH lub biorą udział w cyklicznej fosforylacji fotosyntetycznej.
Struktura thumb|400x400px|Fotoukład II sinic, monomer Rdzeń fotoukładu II składa się z pseudosymetrycznego heterodimeru tworzonego przez dwa homologiczne białka D1 oraz D2. Inaczej niż w centrach reakcji wszystkich innych fotoukładów, u których występują specjalne dwójki umiejscowionych blisko siebie cząstek chlorofilu, pigment ulegający wstępnej separacji ładunku fotoindukcyjnego w fotoukładzie jest monomerem chlorofilu. Ponieważ dodatni ładunek nie jest dzielony pomiędzy dwie cząsteczki, zjonizowany pigment jest wysoce utleniony i może brać udział w fotolizie wody.
Fotoukład II (sinic i roślin zielonych) składa się z około 20 podjednostek (zależnie od organizmu), tak jak współpracujące z nim białka zbierające światło. Każdy fotoukład II zawiera co najmniej 99 kofaktorów: 35 chlorofili A, 12 β-karotenów, 2 feofityny, 2 plastochinony, 2 żelazoporyfiny, 1 wodorowęglan, 20 lipidów, klaster (włączając dwa jony chlorowe), jeden niehemowy kation żelaza oraz prawdopodobnie dwa kationy wapnia na każdy monomer. Uzyskano różne struktury krystaliczne fotoukładu II. Podjednostki białka (tylko te z rozpoznaną funkcją)PodjednostkaFunkcja D1Białko centrum reakcji, wiąże się z chlorofilem p680, feofityna, β-karoten, centrum chinonowe i manganoweD2Białko centrum reakcjiCP43Wiąże się z centrum manganowymCP47PsbOBiałko stabilizujące mangan Koenzymy/KofaktoryCząsteczkaFunkcjaChlorofilAbsorbuje energię świetlną i przekształca ją na energię chemicznąβ-karotentłumi nadmiar energii fotoekscytacjiHem b559Protoporfiryna IX również zawiera żelazoFeofitynaWstępny akceptor elektronówPlastochinonPrzenosi elektrony w błonie tylakoiduCentrum manganoweCentrum aktywne kompleksu rozkładającego wodę (OEC, z )
Kompleks rozkładający wodę (OEC) thumb|200x200px|Zaproponowana struktura centrum manganowego
Kompleks rozkładający wodę stanowi miejsce rozkładu wody. Jest to klaster utworzony z utlenionych metali, na którego budowę składają się cztery jony manganowe i jeden dwuwartościowy jon wapnia. W trakcie rozkładu wody produkuje on tlen gazowy oraz kationy wodorowe, sekwencyjnie przenosi cztery elektrony pochodzące z wody do bocznego łańcucha tyrozyny (D1-Y161), a następnie do samego P680 (dimer chlorofilu). Struktury uzyskane dzięki rentgenografii strukturalnej są dyskusyjne, ponieważ promieniowanie rentgenowskie może wpływać na strukturę częsteczki. Jednak krystalografia w połączeniu z innymi, mniej inwazyjnymi metodami spektroskopowymi, np. EXAFS i spektroskopia EPR dają dosyć przejrzysty obraz struktury klastra. Jedną z możliwości jest struktura zbliżona do kubanu. W 2011 roku, po przeprowadzeniu badań na poziomie 1,9 angstrema odkryto pięć atomów tlenu służących jako mostki tlenowe łączące pięć atomów metalu i cztery cząsteczki wody przyłączane do klastra Mn4CaO5; w każdym pojedynczym monomerze fotoukładu II zidentyfikowano ponad 1300 cząsteczek wody. Niektóre z nich tworzą rozległe sieci połączone wiązaniami wodorowymi i mogą służyć jako kanały przesyłu protonów, wody lub cząsteczek tlenu.
Rozkład wody Fotosyntetyczny rozkład wody (lub uwalnianie tlenu) jest jedną z najważniejszych reakcji na naszej planecie, gdyż stanowi źródło niemal całego tlenu atmosferycznego. Co więcej, fotosyntetyczny rozkład wody, będący efektem działań człowieka, może wpłynąć na efektywność wykorzystania światła słonecznego jako alternatywnego źródła energii.
Mechanizm rozkładu wody nie jest w pełni wyjaśniony, znane są jednak liczne jego szczegóły. Rozkład wody do tlenu cząsteczkowego wymaga oderwania czterech elektronów i czterech protonów z dwóch cząsteczek wody. Dane doświadczalne uzyskane przez Pierre'a Joliot ze współpracownikami pokazują, że tlen jest uwalniany podczas cyklicznej reakcji kompleksu rozkładu wody (OEC) wewnątrz fotoukładu II. Wykazali oni, że materiał fotosyntetyczny przystosowany do ciemności (rośliny wyższe, glony, sinice), a wystawiony na serie pojedynczych impulsów światła, uwalnia tlen w typowych, cztero-okresowych wahaniach z maksimum przypadającym na trzecie i siódme naświetlanie i minimum przypadającym na pierwsze i piąte naświetlanie. Bazując na tym eksperymencie, Bessel Kok wraz ze współpracownikami wprowadził cykl pięciu przejściowych naświetleń zwanych stanami S, opisujących cztery stany utlenienia (redox) kompleksu rozkładającego wodę. Kiedy zgromadzone są cztery równoważniki utleniaczy (w stanie S4) OEC powraca do stanu początkowego S0, jaki zachowuje podczas nieprzerwanej ciemności. Ostatecznie Jablonsky i Lazar zaproponowali wprowadzenie średniozaawansowanych stanów S będących mechanizmem regulacyjnym i łączącym stany S i tyrozynę Z.
Uwagi
Przypisy
Kategoria:Fotosynteza