19.2.2. クロロフィルの特別なペアが電荷分離を開始する

LサブユニットとMサブユニットは、バクテリアの光合成反応中心の構造的・機能的中核を形成している（図19.9参照）。 これらの相同サブユニットにはそれぞれ5つの膜貫通ヘリックスがある。 Hサブユニットは膜貫通らせんを1つだけ持ち、膜の細胞質側に位置する。 シトクロムサブユニットは、4つのc型ヘムを持ち、反対側のペリプラズム側に位置している。 LおよびMサブユニットには、4個のバクテリオクロロフィルb（BChl-b）分子、2個のバクテリオフェオフィチンb（BPh）分子、2個のキノン（QAおよびQB）および1個の鉄イオンが結合する。jpg

バクテリオクロロフィルは、追加のピロール環の還元と、その吸収極大を近赤外、1000nmという長波長にシフトする他のいくつかの小さな差異を除いて、クロロフィルに類似しています。 バクテリオフェオフィチンは、中心にマグネシウムイオンの代わりに2つのプロトンを持つバクテリオクロロフィルの呼称です。

反応は、膜のペリプラズム側近くにあるBChl-b分子の二量体が光を吸収するところから始まります。 この二量体は、光合成の基本的な役割から特殊対と呼ばれ、可視領域の端に近い赤外域の960nmで光を最大に吸収する。 このため、特殊対はしばしばP960と呼ばれる（Pはpigmentの略）。 特殊対の励起によって電子が放出され、その電子はもう1分子のBChl-bを介してLサブユニット中のバクテリオフェオフィチンに移動する（図19.10、ステップ1およびステップ2）。 この最初の電荷分離は、特殊なペア（P960+）に正電荷、BPhに負電荷をもたらし、10ピコ秒（10-11秒）未満で行われる。 興味深いことに、ほぼ対称的なL-Mダイマー内の2つの可能な経路のうち、1つだけが利用される。 つまり、BPh-上の電子は、特殊なペア上の正電荷を中和するために戻ってくる可能性があるのだ。 このとき、BPh-上の電子は、特殊対の正電荷を中和するために戻ってくるが、貴重な高エネルギー電子を浪費し、吸収した光エネルギーを単に熱に変えてしまう。 反応中心の構造には3つの要因があり、これらが協働して電荷の再結合をほぼ完全に抑制している（図19.10、ステップ3および4）。 まず、もう一つの電子受容体である強固に結合したキノン（QA）がBPh-から10Å未満の距離にあるため、電子は特別なペアから遠くへ急速に移動する。 電子移動の速度は距離に強く依存することを思い出してほしい（セクション18.2.3）。 次に、シトクロムサブユニットのヘムの1つは特殊対から10Å以下の距離にあるため、還元型シトクロムから電子が移動して正電荷が中和される。 最後に、BPh-から正電荷の特殊対への電子移動は特に遅い。この移動は熱力学的に非常に有利であるため、電子移動速度が遅くなる反転領域で起こる（セクション18.2.3）。 このように、BPh-からQAへの電子移動は効率よく進みます。

図19.10

光合成細菌反応センターの電子鎖。 特殊なペア（P960）による光の吸収により、この部位からバクテリオフェオフィチン（BPh）に電子が急速に移動し、光誘起電荷分離（ステップ（詳細）

QAから、電子はより緩く結合したキノン、QBに移動します。 2番目の光子の吸収と特別なペアからの経路を通る2番目の電子の移動により、QBがQからQH2へ2電子で還元される。 QB結合部位は膜の細胞質側にあるので、2個のプロトンが細胞質から取り込まれ、細胞膜を横切るプロトン勾配の形成に寄与します（図19.10、ステップ5、6、7）

反応中心サブユニットのシトクロムは、どのようにして電子を取り戻してサイクルを完了するのですか？ 還元型キノン(QH2)は呼吸電子伝達系複合体IIIによってQに再酸化されます(18.3.3項)。 還元されたキノンからの電子は、ペリプラズムにあるシトクロムc2と呼ばれる可溶性シトクロムc中間体を介して、反応中心のシトクロムサブユニットに移動します。 このように、電子の流れは周期的である。 このサイクルの過程で発生するプロトン勾配が、ATP合成酵素の働きによるATPの生成を促すのである

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