19.2.2. Um Par Especial de Clorofilas Inicia a Separação de Carga
As subunidades L e M formam o núcleo estrutural e funcional do centro de reação fotossintético bacteriano (ver Figura 19.9). Cada uma destas subunidades homólogas contém cinco hélices transmembranas. A subunidade H, que tem apenas uma hélice transmembrana, encontra-se no lado citoplasmático da membrana. A subunidade citoplasmática, que contém quatro hélices do tipo c, encontra-se do lado oposto do periplasma. Quatro moléculas de bacterioclorofila b (BChl-b), duas moléculas de bacteriopheofitina b (BPh), duas quinonas (QA e QB) e um íon ferroso estão associados às subunidades L e M.
Bacterioclorofilas são semelhantes às clorofilas, exceto pela redução de um anel de pirrol adicional e algumas outras diferenças menores que deslocam seus máximos de absorção para o infravermelho próximo, para comprimentos de onda tão longos quanto 1000 nm. Bacteriopheophytin é o termo para uma bacterioclorofitina que tem dois prótons em vez de um íon de magnésio no seu centro.
A reação começa com a absorção de luz por um dímero de moléculas de BChl-b que se encontram perto do lado periplásmico da membrana. Este dímero, chamado de par especial devido ao seu papel fundamental na fotossíntese, absorve a luz no máximo a 960 nm, no infravermelho próximo à borda da região visível. Por esta razão, o par especial é frequentemente referido como P960 (P significa pigmento). A excitação do par especial leva à ejeção de um elétron, que é transferido através de outra molécula de BChl-b para a bacteriofeofitina na subunidade L (Figura 19.10, passos 1 e 2). Esta separação inicial de carga, que produz uma carga positiva no par especial (P960+) e uma carga negativa em BPh, ocorre em menos de 10 picossegundos (10-11 segundos). Curiosamente, apenas um dos dois caminhos possíveis dentro do dimer L-M quase simétrico é utilizado. Em seus estados de alta energia, P960+ e BPh- poderiam sofrer recombinação de carga; ou seja, o elétron em BPh- poderia retornar para neutralizar a carga positiva no par especial. Seu retorno ao par especial desperdiçaria um valioso elétron de alta energia e simplesmente converteria a energia de luz absorvida em calor. Três fatores na estrutura do centro de reação trabalham em conjunto para suprimir quase completamente a recombinação da carga (Figura 19.10, passos 3 e 4). Em primeiro lugar, um outro aceitador de elétrons, um quinona fortemente ligado (QA), está a menos de 10 Å de BPh-, e assim o elétron é rapidamente transferido para mais longe do par especial. Lembre-se que as taxas de transferência de elétrons dependem fortemente da distância (Seção 18.2.3). Segundo, um dos hemes da subunidade de citocromo está a menos de 10 Å do par especial, pelo que a carga positiva é neutralizada pela transferência de um electrão do citocromo reduzido. Finalmente, a transferência de elétrons de BPh- para o par especial com carga positiva é especialmente lenta: a transferência é tão termodinamicamente favorável que ocorre na região invertida onde as taxas de transferência de elétrons se tornam mais lentas (Seção 18.2.3). Assim, a transferência de elétrons procede eficientemente de BPh- para QA.
Figure 19.10
Corrente Elétrica no Centro de Reação Bacteriana Fotosintética. A absorção da luz pelo par especial (P960) resulta na rápida transferência de um elétron deste local para uma bacteriofeofitina (BPh), criando uma separação de carga fotoinduzida (passos (mais…)
De QA, o elétron se move para uma quinona mais frouxamente associada, QB. A absorção de um segundo fóton e o movimento de um segundo elétron pelo caminho do par especial completa a redução de dois elétrons de QB de Q para QH2. Como o local de ligação do QB fica próximo ao lado citoplasmático da membrana, dois prótons são retirados do citoplasma, contribuindo para o desenvolvimento de um gradiente de prótons através da membrana celular (Figura 19.10, passos 5, 6 e 7).
Como a subunidade do citoplasma do centro de reação recupera um elétron para completar o ciclo? O quinona reduzido (QH2) é reoxidado para Q pelo complexo III da cadeia respiratória de transporte de electrões (Secção 18.3.3). Os electrões do quinono reduzido são transferidos através de um citocromo c intermediário solúvel, chamado citocromo c2, no periplasma para a subunidade de citocromo do centro de reacção. O fluxo dos elétrons é, portanto, cíclico. O gradiente de prótons gerado no decorrer deste ciclo impulsiona a geração de ATP através da ação de ATP synthase.