19.2.2. O pereche specială de clorofile inițiază separarea sarcinilor

Subunitățile L și M formează nucleul structural și funcțional al centrului de reacție fotosintetic bacterian (vezi figura 19.9). Fiecare dintre aceste subunități omoloage conține cinci elice transmembranare. Subunitatea H, care are doar o singură elice transmembranară, se află pe partea citoplasmatică a membranei. Subunitatea de citocrom, care conține patru heme de tip C, se află pe partea periplasmatică opusă. Patru molecule de bacterioclorofilă b (BChl-b), două molecule de bacteriofeofitină b (BPh), două chinone (QA și QB) și un ion feros sunt asociate cu subunitățile L și M.

Bacterioclorofilele sunt asemănătoare cu clorofilele, cu excepția reducerii unui inel pirolic suplimentar și a altor câteva diferențe minore care le deplasează maximele de absorbție în infraroșu apropiat, la lungimi de undă de până la 1000 nm. Bacteriofeofitina este termenul pentru o bacterioclorofilă care are doi protoni în loc de un ion de magneziu în centrul său.

Reacția începe cu absorbția luminii de către un dimer de molecule BChl-b care se află în apropierea laturii periplasmatice a membranei. Acest dimer, numit pereche specială datorită rolului său fundamental în fotosinteză, absoarbe lumina la maximum la 960 nm, în infraroșu, aproape de marginea regiunii vizibile. Din acest motiv, perechea specială este adesea denumită P960 (P vine de la pigment). Excitarea perechii speciale duce la ejectarea unui electron, care este transferat prin intermediul unei alte molecule de BChl-b la bacteriofeofitina din subunitatea L (figura 19.10, etapele 1 și 2). Această separare inițială a sarcinilor, care produce o sarcină pozitivă pe perechea specială (P960+) și o sarcină negativă pe BPh, are loc în mai puțin de 10 picosecunde (10-11 secunde). Este interesant faptul că este utilizată doar una dintre cele două căi posibile în cadrul dimerului L-M aproape simetric. În stările lor de înaltă energie, P960+ și BPh- ar putea suferi recombinare de sarcină; adică, electronul de pe BPh- s-ar putea deplasa înapoi pentru a neutraliza sarcina pozitivă de pe perechea specială. Întoarcerea sa la perechea specială ar irosi un electron valoros de înaltă energie și ar transforma pur și simplu energia luminoasă absorbită în căldură. Trei factori din structura centrului de reacție acționează împreună pentru a suprima aproape complet recombinarea de sarcină (figura 19.10, etapele 3 și 4). În primul rând, un alt acceptor de electroni, o chinonă strâns legată (QA), se află la mai puțin de 10 Å de BPh-, astfel încât electronul este transferat rapid și mai departe de perechea specială. Reamintim că ratele de transfer de electroni depind puternic de distanță (secțiunea 18.2.3). În al doilea rând, unul dintre hemele subunității de citocrom se află la mai puțin de 10 Å de perechea specială, astfel încât sarcina pozitivă este neutralizată prin transferul unui electron din citocromul redus. În cele din urmă, transferul de electroni de la BPh- la perechea specială încărcată pozitiv este deosebit de lent: transferul este atât de favorabil din punct de vedere termodinamic încât are loc în regiunea inversată, unde vitezele de transfer de electroni devin mai lente (secțiunea 18.2.3). Astfel, transferul de electroni se realizează eficient de la BPh- la QA.

Figura 19.10

Clanțul de electroni în centrul de reacție al bacteriei fotosintetice. Absorbția luminii de către perechea specială (P960) are ca rezultat transferul rapid al unui electron de la acest situs la o bacteriofeofitină (BPh), creând o separare de sarcină fotoindusă (etapele (continuare…)

De la QA, electronul se deplasează la o chinonă mai slab asociată, QB. Absorbția unui al doilea foton și deplasarea unui al doilea electron pe traseul de la perechea specială finalizează reducerea cu doi electroni a QB de la Q la QH2. Deoarece situsul de legare a QB se află aproape de partea citoplasmatică a membranei, doi protoni sunt preluați din citoplasmă, contribuind la dezvoltarea unui gradient de protoni de-a lungul membranei celulare (figura 19.10, etapele 5, 6 și 7).

Cum recuperează subunitatea citocromă a centrului de reacție un electron pentru a finaliza ciclul? Chinona redusă (QH2) este reoxidată în Q de către complexul III al lanțului respirator de transport al electronilor (secțiunea 18.3.3). Electronii din chinona redusă sunt transferați prin intermediul unui intermediar citocrom c solubil, numit citocrom c2, în periplasmă către subunitatea de citocrom a centrului de reacție. Fluxul de electroni este astfel ciclic. Gradientul de protoni generat în cursul acestui ciclu conduce la generarea de ATP prin acțiunea ATP-sintetazei.

.