光合I(2)

PSII上的电子传递: 天线色素吸收光能传递到中心色素P680, P680激发 后将电子传给Pheo,Pheo再将电子传与 QA， QA是单 电子传递体，每次只接受一个电子生成半醌，它的 电子再传给QB。QB是双电子传递体，可两次从QA接受 电子以及从周围介质接受质子形成PQH2，与PQ库进 行交换。 失去电子的P680+从D1蛋白的161位Tyr残基上(Z)夺 取电子,D1-161Tyr又通过Mn cluster从水中获取电 子.
（3）Cytb6f复合体 Cytb 复合体：是连接PSII与PSI两个光系统之间 的色素蛋白复合物，含有Cytf, Cytb6和Rieske铁硫蛋 白[(Fe-S)R]和亚基IV。 催化PQH2氧化，PC还原，并将 质子从膜外转到膜内。
Cytochrome b6f complex
介导的跨膜质子转移机理，还不完全清楚。一个模式叫Q Cytb6f介导的跨膜质子转移机理，还不完全清楚。一个模式叫Q 循环： 电子交于Cytb 一个e 交于[Fe S]蛋白传至 [Fe循环：PQH2电子交于Cytb6f时，一个e- 交于[Fe-S]蛋白传至 Cytf，继续传给PC 另一个交于Cytb PC， 再将电子传于PQ PQ， Cytf，继续传给PC，另一个交于Cytb6，cytb6再将电子传于PQ， PQ接受两个电子获得 接受两个电子获得2 PQ接受两个电子获得2个质子继续循环。 总结果：氧化1PQH2 PQ,向前传递 个电子，跨膜运转4 1PQH2为 向前传递2 总结果：氧化1PQH2为PQ,向前传递2个电子，跨膜运转4个H+.
electron transport and photophosphorylation)
4.1 电子和质子的传递
4.1.1 光合链: 指定位在光合膜上的，由多个电子传 递体组成的电子传递总轨道。按照各电子递体的氧化 还原电位高低排列，电子传递链呈侧写的Z形，所以 称Z链或Z方案(Z scheme)。
Kinetics of electron transfer in the bacterial reaction center.
高等植物PSII的 反应中心： 由D1(32kD)和 D2(34kD)两条多 肽组成，结合着 “特殊对”的叶 绿素P680， 去镁 叶绿素，QA,QB. D1 链上的酪氨酸残 基作为次级电子 供体。
Z链的特点： 链的特点： 链的特点
由PSII，Cytb6f， PSI复合体 及一些其它可移动性电子传递 体串联组成。 有二处是逆电势梯度，即P680至 P680*，P700至P700*，这种逆电势 梯度的“上坡”过程由聚光色 素吸收光能后推动，而电子传 递都是顺电势梯度进行的。 水的氧化与PSII电子传递相联 系，NADP+的还原与 PSI的电子 传递相联系。电子的最终供体 是H2O。电子最终受体是NADP+。
The oxygen evolution apparatus is considered to exist in five different oxidation state (S0 through S4)。 。
锰是水氧化所必不可少的元素.目前认为,S状态的 转换代表着锰原子的不同氧化状态。已知放氧复合体 中包含着四个锰原子组成的集合体,称为 Mn Cluster. 这些锰原子被四个独立的光化学反应依次转化为一个 新的氧化状态,直到氧气放出, Mn Cluster又回到原 初状态。 Ca2+和 Cl-也是放氧所必 需的,但作用还不清楚。
氧释放的机制 ：S state model（Kok,1970) model（ 实验： 将小球藻预先保温在暗中， 实验： 将小球藻预先保温在暗中，然后给予一系列 闪光照射（ 10μs，间隔300ms），测定每次闪光后 300ms）， 闪光照射（5-10μs，间隔300ms），测定每次闪光后 的放氧反应。结果见图: 的放氧反应。结果见图:
II 型光反应中心，又称醌型反应中心。紫色硫细菌 和非硫细菌及某些绿色细菌含有醌型反应中心。80年 代中期成功地得到了紫色光合细菌反应中心色素的蛋 白复合体三维晶体，并利用X-衍射分析法在原子水平 确定了空间结构。
包括4条多肽 链亚基，L和M 各具有5个跨 膜螺旋，结合 着相同的电子 传递体。H亚 基位于细胞质 侧，C亚基位 于膜外侧。
Structure and reaction of plastoquinone
水的光解: 光合电子传递链中最终电子供体是H2O，已知每释放 1O2，需有2分子H2O被分解，有4个e-进入电子传递链， 形成4个H+，总方程式为： 2H2O → O2↑+ 4e-+ 4H+ 水是非常稳定的分子，水氧化形成分子氧是非常困 难的，光合放氧复合物是唯一已知的能完成这个反应 的化学系统。光合放氧过程差不多是地球上所有氧气 的来源。
Pattern of oxygen evolution in flashing light.
根据以上实验，KOK等提出H2O裂解放氧的 S State model 等提出H 根据以上实验，KOK等提出 水的氧化在称为放氧复合体的系统(S)中进行。 水的氧化在称为放氧复合体的系统(S)中进行。 (S)中进行 每次闪光，S交给PSII反应中心一个e-，接照氧化程度， 每次闪光， 交给PSII反应中心一个e 接照氧化程度， PSII反应中心一个 分别称为S 将S分别称为S0，S1，S2，S3，S4 。 当S失去4e-带有4个正电荷时，即能裂解2个H2O释放一 失去4e 带有4个正电荷时，即能裂解2 并从2 获得4e 回到S 个O2，并从2个H2O获得4e-，回到S0。 S0和S1是稳定态，S2和S3在暗中退回到S1，S4不稳定。 是稳定态， 在暗中退回到S 不稳定。 这样在叶绿体暗适应过程后， 3/4的 处于S 这样在叶绿体暗适应过程后，有3/4的S处于S1，1/4 处于S 因此最大的放O 量在第三次闪光时出现。 处于S0，因此最大的放O2量在第三次闪光时出现。 这个模式称为水氧化钟， KOK钟 这个模式称为水氧化钟，或KOK钟。 水氧化钟
The Z scheme for photosynthetic electron transport.
电子传递链中有三个可移动电 子递体，PQ、PC和Fd。PQ是双 电子双H+传递体，伴随电子传 递，转移H+.
4.1.2 光合电子传递体的组成与功能
（1）PSII复合体
吸收光能，进行光化学反应，产生强 氧化剂, 使水裂解，释放氧气，并把H2O中的电子传至PQ。
PSII复合体在体内结合外天线形成超级复合体.
反应中心蛋D1,D2,cyt559 反应中心蛋D1,D2,cyt559 内天线CP 内天线CP43，CP47 放氧复合体（OEC） 放氧复合体（OEC） 捕光色素复合物II(LHCII) 捕光色素复合物II(LHCII)
Structure of PSII super-complex
Structure of the manganese cluster.
质子释放: 水裂解过程中所引起的质子释放似乎与 氧的释放没有直接偶联,因为质子释放在氧释放之前, 因此质子可能来自放氧复合体上蛋白质的某些可离 子化的氨基酸基团. 质子电化学势梯度形成:放氧复合体位于类囊体腔一 侧,水氧化放出的质子就释放在类囊体腔,是形成跨 类囊体膜质子电化学势梯度的重要因素.
包括约20种多肽， 250个叶绿素,一些类 胡萝卜素分子及质醌 分子。
OEC
Structural model of the PSII reaction center.
组成: 反应中心D1-D2蛋白及其结合的电子传递体 Cytb559 色素蛋白复合体 CP43，CP47 围绕P680构成近侧天 线。 放氧复合体（Oxygen-evolving complex,OEC）： 由33，23及17kD三条外伸多肽与Mn、Cl、Ca结合 组成，位于类囊体腔一侧。
Structural model of the PSI core complex
3.2 光化学反应(Photochemical reaction) 光化学反应(Photochemical
绝大多数利用光能生成化学能的过程都是光化学反 应，即利用光能推动氧化还原反应的进行。 在适盐细菌发现一类光驱动的质子泵，将质子从细胞 质排出，再利用跨膜质子电化学势合成ATP.
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3.2.1 反应中心与原初光化学反应
(6) PSI复合体：吸收光能，进行光化学反应，产生 PSI复合体：吸收光能，进行光化学反应， 复合体 强的还原剂，用于还原NADP 实现PC PC到 强的还原剂，用于还原NADP+，实现PC到NADP+的 电子传递。 电子传递
包括PSI核心复合体和内天线 LHCI) 核心复合体包含有11-13个多肽， 分外在蛋白和内在蛋白， 外在蛋白又分为基质面蛋白 和腔面蛋白，A、B(82-83kDa)组 成跨膜的对称异二聚体，P700， A0，A1，FX结合在异二聚体上， P700：特殊的叶绿素对。 A0: Chla A1:维生素K1(叶醌）
反应中心:是发生光化学反应的最小单位，包括反应中 反应中心 心色素分子，原初电子受体，次级电子受体与供体以 及维持这些电子传递体的微环境所必须的蛋白质所组 成。 原初光化学反应：由光引起的反应中心色素分子与原 原初光化学反应 初电子受体间的氧化还原反应。 光合作用中只有小量 叶绿素a分子能进行光化学反应
PQ是双电子双质子递体. 在传递电子的同时把H+从基 PQ是双电子双质子递体. 在传递电子的同时把H 是双电子双质子递体 质转移到膜腔。通过PQ的还原氧化把H PQ的还原氧化把 质转移到膜腔。通过PQ的还原氧化把H+从膜外转运到 膜内的过程称为PQ穿梭；对类囊体膜内外建立质子梯 PQ穿梭 膜内的过程称为PQ穿梭；对类囊体膜内外建立质子梯 起着重要作用。 度起着重要作用。
PA
hv
P* A
P+ A-
PSI和 PSI和PSII 两个反应中心 两个光反应中心共同点：核心都是由两条对称的多肽 组成；都利用“特殊对”的叶绿素分子作为中心色素 分子或原初电子供体;它们的原初电子受体是叶绿素 或去镁叶绿素。 不同点：最终电子受体不同，PSI: Fd (Ferredoxin) PSII:PQ Plastoquinone)
The Q Cycle
(4)质蓝素（ (4)质蓝素（plastocyanin, PC），是位于类囊体膜 PC） 质蓝素 内侧的含Cu的可溶性蛋白质(40kDa)，由4条多肽组成, 每条多肽含一个铜原子.氧化态为蓝色，是Cytb6f 和 PSI之间的电子递体，通过Cu++→Cu+之间的变化来传递 电子。 质蓝素的电子传递可被HgCl2所抑制。 PC也可以在两个光系统之间扩散,完成电子传递.
hv
OEC
PSII Complex
P680* Pheo P680+ Pheo―
P680 Pheo
I 型光反应中心又称铁硫型反应中心，绿硫光合细菌 和阳生光合细菌含I型光反应中心。
PSI光化学反应： PSI光化学反应： 光化学反应
P700A0
hv
P700*A0
P700+A0―
PSI complex
4. 电子传递与光合磷酸化(photosynthetic 电子传递与光合磷酸化(
（2）质醌（plastoquinone, PQ）：是介于PSII复合 质醌（ PQ）：是介于PSII复合 质醌 ）：是介于PSII 物与Cytb 复合物之间的电子传递体。PQ是脂溶性分 物与Cytb6f复合物之间的电子传递体。PQ是脂溶性分 能在类囊体膜中自由移动。其含量很高，又称PQ 子，能在类囊体膜中自由移动。其含量很高，又称PQ 库。 功能： 功能： PQ库作为光系统 II和 库作为光系统II 之间的电子传递体， PQ 库作为光系统 II 和 Cytb6f 之间的电子传递体 ， 通过 在两个光系统之间扩散传递电子， 扩散传递电子 在两个光系统之间 扩散 传递电子 ， 使电子传递过程能 以网络形式进行，而并不需要两个光系统一一对应。 以网络形式进行，而并不需要两个光系统一一对应。