Кіріспе
Фотосинтездік жарық реакцияларындағы екінші ақуыз кешені – Фотожүйе I (PSI, немесе пластоцианин-ферродоксин оксидоредуктазасы) – балдырлар, өсімдіктер және цианобактериялардың фотосинтездік жарық реакцияларындағы екі фотожүйенің бірі. Фотожүйе I – электрондардың тилакоид мембранасы арқылы пластоцианиннен ферродоксинге өтуін катализдеу үшін жарық энергиясын пайдаланатын интегралды мембраналық ақуыз кешені. Нәтижесінде, Фотожүйе I арқылы берілетін электрондар орташа энергиялы сутегі тасымалдаушы NADPH-ты өндіруге қолданылады. Фотожүйе I сіңіретін фотондардың энергиясы АТФ-ты өндіру үшін пайдаланылатын протондық градиентті де жасайды. PSI 110-нан астам кофактордан тұрады, бұл Фотожүйе II-ге қарағанда әлдеқайда көп.
Photosystem I (PSI, or plastocyanin–ferredoxin oxidoreductase) is one of two photosystems in the photosynthetic light reactions of algae, plants, and cyanobacteria. Photosystem I is an integral membrane protein complex that uses light energy to catalyze the transfer of electrons across the thylakoid membrane from plastocyanin to ferredoxin. Ultimately, the electrons that are transferred by Photosystem I are used to produce the moderate energy hydrogen carrier NADPH. The photon energy absorbed by Photosystem I also produces a proton motive force that is used to generate ATP. PSI is composed of more than 110 cofactors, significantly more than Photosystem II.
Тарих
Бұл фотожүйе PSI деп аталады, өйткені ол II фотожүйеден бұрын ашылған, бірақ кейінгі тәжірибелер II фотожүйесінің фотосинтездік электрондық тасымалдау тізбегінің алғашқы ферменті екенін көрсетті. PSI аспектілері 1950 жылдары ашылды, бірақ бұл ашылулардың маңызы сол кезде әлі танылмаған. Луи Дюйсенс 1960 жылы I және II фотожүйелер туралы тұжырымдаманы алғаш рет ұсынды, ал сол жылы Фэй Бендалл мен Роберт Хиллдің ұсынысы бұрынғы ашылуларды сериялық фотосинтез реакцияларының біртұтас теориясына біріктірді. цистеиндерден төмен ағында және PsaA/PsaB димеризациясына үлес қосуы мүмкін. F және F терминалды электрон қабылдағыштары, сондай-ақ [4Fe 4S] темір-күкірт кластерлері PsaC деп аталатын 9 кДа ақуызда орналасқан, ол F-қа жақын PsaA/PsaB ядросына байланысады. + PSI компоненттері (ақуыздық кішібірліктер, липидтер, пигменттер, коферменттер және кофакторлар). Ақуыздық кішібірліктер Сипаттамасы PsaA P700, A0, A1 және Fx байланысына қатысатын үлкен трансмембраналық ақуыздар. Фотосинтез реакциялық орталығы ақуыздар отбасының бөлігі. PsaB PsaC Темір-күкірт орталығы; Fa және Fb үшін апопротеин. PsaD Құрастыру үшін қажет, ферредоксинмен байланысуға көмектеседі. PsaE PsaI PsaL-ді тұрақтандыруы мүмкін. Жарық жинақтау кешені II байланысын тұрақтандырады. PsaJ PsaK PsaL PsaM PsaX цитохром b6f кешені Ерігіш ақуыз Fa PsaC-ден; Электрондық тасымалдау тізбегінде (ETC) Fb PsaC-ден; ETC Fx PsaAB-ден; ETC Ферредоксин ETC-дегі электрон тасымалдаушы Пластоцианин Ерігіш ақуыз Липидтер Сипаттамасы MGDG II Моногалактозилдиглицерид липиді PG I Фосфатидилглицерол фосфолипиді PG III Фосфатидилглицерол фосфолипиді PG IV Фосфатидилглицерол фосфолипиді Пигменттер Сипаттамасы Хлорофилл a антенна жүйесіндегі 90 пигмент молекуласы Хлорофилл a ETC-дегі 5 пигмент молекуласы Хлорофилл a0 ETC-дегі модификацияланған хлорофиллдің ерте электрон қабылдағышы Хлорофилл a′1 ETC-дегі пигмент молекуласы β Каротин 22 каротиноид пигмент молекуласы Коферменттер және кофакторлар Сипаттамасы QK A ETC-дегі ерте электрон қабылдағыш витамин K1 филлохинон QK B ETC-дегі ерте электрон қабылдағыш витамин K1 филлохинон FNR Ферредоксин оксидоредуктаза ферменті Кальций ионы Магний ионы
+ Components of PSI (protein subunits, lipids, pigments, coenzymes, and cofactors). Protein subunits Description PsaA Related large transmembrane proteins involved in the binding of P700, A0, A1, and Fx. Part of the photosynthetic reaction centre protein family. PsaBPsaCIron sulfur center; apoprotein for Fa and FbPsaDRequired for assembly, helps bind ferredoxin. PsaEPsaIMay stabilize PsaL. Stabilizes light harvesting complex II binding. PsaJ PsaK PsaLPsaMPsaXcytochrome b6f complexSoluble proteinFaFrom PsaC; In electron transport chain (ETC) FbFrom PsaC; In ETCFxFrom PsaAB; In ETCFerredoxinElectron carrier in ETCPlastocyaninSoluble protein Lipids DescriptionMGDG IIMonogalactosyldiglyceride lipidPG IPhosphatidylglycerol phospholipidPG IIIPhosphatidylglycerol phospholipidPG IVPhosphatidylglycerol phospholipid Pigments DescriptionChlorophyll a90 pigment molecules in antenna systemChlorophyll a5 pigment molecules in ETCChlorophyll a0Early electron acceptor of modified chlorophyll in ETCChlorophyll a′1 pigment molecule in ETCβ Carotene22 carotenoid pigment molecules Coenzymes and cofactors DescriptionQK AEarly electron acceptor vitamin K1 phylloquinone in ETCQK BEarly electron acceptor vitamin K1 phylloquinone in ETCFNRFerredoxin oxidoreductase enzymeCalcium ionMagnesium ion
Фотондар
Антенна кешеніндегі пигмент молекулаларының фотоқоздырылуы электрондық және энергиялық тасымалдауға әкеледі. Бұл пигмент молекулалары фотоқоздырылғанда фотондардан резонанстық энергияны қабылдап, жеткізеді. Антенна молекулалары көрінетін спектрдегі жарықтың барлық толқын ұзындықтарын сіңіре алады. Мұндай пигмент молекулаларының саны әрбір организмде әртүрлі болады. Мысалы, цианобактерия Synechococcus elongatus (Thermosynechococcus elongatus) шамамен 100 хлорофилл және 20 каротиноидқа ие, ал шпинат хлоропластары шамамен 200 хлорофилл және 50 каротиноидты қамтиды.
P700 реакциялық орталығы
P700 реакциялық орталығы 700 нм толқын ұзындығында жарықты ең жақсы сіңіретін модификацияланған хлорофилл a-дан құралған. P700 антенна молекулаларынан энергия алып, әрбір фотонның энергиясын электронды жоғарырақ энергия деңгейіне көтеруге пайдаланады (P700*). Бұл электрондар P700*-ден электрон қабылдағыштарға окистену-тотығу процесінде жұптап жылжып, P700-ді қалдырады. P700* және P700 жұбының электр потенциалы шамамен -1,2 вольтқа тең. Реакциялық орталық екі хлорофилл молекуласынан тұратындықтан, оны димер деп атайды.
Филохинон
Филохинон, кейде К витамині деп аталады, ПСI-дегі келесі ерте электрон қабылдағышы болып табылады. Ол электронды қабылдау үшін А-ны тотықтырады, ал өзі F арқылы қайта тотықтырылады, содан электрон F және F-ке беріледі. Fx-тің тотығуы шектеуші қадам болып көрінеді. Бір модельде F электронды F-ке береді, ол оны F-ке ферредоксинге жеткізу үшін береді. Fd электронды жалғыз тилакоидқа немесе FNR-ді тотықтыратын ферментке тасымалдауға қабілетті, сондай-ақ ол NADPH-қа байланысу арқылы электронды қабылдауы мүмкін.
Ycf4 ақуыздық домені
Тилакоид мембранасында табылған Ycf4 ақуыз домені фотожүйе I үшін маңызды. Бұл тилакоидтық трансмембраналық ақуыз фотожүйе I құраушыларын жинауға көмектеседі. Ол болмаса, фотосинтез тиімсіз болар еді.
Эволюция
Молекулалық деректер PSI жасыл күкірт бактерияларының фотожүйелерінен пайда болғанын көрсетеді. Жасыл күкірт бактерияларының фотожүйелері мен цианобактериялардың, балдырлардың және жоғары өсімдіктердің фотожүйелері толықтай бірдей емес, бірақ олардың көптеген ұқсас функциялары мен құрылымдық ерекшеліктері бар. Әртүрлі фотожүйелер арасында үш негізгі ортақ белгі анықталды. Біріншіден, ферредоксинді тотығу-тотығу күйіне келтіру үшін редокс потенциалы жеткілікті түрде теріс. Екіншіден, электронды қабылдайтын реакциялық орталықтар темір-күкірт ақуыздарын қамтиды. Үшіншіден, екі фотожүйенің кешендеріндегі тотығу-тотығу орталықтары ақуыздың екі бөліктен тұратын димерлі құрылымында орналасқан. Жасыл күкірт бактерияларының фотожүйесі PSI-дегі электрондық тасымалдау тізбегінің барлық кофакторларын қамтиды. Екі фотожүйенің саны және дәрежесі бойынша ұқсастықтары PSI мен жасыл күкірт бактерияларының ұқсас фотожүйесінің ортақ ата-текті фотожүйеден пайда болғанын күшті дәлелдейді.