光合成膜中の光合成タンパク質

 光合成タンパク質は光合成膜中に貫通した形をとっており、膜方向に平行に光収穫系タンパク質(x線構造解析図)により光が集められ、この光は光反応中心(x線構造解析図)が受取ります。このモデル図を下に示しました(紅色光合成細菌R. sphaeroidesの場合)。下の図で緑にマークした部分は色素でバクテリオクロロフィルと呼ばれています。その大まかな骨格は、ここです。(さらにくわしい説明はこちら。光反応中心にあるバクテリオフェオファイチンはバクテリオクロロフィルのマグネシウムのかわりに水素が入っているものです。)
 この光を元にして光反応中心は電子を放出し膜の反対側に運びます。すなわち電流を作りだしています。この電子はキノンにわたされ、サイトクロームbc1複合体により再び膜の反対側に電子が戻され、このときプロトンを同時にはこび光エネルギーは化学エネルギーに変換されるのです。

一段階ずつの図を示しました。


はじめに光が光収穫系タンパク質のバクテリオクロロフィルに補足されます。

次にこの光は光収穫系タンパク質中のバクテリオクロロフィル間を励起エネルギーとして流れていき、次に高効率で光反応中心へとエネルギー移動します。

光収穫系タンパク質についてはこちらへ

光収穫系タンパク質のエネルギー移動について興味あるかたはこちら。(まあ、そうせっかちにあっちこっちいってもしょうがないですよ!!)

この励起エネルギーをもらった光反応中心は電荷分離をおこします。すなわち光を受け取ったバクテリオクロロフィル二量体はエネルギー準位が高まり、電子が飛びだします。

二量体から電子が飛び出て下の図では右側のバクテリオクロロフィル、バクテリオフェオファイチンの経路をとおって電子が流れます。電子はエネルギー準位の低いほうへと流れていくのです。ここでは一度生まれた電荷対をとにかくひきはなして、電荷の再結合を防ぐ様になっています。バクテリオフェオファイチンからはキノン(メナキノン&ユビキノン)へと電子が流れます。

ここから先はいわゆる暗反応です。

ユビキノンの還元の後は、タンパク質外のプロトンを受け取りタンパク質外へと流れていきます。

この後ユビキノンはサイトクロームbc1複合体で受け取られ、電子とプロトンをそれに受け渡します。

このタンパク質の電子伝達によって膜を介して電子とプロトンが輸送され、電子はまた光反応中心へと戻されます。プロトンはATPの合成に使われます。

これが光合成細菌の光合成システムです。

次に光合成タンパク質として光収穫系タンパク質および光反応中心を見ていきましょう。


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