光化学系（古代ギリシャ語でphos＝光、systema＝集合）は、光合成に関わるタンパク質複合体である。 植物、藻類、藍藻のチラコイド膜（植物や藻類では葉緑体に存在）や、光合成細菌の細胞質膜に存在します。 光化学系（または反応中心）は、光を利用して分子を還元する酵素である。 この膜タンパク質複合体は、いくつかのサブユニットで構成され、多数の補酵素を含んでいる。 光合成膜では、反応中心が生体エネルギーである電子とプロトンの移動連鎖の駆動力となっている。 光が反応中心に吸収されると（直接吸収される場合と、隣接する色素アンテナによって受け渡される場合がある）、一連の酸化還元反応が開始され、最終的に受容体が還元される。 光化学系には、I型反応中心（葉緑体や緑イオウバクテリアの光化学系I（P700）のようなもの）とII型反応中心（葉緑体や非イオウ紫イオウバクテリアの光化学系II（P680）のようなもの）の2種類が存在する。 それぞれの光化学系は、最も反応性の高い光の波長（葉緑体のPSIは700ナノメートル、PSIIは680ナノメートル）と、末端電子受容体の種類によって識別される。 I型光化学系では、フェレドキシンのような鉄硫黄クラスタータンパク質を末端電子受容体として使用し、II型光化学系では、最終的にキノン系の末端電子受容体に電子を運ぶ。 なお、葉緑体やラン藻には、どちらのタイプの反応中心も存在し、水から電子を取り出し、副産物として酸素を発生させるユニークな光合成チェーンを形成しています。
追加の推奨される知識
構造
反応中心は複数（>> 11）のタンパク質サブユニットからなり、一連の補酵素の足場となります。 補酵素は、色素（クロロフィル、フェオフィチン、カロテノイドなど）、キノン、鉄-硫黄クラスターなどがあります。 クロロフィルaは狭い波長の光しか吸収できないため、アンテナ色素と協力して、より広い波長の光からエネルギーを得ている。 色素はさまざまな波長の光を吸収し、得られたエネルギーを反応中心のクロロフィルに伝える。
通常、クロロフィルaの最適吸収波長は660ナノメートルですが、光化学系の種類ごとに異なるタンパク質と結合して最適波長を少しずつずらし、2種類の光化学系を作り出しています。
光化学系IとIIの関係
歴史的には、光化学系Iは光化学系IIよりも先に発見されたのでIと呼ばれていますが、これは電子の流れの順番を表しているわけではありません。
光化学系IIが光を吸収すると、反応中心であるクロロフィルの電子がより高いエネルギーレベルに励起され、一次電子受容体に捕捉されます。
光励起された電子は、チトクロームb6f複合体を経由して、チラコイド膜にある電子輸送鎖を通って光化学系Iに到達します。 電子が光化学系Iに到達すると、そのエネルギーを利用して水素（H+）が膜を通過し、プロトン起電力が発生してATPが生成されます。 電子が一度しか通過しない場合、このプロセスは「非環状光リン酸化」と呼ばれます。
電子が光化学系Iに到達すると、光化学系Iの反応中心であるクロロフィルの電子不足を補います。この電子不足は、光化学系Iの電子受容体分子に再び捕捉された電子の光励起によるものです。
これらの電子は、PS Iを中心とした環状電子輸送を続けるか、フェレドキシンを経由してNADP+還元酵素という酵素に渡されます。 電子と水素イオンがNADP+に加えられ、NADPHが形成される。 この還元剤はカルビンサイクルに運ばれ、ATPとともにグリセリン酸3リン酸と反応して、植物がさまざまな物質を作るための基本的な構成要素であるグリセルアルデヒド3リン酸を形成します。
関連項目
- 光合成反応中心
- 光合成
- クロロフィル
- 光反応li
- 光阻害
酵素のこと。 多酵素複合体
CAD（カルバモイルリン酸合成酵素II、アスパラギン酸カルバモイルトランスフェラーゼ、ジヒドロオロターゼ） – コレステロール側鎖切断酵素 – シトクロムb6f複合体 – 電子輸送鎖 – 脂肪酸合成酵素複合体 – グリシン脱炭酸酵素複合体 – ミトコンドリアトリファンクショナルタンパク質（HADHA, HADHB） – オキソグルタル酸脱水素酵素 – ホスホエノールピルビン酸糖リン酸転移酵素系 – 光合成反応中心複合タンパク質 – 光化学系 – ポリケチド合成酵素 – ピルビン酸脱水素酵素複合体（E1、E2、E3） – スクラースイソマルターゼ複合体 – トリプトファン合成酵素
カテゴリー別にご紹介します。 光合成｜光反応｜メタロプロテイン｜統合膜タンパク質
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