Các phức hệ anten và quá trình chuyển hóa năng lượng

Chương 5: CÁC PHỨC HỆ ANTEN VÀ QUÁ TRÌNH

CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG

I) Khái niệm chung & khái quát về hệ thống anten:

Tất cả các chlorophyll trên các sinh vật quang hợp đều chứa đựng các hệ thống tín hiệu thu nhận

ánh sáng.Những hệ thống này có chức năng hấp thụ ánh sáng và chuyển hóa năng lượng , khi mà

nó làm dừng hoặc mất hiệu lực các trạng thái bị kích thích.Trong phần lớn trường hợp, việc thu

nhận lại là trung tâm phản ứng chính nó, và trạng thái bị kích thích bị dừng lại bởi sự tích lũy

năng lượng của quá trình quang hóa học. Trong một số trường hợp,thì dù thế nào đi nữa,sự ngừng

lại đó là do một số quy trình khác như huỳnh quang hoặc do chuyển đổi nội bộ.

-Ngược lại với phức hệ trung tâm phản ứng,phức hệ anten còn nhận biết được nhiều loại khác

nhau (những thay đổi khác nhau) . Trước tiên hết là chúng ta phải tìm hiểu vài khái niệm bao quát

của hệ thống anten và sau đó nghiên cứu các lớp của anten một cách chi tiết hơn,đặc biệt nhấn

mạnh về cấu trúc của anten cùng với các động lực của sự nhận và chuyển hóa năng lượng.

-1932,Emerson và Anold đưa ra những khái niệm đầu tiên về anten bằng các cuộc thí nghiệm

(được nhắc đến ở chương 3) . Hai ông đã tìm thấy 1 phân tử O2 được sinh ra sau khi cho ánh sáng

chạy qua,tuy nhiên nó lại không được giải thích một cách rõ ràng.Lúc bấy giờ có vài lời giải thích

được đưa ra.Một là,trong mỗi từ khoảng 2500 phân tử chlorophyll chlorophyll tiến hành quang hóa

học,nhưng sản phẩm thu được không bền và mất đi nếu quá trình xảy ra không nhanh chóng do có

sự hiện diện của enzym quang học.

-Khả năng tiếp theo được đưa ra bởi Gaffon&Woht năm 1936 là không phải sản phẩm của quá

trình quang hóa hay sự hoạt động của enzym tạo ra năng lượng mà do sự chuyển hóa năng lượng

từ hạt sắc tố này đến các hạt sắc tố khác.Đơn vị quang học này bao gồm sự tập hợp nhiều sắc

tố,trong đó có sự kích thích năng lượng dao động lên xuống trước khi ổn định.Nhưng lúc bấy giờ

chưa có kỹ thuật nào biết đến.

-Quan niệm về sự chuyển hóa năng lượng ở những hệ thống quang hợp đó gặp phải sự phản đối

gay gắt từ ông James Franck & Edward Teller. Trên một bài báo năm 1938,họ đã giới thiệu những

khái niệm quan trọng nhưng chủ yếu là để khẳng định việc năng lượng được chuyển hóa giữa

những chlorophyll là không thể xảy ra.Trong phân tích của 2 ông này,2 ông đã thử cho các

chlorophyll xếp thẳng hàng với nhau,vì thế nếu năng lượng truyền đi dọc dài và thẳng hàng thì

khái niệm về chuyển hóa năng lượng ở trên có thể tin được. nhưng sự lan truyền theo 1 chiều là

không hiệu quả,bởi vì xảy ra quá nhiều sự chuyển hóa đòi hỏi có sự kích thích từ 1 điểm trên hàng

này qua hàng khác.

-Tất nhiên là hiện nay chúng ta đã biết rằng những sắc tố anten được sắp xếp theo cấu trúc 3

chiều,vì thế chỉ còn có vài bước chuyển hóa năng lượng là cần phải liên kết của vài sắc tố trên

cùng hàng.

TÓM LẠI: phức hợp anten là các sắc tố quang hợp tổ chức thành hệ thống thu nhận ánh sáng và

truyền năng lượng cho trung tâm phản ứng,nơi mà xảy ra các phản ứng oxy hóa khử để chuyển

năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học.

II) Các lớp của anten:

Sự đa dạng đáng chú ý của những anten được tìm thấy trong các loại sinh vật quang hợp khác

nhau. Thật ra, trong nhiều trường hợp, những nhóm sinh vật quang hợp phần lớn được xác định

bởi những kiểu anten mà sinh vật đó chứa. Có một số lớp chính của những anten, mà hiển thị rõ

ràng là không có liên hệ với nhau dưới dạng cấu trúc hay thậm chí những kiểu sắc tố. Điều này

cho thấy đã có một số nguồn gốc độc lập tiến hóa của ăng ten, nhưng nó cũng nhấn mạnh tầm

quan trọng của hệ thống thu nhận ánh sáng. Chúng tôi lần đầu tiên sẽ đặt ra các motif cấu trúc

chung được tìm thấy trong các lớp khác nhau của ăng-ten và sau này sẽ xem xét các hệ thống ăng

ten một số đại diện chi tiết hơn . Hầu như tất cả các phức hệ ăng-ten là tổ hợp “sắc tố-protein”,khi

mà trong đó các chlorophyll hoặc các sắc tố khác liên kết với protein trong một cấu trúc độc đáo.

Ngoại lệ duy nhất của quy tắc này được biết đến là phức hợp ăng ten chlorosome tìm thấy trong

các vi khuẩn quang hợp màu lục, trong đó tổ hợp lại là “sắc tố-sắc tố” tương tác có tầm quan trọng

chính. (Xem dưới đây)

Phức hệ Antenna có thể được phân chia thành các phức chất anten màng nguyên và những

phức chất anten màng ngoại vi . Những anten màng nguyên chứa đựng những Protein mà đi

xuyên qua mô hình hai lớp lipit . Những sắc tố thường được chôn sâu trong màng tế bào. Trong

ăng ten màng ngoại vi, phức ăng-ten được kết hợp với các thành phần được chôn trong màng tế

bào, nhưng bản thân nó không trải qua màng. Nó được gán cho một cạnh đặc biệt của màng quang

hợp. Năng lượng được hấp thụ bởi các sắc tố trong phức chất ăng ten ngoại vi được chuyển vào

màng phức ăng ten tách rời, và cuối cùng vào trung tâm phản ứng, nơi diễn ra quá trình quang

hóa. Những phức chất anten màng nguyên tự mình hoàn toàn đa dạng dưới dạng cấu trúc và vị

trí tương đối trong chuỗi chuyền năng lượng. Một số sắc tố anten này và những chức năng anten

tương ứng của nó được xây dựng vào bên trong cấu trúc trung tâm phản ứng cực tiểu.

Những sắc tố này không thể được phân chia sinh-hóa từ những thành phần di chuyển điện tử bởi vì

nó đang bị ràng buộc vào cùng một polypeptit. Chúng ta sẽ gọi các hệ thống này là “hợp nhất ăng

ten / phức hợp trung tâm phản ứng”.Lý do tại sao có cái tên này thì sẽ tìm hiểu ở chương 6.