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Lexikon der Biologie: Reaktionszentren

Reaktionszentren, Bezeichnung für die in den Photosystemen vorhandenen Pigment-Protein-Komplexe, welche die elementaren Reaktionseinheiten der photosynthetischen Lichtreaktionen (Photosynthese) darstellen. Mit modernsten physikalischen Methoden ist es seit den 1980er Jahren gelungen, die Reaktionszentren von photosynthetisch aktiven Bakterien (phototrophe Bakterien) zu analysieren. Während die Reaktionszentren der Pflanzen und Cyanobakterien Chlorophyllmoleküle (Chlorophylle) enthalten, kommen in bakteriellen Reaktionszentren Bakteriochlorophyll und verwandte Moleküle vor, welche die Funktionseinheiten der photosynthetischen Energiewandlung darstellen. Im Jahre 1985 gelang es einer Gruppe aus Chemikern und Physikern um H. Michel, J. Deisenhofer und R. Huber, die atomare Struktur der Reaktionszentren des photosynthetischen schwefelfreien Purpurbakteriums Rhodopseudomonas viridis aufzuklären. Für diese bahnbrechende Arbeit, die erstmals eine hochauflösende Röntgenstruktur (Röntgenstrukturanalyse) eines Membranproteins beschrieb, erhielten die Forscher 1988 den Nobelpreis für Chemie. Die Reaktionszentren von Rhodopseudomonas ( Proteine II ) bestehen aus 4 Proteinuntereinheiten (H, L, M und C), Pigmentmolekülen und Elektronenakzeptoren, die zusammen die photochemische Nutzung (Photochemie) der absorbierten Lichtenergie ermöglichen. Die Pigmente (Antennenpigmente) übernehmen dabei die Funktion von Lichtabsorbern (Absorption) und Elektronenträgern (Elektron). Das Protein stellt eine starre Struktur zur Verfügung, welche die Elektronen übertragenden Pigmentmoleküle genau an die benötigte Stelle positioniert. Für den Elektronentransfer wichtig sind die Farbstoffe Bakteriochlorophyll und Bakteriophäophytin sowie als Elektronenakzeptoren 2 Chinone. Der Elektronentransfer wird durch die Anregung eines eng in Kontakt zueinander stehenden Paares von Bakteriochlorophyll-Molekülen („special pair“) durch Licht oder elektronische Energie aus den Antennen initiiert. Während die Primärreaktion nur ca. 200 ps dauert, erfolgen die weiteren Transferschritte zum Chinon auf einer um Größenordnungen langsameren Zeitskala. Die bakteriellen Reaktionszentren von Rhodopseudomonas ähneln in ihrem Aufbau denen des Photosystems II. Die Reaktionszentren des Photosystems I haben Ähnlichkeit zu Reaktionszentren der anaeroben grünen Schwefelbakterien. Sie enthalten als Elektronenakzeptoren Eisen-Schwefel-Proteine. Bei Organismen, die wie Grünalgen, Moose, Farne und Samenpflanzen zur Photosynthese fähig sind, werden die Reaktionszentren des Photosystems I als P700 und die des Photosystems II als P680 bezeichnet. Bei photosynthetischen Purpurbakterien lautet die Bezeichnung P870. phototrophe Bakterien (Abb.).

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