光化学反応
光化学系II(PSII)では水の光分解を行い酸素を発生し、得られた電子をプラストキノン(plastoquinone)に伝達する反応が行なわれる。同時にプロトン濃度勾配の形成も行なっている。PSII pigment-protein complexはヨハン・ダイゼンホーファー、ロベルト・フーバー、ハルトムート・ミヒェルらが三次元構造を決定し、2002年には日本の沈建仁(岡山大学)、神谷信夫(大阪市立大学)らのグループ、2004年ロンドンのBarberらのグループそして2005年ベルリンのZouniおよびSaengerらのグループによるX線結晶構造解析によって、その構成が明らかになりつつあるが、全構成要素の帰属、特に マンガンクラスターと呼ばれる活性中心の詳細な構造は明らかになっておらず、光エネルギーの産業的利用の面からもさらなる高分解能の構造解明が待たれるところである。
反応中心(反応中心P680、4つのクロロフィル=マルチマーモデル)
アンテナ色素タンパク質
酸素発生に寄与すると考えられる3種類のサブユニット
他、機能不明の数種のサブユニット
水の光分解活性中心としてマンガン、他カルシウム、塩素といった無機イオン
PSIIは紅色光合成細菌の反応中心(bacterial photosynthetic reaction center、bRC)と配列類似性が高いと言われている。以下に、反応ステップの詳細を述べる。
CFo-CF1ATP合成酵素では、ミトコンドリアのFo-F1ATP合成酵素と同様、プロトン濃度勾配を利用してATPの合成を行なっている。ただし、プロトン濃度勾配形成法よりCFo-CF1ATP合成酵素で行なわれるリン酸化反応は光リン酸化と呼ばれている。収支式は以下の通りである。
72 H + in + 24 ADP + 24 Pi ⟶ 72 H + out + 24 ATP ⟶ {\displaystyle {\ce {72H^+ in\ + 24ADP\ + 24Pi -> 72H^+out\ + 24ATP ->}}} カルビン-ベンソン回路へ
なお、CFo-CF1ATP合成酵素はATPアーゼの特徴であるスルフヒドリル基が昼夜によって変化し、昼間は活性が高く、夜間はその活性が低い。
昼間:チオレドキシンによって還元されスルフヒドリル基となる。
夜間:スルフヒドリル基が酸化されてS-S結合して、活性が低下する。
この調節機構は、光合成のできない夜間にCF1部位での無駄なATPの分解を防ぐ役割がある。