Chương 6: PHỨC HỆ TRUNG TÂM PHẢN
ỨNG
I/ NGUỒN GỐC CƠ BẢN VỀ CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA
TRUNG TÂM PHẢN ỨNG:
- Phức hệ trung tâm phản ứng là những tế bào mang sắc tố.
- Tất cả trung tâm phản ứng dưới sự điều khiển của ánh sáng
thực hiện vận chuyển điện tử. Kết quả là tạo ra lớp tích điện
ngăn chặn qua màng.
- Ngoài ra 1 vài trung tâm phản ứng như là cái bơm proton,
và vận chuyển điện tử có liên quan đến quinones.
- Đặc tính hóa học của một phân tử bị kích thích có thể sẽ
khác biệt hơn từ những phân tử giống nhau thuộc cùng
nhóm hoặc có trạng thái năng lượng thấp nhất.
- Kết quả cuối cùng: phân tử bị kích động là tác nhân khử
mạnh sẵn sàng bỏ 1e để nhận 1e ở gần đó.
- Chu trình quang hóa là chủ yếu trong chu trình vận chuyển
điện tử ở trạng thái bị kích thích trong quang hợp và tại đó
năng lượng ánh sáng được biến đổi thành năng lượng hóa
học.
- Sản phẩm của quá trình này là chất nhị trùng của lục lạp và
một phân tử nhận điện tứ khứ.Cả hai đều có nguồn gốc từ
những ion mang điện và những gốc tự do với một điện tử
độc thân.
- Trung tâm phản ứng lấy năng lượng ánh sáng và sử dụng
nó để thực hiện những phản ứng vận chuyển điện tử.
- Ngay lập tức sau quá trình vận chuyển điện tử thì hệ thống
đạt trạng thái cân bằng tại điểm tới hạn.Chủ yếu sự oxi hóa
phân tử cho điện tử được đặt kế tiếp phân tử nhận Đây
được gọi là quá trình tái kết hợp,kết quả trong sự chuyển
đổi giải phóng năng lượng photon,không có bất kì cơ hội
nào được lưu trữ.

II. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NHỮNG KHÁI NIỆM VỀ TRUNG
TÂM PHẢN ỨNG :
• Ban đầu người ta cho rằng trung tâm phản ứng là một
phức hệ xác định, nó nằm riêng biệt và có thể được
tách rời từ bộ máy quang hợp. Trung tâm phản ứng
gồm những protein bất hoạt, chất sắc tố và những yếu
tố khác.
• Để giải thích cho những lời nhận xét trên Enerson và
Arnold đã đưa ra những thí nghiệm về trung tâm phản
ứng (ở chương 3 và 5). Những thí nghiệm này cho
thấy rằng việc hoàn thành quá trình quang hợp không
phải được thực hiện hoàn toàn nhờ diệp lục.
• Năm 1950 Duysens đã tìm thấy vi khuẩn tía, vi khuẩn
tía này hấp thu nhanh nhờ sự thay đổi kích thước. Từ
đó ông cho rằng một vài sắc tố đã có mặt trong vi
khuẩn tía (nhưng chưa biết rĩ lí do). Những khám phá
tương tự được theo dõi trong quang hệ 1 bởi Bessel
Kok(1957) và QH2 bởi Horst Witt(1967).
• Vi khuẩn tía có trung tâm phản ứng sinh hóa lần đầu
tiên được tách ra và mô tả. Trung tâm phản ứng này là
một phần tử tách biệt, lần đầu tiên được trình bày rõ
ràng ở sinh vật.
• Sau đó Clayton bắt đầu tìm cách tách và tinh chế phức
hệ trung tâm phản ứng và ông thành công cuối thập kỉ
1960.
III.TRUNG TÂM PHẢN ỨNG CỦA VI KHUẨN TÍM :
- Trung tâm phản ứng của vi khuẩn tím nằm trong một phần
sửa đổi đặc biệt của màng tế bào gọi là màng trong bào
tương.
- Các màng này sắp xếp theo dạng hình ống, túi hay là bản

phẳng.
- Trung tâm phản ứng của vi khuẩn tím được tìm thấy bằng
cách hòa màng tế bào với các chất tẩy rửa nhẹ, sau đó
thanh lọc bằng các biện pháp sinh hóa như sắc kí cột. Từ đó
người ta nhận thấy rằng trong trung tâm phản ứng của vi
khuẩn tím chứa mỗi ba hoặc 4 subunit protein, đó là L,
M,H một số loài có chứa thêm C.
- Cách xác định L, M, H dựa vào cách sắp xếp chuỗi peptid ở
mỗi loài.


- Hình 6.1 (a) tế bào khi còn nguyên vẹn. Trong tế bào chất
có chứa các C. ( b) Khi tế bào phân hủy thì màng tế bào
đóng các khoảng trống giữa các tế bào lại tạo thành các túi
gọi là tế bào sắc tố.
- Như vậy ta có thể thấy được C không chỉ tồn tại ở trong
chất tế bào mà còn tồn tại ở các tế bào sắc tố.
- Bảng 6.1cho ta thấy được các thành phần cua3trung tâm
phản ứng vi khuẩn tím.
- Hình 6.2 ( a) cho ta cấu trúc trung tâm phản ứng của vi
khuẩn Rhodobacter sphaeroides. Cấu trúc gồm các chuỗi
protein xoắn thứ cắp, trên các chuỗi là các axitamin cụ thể
là hydrophobic. Từ đó cho ta thấy rằng protein ở vị trí tốt
nhất giúp trung tâm phản ứng định hướng được tốt nhất.
- Hình 6.2(b) cấu trúc đon giản hơn vì đã được gỡ bỏ các góc
inzopren.


- Điện tử được vận chuyển từ nhánh A sang nhánh B sau đó
chuyển vào các Quinone.

- Hai yếu tố Da và Db là cặp sắc tố cảm quang gây ra quá
trình oxi hóa- khử cho trung tâm phản ứng.
ĐỘNG HỌC VÀ CON ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ TRONG
TRUNG TÂM PHẢN ỨNG CỦA VI KHUẨN TÍM:
- Sau khi bị kích thích P879 sẽ biến đổi thành P870
*
. Ở trạng
thái nhiệt độ phòng nó dịch chuyển 1 khoảng 3ps, ở nhiệt độ
thấp giảm 1ps, sau đó chuyển xuống Qa rồi tiếp tục sang Qb.
- Ở 1ps có thể chuyển trực tiếp về P 870 hay ở Qa cũng có thề
chuyển trực tiếp xuông P870.
IV. SỰ PHÂN TÍCH VỀ MẶT LÝ THUYẾT CỦA NHỮNG
PHẢN ỨNG CỦA SỰ VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ :
- Những phản ứng vận chuyển điện tử là đề tài phân tích cả về
thí nghiệm lẫn lý thuyết của những hệ thống sinh học trong
một phạm vi rộng lớn .
- Trong hệ thống này, trung tâm phản ứng quang hợp hấp dẫn vi
rút bởi vì nó rất đặc trưng và phức tạp tạo một số đặc tính
khác thường . nó có thể phản ứng được từ nhiệt độ chất lỏng
heli tới trên nhiệt độ phòng và cò khả năng thay đổi năng
lượng tự do khi có hóa chất, những phương pháp di truyền học
và điện tác động.
- Cấu trúc của nó có độ phân giải cao nhưng không phân giải
được những quá trình khuếch tán và nó là động học phong
phú, là dữ liệu bằng kính phổ quang .
- Không có những hệ thống sinh học khác sở hữu tất cả các đặc
tính này.
- Marcus là người đầu tiên mô tả lý thuyết vận chuyển điện tử
về phản ứng vô cơ trong dung dịch . nhờ nó mà ông đã nhận
dược giải thưởng nobel hóa học vào năm 1992.

- Quá trình vận chuyển điện tử có thể được xem như là quá
trình thư giản của điện tử. Ở trạng thái ban đầu với D là chất
cho điện tử bị khử và chất nhận điện tử là A bị oxy hóa, tới
trạng thái cuối cùng thì chất cho điện tử bị oxy hóa và chất
nhận điện tử bị khử theo công thức:
- D
red
+ A
ox
→ D
ox
+ A
red

- Fermi mô tả các quy tắc đầu tiên để cho tốc của quá trình vận
chuyển điện tử không đổi theo công thức 6.2. phương trình này
tương tự như các lý thuyết vận chuyển năng lượng của Forster
trong chương 5.


( )
fifiet
EEV
h
k
−ΨΨ=
δ
π
2
~

2
(6.2)
- Ở công thức 6.2 cho ta thấy sự chuyển tiến giữa 2 trạng thái
của hệ thống, bao gồm những chi tiết như:
+ Trạng thái đó có dao động rất nhỏ.
+ Có những thuộc tính điện tử.
- Lưu ý hàm sóng này thì:
+
i
ϕ
: trạng thái ban đầu
+
f
ϕ
: trạng thái cuối cùng
Cả hai trạng thái này đều ở cả chất cho và chất nhận.
+
V
~
: là sự ghép điện tử của 2 trạng thái và đơn vị năng
lượng là cm
-1
.
+
δ
: Giữ năng lượng
- Nếu
δ
có giá trị là 1 thì nguồn năng lượng của 2 trạng thái đó
bằng nhau, còn giá trị của

δ
là 0 thì nguồn năng lượng của 2
trạng thái đó khác nhau. Điều này có nghĩa rằng chỉ có những
trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng có mức năng lượng
giống nhau thì sẽ góp phần vào việc quan sát tốc độ vận
chuyển của điện tử. Tuy nhiên, cũng có trường hợp trạng thái
ban đầu và cuối cùng có nguồn năng lượng khác nhau cũng có
thể quan sát được tốc độ đó nhưng phải dựa vào trạng thái dao
động của phân tử.
- Để phục hồi tốc độ vận chuyển điện tử, thì cần phải tổng hợp
tất cả trạng thái ban đầu có thể quan sát được tốc độ vận
chuyển của điện tử và cũng cần có sự đóng góp của trọng
lượng. Điều này được thể hiện trong công thức 6.3.

( )
fifiiet
EEVP
h
k
−ΨΨ=
∑
δ
π
2
~
2
(6.3)
P
i
: xác xuất của trọng lượng

- Bon-Oppenheimer đã tách những hàm sóng hạt nhân và điện
tử để làm đơn giản phương trình 6.3, điều này được thể hiện
trong công thức 6.4.

FCV
h
k
eet
2
~
2
π
=
(6.4)
Trong đó:
2
~
e
V
: là các khớp nối điện tử ma trận nguyên tố giữa
các hệ thống điện tử của chất phản ứng và sản phẩm.
FC: là hệ số Franck – Condon
- Một loạt bằng chứng cho thấy rằng cấp số tham số này thì phụ
thuộc vào khoảng cách giữa các nhóm phản ứng. Điều này
được mô tả ở công thức 6.5:

)exp(
~~
2
02

dVV
ee
β
−=

(6.5)
Trong đó:

2
0
~
e
V
: là các khớp nối điện tử tối đa

β
: là tham số mô tả sự phụ thuộc vào khoảng cách các khớp
nối.
d: khoảng cách
-
β
có giá trị là
1
4.1
−
o
A
phù hợp với quá trình vận chuyển điện
tử được điều chỉnh bởi protein trung gian.
- Hệ số Franck-Condon phụ thuộc vào sự chồng chéo của hàm

số sóng hạt nhân ở cả 2 trạng thái ban đầu và trạng thái cuối
cùng. Điều này phù hợp với trọng lượng P
i
bởi hệ số
Boltzmamn. Một lần nữa thuật ngữ này gần giống hệt với hệ
số Franck-Condon trong phụ lục nói về sự chuyển tiếp điện tử.
Thuật ngữ này bao gồm các tác động của nhiệt độ và sự thay
đổi năng lượng tự do của phản ứng. Thật không may, thuật
ngữ này rất khó để tính toán mặc dù đã được đơn giản.
- Dưới đây là pt mô tả hệ số FC phụ thuộc vào sự thay đổi năng
lượng do Marcus đề xuất.

[ ]
kTGkTFC
o
λλπλ
4/)(exp)4(
22/1
−∆−−=
−

(6.6)
Trong đó:
+ Hệ số FC: Năng lượng phục hồi
+
λ
: Số năng lượng cần thiết làm thay đổi hình dạng của
chất phản ứng để tạo thành sản phẩm mà không có sự vận
chuyển điện tử.
+

o
G
∆
: Năng lượng tự do tiêu chuẩn
- Năng lượng tự do phụ thuộc vào tốc độ vận chuyển điện tử
được thực hiện trong 3 chế độ chung ở hình 6.4
- Nếu
λ
<∆−
o
G

quá trình kích hoạt vẫn xảy ra bình thường, được
minh họa bằng hình 6.4a. Đây là trường hợp hấp thụ năng
lượng đến những phản ứng tỏa nhiệt tương đối yếu.
- Nếu phản ứng thoát năng lượng nhiều thì
λ
=∆−
o
G
, đường
cong thể năng cho chất phản ứng và sản phẩm cắt nhau gần
đáy và phản ứng đang ở trong chế độ kích hoạt (hình 6.4b)
- Khi hệ số FC ở cực đại thì phản ứng xảy ra rất nhanah và ít
phụ thuộc vào nhiệt độ.
- Cuối cùng với
λ
>∆−
o
G


thì phản ứng tỏa nhiệt nhiều, hệ thống
ở chế độ đảo ngược. Do đó tốc độ hệ số FC lại giảm thêm 1
lần nữa.