Vận chuyển electron

Introduction and overall organization of electron transfer pathway Trong chương này chúng ta sẽ cùng thảo luận với nhau về việc hoàn thành chuỗi truyền điện tử ở tất cả các sinh vật quang hợp. Trung tâm phản ứng là nơi diễn ra quá trình quang hóa quang hóa và một số phản ứng sớm ổn định nhưng những quá trình bổ sung phải được diễn ra trước khi lưu trữ nguồn năng lượng lâu dài có thể xảy ra . Đây là công việc của chuỗi truyền điện tử, Đầu tiên chúng ta sẽ tìm hiểu, khảo sát toàn bộ một vài mô hình của chuổi truyền điện tử và sau đây chúng ta sẽ làm nổi bật hai cấp của cơ thể: vi khuẩn tía và các sinh vật quang hợp tạo oxy. Trung tâm phản ứng tạo và làm ổn định oxi các dạng bị oxy hóa và bị khử, tuy nhiên, nếu trung tâm sắc tố phản ứng bị oxi hóa và chất nhận bị khử không phục hồi thì sau đó chuỗi truyền điện tử không thể diễn ra tại nơi đó lần thứ hai. Nó là điều kiện tuyệt đối để một chuỗi những quá trình mà một hệ thống hoàn trả để tình trạng ưu tiên cho quang hóa vận chuyển electron. Những electron phải được đưa đến phân tử cho và chiết rút từ chất nhận. Có 2 con đường để hoàn thành công việc này: -Một chu trình truyền điện tử vòng xảy ra ở nơi một loại chất khử lại được khử lần cuối khử trung tâm phản ứng oxi hóa vì thế ở đó không có sự oxi hóa tiếp theo hoặc sự khử cơ chất hình 1.3. Chuỗi truyền điện tử này sẽ làm việc như một sự thành công của chiến lược dự trữ năng lượng, nếu một phần năng lượng của proton có thể được bắt giữ suốt quá trình của chuỗi truyền điện tử. Đây chính là cách thức hoạt động của chuỗi truyền điện tử ở vi khuẩn tía. -Một phương thức khác là có một kiểu truyền điện tử không vòng. , nơi mà một cơ chất cung cấp electron trong hệ thống, trở thành oxi hóa trong quá trình, và một cơ chất thứ 2 trở thành khử. Hình 1.4 Trong trường hợp này, có 2 khả năng xảy ra: -thứ nhất: Nơi mà một hệ thống quang hợp đơn độc hoàn thành công việc. -thứ hai: Nơi mà có hai hệ thống quang hợp hoạt động kết hợp với nhau để hoàn thành quá trình oxi hóa và quá trình khử. Kiểu sau là một con đường lớn tìm thấy ở cơ thể quang tạo oxi, mặc dù điều kiện dưới chắc chắn cả hai hệ thống quang hợp I và II có thể hoạt động trong một chu trình. Chuỗi truyền điện tử ở vi khuẩn tía. Vi khuẩn tía chuẩn bị một cơ sở mẫu của chuỗi truyền điện tử đôi để di chuyển proton, chúng ta sẽ khảo sát con đường chi tiết này, như thông tin về các thành phần cấu trúc phân tử. Một cytochrome loại c có thể giải quyết khử một lần nữa cặp oxi hóa đặc biệt ở những trung tâm phản ứng điều đó không bao gồm một giới hạn nghiêm ngặt cytochrome tetraheme Những cytochrome này là một protein chứa hem vận chuyển điện tử để thay đổi oxi hóa và khử trong suốt quá trình. Nhóm heme của cytochrome loại c liên kết cộng hóa trị trực tiếp với protein, liên kết với hai nhóm cystine thông qua sunfat, hình 7.1. Những loại cytochrome khác nhóm hem không liên kết cộng hóa trị trực tiếp. Trong tất cả các loại cytochrome, những phản ứng oxi hóa khử thay đổi vùng trên sắt trong cấu trúc của trung tâm phản ứng của vòng prophinrin, nó tương tự như sắc tố chlorophyll, nơi mà electron được thêm vào hay bị chuyển đi do chính cái vòng này. Hình 7.1: thể hiện sự hấp thụ quang phổ oxi hóa và khử cytochrome c. cytochrome khử chứa ba nhóm hấp thụ dễ thấy, nó thay đổi đặc biệt đáng kể khả năng oxi hóa, nhóm hấp thụ bước sóng dài nhất là một nhóm α mạnh. Nó được khoanh vùng trong phạm vi bước sóng là 550-555nm dành cho những cytochrome loại c , và một vài nanomet dài hơn đối với cytochrome loại b. Nhóm β là rộng và yếu hơn, được định vị khoảng 525nm, thứ 3 là nhóm hấp thụ mạnh nhất là nhóm γ thường được gọi là nhóm soret. Đối với oxi hóa của cytochrome, nó làm mất màu và luân phiên thay đổi độ dài bước sóng ngắn hơn. Sự hấp thụ này thay đổi làm cho nó thuận lợi hơn trong việc theo quá trình chuỗi truyền điện tử nơi mà cytochrome bị oxi hóa và khử. Cấu trúc của cytochrome c2 từ quang trung tâm phản ứng thể hiện ở hình 7.2. nhóm heme này được định vị trong một khe hở của protein, với hầu hết diện tích bề mặt của nó dịnh vị ở bên trong của protein. Nhưng với một cạnh phơi bày ra ngoài. Bao quanh nó là lysine amino acid. Nó mang dương tại độ pH sinh học, mang dương này tương tác với phần mang âm bù vào trên kết hợp phản ứng để tạo ra một phức hợp bền. Do đó cytochrome c2 ràng buộc đến một vị trí cụ thể trên bề mặt của trung tâm phản ứng với nhóm hem dương được bố trí tốt nhất cho chuỗi truyền điện tử với mối liên hệ cặp đôi đặc biệt. Động lực gây ra sự oxi hóa của cytochrome c2 trong Rhodobactersphaeroides được theo dõi là nhiều giai đoạn diễn ra nhanh, với hằng số là khoảng 1μs, với khả năng phản ứng oxi hóa của cytochrome c2 đã buộc chặt vào phức hệ trung tâm phản ứng. Những phức hệ phản ứng chậm hơn ở nơi mà cytochrome khử không bị ràng buộc để trung tâm phản ứng trước khi chuyển giao điện tử. Động lực chậm hơn này, nó là bậc thứ hai, kết quả từ quá trình phản ứng phải diễn ra trước một cytochrome khử mới là nơi sẵn sàng để bị oxi hóa. Ở những trung tâm phản ứng của vi khuẩn tía, nó bao gồm ràng buộc chặt chẽ những cytochrome tetrahem, như vậy ở Rhodobactersphaeroides viridis, cytochrome luôn luôn dương cho vận chuyển electron. Nhóm hem gần nhất để oxi hóa cặp đôi đặc biệt này tronng một vài trăm nano giây sau khi kích thích. Tiếp theo sau đó trong hemme vận chuyển khử môt lần nữa hem này ở microseconds . cuối cùng, một cytochrome c2 khử cytochrome tetrahem. ở một vài cơ thể, thay thế những protein nhận electron để cytochroem c2 được tìm thấy như là một cytochrome cy , cytochrome c8 hoặc một protein sắt-sunfua tiềm năng cao tổng quát quá trình thự hiện bởi trung tâm phản ứng được cho bởi Eq.7.1 2cyt c2red+UQ + 2H+ + 2hv→2 cyt c2ox+ UQH2 Phần được trình bày trong phần đậm là khu gần vị trí tế bào chất của màng tế bào, và những proton bị mất từ vị trí tế bào chất . trung tâm phản ứng có thể được xem như là một hướng ánh sáng bơm proton oxi hoá khửth re cytochrome c2-ubiquinone. những phản ứng hoàn thành chuỗi vận chuyển electron đó đượ trung gian bởi phức hợp bc1, được mô tả tiếp theo. Completing the cycle _ the cytchorome bc1 complex (Hoàn thành chu trình- phức hệ cytochrome bc1) Các cytchorome bc1 là một phức hệ lớn, đa đơn vị, phức hệ protein tách rời khỏi màng tế bào, mà nằm ở trong màng tế bào chất của vi khuẩn màu tím. Một phức hệ tương tự được tìm thấy trong nhiều loại vi khuẩn không quang hợp và cũng có trong ty thể của các tế bào eukaryotetic. Các b6f cytochrome phức hệ tìm thấy trong các sinh vật quang tạo oxi cũng thường tương tự ở cả cơ cấu và chức năng và sẽ được mô tả dưới đây. Phức hệ cytochrome bc1 bao gồm tối thiểu 3 tiểu phần protein như là cytochrome b, cytochrom c1 và” rieske” protein sắt-lưu huỳnh đặt tên theo nhà khoa học, người đầu tiên miêu tả nó. Trong một số các sinh vật còn có các đơn vị bổ sung được tìm thấy, mặc dù trong một số trường hợp chức năng của chúng không được biết, cấu trúc phức tạp của bc1 từ ty thể đã được xác định bằng X-quang nhiễu xạ. cấu trúc của phức hệ bc1 từ ty thể bò được hiển thị trong hình 7.1 Nhiều cuộc thảo luận của chúng ta về cấu trúc và cơ chế của quang phức hệ là căn cứ trên những phức hệ. Một số dòng bằng chứng cho thấy các phức hệ ty thể và vi khuẩn là rất tương tự .Cytochrome b là một protein màng tế bào tách rời không thể thiếu, có khối lượng 40-50kDa , bao gồm tám đoạn xoắn vận chuyển màng ,neo vững chắc trong màng tế bào. Hai chất đồng yếu tố là nguyên hem (hemeb) được chôn trong màng tế bào kéo dài phần của phức hệ không liên kết cộng hóa trị mà được phối trí bởi các nhóm imido từ bốn dư lượng histidine, (một amino axit nguồn gốc của histamine) cho mỗi nhóm heme gắn kết bis-His . một heme là gần với màng tế bào chất, và heme khác là gần với tế bào chất, với cả hai nhóm heme vuông góc với mặt phẳng màng, như thể hiện trong hình 7.3. quá trình oxi hóa khử của hai nhóm heme là khác nhau đáng kể. Các heme gần phíá màng tế bào chất có điểm khả năng thấp tại tại điểm -100mV và được biết đến như cytochrome bL, với subscript L( Ký hiệu, chữ viết quanh chữ cái; chỉ số dưới dòng) chỉ ra một tiềm năng oixi hóa khử thấp.các nhóm heme gần phía tế bào chất có khả năng oxi hóa khử cao hơn đáng kể tại +50mV, được gọi là cytochrome bH. cytochrome b cũng chứa hai quinone-ràng buộc vị trí. một trong các trí này, các quinone-oxy hóa, hoặc qo, các vị trí được xác định vị trí gần phía màng tế bào chất của cytochrome b, các vị trí khác gần phía tế bào chất của màng tế bào, và là nơi quinone khử. Nó thường được gọi là vị trí Qi (i là bên trong). các Rieske Fe-S protein là định vị lớn nằm ở trên màng tết bào chất của màng tế bào, với một đầu N- đoạn cuối cùng của chuỗi truyền ở màng tế bào neo nó vào màng tế bào có tổng khối lượng là khoảng 20kDa. protein rieske có một cụm bất thường 2Fe-2S, Fe-S, trong đó là liên kết phối tri cho các nguyên tử Fe là hai Cys và hai dư lượng His (điển hình Fe-S trung tâm chỉ có Cys liên kết) được thể hiện ở hình 7.4. Sự khác biệt này trong nguyên nhân liên kết Rieske. Hình 7.4: Cơ cấu tổ chức của chất đồng yếu tố Fe-S trong nhiều loại Fe-S protein. ở trên là, 2Fe-2S trung tâm từ một nhà máy hòa tan loại ferredoxin. Giữa là cấu trúc của Fe rieske Fe-S cofactor,dưới cùng là , 4Fe-4S trong vi khuẩn-ferredoxins loại và ràng buộc Fe-S trung tâm của photosystem1 Hình 7.5: Giản đồ cấu trúc của phức tạp bc1 cytochrome từ ty thể. Hình Cấu trúc phức hệ của vi khuẩn quang hợp tía được cho là tương tự. Các con đường chuyển giao điện tử được thực hiện chồng lên trên cấu trúc. Nét đứt chỉ ra những dòng chuyển động của protein Rieske. Trung tâm có một khả năng cao hơn nhiều phản ứng oxi hóa khử hơn của các trung tâm Fe-S, với một tiềm năng trung bình không đáng kể là 280mV, mặc dù tiềm năng có thể thay đổi khi di chuyển phức hệ. Khu phức hệ Rieske trải qua một chuyển động-biên độ lớn trong suốt chu trình xúc tác. Chuyển động này đã được suy ra từ các nghiên cứu X-quang, mà bộc lộ sự khác biệt lớn trong vị trí của các phức hợp Rieske trong các điều kiện khác nhau, chẳng hạn như bổ sung chất ức chế. Các c1 cytochrome cũng có hầu hết các khối lượng của nó ở trên màng tế bào chất của màng tế bào, neo bởi một đầu C cuối cùng của chuỗi xoắn kéo dài vào màng tế bào. cấu trúc của subunit (cấu trúc siêu phân tử) C1 cytochrom nói chung là tương tự như các loại hòa tan c-cyotchromes như cytochrome c2, ngoại trừ neo giữ. Khả năng oxi hóa khử của cytochrome c1 là 290mV, vì vậy nó có thể khử được protein Rieske và có thể biến giảm cytochrome c2, trong đó có một khả năng oxi hóa khử là +285mV so với NHE. Hình 7.5 và 7.1 hiển thị cấu trúc của phức hợp cytochrome bc1, với lộ trình của điện tử chuyển chồng. Đây là một cấu trúc phức hệ ty thể từ con bò, nhưng gần như chắc chắn là khá tương tự như tìm thấy ở vi khuẩn tía, dù nó không được hiển thị trong hình, các cấu trúc phức hệ là 2 phần) ). Tuy nhiên, nó không phải là rõ ràng nếu có bất kỳ giao tiếp giữa hai máy móc dây chuyền vận chuyển điện tử. Cơ chế điện tử và chuyển giao proton trong phức hệ cytochrome bc1Cơ chế điện tử và luồng proton qua phức hệ cytochrome bc1 là chưa hiểu rõ, nhưng một cơ chế được biết đến như các chu kỳ tài khoản mà bị biến đổi Q cho hầu hết các quan sát. Các cấu trúc thông tin gần đây, cùng với sự giàu có của động lực và dữ liệu ức chế, đề nghị một cơ chế chi tiết đang được kiểm tra và xây dựng. Trong cơ chế này, hai phân tử của ubiquinol bị ôxi hóa, và một là khử. Các proton kết quả từ quá trình oxy hóa quinone được chuyển giao cho màng tế bào chất của màng tế bào, và những chất đưa lên trong quá trình khử đến tế bào chất. Ngoài ra, các điện tử được chuyển đến cytochrome c2 và cuối cùng được sử dụng để khử các cặp ôxi hóa đặc biệt của Trung tâm phản ứng. Phản ứng tổng thể cho hai doanh thu của các phức hệ BC1 cytochrome được cho bởi Eq.7.2: 2UQH2 +2 cyt c2ox + UQ +2H+ →2UQ+ 4H+ 2cyt c2red + UQH2 Một lầ nữa, các chất được hiển thị trong kiểu chữ in đậm được đặt gần hoặc được lấy lên từ phía tế bào chất. Các lượng hóa học của proton được bơm mỗi electron chuyển qua chuỗi là 2H+ / e-(này được tính toán một cách dễ dàng nhất bằng cách tập trung vào hai điện tử mà thoát khỏi phức hệ so với bốn proton giải phóng ở bên periplasmic). Các chuỗi phản ứng như sau và được hiển thị schematically trong 7,5: 1. Một phân tử liên kết với các ubiquinol để quinone-ôxi hóa (Qo )nằm gần phía bên periplasmic của cytochrome b2.1 Điện tử được chuyển giao cho rieske Fe-S trung tâm, để lại một ubisemiquinone trong nơi qo. Một proton được giải phóng đến periplasmic. 3.Các Ubisemiquinone giao dịch chuyển các điện tử thứ hai để heme b1, và sau đó được chuyển giao về cho BH heme. Các proton thứ hai được phát hành đến các periplasm. 4. Việc di chuyển Reiske protein theo hướng từ cytochrome b hướng về các cytochrome c1. chuyển động là lớn, do đó, Fe-S trung tâm được chuyển đổi lên 20 Ao 5. Một phân tử liên kết với ubiquinone đến vị trí Qi và được khử đến semiquinion bằng các điện tử trên nhóm heme bH 6. Các ubiquinone ôxi hóa không kết hợp đến từ vị trí Qo. 7. Các Rieske Fe-S trung tâm khử cytochrome c1, mà đi vào khử cytochrome c2. Protein Rieske di chuyển lại đến vị trí ban đầu . Tại thời điểm này. một phân tử quinol đã bị ôxi hóa, và là một trong các điện tử đã qua chuỗi vận chuyển điện tử, trong khi điện tử khác đi đến khử một ubiquinon oxi hóa đến trạng thái semiquinion. Hệ thống này bây giờ sẵn sàng cho một doanh thứ hai. 8. Một phân tử ubiquinone mới liên kết với các vị trí Qo và ôxi hóa, với các điện tử chuyển giao cho các protein rieske, c1 cytochrome và cytochrome c2 trên một chi nhánh và heme b1 và BH từ cytochrome b trên các nhánh tin tức khác, như trong bước 2-7. 9. Cá electron trên nhóm heme bH khử ubiquinone đến quinol. Mất 2 proton từ tế bào chất của màng tế bào , khử quinol không liên kết từ phức hệ Kết quả cuối cùng thu được của các phức cytochrome BC1 là hai electron được chuyển cho cytochrome c2, hai ubiquinols đang bị ôxi hóa mẫu Quinones, và là một trong ubiquinone oxidizd được giảm xuống dưới hình thức quinol hydroquinone. Ngoài ra, bốn proton được chuyển từ các tế bào chất để phía periplasmic của màng tế bào. Bằng cách này, điện tử lưu lượng kết nối phía chất nhận của trung tâm phản ứng với phía các nhà tài trợ cho tăng tới một động lực proton qua màng tế bào, do sự khác biệt tập trung H trên hai mặt của màng tế bào. Đây là lực lượng cơ động proton năng lượng được sử dụng để tổng hợp ATP, được thỏa luận chi tiết hơn ở chương 8 Tổ chức màng ở vi khuẩn tía (Membrane organization in purple bacteria) Các ăng-ten LH1 phức tạp bao quanh trung tâm phản ứng là bị gián đoạn bởi một protein nhỏ gọi là PufX. Protein PufX của vi khuẩn màu tía đóng một vai trò thiết yếu trong việc trao đổi quinone giữa các trung tâm phản ứng và phức tạp cytochrome bc 1, nhờ vậy mà các phân tử quinone có thể nhập vào và rời khỏi trung tâm phản ứng. các Quinones sau đó tương tác với phức cytochrome BC1, hoàn thành chu kỳ chuyển giao điện tử. Con đường vận chuyển điện tử khác ở vi khuẩn tía (the electron transport pathways in purple bacteria.) Con đường vận chuyển điện tử vòng phụ thuộc ánh sáng được mô tả chi tiết trong đoạn trước là nguồn chủ yếu của năng lượng tế bào khi những tế bào được phát triển dưới điều kiện quang hợp. Dưới những điều kiện về sự vắng mặt của oxi hoặc ít oxi và sự hiện diện của ánh sáng, chỉ có sản phẩm của dòng vận chuyển điện tử theo ánh sáng là có khả năng điện hóa học. Ở đó không có sự oxi hóa hoặc khử của các hợp chất cơ chất tiếp theo. Khả năng này có thể được thay đổi trong ATP. Nó phục vụ cho quyền lực của một số lượng lớn các quá trình trong tế bào. Tuy nhiên, ATP không phải là nguồn năng lượng duy nhất của tế bào. Để xảy ra, nó cần thiết có một điểm làm nguồn và một điểm thấp hơn cho các điện tử. Một ví dụ quan trọng nhất của việc này là khử CO2 để tạo ra đường trong chu trình Calvin. Ở đây đủ để chỉ ra rằng các cơ chất cho loạt các phản ứng này là CO2, ATP và NADH ( NADPH trong cơ thể sinh vật quang tạo oxi). CO2 được lấy lên từ môi trường và ATP được tổng hợp như một kết quả của ánh sáng điều khiển chu trình dòng vận chuyển điện tử. Chất khử NADH là nguồn của cái gì? Nó là cần thiết để cung cấp một nguồn liên tục của đại lý chất khử mạnh, vì nó được tiêu thụ trong thời gian đồng hóa CO2. Những sinh vật này cực kì linh hoạt về phương thức trao đổi chất, và có thể tận dụng nguồn dẫn succinate thậm chí cả H2, như hình 7.6 Quá trình oxi hóa của chúng cung cấp điện tử vào trong nơi chứa ubiquinone, khử nó đến quinol. Tuy nhiên quinone khử không là chất khử đủ mạnh để khử NAD+. Để thực hiện điều này, một vận chuyển năng lượng phụ thuộc diễn ra, nơi mà quinone khử là chất cho điện tử và NAD+ là chất nhận, với nguồn năng lượng được cung cấp bởi một màng hóa sinh học tiềm năng. Tất nhiên tiềm năng được xây dựng bởi một hệ thống vận chuyển điện tử vòng phụ thuộc ánh sáng. Sự khử của NAD+ là do nối cùng với dòng chảy điện tử quang hợp, mặc dù sự liên kết là không trực tiếp, thông qua tiềm năng hóa sinh học. Chìa khóa thử nghiệm bộc lộ tiềm năng hóa sinh học , khối ánh sáng khử phụ thuộc của NAD+ Các con đường vận chyển điện tử ở vi khuẩn không sản xuất ra oxi (Electron transport in other anoxygenic bacteria ) Vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục có quá trình vận chuyển electron tương tự như vi khuẩn tía, mặc dù có một số khác biệt. Quinone là menaquinone thay cho ubiquinone làm cho điện thế oxi hóa khử thấp hơn. Ngoài ra, những sinh vật thiếu cytochromes hòa tan tương tự như cytochrome c2. Một protein nhỏ màu xanh đồng được gọi là auracyanin, tương tự như plastocyanin ở các sinh vật quang oxygenic, có thể xảy ra sự khử 1 sắc tố tetraheme ở P870 theo phương thức của c2. Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục có một phức hệ quang hợp đơn giống như phức hệ 1, khử một cách trực tiếp ferrdoxin và sau đó là NAD+ mà không cần năng lượng phụ thuộc vào việc đảo ngược dòng electron. Những chất cho điện tử là H2S hay thiosulfat, còn CO2 là chất nhận điện tử. Cơ chế của quá trình cố định CO2 của vi khuẩn màu lục có lưu huỳnh thì khác so với chu trình Calvin. Điều này được đề cập rõ hơn ở chương 9. Heliobacteria có trung tâm phản ứng có cấu trúc tương tự như vi khuẩn lưu huỳnh màu lục. Chúng vận chuyển electron bằng việc sử dụng những sắc tố quang hợp ở màng bao quanh (membrane- bound). Điều này sẽ không gây trở ngại nếu chúng có thể khử NAD(P)+ bằng chu trình vận chuyển electron không vòng. Không gian phân phối của các thành phần vận tải điện tử tại thylakoids của các sinh vật oxygenic quang (Spatial distribution of electron transport components in thylakoids of oxygenic photosynthetic organisms) Màng Thylakoid chứa protein màng tế bào tách rời trong đó có vai trò quan trọng trong tiếp nhận ánh sáng, các phản ứng phụ thuộc của quang hợp. Có bốn khu phức hợp protein lớn trong màng tế thylakoid: Phức hệ I và II Cytochrome b6f ATP synthase Phức hệ II có vị trí chủ yếu ở các thylakoids Grana, trong khi phức hệ I và ATP synthase là chủ yếu nằm ở thylakoids stroma và các lớp bên ngoài của Grana. Phức hệ b6f cytochrome được phân phối đều trong màng tế thylakoid. Việc phân bố không gian của các thành phần trong màng chấp nhận con đường liên kết vận chuyển electron và proton trong thylakoid. Thông thường dòng electron không vòng, H2O bị oxi hóa trong phức hệ 2 sinh electron để khử plastoquinone. Bởi sự phân bố đều của phức hệ b6f, , quá trình oxy hóa của plastoquinone bằng phức hệ này và việc khử plastocyanin có thể đưa đến grana hay stroma. Việc oxi hóa plastocyanin và khử ferredoxin bởi phức hệ 1 xảy ra ở stroma. Nếu việc oxi hóa plastoquinone ở grana, sau đó là khử plastocyanin thì nên khếch tán vào lumen của thylakoid rồi đến stroma. Nếu oxi hóa plastoquinone ở trong b6f được cố định ở stroma, thì sau đó plastoquinone khếch tán vào grana để đến stroma lamella. Noncyclic electron flow in oxygenic or ganisms Chế độ chính của vận chuyển điện tử tại các sinh vật oxygenic quang là noncyclic điện tử, ôxi hóa chuyển nước thành oxy phân tử và NADP + là giảm đến NADPH, tuẩn tự nhờ 2 phức hệ 1 và 2. Một phiên bản hiện đại của Đề án Z cho dòng điện tử trong các sinh vật oxygenic quang được hiển thị trong FIG 7,9. Phản ứng tổng thể cho bốn quá trình điện tử được cho bởi Eq.7.3. 2H2O + 2NADP+ + 2H+ → O2 + 2NADPH + 4H+ Các kiểu chữ đậm là một trong hai vị trí gần hay đưa lên từ phía stromal, trong khi những chữ còn lại là ở gần bên lumenal. The structure and function of the cytochrome b6f complex( Cơ cấu và chức năng của phức tạp b6f cytochrome) Phức hệ b6f là một nhân tố quan trọng trong dòng điện tử không tuần hoàn. Cấu trúc của b6f gồm 2 thành phần chính: cytochrome f và protein Rieske. Cytochrome f là một c-type cytochrome có vai trò tương tự như chức năng cytochrom c1 trong phức hệ bc1. Tuy nhiên, hai cytochromes có tính năng cấu trúc rất khác nhau. Cấu trúc của cytochrome f được hiển thị trong Hình 7.10. Nó là một protein thuôn dài, với phần lớn gấp khúc β (β-sheet) cấu trúc thứ cấp. β -sheet cơ cấu là rất bất thường so với các loại cytochromes-c, mà chủ yếu là những a- xoắn. Cytochrome f có một màng đơn, đoạn xoắn ốc gần C cuối của protein, những neo hình cầu nằm ở lumenel của màng thylakoid. Ở một vài loài, đoạn này dễ dàng bị tách ra từ đoạn hình cầu mà trong đó có chứa nhóm covalently thuộc nhóm heme. Cytochrome f cũng là bất thường trong đó N cuối là một trong phối tử của sắt trong heme, cung cấp điện tử cho plastocyanin (hoặc, trong một số các sinh vật, giúp cho sự hòa tan cytochrome c6). Cuối cùng, cytochrome f chứa một chuỗi nội bộ của năm phân tử nước được bảo tồn tại ở khu phức hợp ở sinh vật từ vi khuẩn lam đến thực vật bậc cao hơn. Các Rieske Fe-S protein trong cytochrome b6f gồm có 2 vùng: N ở cuối vùng xoắn ốc thì neo protein vào màng và vùng hòa tan nằm ở lumenal của màng tế thylakoid chứa chất khử Fe-S. Miền hòa tan phần lớn là gấp nếp β có cấu trúc thứ cấp và được chia thành hai miền phụ. Một trong 2 miền phụ có chứa chất khử Fe-S và có cấu trúc gần giống như các phần tương ứng của protein Rieske từ bc1, trong khi các miền phụ khác là rất khác nhau. Đây là điều phản ánh các phản ứng khác nhau (cytochrom c1 với cytochrome f) của protein Rieske trong hai loại phức hợp. Một khác biệt quan trọng giữa b6f và cytochrome bc1 là phần cytochrome b của phức hệ này. Trong bc1, cytochrome b là một protein màng tế bào tách rời với tám helices transmembrane. Tuy nhiên, cytochrome b6 là nhỏ hơn nhiều, chỉ với 4 helices transmembrane. Ngoài các subunits mô tả ở trên, những b6f chứa một số loại protein khác, subunits không tìm thấy trong các bc1, một trong những subunits gắn chất diệp lục. Phép tính hợp thức cố định các proton-bơm của b6f có lẽ là giống như đề cập ở trên cho bc1, hai H + trên một e-chuyển giao cho P700. 1.Plastocyanin Cấu trúc của plastocyanin ở một loại cây dương (Populus nigra). Plastocyanin là một loại protein quan trọng, có vị trí thuộc lumen thylakoid. Cấu trúc: gồm một cấu trúc màng β-sheet thứ cấp với một nguyên tử Cu. Xung quanh là các acid amin: 2 histidine (loại 86 và 37), cystein và methionine. Nếu plastoquinone hòa tan trong lipid và chuyển động bên trong màng thylakoid thì plastocyanin di chuyển theo kiểu khuếch tán tại các ngăn lumen. Tham gia vận chuyển electron giữa phức hệ cytochrome b6f (từ hệ thống quang II) và P700+ (từ hệ thống quang I). Để thực hiện việc vận chuyển, plastocyanin liên kết với cytochrome b6f , nhận điện tử, rồi đem điện tử đến hệ thống quang 1. Có 2 con đường để electron có thể đi vào và đi ra khỏi plastocyanin. Một là con đường thông qua các miếng đắp hydrophobic (như ankal, tinh dầu, chất béo hay các loại dầu mỡ khác…) nằm gần trung tâm Cu. Con đường thứ hai thông qua các miếng đắp acid (tích điện âm) ở bên trong. Ở một vài vi khuẩn lam và tảo lục thì cytochrome c6- một loại cytochrome loại c sẽ được thêm vào để thay cho chức năng của plastocyanin. 2. Ferredoxin và ferredoxin-NADP reductase Cấu trúc Ferredoxin Ferredoxin là một protein hòa tan có chứa lớp Fe-S dày, được tìm thấy trong tất cả các sinh vật. Nó tạo điều kiện để chuyển đổi NADP+ thành NADPH. Ở các dạng quang hợp tạo oxy, cấu trúc ferredoxin gồm 2 Fe và 2 nhóm acid sulfide không bền. Trong phản ứng quang hóa không vòng, Ferredoxin đóng vai trò làm chất nhận điện tử cuối cùng rồi chuyển điện tử vào Ferredoxin-NADP reductase. Ferredoxin di chuyển để mang một electron hoặc là đến thylakoid, hoặc là đến Ferredoxin-NADP reductase (FNR) là loại enzyme làm mất điện tử của NADP+. Màng thylakoid luôn có vị trí kết nối cho mỗi chức năng của Ferredoxin. Chức năng chính của Ferredoxin là mang electron từ phức Fe-S đến FNR. Ferredoxin nhận 1 electron độc thân dùng chung giữa 2 nguyên tử Fe. Nó có khả năng khử điện âm vô cùng mạnh mẽ, có thể bị khử bởi trung tâm Fe-S liên kết với protein PsaC, một siêu phân tử thuộc trung tâm phản ứng của hệ quang hợp I. Các khối Ferredoxin thông qua các tương tác tĩnh điện đến protein PsaC trong phần chất nền của phức hệ quang hợp 1, được xúc tác bởi flavodoxin, một protein chứa flavin không có Fe. Bước cuối cùng trong chuỗi vận chuyển electron không vòng nhờ ánh sáng, đó là sự khử NADP+, được xúc tác bởi enzyme FNR. FNR nhận 1 lần 1 electron từ Ferredoxin, tiến hành khử 2 electron của NADP+ thành NADPH. Sự khử NADP+ bao gồm việc thêm vào 2 electron và 1 proton, do đó được mô tả như sự vận chuyển H-. Phản ứng tổng quát được xúc tác bởi FNR theo sơ đồ Cấu trúc của FNR được xử lý bằng X-quang tinh thể. Nó bao gồm hai vùng, một vùng gắn FAD và vùng kia gắn NADP+. Các khối Ferredoxin nằm ở khe giữa của hai vùng, với nhân tố Fe-S có vị trí sát với FAD. 3. Các vai trò khác của Ferredoxin và sự vận chuyển electron có vòng xung quanh hệ quang hợp 1. Ngoài chức năng chính là khử NADP+ thông qua protein FNR, Ferredoxin còn đóng vai trò như là chất khử cho nhiều các quá trình quang hợp khác, bao hàm sự khử nitrate tới ammonia, tổng hợp glutamin amino acid, và khử đúng nguyên tắc thông qua thioredoxin của enzyme ATP synthase và một vài enzyme thuộc chu trình Calvin Ferredoxin khử dễ dàng bị oxy hóa bởi phân tử oxy rồi thành dạng superoxide, O2-, cuối cùng thành H2O2, trong một quá trình gọi là phản ứng Mehler. Ferredoxin-xúc tác dòng electron vòng ở xung quanh photosystem 1 lần đầu tiên được quan sát của Arnon và đồng nghiệp vào năm 1954. Nó dễ dàng bị kích thích nếu điện tử từ hệ quang hợp 2 bị loại bỏ. Tuy nhiên, việc thiết lập được hay không là khó khăn vì phải giữ cho sinh vật quang hợp còn nguyên vẹn. Các thử nghiệm ban đầu của Arnon bao gồm việc đo lượng sự hình thành ATP, quá trình này chính là quá trình photophosphorylation vòng Có 2 con đường sử dụng ánh sáng để tạo ra ATP là con đường không vòng (noncyclic pathway) và con đường có vòng (cyclic pathway). Trong sự vận chuyển electron có vòng, electron mang năng lượng ánh sáng bắt đầu từ hệ thống quang 1 đi qua một phần của chuỗi dẫn truyền điện tử, đầu tiên là FeS, kế tiếp đến Ferredoxin và sau đến b6 là một protein tải cơ động và chuyển điện tử trở vào chuỗi dẫn truyền điện tử bắt đầu từ PQ.  Ðiện tử đi theo một vòng và không có nguồn điện tử từ bên ngoài tham gia vào.  Tương tự con đường vận chuyển không vòng, sự vận chuyển điện tử qua PQ và chuỗi dẫn truyền điện tử có thể dùng để bơm ion H+ xuyên qua màng sinh ra sự chênh lệch điện thế.  Sau đó, năng lượng từ sự chênh lệch điện thế này được dùng để tổng hợp ATP từ ADP vì ion H+ đi qua phức hợp ATP synthetase.  Cả quá trình từ sự đi một vòng của điện tử và ion H+ được bơm để sau đó tổng hợp ATP được gọi là sự quang phosphoryl hóa vòng (cyclic photophosphorylation).  *Sự thiệt hại của quang hợp và tái cấu trúc phức hệ 1 và 2 Quang hợp hấp thụ một lượng lớn năng lượng ánh sáng và chuyển nó thành năng lượng hóa học.Các quy trình hệ thống hiệu quả trong điều kiện bình thường. Tuy nhiên, theo một số điều kiện, hệ thống có thể không thể xử lý tất cả các năng lượng đến , đó là một thách thức đặc biệt của hệ thống quang hợp .Nếu không được sử dụng hợp lý thì năng lượng dư thừa có thể dẫn đến sản xuất của các loài độc hại và thiệt hại cho hệ thống. Do đó , các sinh vật quang hợp có các quy định và tái cấu trúc cơ chế. Một số các cơ chế điều chỉnh lưu lượng năng lượng trong hệ thống ăng ten, để tránh bị kích thích quá mức của các trung tâm phản ứng và đảm bảo hai phức hệ được bình đẳng hướng. (thảo luận tại chương 5). Mặc dù các quy trình có hiệu quả, như không phải là hoàn hảo, đôi khi sản xuất ra loại độc hại . Vì vậy bổ sung cơ chế các loại oxi hoạt động để tiêu tan các hợp chất gây hại . Ngay cả có các cơ chế bảo vệ và làm sạch thì thiệt hại cho bộ máy quang hợp vẫn diễn ra, và bổ sung cơ chế hiện nay để sửa chữa hệ thống. Đề án của tổ chức của các quy định và sửa chữa các hệ thống được hiển thị trong Hình 7,14 Hiện tượng thiệt hại của quang hợp ở phức hệ 2 là quá trình gây hại trong các sinh vật quang hợp ấn tượng nhất. Khi phức hệ 2 được kích hoạt, có nhiều khả năng nó bị hư hại. Bản chất phân tử của sự thiệt hại chưa rõ ràng, vẻ như là nó hạn chế phần lớn các protein D1( một phần lõi trung tâm phản ứng phức tạp của phức hệ 2) . Nếu sự thiệt hại của quang hợp không được sửa chữa, hệ thống rất nhanh chóng sẽ mất tất cả hoạt động. Thay vào đó, một chu kì thiệt hại – sửa chữa đáng kể hiện diện , trong đó trung tâm phản ứng phức tạp của phức hệ 2 là được tháo rời. một bản sao mới của protein D1 được tổng hợp, và phức hệ được tập hợp lại và quay trở lại phục vụ . Có những chỉ dẫn là phần lớn sự thiệt hại của quang hợp bắt nguồn từ over-reduction của các phức hệ chất nhận quinon, và cũng có thể nghịch lý vì quỷ đạo lớn là ở phía bên ôxi hóa của phức hệ 2 .Cả hai câu này có thể đúng, nhưng chúng chỉ có tác dụng trong các tình huống nhất định. Nếu tỷ lệ sự thiệt hại của quang hợp là tương đối thấp, chu trình sửa chữa có thể theo kịp với nó, và hệ thống hoạt động ở gần hiệu quả tối đa. Nếu tỷ lệ sự thiệt hại của quang hợp là cao hơn tỷ lệ sửa chữa, sau đó trung tâm phản ứng của phức hệ 2 hư hỏng được tích lũy, và hệ thống trưng bày các điều kiện của sự ức chế quang hợp , là một phức hệ phức tạp mà có thể có nguồn gốc từ phân tử khác nhau theo điều kiện khác nhau . Trong điều kiện tối ưu, phức hệ 2 dễ bị ảnh hưởng hơn phức hệ 1 về sự thiệt hại trong quang hợp . Các mối đe dọa lớn của phức hệ 1 đến từ loài ôxy hoạt động có thể được tạo ra từ sự tự oxi hoá của chất nhận ferredoxin. Ôxy hoạt động hệ thống làm sạch( mô tả ở trên sự thiệt hại của quang hợp) để ngăn chặn có hiệu quả phức hệ 1 , ngoại trừ trong điều kiện căng thẳng, nơi nó có thể dễ bị tổn thương nhiều hơn nữa. Phức hệ 1 đặc biệt nhạy cảm với thiệt hại từ lạnh . *Chu trình truyền điện tử ở phức hệ 2 : Chu trình truyền điện tử vòng quanh phức hệ 1 đã được nghiên cứu trong nhiều thập niên, trong khi một quá trình tương tự liên quan đến phức hệ 2 vẫn bị lảng tránh . Khác với phức hệ 1 , chu trình truyền điện tử chỉ là một dòng chảy bình thường, mặc dù có thể nhỏ, (xem ở trên), chức năng của chu trình truyền điện tử ở phức hệ 2 như một van an toàn để ngăn cản sự thiệt hại của quang hợp ở trung tâm phản ứng tinh xảo của phức hệ 2 . Chất cho bị oxi hoá đầu tiên ở phức hệ 2 , P680+ là một loài bị ôxi hóa cực kỳ mạnh mẽ, với điện thế giữa khoảng +1,1 V so với NHE (Chương 6 ), là một trong những loài oxy hóa mạnh nhất được biết đến trong bất kỳ hệ thống sinh học . Nếu quá trình dòng truyền điện tử bình thường từ ôxy-phát triển (oxygen-evolving) phức tạp qua Tyr để khử P680 bị gián đoạn, sau đó quá trình oxy hóa không đặc thù có thể khử hoạt tính hệ thống nhanh chóng . Chu trình chỉ là một trong nhiều tầng lớp bảo vệ và sửa chữa phức hệ 2 .Ngoài ra bao gồm các chu kỳ xanthophyll và chu trình sửa chữa Protein D1 ( xem trên ) . Sự hiện diện của một chu kỳ xung quanh phức hệ 2 ngăn cản sự tích lũy của P680 và do đó tránh thiệt hại . Các chu trình bao gồm một số thành phần, mỗi phần của chu kì là một phần của trung tâm phản ứng của phức hệ 2 Chuỗi sự kiện chuyển giao điện tử như sau : P680+ bị khử đồng thời với quá trình oxy hóa của một phân tử b-caroten. Các gốc cation carotenoid cũng không bị khử bởi một chất diệp lục phụ được biết đến như Chlz hoặc bởi cytochrome b559, nhưng con đường này chưa nhất định. Cuối cùng, Chlz bị giảm bởi cytochrome b559. Các cytochrome có thể nhận được các điện tử từ chất nhận quinon QB phụ để hoàn tất chu kỳ. Các hoạt động của chu kỳ phức hệ 2 quan sát dễ dàng nhất ở nhiệt độ thấp, nơi có dòng điện tử từ ôxy-phát triển phức tạp đông lạnh ra. Như vậy , sự quang oxi hoá của mỗi trong ba thành viên của các con đường vòng có thể được thể hiện theo các điều kiện thích hợp. Chu trình có lẽ không hoạt động nhiều trong điều kiện bình thường, nhưng nó có thể là rất quan trọng để ngăn chặn sự thiệt hại của quang hợp trong điều kiện căng thẳng hoặc trong quá trình tổ chức phức hệ 2 . *Việc sử dụng chất diệp lục huỳnh quang thăm dò phức hệ 2 : Các hệ thống đo huỳnh quang là vô giá như thăm dò của các hoạt động bên trong của hệ thống quang hợp .Có lẽ chúng là hệ thống duy nhất được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu kỹ thuật quang phổ quang hợp . Kỹ thuật này rất linh hoạt, đã có tác động lớn nhất trong phân tích các quá trình liên kết với phức hệ 2. Phức hệ 2 biểu hiện một hiện tượng được gọi là huỳnh quang biến thiên , trong đó có cường độ của huỳnh quang về các thuộc tính của trung tâm phản ứng phức tạp và liên kết chuỗi vận chuyển điện tử trong một cách chi tiết đáng kể . Có một số nhận xét chi tiết về các khía cạnh khác nhau của việc sử dụng huỳnh quang để hiểu phức hệ 2 . Kautsky và Hirsch (1931) lần đầu tiên chỉ ra bản chất huỳnh quang biến thiên của chất diệp lục trên cơ sở các quan sát bằng mắt. trước khi Emerson 1932 và Arnold thí nghiệm (chương 3), và cũng trước khi các khái niệm về chuyển giao năng lượng quang hợp hoặc đơn vị quang hợp đã được hình thành. Govindjee (1995) đã cung cấp một lịch sử thú vị của công việc đầu trên chất diệp lục huỳnh quang. Các phân tích định lượng thực sự đầu tiên của sự phụ thuộc của huỳnh quang chất diệp lục được đưa ra bởi Duysent và Sweers (1963), những người liên quan đến việc tăng huỳnh quang trong phức hệ khi chiếu sáng cho trạng thái oxi hoá khử của một chất nhận điện tử sớm. Chất nhận này đã được biết đến như là Q (cho quencher cái dập ). May mắn thay, những loại hóa chất mà sau này được xác định với Q là một quinon (chất nhận Qa trong phức hệ 2 ), do đó tên Q vẫn được giữ lại. Sau đó phân tích của Warren Butler và đồng nghiệp (Butler, 1978) cung cấp cho nhiều cơ sở của sự hiểu biết hiện tại của chúng ta về hiện tượng này. Trình tự thời gian của chất diệp lục huỳnh quangNếu một mẫu mô quang hợp như một lá hoặc một tảo lần đầu tiên thích nghi với bóng tối và sau đó được chiếu sáng bởi một chùm đo rất yếu, bản thân nó quá yếu để gây ra quang hóa học trong một số lượng đáng kể các trung tâm phản ứng, cường độ huỳnh quang được quan sát thấy rất thấp. Mức độ huỳnh quang trong tình huống này được gọi là Fo . Các huỳnh quang thấp vì hầu hết năng lượng kẹt bởi quang hóa học, sự để lại ít được phát ra như huỳnh quang. Nếu một ánh sáng quang hoá mạnh hơn được bật lên sau đó, mức độ huỳnh quang gây ra bởi các tia đo yếu đi qua một trình tự thời gian đặc trưng, được thể hiện trong hình.7.16. Các huỳnh quang đầu tiên tăng lên, với hai điểm uốn, điểm cực đại (Fm). Ở lần sau, huỳnh quang thay đổi phức tạp. Theo một số điều kiện, những thay đổi này bao gồm những đao động có thể kéo nhiều giây. Cuối cùng, đạt được một mức độ trạng thái ổn định. Trình tự thời gian của cường độ đặc tính huỳnh quang này thường được gọi là huỳnh quang cảm ứng, hoặc đôi khi là hiệu lực Kautsky. Việc giải thích về những thay đổi được mô tả : Các bước phản ánh chậm hơn một số quy trình riêng biệt, bao gồm các quy định về chuyển giao năng lượng và cả sự trao đổi cacbon.Sự giải thích thường rất khó khăn, vì nhiều nguyên nhân có thể cho tăng hiệu ứng tương tự . Sự gia tăng ban đầu của huỳnh quang tương quan với trạng thái sự oxi hoá khử của chất nhận điện QA. Nếu một chất ức chế như DCMU được thêm vào mẫu, huỳnh quang tăng nhanh chóng đển Fm và sau đó không thay đổi thêm. DCMU khối dòng chảy điện tử từ QA đến QB bởi QB chuyển vị từ vị trí ràng buộc của nó. Sự gia tăng chậm hơn mà không có chất ức chế do thực tế là cho đến khi vùng chứa quinon ở màng tế bào bắt đầu giảm, QA bị oxi hoá lại nhanh chóng, và năng suất của huỳnh quang vẫn còn thấp. Khi vùng chứa quinone trở nên giảm dần dần , ngày càng nhiều của QA trở nên giảm, và sản lượng tăng dần huỳnh quang đến Fm’, mặc dù mối quan hệ giữa cường độ huỳnh quang và số lượng của QA- là không nghiêm chỉnh tuyến tính. Lý do này đã được xem xét trong chương 5 với các cuộc thảo luận của phương trình. Vredenberg-Duysens .Diện tích dưới đường cong cảm ứng huỳnh quang là tỉ lệ thuận với số lượng các electron mà nó cần để làm giảm vùng chứa quinon. Loại phân tích huỳnh quang cảm ứng này được sử dụng rộng rãi để kiểm tra việc xử lý hoặc đột biến mà có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ lưu lượng điện tử tuyến tính và vì thế trạng thái của sự rút gọn của QA Việc sử dụng huỳnh quang để xác định năng suất lượng tử của phức hệ 2Phân tích huỳnh quang thylakoid có thể được sử dụng để có được các ước tính về số lượng của sản lượng lượng tử của quang hóa học trong phức hệ 2 . Nó được trao theo hình thức đặc trưng cho phức hệ 2 trong công thức 7.5, nơi Fi là sản lượng lượng tử của quá trình ith, và hằng số tỷ lệ cho các quá trình khác nhau ,có thể khử hoạt tính trạng thái bị kích thích, được tổng kết bởi kp cho quang hóa học, kf cho huỳnh quang, và ko cho tất cả các quá trình khác. FI = (7.5) Năng suất lượng tử của một quá trình quang hóa học, với biểu tượng, Fp , được cho bởi công thức 7.6: Fp = (7.6) Năng suất lượng tử của huỳnh quang khi tất cả các bẫy được mở ra ở trạng thái Fo được đưa ra bởi công thức 7.7: Fo = (7.7) Khi bẫy được đóng cửa, tại trạng thái Fm, tỷ lệ năng xuất không đổi cho quang hóa học là số không, và công thức 7.8 kết quả:Fm = (7.8) Nếu sự khác biệt giữa Fm và Fo được giữ và sau đó bị chia bởi Fm , công thức (7.9) được tìm thấy, mà đơn giản hoá của đại số đơn giản đến công thức 7.10 (7.9) FP = (7.10) Trong công thức 7.9, Fv được gọi là huỳnh quang biến thiên và được tính bởi Fm – Fo. Các biểu tượng thường được sử dụng cho cường độ của huỳnh quang tại các trạng thái . Các cường độ là số lượng được đo bằng một thử nghiệm thực tế. Cường độ huỳnh quang tỷ lệ thuận với năng suất lượng tử, nhưng cũng bao gồm một thuật ngữ cho cường độ ánh sáng hấp thụ và các nhân tố phương tiện . Tuy nhiên, do tỷ lệ của các cường độ luôn được sử dụng trong phân tích động lực, các điều kiện hủy bỏ ra ngoài. Sử dụng các giá trị tiêu biểu của Fm và Fo đo bằng hệ thống hoạt động , các giá trị của Fp ~ 0,85 được tìm thấy như công thức (7.10) nhưng không có hiệu quả hoàn toàn ,đặc biệt là theo một số điều kiện. Một giả định ngầm được thực hiện tất cả các huỳnh quang đến từ phức hệ 2 ,không một sự thay đổi tỷ lệ hằng số khác khi bẫy đi từ mở đến đóng cửa, và tất cả các huỳnh quang quan sát thấy ở cả trạng thái Fo và Fm đến từ một hệ thống đồng nhất trong đó tất cả các trạng thái kích thích chất diệp lục là tương đương. Giả thuyết cuối rõ ràng là không hợp lệ, như sự phức tạp của tất cả các cấu trúc và chức năng của bộ máy quang hợp cho thấy, và thử nghiệm nhiều xác thực . Huỳnh quang biến thiên tương đối dễ dàng đo lường và thử nghiệm là một chỉ số hữu dụng của sản lượng lượng tử tối đa trong quang hóa học phức hệ 2. Tuy nhiên, không nên nắm như là một cách nghiêm ngặt để đo lượng tử này bởi vì sự xấp xỉ này. Một công thức hơi khác của phương trình liên quan huỳnh quang và năng suất của lượng tử của phức hệ 2 đã sử dụng rất rộng, bởi vì nó liên quan đến số lượng mà thậm chí còn dễ dàng hơn đo lường hơn FV và Fm . Mối quan hệ này được đưa ra bởi công thức 7.11, nơi Fm’ là huỳnh quang tối đa sau khi một đèn ánh sáng loé bão hoà , và Ft là cường độ huỳnh quang tại một thời gian t chỉ trước khi áp dụng ánh sáng loé .Các thử nghiệm được tiến hành với sự có mặt của ánh sáng quang hoá , do đó, Ft đại diện cho năng suất huỳnh quang trong các điều kiện trạng thái ổn định. f2 = (7.11) Lợi thế của công thức 7.11 là Fo không cần phải được xác định, do đó, các phép đo có thể được thực hiện trong điều kiện ánh sáng mặt trời đầy đủ mà không cần thiết phải hoàn toàn thích nghi bóng tối Phương pháp này đã trở thành tiêu chuẩn trong đo lường hiệu quả quang hợp , đặc biệt là nghiên cứu sinh lý môi sinh , nơi mà sự đơn giản của đo lường cho phép phân tích theo một phạm vi rộng đáng kể các điều kiện và điều trị. Những nghiên cứu này đã được thực hiện có thể do sự phát triển của các công cụ sử dụng kĩ thuật biến điệu biên độ xung (PAM), trong đó một loạt các xung yếu được cho vào trong mẫu, và huỳnh quang bị biến điệu được phục hồi bởi sự khuếch đại xung chọn lọc. Kỹ thuật này loại bỏ bất kỳ sự đóng góp trực tiếp từ ánh sáng quang hoá không bị biến điệu , và chỉ ghi nhận sản lượng của huỳnh quang bị kích thích bởi chùm tia biến điệu mức đo. Nó cũng tương đối không nhạy với những sự nhiễu loạn gây ra bởi ánh sáng loé bão hoà , nên cung cấp một phương pháp đơn giản nhưng mạnh mẽ để đo các tham số huỳnh quang và hiệu suất quang hợp. *Huỳnh quang phát hiện sự tôi ( sự dập tắt ) phi quang hoá :Quá trình dập tắt phi quang hoá (NPQ) như là một cơ chế điều chỉnh tại phức hệ 2 , lần đầu tiên được phát hiện bởi việc sử dụng các phương pháp huỳnh quang. Các biểu hiện rõ ràng nhất của hiện tượng cảm ứng của sự dập tắt phi quang hoá là sự thay đổi giá trị Fm trong thời gian chiếu sáng, như trong hình 7.17. Các Fm tìm thấy trong một mẫu thích nghi với bóng tối thường cao hơn Fm đo dưới chiếu sáng cực mạnh. Điều này không phản ánh bất cứ sự khác biệt trong lượng QA- có thể được hình thành, bởi vì trong cả hai trường hợp một chùm ánh sáng loé bão hoà được sử dụng để làm giảm tất cả QA hoàn toàn trong mẫu. Thay vào đó, nó cho chúng ta biết rằng một số quy trình khác đang cạnh tranh cho các trạng thái bị kích thích , do đó,số lượng phân rã qua huỳnh quang đã giảm. Một mối quan hệ định lượng cho số lượng của kết quả sự dập tắt này được cho bởi công thức 7.12, nơi Fm là giá trị của Fm chỉ thành lập sau khi thích nghi với bóng tối , và Fm’ là giá trị của Fm thành lập sau khi chiếu sáng đã gây ra tình trạng dập tắt . NPQ = (7.12) Mối quan hệ này có thể được sắp xếp lại để cho một phương trình mà là tương tự như phức hệ Stern-Volmer (Eq.A45), nơi [Q] là nồng độ hiệu quả của cái dập , và KSV là hằng số Stern-Volmer , trong đó phản ánh hiệu quả của các cái dập . SV [Q] (7.13) Có nhiều nguồn của các cái dập có thể đóng góp vào kết quả quan sát của sự dập tắt phi quang hoá . Này vẫn là một hoạt động và gây tranh cãi của phạm vi nghiên cứu . *Cơ sở vật chất của huỳnh quang biến thiên :Tại sao phức hệ 2 trình bày như một sự thay đổi lớn trong sản lượng huỳnh quang, trong khi phức hệ 1 thì không? Câu trả lời cho câu hỏi này đã khó khăn để thiết lập, và ngay cả bây giờ một số khía cạnh trong những lý do cho sự khác biệt giữa hai phức hệ không rõ ràng. Hiệu quả lớn mà cho phép tăng tới sự gia tăng huỳnh quang ở phức hệ 2 với tích lũy của QA- làm chậm tốc độ của quá trình chuyển giao chính điện tử từ P680* để tạo thành trạng thái cặp gốc P680+Pheo-. Điều này phần lớn là do sự hiệu lực đẩy tĩnh điện của sự tích điện trên QA-. Sự tích điện âm này tăng năng lượng của trạng thái P680+Pheo-QA- so với P680+Pheo-QA. Sự đẩy tĩnh điện này ức chế sự tích điện quá trình phân chia và thúc đẩy sự dịch chuyển sau của sự kích thích các hệ thống ăng ten lớn, nơi diễn ra huỳnh quang. Một số tăng là do hiện tượng tái hợp phát quang , trong đó trạng thái tích điện-riêng biệt P680+Pheo- tái hợp để tạo thành P680 *, theo sau là trở lại kích thích sự chuyển giao cho hệ thống ăng ten. Theo hầu hết các trường hợp, P680+ không bao giờ thấy, vì nó như một loài oxy hóa mạnh mà nó tìm thấy một số loài để giảm. Do đó, nó không tham gia vào các hiện tượng bình thường của cảm ứng huỳnh quang trong phức hệ 2 . Phức hệ 1 có một số khác biệt quang trọng so với phức hệ 2 , là tất cả các đóng góp vào thực tế là nó không trưng bày huỳnh quang biến thiên . Trước tiên, quá trình dịch chuyển điện tử phần lớn là không thể đảo ngược, do gradient oxi hoá khử dốc hơn ở bên chất nhận của phức hệ 1. Điều này nhanh chóng loại bỏ các điện tử rằng được chuyển xa hơn từ P700, so với tình hình tại phức hệ 2. Hiệu ứng này làm giảm đáng kể xác suất kết hợp phát quang do tính tái kết hợp. Ngoài ra, khoảng cách lớn hơn của chất nhận điện tử làm giảm hiệu lực tĩnh điện của chất nhận bị khử trong quá trình chính dịch chuyển điện tử. Cuối cùng, một số lượng đáng kể của P700+ là hiện diện trong điều kiện ổn định trạng thái-dòng chảy điện tử thông qua phức hệ 1.Trạng thái dập tắt ăng ten P700+ có hiệu quả như P700, mặc dù cơ chế khá khác nhau. P700+ có lẽ dập tắt ăng-ten bằng cách hình thành một trạng thái bị kích thích của các P700+` phức tạp (P700 **), mà sau đó nhanh chóng phân rã bởi con đường không phát xạ , mặc dù điều này là không chắc chắn được thành lập. Tất cả các hiệu ứng kết hợp để đưa ra kết quả đó sự dập tắt của trạng thái bị kích thích của các sắc tố ăng ten phức hệ 1 diễn ra tại cùng một tỷ lệ không phụ thuộc vào trạng thái oxi hoá khử của chất nhận phức tạp khác hoặc chất cho diệp lục . Vì vậy, huỳnh quang biến thiên không quan sát thấy trong phức hệ 1 .