Reaktionszentrum

Der Begriff Reaktionszentrum (RZ) bezeichnet in der Biologie einen Proteinkomplex mit Pigmenten, der die initiale lichtgetriebene Ladungstrennung in der Photosynthese steuert. Nach Absorption eines Photons wird das im Zentrum befindliche Spezialpaar angeregt, wodurch ein schneller Elektronentransfer auf benachbarte Akzeptoren erfolgt. Dieser Photochemieprozess setzt zwei räumlich getrennte Ladungen frei und bildet den Kern der Lichtreaktionen.

In höheren Pflanzen, Cyanobakterien und Algen existieren zwei Reaktionszentren: Photosystem II (PSII) und Photosystem I (PSI). Im PSII-RZ liegt das Spezialpaar P680; im PSI-RZ das Spezialpaar P700. Das PSII-Reaktionszentrum wird durch die Oxygen-evolving Complex (Wasseraufspaltung) mit Elektronen versorgt, wodurch Elektronen aus Wasser gewonnen werden.

Der Elektronentransfer innerhalb des RC erfolgt über eine Folge von Cofaktoren: vom Spezialpaar auf Pheophytin, weiter auf Plastochinon/Q_A/Q_B, dann durch die Cytochrom-b6f-Komponente zu Plastocyanin, schließlich zu PSI. Von dort gelangen die Elektronen über Ferredoxin zur NADP+-Reduktase, wo NADPH gebildet wird. Gleichzeitig transduziert der Elektronentransfer Protonen durch den Membranweg, wodurch ein Protonengradient entsteht, der die ATP-Synthese antreibt.

Bakterielle Reaktionszentren, zum Beispiel bei anoxygene Bakterien, sind oft kompakter, weisen aber ähnliche Prinzipien auf: Ein zentrales Spezialpaar von Pigmenten, das Elektronenaufnahmen in eine mobile Kette überträgt, die letztlich zu einer externen Reduktionsquelle führt. Strukturell bestehen RCs aus Kernproteinen (z. B. D1/D2 in Cyanobakterien; L/M in grün- oder anoxygene Bakterien), die in der Membran verankert sind.

Die Reaktionszentren sind zentrale Bausteine der Lichtreaktionen der Photosynthese. Ihre Effizienz der Ladungstrennung und der nachfolgenden Elektronentransferprozesse bestimmt die Gesamtleistung der Energieumwandlung in Form von NADPH und ATP.