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光系统 II 中 O2 形成过程中中间体的结构证据
Nature ( IF 50.5 ) Pub Date : 2023-05-03 , DOI: 10.1038/s41586-023-06038-z Asmit Bhowmick 1 , Rana Hussein 2 , Isabel Bogacz 1 , Philipp S Simon 1 , Mohamed Ibrahim 2, 3 , Ruchira Chatterjee 1 , Margaret D Doyle 1 , Mun Hon Cheah 4 , Thomas Fransson 5 , Petko Chernev 4 , In-Sik Kim 1 , Hiroki Makita 1 , Medhanjali Dasgupta 1 , Corey J Kaminsky 1 , Miao Zhang 1 , Julia Gätcke 2 , Stephanie Haupt 2 , Isabela I Nangca 1 , Stephen M Keable 1 , A Orkun Aydin 4 , Kensuke Tono 6, 7 , Shigeki Owada 6, 7 , Leland B Gee 8 , Franklin D Fuller 8 , Alexander Batyuk 8 , Roberto Alonso-Mori 8 , James M Holton 1, 9, 10 , Daniel W Paley 1 , Nigel W Moriarty 1 , Fikret Mamedov 4 , Paul D Adams 1, 11 , Aaron S Brewster 1 , Holger Dobbek 2 , Nicholas K Sauter 1 , Uwe Bergmann 12 , Athina Zouni 2 , Johannes Messinger 4, 13 , Jan Kern 1 , Junko Yano 1 , Vittal K Yachandra 1
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在自然光合作用中,光驱动的水分裂成电子、质子和分子氧是太阳能到化学能转换过程的第一步。该反应发生在光系统II中,其中Mn 4 CaO 5团簇首先存储四个氧化当量,即Kok循环中的S 0至S 4中间态,通过反应中心的光化学电荷分离依次产生,然后催化O– O 键形成化学1,2,3 。在这里,我们通过连续飞秒 X 射线晶体学报告了室温快照,以提供对 Kok 光合水氧化循环的最终反应步骤(形成 O 2和 Kok 水的 S 3 →[S 4 ]→S 0转变)的结构见解氧化时钟被重置。我们的数据揭示了一系列复杂的事件,这些事件在微秒到毫秒内发生,包括 Mn 4 CaO 5簇、其配体和水路径的变化,以及通过 Cl1 通道的氢键网络控制质子释放。重要的是,在 S 2 →S 3转变过程中作为 Ca 和 Mn1 之间的桥配体引入的额外 O 原子 O x 4,5,6消失或与 Y z还原平行重新定位,在约 700 μs 后开始。第三次闪光。 Mn1-Mn4 距离的缩短表明,O 2析出的开始发生在 1,200 μs 左右,这表明存在还原的中间体,可能是结合的过氧化物。
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