P 680 ( P680 , pigment 680 ) eller den primära donatorn av fotosystem II är en dimer av två klorofyll a -molekyler , P 1 och P 2 , som också kallas ett speciellt par [1] . Tillsammans bildar dessa två molekyler en excitondimer, det vill säga de representerar funktionellt ett enda system och, när de exciteras , beter de sig som en molekyl . Den maximala absorptionen av ljusenergin för ett sådant speciellt par faller på våglängden λ = 680 nm . Den primära donatorn exciteras genom att absorbera fotoner med lämplig våglängd eller genom att överföra excitationsenergi från andra fotosystem II-klorofyller. P 680 absorberar ett kvantum av ljus och går in i ett fotoexciterat tillstånd, som ett resultat av vilket en av dess elektroner går till en högre energinivå - från huvudsubnivån S 0 till den första singletsubnivån S 1 . Denna elektron lösgörs från ett speciellt par och fångas upp av den primära elektronacceptorn, pheophytin , som finns inuti fotosystem II bredvid P 680 . Processen att avskilja en elektron från ett speciellt par och dess övergång till feofytin med bildandet av ett radikalpar kallas laddningsseparation . Oxiderat P 680 + reduceras genom att fånga en elektron från det vattenoxiderande komplexet i fotosystem II.
P 680+ är det starkaste biologiska oxidationsmedlet . Dess redoxpotential är ungefär +1,3 V [2] (enligt andra källor +1,12 V [ 1] ). Detta gör att den kan inducera processen för vattenoxidation, vars redoxpotential är +0,8 V. Samtidigt är redoxpotentialen för fotoexciterad P 680 i det negativa området (mindre än -0,6 V).
Fotosystem II, liksom reaktionscentrumet för lila bakterier , är asymmetriskt , och de två molekylerna i en dimer är inte likvärdiga. En molekyl av klorofyll a (P 1 ) bildar vätebindningar med aminosyrorna i protein D 1 med användning av ketoestergrupper i positionerna C 9 och C 10 , och den andra molekylen av klorofyll a (P 2 ) bildar endast en vätebindning. Eftersom P 1 bildar ett större antal vätebindningar är dess redoxpotential högre och elektronens drivkraft större. I ögonblicket för excitation av dimeren passerar elektronen från P 2 till klorofyllmolekylen P 1 , och en dipol bildas . På grund av uppkomsten av ett lokalt elektriskt fält uppstår en förändring i konformationen av ett speciellt par, vilket underlättar den ytterligare överföringen av en elektron till pheophytin , och en positiv laddning lokaliseras på en av klorofyllerna [3] .
Till skillnad från det speciella paret av fotosystem I (P 700 ) och paret av bakteriofyll (P 870 ) i fotosystemet av lila bakterier , är klorofyll i P 680 belägna på ett mycket större avstånd (5,2 Å mot 3,6 Å i P 700 och 3,5 Å i P 870 ), och deras plan är något lutande i förhållande till varandra, vilket avsevärt minskar energin för excitonkonjugation och saktar ner hastigheten för infångning av ljusenergi, vilket i sin tur gör processen med laddningsseparation på ett par klorofyll långsammare. Den låga energiinfångningshastigheten tillåter kontroll av excitationsnivåer i PSII-antennen, vilket skyddar reaktionscentret från fotoinhibering [4] .
Fotosystem II's reaktionscentrum är termodynamiskt mycket effektivare än reaktionscentrumet för lila bakterier. I PSII används ett kvantum vid 680 nm (1,84 eV ) för fotoinducerad laddningsseparation med bildning av ett stabilt radikalpar P 680 + - Feo - , redoxpotentialen för P 680 + är +1,12 V, Feo-potentialen är - 0,13 V Av den absorberade fotonenergin på 1,84 eV bibehålls alltså 1,25 eV i det stabila radikalparet, dvs verkningsgraden är 68 %. För PSI-reaktionscentret är detta värde 58 %. Hos lila bakterier producerar fotoner med en energi på 1,44 eV (870 nm) ett stabilt radikalpar P 680 + - Q A - , vilket motsvarar en energi på 0,5 eV, det vill säga processens effektivitet är 35 % [5 ] .
Således utvecklades PSII-reaktionscentret så att dess laddningsseparationseffektivitet var dubbelt så hög som för reaktionscentret för lila bakterier . Därför skapar utvecklingen av den svaga kopplingsstrategin en betydande fördel i effektiviteten av fotokemisk energiomvandling i reaktionscentra av syrehaltiga system [5] .