光系統

光系統（photosystem，PS），是進行光吸收的功能單位，是由葉綠素、類胡蘿蔔素、脂和蛋白質組成的複合物。每一個光系統含有兩個主要成分∶捕光複合物(light -harvesting complex，LHC)和光反應中心複合物(reaction-center complex)。光系統中的光吸收色素的功能像是一種天線，將捕獲的光能傳遞給中心的一對葉綠素a,由葉綠素a激發一個電子，並進入光合作用的電子傳遞鏈。

光系統的發現

早在1943年，愛默生（Emerson）以綠藻和紅藻為材料，研究其不同光波的量子產額（quantum yield ）（即植物通過一個光量子所固定的二氧化碳分子數或放出的氧分子數），發現當光子波長大於685nm（遠紅光）時，雖然仍被葉綠素大量吸收，但量子產額急劇下降，這種現象被稱為紅降現象（red drop）。當時尚不能理解這個現象。愛默生等在1957年又觀察到，在遠紅光（710nm）條件下，如補充紅光（波長650nm），則量子產額大增。比這兩種波長的光單獨照射的總和還要多。後人把這兩種波長的光協同作用而增加光合效率的現象稱為 增益效應（enhancement effect）或 愛默生效應（Emberson effect）。

紅降效應

增益效應示意圖

上述現象說明植物體中可能存在兩種色素系統，各有不同的吸收峰，進行不同的光合反應。隨著近代研究技術的進展，可以直接從葉綠體中分離出兩個光系統，每個光系統具有特殊的色素複合體及一些物質。

根據上述實驗結果，希爾（1960）等人提出了雙光系統（two photosystem）的概念，把吸收長波長（>680nm）光的系統成為光系統Ⅰ（PSⅠ），吸收短波長（≤680nm）光的系統成為光系統Ⅱ（PSⅡ） 。

光系統的兩種類型

光系統 Ⅰ（photosystemⅠ，簡稱 PSⅠ）

顆粒較小，直徑11nm，主要分布在類囊體膜（基質片層和基粒片層）的非垛疊部分；

PSⅠ核心複合體由反應中心色素P700（最大吸收波長為700nm）、電子受體和 PSⅠ捕光複合體（light harvesting complex Ⅰ，LHC Ⅰ）。

光系統 Ⅱ（photosystemⅡ，簡稱 PSⅡ）

顆粒較大，直徑約17.5nm，主要分布在類囊體膜（基粒片層）的垛疊部分；

PSⅡ主要由PSⅡ反應中心（PSⅡ reaction centre）、捕光複合體Ⅱ（light harvesting complex Ⅱ，LHC Ⅱ）和放氧複合體（oxygen-evoling complex，OEC）等亞單位組成。

PSⅡ反應中心色素為P680（最大吸收波長為680nm）。

PSⅡ的功能是利用光能氧化水和還原質體醌，這兩個反應分別在類囊體膜的兩側進行，即在腔一側氧化水釋放質子於腔內，在基質一側還原質體醌，於是在類囊體兩側建立氫離子梯度。