Svetlobna faza zahtev fotosinteze, mehanizem in izdelki



The fazo svetleča fotosinteza To je tisti del fotosintetičnega procesa, ki zahteva prisotnost svetlobe. Tako svetloba sproži reakcije, ki povzročijo pretvorbo dela svetlobne energije v kemijsko energijo.

Biokemične reakcije se pojavljajo v tilakoidih kloroplasta, kjer so ugotovljeni fotosintetični pigmenti, ki jih vzbuja svetloba. To so klorofil a, klorofila b in karotenoidi.

Da bi se pojavile svetlobno odvisne reakcije, je potrebnih več elementov. V vidnem spektru je potreben vir svetlobe. Prav tako je potrebna prisotnost vode.

Svetlobna faza fotosinteze ima kot končni produkt tvorbo ATP (adenozin trifosfat) in NADPH (nikotinamid dinukleotid fosfat in adenin). Te molekule se uporabljajo kot vir energije za fiksacijo CO2 v temni fazi. Tudi med to fazo se sprosti O2, produkt razgradnje molekule H2O.

Indeks

  • 1 Zahteve
    • 1.1 Svetloba
    • 1.2 Pigmenti
  • 2 Mehanizem
    • 2.1 -Sistemi fotografij
    • 2.2 -Fololiza
    • 2.3 -Fotofosforilacija
  • 3 Končni izdelki
  • 4 Reference

Zahteve

Da se svetlobno odzivne reakcije pojavijo v fotosintezi, je treba razumeti lastnosti svetlobe. Prav tako je treba poznati strukturo zadevnih pigmentov.

Svetloba

Svetloba ima tako valovne kot delne lastnosti. Energija doseže Zemljo od Sonca v obliki valov različnih dolžin, znanih kot elektromagnetni spekter.

Približno 40% svetlobe, ki doseže planet, je vidna svetloba. To je na valovnih dolžinah med 380-760 nm. Vključuje vse barve mavrice, vsaka z značilno valovno dolžino.

Najučinkovitejše valovne dolžine za fotosintezo so vijolične do modre (380-470 nm) in rdeče-oranžne do rdeče (650-780 nm)..

Svetloba ima tudi lastnosti delcev. Ti delci se imenujejo fotoni in so povezani z določeno valovno dolžino. Energija vsakega fotona je obratno sorazmerna z njegovo valovno dolžino. Krajša je valovna dolžina, več energije.

Ko molekula absorbira foton svetlobne energije, je eden od njegovih elektronov pod napetostjo. Elektron lahko zapusti atom in ga sprejme akceptorska molekula. Ta proces poteka v svetlobni fazi fotosinteze.

Pigmenti

V tilakoidni membrani (struktura kloroplasta) je več pigmentov, ki lahko absorbirajo vidno svetlobo. Različni pigmenti absorbirajo različne valovne dolžine. Ti pigmenti so klorofil, karotenoidi in fikobilini.

Karotenoidi dajejo rumene in oranžne barve prisotne v rastlinah. Fikobilini najdemo v cianobakterijah in rdečih algah.

Klorofil velja za glavni fotosintetični pigment. Ta molekula ima dolg hidrofobni ogljikovodikov rep, ki ga ohranja vezanega na tilakoidno membrano. Poleg tega ima porfirinski obroč, ki vsebuje magnezijev atom. V tem obroču se absorbira svetlobna energija.

Obstajajo različne vrste klorofila. Klorofil a pigment, ki neposredno posreduje v svetlobnih reakcijah. Klorofil b absorbira svetlobo na drugačni valovni dolžini in prenese to energijo v klorofil a.

V kloroplastu je približno trikrat več klorofila a kaj klorofila b.

Mehanizem

-Photosystems

Molekul klorofila in drugi pigmenti so organizirani znotraj tilakoida v fotosintetičnih enotah.

Vsaka fotosintezna enota je sestavljena iz 200-300 molekul klorofila a, majhne količine klorofila b, karotenoidi in beljakovine. Predstavlja območje, imenovano reakcijski center, ki je mesto, ki uporablja svetlobno energijo.

Drugi prisotni pigmenti se imenujejo antenski kompleksi. Imajo funkcijo zajemanja in prenašanja svetlobe v reakcijski center.

Obstajata dve vrsti fotosinteznih enot, imenovanih fotosistemi. Razlikujejo se v tem, da so njihovi reakcijski centri povezani z različnimi proteini. Povzročajo rahlo spremembo njihovih absorpcijskih spektrov.

V fotosistemu I, klorofil a povezan z reakcijskim središčem, ima absorpcijski vrh 700 nm (P700). V fotosistemu II se absorpcijski vrh pojavi pri 680 nm (P680).

-Fotoliza

Med tem procesom se pojavi razpok molekule vode. Sodelujte v fotosistemu II. Foton svetlobe zadene molekulo P680 in vozi elektron na višjo raven energije.

Vzbujeni elektroni prejme molekula feofitina, ki je vmesni akceptor. Nato prečkajo tilakoidno membrano, kjer jih sprejme plastokinonska molekula. Elektroni so končno preneseni v P700 fotosistema I.

Elektroni, ki jih je prenesel P680 zamenjajo jih drugi iz vode. Za razgradnjo molekule vode je potreben protein, ki vsebuje mangan (Z protein).

Ko se H razpoči2Ali pa se sproščata dva protona (H+) in kisika. Zahteva, da se dve vodni molekuli razcepita, da se sprostita molekula O2.

-Fotofosforilacija

Glede na smer toka elektronov obstajata dve vrsti fotofosforilacije.

Neciklična fotofosforilacija

V njem sodelujeta tako fotosistem I kot II. Imenuje se neciklično, ker tok elektronov gre v eno smer.

Ko pride do vzbujanja molekul klorofila, se bodo elektroni gibali skozi verigo prenosa elektronov.

Začne se v fotosistemu I, ko foton svetlobe absorbira molekula P700. Vzbujeni elektron se prenese v primarni akceptor (Fe-S), ki vsebuje železo in žveplo.

Nato preide na molekulo ferredoksina. Elektron se nato premakne na transportno molekulo (FAD). To daje molekuli NADP+ ki ga zmanjša na NADPH.

Elektroni, ki jih prinaša fotosistem II v fotolizi, bodo nadomestili tiste, ki jih prenaša P700. To se zgodi skozi transportno verigo, ki jo tvorijo pigmenti, ki vsebujejo železo (citokromi). Poleg tega so vključeni plastocyanini (beljakovine, ki imajo baker).

Med tem postopkom nastajajo molekule NADPH in ATP. Encim ATPsintetaza sodeluje pri tvorbi ATP.

Ciklična fosforilacija

To se zgodi samo v fotosistemu I. Ko se molekule reakcijskega centra P700 so vzbujeni, elektrone prejme molekula P430.

Elektroni so nato vključeni v transportno verigo med dvema fotosistemoma. Pri tem nastajajo molekule ATP. Za razliko od neciklične fotofosforilacije se niti NADPH ne proizvaja niti ne sprosti.2.

Na koncu procesa prenosa elektronov se vrnejo v reakcijsko središče fotosistema I. Zato se imenuje ciklična fotofosforilacija..

Končni izdelki

Na koncu svetlobne faze se sprosti O2 kot stranski produkt fotolize. Ta kisik se sprošča v ozračje in se uporablja pri dihanju aerobnih organizmov.  

Drugi končni produkt lahke faze je NADPH, koencim (del ne-proteinskega encima), ki bo sodeloval pri fiksaciji CO2 med Calvinovim ciklom (temna faza fotosinteze).

ATP je nukleotid, ki se uporablja za pridobivanje potrebne energije, potrebne v presnovnih procesih živih bitij. To se porabi pri sintezi glukoze.

Reference

  1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi in J Minagaza (2016) Fotoreceptor modre svetlobe posreduje povratno regulacijo fotosinteze. Nature 537: 563-566.
  2. Salisbury F in Ross C (1994) Rastlinska fiziologija. Uredniška skupina Iberoamerica. Mehika, DF. 759 str.
  3. Solomon E, L Berg in D Martín (1999) Biologija. Peta izdaja. Uredniki revije MGraw-Hill Interamericana. Mexico City 1237 str.
  4. Stearn K (1997) Uvodna rastlinska biologija. Založbe WC Brown. ZDA 570 str.
  5. Yamori W, T Shikanai in A Makino (2015) Photosystem I ciklični tok elektrona preko kloroplasta NADH dehidrogenaza podoben kompleks opravlja fiziološko vlogo pri fotosintezi pri šibki svetlobi. Znanstveno poročilo narave 5: 1-12.