Faza świetlna wymagań, mechanizmu i produktów fotosyntezy



The faza świetliste fotosyntezy Jest to ta część procesu fotosyntezy, która wymaga obecności światła. W ten sposób światło inicjuje reakcje, które powodują przekształcenie części energii świetlnej w energię chemiczną.

Reakcje biochemiczne zachodzą w tyloplastach chloroplastów, gdzie znajdują się pigmenty fotosyntetyczne wzbudzane przez światło. To są chlorofil a, chlorofil b i karotenoidy.

Aby wystąpiły reakcje zależne od światła, wymagane jest kilka elementów. Źródło światła jest konieczne w zakresie widzialnym. Podobnie potrzebna jest obecność wody.

Faza świetlna fotosyntezy ma jako produkt końcowy tworzenie ATP (trójfosforan adenozyny) i NADPH (fosforan dinukleotydu nikotynamidowego i adenina). Cząsteczki te są wykorzystywane jako źródło energii do utrwalania CO2 w ciemnej fazie. Również podczas tej fazy O jest uwalniane2, produkt rozpadu cząsteczki H2O.

Indeks

  • 1 Wymagania
    • 1.1 Światło
    • 1.2 Pigmenty
  • 2 Mechanizm
    • 2.1 -Fosystemy
    • 2.2 -Fololiza
    • 2.3 -Fotofosforylacja
  • 3 Produkty końcowe
  • 4 odniesienia

Wymagania

Aby reakcje zależne od światła wystąpiły w fotosyntezie, konieczne jest zrozumienie właściwości światła. Podobnie konieczne jest poznanie struktury zaangażowanych pigmentów.

Światło

Światło ma zarówno właściwości falowe, jak i cząstkowe. Energia dociera do Ziemi ze Słońca w postaci fal o różnych długościach, znanych jako widmo elektromagnetyczne.

Około 40% światła docierającego do planety to światło widzialne. Ma to długość fali od 380 do 760 nm. Obejmuje wszystkie kolory tęczy, każda o charakterystycznej długości fali.

Najbardziej wydajne długości fal dla fotosyntezy to fioletowe na niebieskie (380-470 nm) i czerwono-pomarańczowe na czerwone (650-780 nm).

Światło ma również właściwości cząstek. Cząstki te nazywane są fotonami i są związane z określoną długością fali. Energia każdego fotonu jest odwrotnie proporcjonalna do jego długości fali. Im krótsza długość fali, tym więcej energii.

Gdy cząsteczka absorbuje foton energii świetlnej, jeden z jej elektronów jest zasilany. Elektron może opuścić atom i zostać przyjęty przez cząsteczkę akceptora. Proces ten zachodzi w lekkiej fazie fotosyntezy.

Pigmenty

W błonie tylakoidowej (struktura chloroplastów) znajduje się kilka pigmentów o zdolności do absorbowania światła widzialnego. Różne pigmenty absorbują różne długości fal. Pigmenty te to chlorofil, karotenoidy i fikobiliny.

Karotenoidy dają żółte i pomarańczowe kolory obecne w roślinach. Fikobiliny występują w cyjanobakteriach i czerwonych algach.

Chlorofil jest uważany za główny pigment fotosyntetyczny. Ta cząsteczka ma długi hydrofobowy ogon węglowodorowy, który utrzymuje ją związaną z błoną tylakoidową. Ponadto ma pierścień porfirynowy zawierający atom magnezu. W tym pierścieniu energia światła jest pochłaniana.

Istnieją różne rodzaje chlorofilu. Chlorofil a to pigment wpływa bardziej bezpośrednio na reakcje świetlne. Chlorofil b pochłania światło o innej długości fali i przekazuje tę energię do chlorofilu a.

W chloroplastach jest około trzy razy więcej chlorofilu a co chlorofil b.

Mechanizm

-Photosystems

Cząsteczki chlorofilu i inne pigmenty są zorganizowane w tylakoidie w jednostkach fotosyntetycznych.

Każda jednostka fotosyntetyczna składa się z 200-300 cząsteczek chlorofilu a, małe ilości chlorofilu b, karotenoidy i białka. Przedstawia obszar zwany centrum reakcji, który jest miejscem wykorzystującym energię świetlną.

Pozostałe obecne pigmenty nazywane są kompleksami antenowymi. Mają funkcję przechwytywania i przekazywania światła do centrum reakcji.

Istnieją dwa typy jednostek fotosyntezy, zwane fotosystemami. Różnią się tym, że ich centra reakcji są związane z różnymi białkami. Powodują niewielkie przesunięcie widm absorpcji.

W fotosystemie I, chlorofil a związane z centrum reakcji ma pik absorpcji 700 nm (P700). W fotosystemie II pik absorpcji występuje przy 680 nm (P680).

-Fotoliza

Podczas tego procesu następuje pęknięcie cząsteczki wody. Weź udział w fotosystemie II. Foton światła uderza w cząsteczkę P680 i napędza elektron na wyższy poziom energii.

Wzbudzone elektrony są odbierane przez cząsteczkę fenofityny, która jest pośrednim akceptorem. Następnie przechodzą przez błonę tylakoidową, gdzie są akceptowane przez cząsteczkę plastochinonu. Elektrony są ostatecznie przenoszone do P700 fotosystemu I.

Elektrony, które zostały przeniesione przez P680 są one zastępowane przez innych z wody. Białko zawierające mangan (białko Z) jest wymagane do rozbicia cząsteczki wody.

Kiedy H łamie się2Lub dwa protony są uwalniane (H+) i tlen. Wymaga rozszczepienia dwóch cząsteczek wody, aby uwolnić cząsteczkę O2.

-Fotofosforylacja

Istnieją dwa rodzaje fotofosforylacji w zależności od kierunku przepływu elektronów.

Niecykliczna fotofosforylacja

Zarówno fotosystem I jak i II są w to zaangażowane. Nazywa się to niecyklicznym, ponieważ przepływ elektronów idzie w jednym kierunku.

Gdy nastąpi wzbudzenie cząsteczek chlorofilu, elektrony będą się przemieszczać przez łańcuch transportu elektronów.

Zaczyna się w fotosystemie I, gdy foton światła jest pochłaniany przez cząsteczkę P700. Wzbudzony elektron jest przenoszony do pierwotnego akceptora (Fe-S) zawierającego żelazo i siarkę.

Następnie przechodzi do cząsteczki ferredoksyny. Następnie elektron trafia do cząsteczki transportera (FAD). Daje to cząsteczce NADP+ to redukuje go do NADPH.

Elektrony otrzymane przez fotosystem II w fotolizie zastąpią te przeniesione przez P700. Dzieje się tak poprzez łańcuch transportowy utworzony przez pigmenty zawierające żelazo (cytochromy). Ponadto zaangażowane są plastocyaniny (białka zawierające miedź).

Podczas tego procesu wytwarzane są zarówno cząsteczki NADPH, jak i ATP. Enzym ATPsintetaza bierze udział w tworzeniu ATP.

Cykliczna fosforylacja

Występuje tylko w fotosystemie I. Gdy cząsteczki centrum reakcji P700 są podekscytowane, elektrony są odbierane przez cząsteczkę P430.

Następnie elektrony są włączane do łańcucha transportowego między dwoma fotosystemami. W procesie wytwarzane są cząsteczki ATP. W przeciwieństwie do niecyklicznej fotofosforylacji ani NADPH nie jest produkowany ani uwalniany.2.

Pod koniec procesu transportu elektronów wracają one do centrum reakcji fotosystemu I. Dlatego nazywa się to cykliczną fotofosforylacją..

Produkty końcowe

Pod koniec fazy świetlnej O jest uwalniane2 do środowiska jako produkt uboczny fotolizy. Ten tlen jest uwalniany do atmosfery i jest używany do oddychania organizmów tlenowych.  

Innym produktem końcowym fazy lekkiej jest NADPH, koenzym (część enzymu niebiałkowego), który będzie uczestniczył w utrwalaniu CO2 podczas cyklu Calvina (ciemna faza fotosyntezy).

ATP jest nukleotydem stosowanym do uzyskiwania niezbędnej energii wymaganej w procesach metabolicznych istot żywych. Jest to zużywane w syntezie glukozy.

Referencje

  1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi i J Minagaza (2016) Fotoreceptor światła niebieskiego pośredniczy w regulacji sprzężenia zwrotnego fotosyntezy. Nature 537: 563-566.
  2. Salisbury F i Ross C (1994) Fizjologia roślin. Iberoamerica Editorial Group. Meksyk, DF. 759 pp.
  3. Solomon E, L Berg i D Martín (1999) Biologia. Piąta edycja. MGraw-Hill Interamericana Editors. Meksyk 1237 pp.
  4. Stearn K (1997) Wstępna biologia roślin. Wydawcy WC Brown. USA 570 pp.
  5. Yamori W, T Shikanai i A Makino (2015) Photosystem I cykliczny przepływ elektronów przez kompleks dehydrogenazy chloroplastowej NADH pełni fizjologiczną rolę w fotosyntezie przy słabym świetle. Nature Scientific Report 5: 1-12.