Svjetlosna faza zahtjeva fotosinteze, mehanizam i proizvodi



faza svjetlosna fotosinteza Upravo onaj dio fotosintetskog procesa zahtijeva prisutnost svjetlosti. Dakle, svjetlo inicira reakcije koje rezultiraju transformacijom dijela svjetlosne energije u kemijsku energiju.

Biokemijske reakcije odvijaju se u tiokoidima kloroplasta, gdje se nalaze fotosintetski pigmenti koji su pobuđeni svjetlošću. To su klorofil u, klorofil b i karotenoidi.

Da bi došlo do reakcija ovisnih o svjetlosti, potrebno je nekoliko elemenata. Izvor svjetlosti je potreban unutar vidljivog spektra. Isto tako, potrebna je prisutnost vode.

Svjetlosna faza fotosinteze ima kao konačni proizvod formiranje ATP (adenozin trifosfat) i NADPH (nikotinamid-dinukleotid fosfat i adenin). Ove molekule se koriste kao izvor energije za fiksaciju CO2 u tamnoj fazi. Također, tijekom ove faze O se oslobađa2, produkt razgradnje molekule H2O.

indeks

  • 1 Zahtjevi
    • 1.1 Svjetlo
    • 1.2. Pigmenti
  • 2 Mehanizam
    • 2.1 -Fotografski sustavi
    • 2.2 -Fololiza
    • 2.3 -Fotofosforilacija
  • 3 Konačni proizvodi
  • 4 Reference

zahtjevi

Da bi se reakcije ovisne o svjetlu pojavile u fotosintezi, potrebno je razumjeti svojstva svjetlosti. Isto tako, potrebno je znati strukturu uključenih pigmenata.

Svjetlo

Svjetlo ima svojstva valova i čestica. Energija doseže Zemlju od Sunca u obliku valova različite duljine, poznate kao elektromagnetski spektar.

Oko 40% svjetlosti koja dopire do planeta vidljiva je svjetlost. To je na valnim duljinama između 380-760 nm. Uključuje sve boje duge, svaka s karakterističnom valnom duljinom.

Najučinkovitije valne duljine fotosinteze su ljubičaste do plave (380-470 nm) i crveno-narančaste do crvene (650-780 nm).

Svjetlo također ima svojstva čestica. Te se čestice nazivaju fotoni i povezane su s određenom valnom duljinom. Energija svakog fotona obrnuto je proporcionalna valnoj duljini. Što je kraća valna duljina, to je više energije.

Kada molekula apsorbira foton svjetlosne energije, jedan od njegovih elektrona je energiziran. Elektron može napustiti atom i primiti ga molekula akceptora. Taj se proces odvija u svjetlosnoj fazi fotosinteze.

Pigmenti

U tilakoidnoj membrani (struktura kloroplasta) postoji nekoliko pigmenata koji imaju sposobnost apsorbiranja vidljive svjetlosti. Različiti pigmenti apsorbiraju različite valne duljine. Ti pigmenti su klorofil, karotenoidi i fikobilini.

Karotenoidi daju žute i narančaste boje prisutne u biljkama. Fikobilini se nalaze u cijanobakterijama i crvenim algama.

Klorofil se smatra glavnim fotosintetskim pigmentom. Ova molekula ima dugi hidrofobni ugljikovodični rep, koji ga drži vezanim za tilakoidnu membranu. Osim toga, ima porfirinski prsten koji sadrži atom magnezija. U ovom prstenu se apsorbira svjetlosna energija.

Postoje različite vrste klorofila. klorofil u to je pigment koji izravno intervenira u svjetlosnim reakcijama. klorofil b apsorbira svjetlo na različitoj valnoj duljini i prenosi tu energiju na klorofil u.

U kloroplastu je otprilike tri puta više klorofila u što je klorofil b.

mehanizam

-photosystems

Molekule klorofila i drugi pigmenti organizirani su unutar tilakoida u fotosintetskim jedinicama.

Svaka fotosintetska jedinica sastoji se od 200-300 molekula klorofila u, male količine klorofila b, karotenoidi i proteini. Predstavlja područje koje se zove reakcijsko središte, a to je mjesto koje koristi svjetlosnu energiju.

Ostali prisutni pigmenti nazivaju se antenski kompleksi. Oni imaju funkciju hvatanja i prenošenja svjetla u reakcijski centar.

Postoje dvije vrste fotosintetskih jedinica, koje se nazivaju fotosistemi. Razlikuju se po tome što su njihovi reakcijski centri povezani s različitim proteinima. Oni uzrokuju blagi pomak u njihovim apsorpcijskim spektrima.

U fotosustavu I, klorofil u povezan s reakcijskim centrom ima apsorpcijski vrh od 700 nm (P700). U fotosustavu II, apsorpcijski pik se pojavljuje na 680 nm (P680).

-fotoliza

Tijekom tog procesa dolazi do pucanja molekule vode. Sudjelujte u fotosustavu II. Foton svjetla udara u molekulu P680 i vozi elektron na višu razinu energije.

Uzbuđeni elektroni primaju molekule feofitina, koji su intermedijarni akceptori. Nakon toga, oni prelaze tilakoidnu membranu gdje ih prihvaća molekula plastokinona. Elektroni se konačno prenose u P700 fotosustava I. \ t.

Elektroni koje je prenosio P680 zamjenjuju ih drugi iz vode. Protein koji sadrži mangan (Z protein) potreban je za razbijanje molekule vode.

Kada se H razbije2Ili se oslobađaju dva protona (H+) i kisika. To zahtijeva da se dvije molekule vode odcijepe kako bi se oslobodila O molekula2.

-photophosphorylation

Postoje dva tipa fotofosforilacije, prema smjeru protoka elektrona.

Neciklička fotofosforilacija

U nju su uključeni i I i II sustav. To se naziva ne-cikličnim jer protok elektrona ide u jednom smjeru.

Kada se pojavi ekscitacija molekula klorofila, elektroni će se kretati kroz lanac prijenosa elektrona.

Počinje u fotosustavu I kada molekula P apsorbira foton svjetla700. Pobuđeni elektron se prenosi u primarni akceptor (Fe-S) koji sadrži željezo i sumpor.

Zatim prelazi u molekulu feredoksina. Nakon toga, elektron ide u molekulu transportera (FAD). To ga daje molekuli NADP+ što ga smanjuje na NADPH.

Elektroni dobiveni od fotosustava II u fotolizi zamijenit će one koje prenosi P700. To se događa preko transportnog lanca kojeg čine pigmenti koji sadrže željezo (citokromi). Osim toga, uključeni su plastocyanini (proteini koji imaju bakar).

Tijekom tog procesa nastaju i NADPH i ATP molekule. Enzim ATPsintetaza sudjeluje u stvaranju ATP.

Ciklička fosforilacija

To se događa samo u fotosustavu I. Kada se molekule reakcijskog centra P700 su pobuđeni, elektroni se primaju molekulom P430.

Nakon toga, elektroni su ugrađeni u transportni lanac između dvaju fotosustava. U tom procesu nastaju ATP molekule. Za razliku od ne-cikličke fotofosforilacije, niti se NADPH ne proizvodi niti oslobađa.2.

Na kraju procesa prijenosa elektrona vraćaju se u reakcijski centar fotosustava I. Stoga se naziva ciklička fotofosforilacija..

Konačni proizvodi

Na kraju svjetlosne faze, otpušta se O2 u okoliš kao nusprodukt fotolize. Taj se kisik ispušta u atmosferu i koristi se za disanje aerobnih organizama.  

Drugi konačni proizvod svjetlosne faze je NADPH, koenzim (dio ne-proteinskog enzima) koji će sudjelovati u fiksaciji CO2 tijekom Calvinovog ciklusa (tamna faza fotosinteze).

ATP je nukleotid koji se koristi za dobivanje potrebne energije potrebne za metaboličke procese živih bića. To se konzumira u 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 i J Minagaza (2016) Fotoreceptor plavog svjetla posreduje povratnu regulaciju fotosinteze. Nature 537: 563-566.
  2. Salisbury F i Ross C (1994) Fiziologija biljaka. Urednička grupa Iberoamerica. Meksiko, DF. 759 str.
  3. Solomon E, L Berg i D Martín (1999) Biology. Peto izdanje. Urednici InterMericana u MGraw-Hillu. Mexico City 1237 str.
  4. Stearn K (1997) Uvodna biljna biologija. Izdavači WC Brown. SAD. 570 str.
  5. Yamori W, T Shikanai i A Makino (2015) Photosystem I Ciklički protok elektrona preko kloroplasta NADH dehidrogenazni kompleks obavlja fiziološku ulogu za fotosintezu pri slabom svjetlu. Znanstveno izvješće prirode 5: 1-12.