Fotosünteesinõuete, mehhanismi ja toodete valgusfaas



The etapp fotosünteesi valgus See on fotosünteesiprotsessi see osa, mis nõuab valguse olemasolu. Seega käivitab valgus reaktsioone, mis põhjustavad osa valgusenergiast keemiliseks energiaks.

Biokeemilised reaktsioonid ilmnevad kloroplasti tülakoidides, kus leitakse fotosünteesipigmente, mida valgus ergutab. Need on klorofüll a, klorofüll b ja karotenoidid.

Valgusest sõltuvate reaktsioonide tekkimiseks on vaja mitmeid elemente. Nähtaval spektril on vajalik valgusallikas. Samuti on vajalik vee olemasolu.

Fotosünteesi valgusfaasis on lõpp-produktiks ATP (adenosiintrifosfaat) ja NADPH (nikotiinamiiddinukleotiidfosfaat ja adeniin) moodustumine. Neid molekule kasutatakse CO sidumise energiaallikana2 pimedas faasis. Samuti vabastatakse selle faasi ajal O2, H-molekuli lagunemise saadus2O.

Indeks

  • 1 Nõuded
    • 1.1 Valgus
    • 1.2 Pigmendid
  • 2 Mehhanism
    • 2.1. Fotosüsteemid
    • 2.2 -Fololüüs
    • 2.3 -Fotofosforüülimine
  • 3 Lõpptooted
  • 4 Viited

Nõuded

Valgusest sõltuvate reaktsioonide tekkimiseks fotosünteesil on vaja mõista valguse omadusi. Samamoodi on vaja teada kaasatud pigmentide struktuuri.

Valgus

Valgusel on nii laine- kui ka osakeste omadused. Energia jõuab Maale päikese eest erineva pikkusega lainete kujul, mida tuntakse elektromagnetilise spektrina.

Ligikaudu 40% planeedile jõudvast valgusest on nähtav valgus. See on lainepikkustel 380-760 nm. Sisaldab kõiki vikerkaarevärve, millest igaühel on iseloomulik lainepikkus.

Kõige efektiivsemad fotosünteesi lainepikkused on lilla kuni sinise lainepikkused (380-470 nm) ja punane-oranž kuni punane (650-780 nm).

Valgusel on ka osakeste omadused. Neid osakesi nimetatakse fotoniteks ja nad on seotud konkreetse lainepikkusega. Iga fotoni energia on pöördvõrdeline selle lainepikkusega. Mida lühem on lainepikkus, seda rohkem energiat.

Kui molekul neelab valgusenergia fotooni, on üks selle elektronidest pingestatud. Elektron võib aatomist lahkuda ja aktseptori molekuli vastu võtta. See protsess toimub fotosünteesi valguse faasis.

Pigmendid

Tülakoidmembraanis (kloroplasti struktuur) on mitmeid pigmente, mis suudavad absorbeerida nähtavat valgust. Erinevad pigmendid absorbeerivad erinevaid lainepikkusi. Need pigmendid on klorofüll, karotenoidid ja fükobiliinid.

Karotenoidid annavad taimedes esinevad kollased ja oranžid värvid. Fükobiliinid leiduvad tsüanobakterites ja punastes vetikates.

Klorofülli peetakse peamiseks fotosünteetiliseks pigmendiks. Sellel molekulil on pikk hüdrofoobne süsivesiniku saba, mis hoiab selle sidunud tülakoidmembraaniga. Lisaks sellele on sellel porfüriinitsükkel, mis sisaldab magneesiumi aatomit. Selles ringis imendub valgusenergia.

On erinevaid klorofülli tüüpe. Klorofüll a pigment, mis sekkub valgusreaktsioonidesse otsesemalt. Klorofüll b neelab valgust erineval lainepikkusel ja kannab selle energia klorofülli a.

Kloroplastis on klorofüll umbes kolm korda rohkem a mis klorofüll b.

Mehhanism

-Fotosüsteemid

Klorofülli molekulid ja muud pigmendid on tülakoidi sees fotosünteetilistes üksustes.

Iga fotosünteetiline üksus koosneb 200-300 klorofülli molekulist a, väikeses koguses klorofülli b, karotenoide ja valke. Siin on ala, mida nimetatakse reaktsioonikeskuseks, mis on valgusenergiat kasutav ala.

Teisi olemasolevaid pigmente nimetatakse antennikompleksideks. Nende ülesandeks on valguse kogumine ja möödumine reaktsioonikeskusesse.

Fotosünteesiüksusi on kahte tüüpi, mida nimetatakse fotosüsteemideks. Need erinevad, kuna nende reaktsioonikeskused on seotud erinevate valkudega. Nad põhjustavad nende imendumisspektri kerget nihet.

Fotosüsteemis I klorofüll a reaktsioonikeskusega seotud absorptsioonipiik on 700 nm (P700). Fotosüsteemis II esineb absorptsiooni piik 680 nm juures (P680).

-Fotolüüs

Selle protsessi käigus tekib veemolekuli purunemine. Osaleda fotosüsteemis II. Valgus foton tabab molekuli P680 ja juhib elektroni kõrgemale energiatasemele.

Põnevate elektronide vastuvõtt on feofütiini molekul, mis on vahepealne aktseptor. Seejärel läbivad nad tylakoidmembraani, kus need on plastoquinone molekuli poolt aktsepteeritud. Lõpuks viiakse elektronid P-le700 fotosüsteemi I.

P elektronid, mida P680 need asendatakse veega teistega. Vee molekuli murdmiseks on vajalik mangaani sisaldav valk (Z-valk).

Kui H katkestab2Või vabastatakse kaks prootonit (H+) ja hapnikku. See nõuab, et O-molekuli vabastamiseks lõhustatakse kaks veemolekuli2.

-Fotofosforüülimine

Vastavalt elektronide voo suunale on olemas kaks tüüpi fotofosforüülimist.

Mittetsükliline fotofosforüülimine

Nii fotosüsteem I kui ka II on sellega seotud. Seda nimetatakse mittetsükliliseks, sest elektronide vool läheb ühes suunas.

Kui ilmneb klorofülli molekulide erutus, liiguvad elektronid elektroni transpordiahelas.

See algab fotosüsteemis I, kui valgusfoon absorbeerib molekul P700. Ergastatud elektron kantakse primaarsesse aktseptorisse (Fe-S), mis sisaldab rauda ja väävlit.

Siis läheb see ferredoksiini molekuli. Seejärel läheb elektron transportermolekulile (FAD). See annab selle NADP molekulile+ see vähendab seda NADPH.

Fotosüsteemi II fotolüüsis saadud elektronid asendavad P poolt edastatud elektronid700. See toimub transpordiahela kaudu, mille moodustavad rauda sisaldavad pigmendid (tsütokroomid). Lisaks on kaasatud plastotsüaniinid (valkud, millel on vask).

Selle protsessi käigus toodetakse nii NADPH kui ATP molekule. ATP ensüüm on seotud ATP moodustumisega.

Tsükliline fosforüülimine

See toimub ainult fotosüsteemis I. Kui reaktsioonikeskuse molekulid P700 on põnevil, elektronid võtab vastu molekul P430.

Seejärel integreeritakse elektronid kahe fotosüsteemi vahelisse transpordiahelasse. Protsessis toodetakse ATP molekule. Erinevalt mitte-tsüklilisest fotofosforüülimisest ei toodeta ega vabane NADPH.2.

Elektroonilise transpordiprotsessi lõpus pöörduvad nad tagasi fotosüsteemi I reaktsioonikeskusesse. Seetõttu nimetatakse seda tsükliliseks fotofosforüülimiseks..

Lõpptooted

Valgusfaasi lõpus vabaneb O2 keskkonnale fotolüüsi kõrvalproduktina. See hapnik vabaneb atmosfääri ja seda kasutatakse aeroobsete organismide hingamisel.  

Valgusfaasi teine ​​lõpptoode on NADPH, koensüüm (mitte-valgu ensüümi osa), mis osaleb CO \ t2 Calvini tsükli ajal (fotosünteesi tume faas).

ATP on nukleotiid, mida kasutatakse elusolendite ainevahetusprotsessides vajaliku energia saamiseks. Seda tarbitakse glükoosi sünteesil.

Viited

  1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi ja J Minagaza (2016) Sinivalgus fotoretseptor vahendab fotosünteesi tagasiside reguleerimist. Nature 537: 563-566.
  2. Salisbury F ja Ross C (1994) taimefüsioloogia. Iberoamerica toimetusgrupp. Mehhiko, DF. 759 lk.
  3. Solomon E, L Berg ja D Martín (1999) Bioloogia. Viies väljaanne. MGraw-Hill Interamericana toimetajad. Mehhiko 1237 lk.
  4. Stearn K (1997) Sissejuhatav taimbioloogia. WC Brown Publishers. USA 570 pp.
  5. Yamori W, T Shikanai ja A Makino (2015) fotosüsteemi I tsükliline elektronide vool läbi kloroplasti NADH dehüdrogenaasitaolise kompleksi teostab fotosünteesil vähese valguse korral füsioloogilist rolli. Nature Scientific Report 5: 1-12.