Šviesus fotosintezės reikalavimų, mechanizmo ir produktų etapas

The etapas šviesos fotosintezė Būtent tokia fotosintezės proceso dalis reikalauja šviesos. Taigi, šviesa inicijuoja reakcijas, dėl kurių dalis šviesos energijos transformuojama į cheminę energiją.

Biocheminės reakcijos pasireiškia chloroplastų tylakoiduose, kuriuose randama šviesos stimuliuojančių fotosintetinių pigmentų. Tai yra chlorofilas a, chlorofilas b ir karotinoidai.

Tam, kad atsirastų nuo šviesos priklausančių reakcijų, reikalingi keli elementai. Matomas spektras turi šviesos šaltinį. Taip pat reikia vandens.

Fotosintezės šviesos fazėje galutinis produktas yra ATP (adenozino trifosfatas) ir NADPH (nikotinamido dinukleotido fosfatas ir adeninas) susidarymas. Šios molekulės naudojamos kaip CO šaltinio energijos šaltinis₂ tamsoje fazėje. Be to, šio etapo metu išleidžiamas O₂, H molekulės skilimo produktas₂O.

Indeksas

• 1 Reikalavimai
  • 1.1 Šviesa
  • 1.2 Pigmentai
• 2 Mechanizmas
  • 2.1. Fotosistemos
  • 2.2 -Fololizė
  • 2.3 -Fotofosforilinimas
• 3 Galutiniai produktai
• 4 Nuorodos

Reikalavimai

Kad fotosintezėje atsirastų nuo šviesos priklausomų reakcijų, būtina suprasti šviesos savybes. Be to, būtina žinoti dalyvaujančių pigmentų struktūrą.

Šviesa

Šviesa turi tiek bangų, tiek dalelių savybes. Energija pasiekia Žemę nuo saulės įvairaus ilgio bangų, žinomų kaip elektromagnetinis spektras, pavidalu.

Maždaug 40% šviesos, kuri pasiekia planetą, yra matoma šviesa. Tai bangos ilgiai tarp 380–760 nm. Apima visas vaivorykštės spalvas, kurių kiekvienas turi būdingą bangos ilgį.

Efektyviausi fotosintezės bangų ilgiai yra violetinės iki mėlynos (380-470 nm) ir raudonai oranžinės iki raudonos (650-780 nm) bangos ilgiai..

Šviesa taip pat turi dalelių savybes. Šios dalelės vadinamos fotonais ir yra susijusios su specifiniu bangos ilgiu. Kiekvieno fotono energija yra atvirkščiai proporcinga jos bangos ilgiui. Kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo daugiau energijos.

Kai molekulė sugeria šviesos energijos fotoną, vienas iš jo elektronų yra maitinamas. Elektronas gali išeiti iš atomo ir jį priimti priimančioji molekulė. Šis procesas vyksta šviesos fotosintezės fazėje.

Pigmentai

Tylakoido membranoje (chloroplastų struktūroje) yra keletas pigmentų, gebančių absorbuoti matomą šviesą. Skirtingi pigmentai sugeria skirtingus bangos ilgius. Šie pigmentai yra chlorofilas, karotinoidai ir fikobilinai.

Karotinoidai duoda augalų geltonos ir oranžinės spalvos. Fikobilinai randami cianobakterijose ir raudonose dumblėse.

Chlorofilas laikomas pagrindiniu fotosintezės pigmentu. Ši molekulė turi ilgą hidrofobinę angliavandenilių uodegą, kuri saugo jį su thylakoid membrana. Be to, jame yra porfirino žiedas, kuriame yra magnio atomas. Šiame žiede absorbuojama šviesos energija.

Yra įvairių tipų chlorofilo. Chlorofilas a tai pigmentas, kuris tiesiogiai reaguoja į šviesos reakcijas. Chlorofilas b sugeria šviesą skirtingu bangos ilgiu ir perduoda šią energiją chlorofilui a.

Chloroplastas yra maždaug tris kartus daugiau chlorofilo a kas chlorofilas b.

Mechanizmas

-Nuotraukų sistemos

Chlorofilo molekulės ir kiti pigmentai yra organizuojami fotosintetiniuose vienetuose tylakoido viduje.

Kiekvieną fotosintezės vienetą sudaro 200-300 chlorofilo molekulių a, nedideli chlorofilo kiekiai b, karotinoidų ir baltymų. Jame pateikiama sritis, vadinama reakcijos centru, kuris yra šviesos energiją naudojanti svetainė.

Kiti esami pigmentai vadinami antenos kompleksais. Jie atlieka šviesos užfiksavimą ir perdavimą į reakcijos centrą.

Yra dviejų tipų fotosintezės įrenginiai, vadinami fotosistemomis. Jie skiriasi tuo, kad jų reakcijos centrai yra susiję su skirtingais proteinais. Jie sukelia nedidelį jų absorbcijos spektro pasikeitimą.

I sistemoje: chlorofilas a su reakcijos centru susijusios absorbcijos smailė yra 700 nm (P₇₀₀). Fotosistemoje II absorbcijos smailė atsiranda esant 680 nm (P₆₈₀).

-Fotolizė

Šio proceso metu atsiranda vandens molekulės plyšimas. Dalyvaukite fotosistemoje II. Šviesos fotonas patenka į molekulę P₆₈₀ ir veda elektroną į aukštesnį energijos lygį.

Susijaudinęs elektronus gauna feofitino molekulė, kuri yra tarpinis akceptorius. Vėliau jie kerta tilakoidinę membraną, kur juos priima plastoquinone molekulė. Galiausiai elektronai perkeliami į P₇₀₀ fotosistemos I.

Elektronai, kuriuos perdavė P₆₈₀ jie pakeičiami kitomis iš vandens. Vandens molekulei laužyti reikalingas baltymas, turintis mangano (Z baltymas).

Kai H pertrauka₂Arba atleidžiami du protonai (H⁺) ir deguonies. Tam reikia, kad dvi molekulės būtų atskirtos, kad būtų išlaisvinta O molekulė₂.

-Fotofosforilinimas

Pagal elektronų srauto kryptį yra dviejų tipų fotofosforilinimas.

Ne ciklo fotofosforilinimas

Joje dalyvauja ir I, ir II sistema. Jis vadinamas ne ciklu, nes elektronų srautas eina viena kryptimi.

Kai atsiranda chlorofilo molekulių sužadinimas, elektronai judės elektronų transportavimo grandinėje.

Jis prasideda I sistemoje, kai šviesos fotoną sugeria molekulė P₇₀₀. Sužadintas elektronas perkeliamas į pirminį akceptorių (Fe-S), kuriame yra geležies ir sieros.

Tada jis pereina į ferredoksino molekulę. Vėliau elektronas patenka į transporterio molekulę (FAD). Tai duoda NADP molekulę⁺ tai sumažina jį iki NADPH.

Fotolizės metu fotosistemos II gaunami elektronai pakeis P perduodamus elektronus₇₀₀. Tai vyksta per transportavimo grandinę, kurią sudaro pigmentai, turintys geležies (citochromų). Be to, dalyvauja plastocianinai (baltymai, turintys vario).

Šio proceso metu gaminamos ir NADPH, ir ATP molekulės. ATP fermentas dalyvauja ATP formavime.

Ciklinis fosforilinimas

Tai įvyksta tik fotosistemoje I. Kai reakcijos centro molekulės P₇₀₀ yra susijaudinęs, elektronus priima molekulė P₄₃₀.

Vėliau elektronai yra integruoti į transporto grandinę tarp dviejų fotosistemų. Šiame procese gaminamos ATP molekulės. Skirtingai nuo ne ciklo fotofosforilinimo, nei NADPH, nei išleidžiamas.₂.

Elektronų transportavimo proceso pabaigoje jie grįžta į fotosistemos I reakcijos centrą. Todėl tai vadinama cikline fotofosforilacija..

Galutiniai produktai

Šviesos fazės pabaigoje atleidžiamas O₂ į aplinką kaip fotolizės šalutinį produktą. Šis deguonis patenka į atmosferą ir yra naudojamas aerobinių organizmų kvėpavimui.  

Kitas galutinis šviesos fazės produktas yra NADPH, koenzimas (ne baltymų fermento dalis), kuris dalyvaus CO \ t₂ Calvin ciklo metu (tamsiai fotosintezės fazė).

ATP yra nukleotidas, naudojamas norint gauti būtiną energiją, reikalingą gyvų būtybių apykaitos procesams. Tai suvartojama gliukozės sintezėje.

Nuorodos

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi ir J Minagaza (2016) Mėlynos šviesos fotoreceptorius tarpininkauja fotosintezės grįžtamojo ryšio reguliavimui. Nature 537: 563-566.
2. Salisbury F ir Ross C (1994) Augalų fiziologija. „Iberoamerica“ redakcinė grupė. Meksika, DF. 759 pp.
3. Solomon E, L Berg ir D Martín (1999) Biologija. Penktasis leidimas. „MGraw-Hill Interamericana“ redaktoriai. Meksikas 1237 pp.
4. Stearn K (1997) Įvadinė augalų biologija. WC Brown leidėjai. JAV 570 pp.
5. Yamori W, T Shikanai ir A Makino (2015) „Photosystem I“ ciklinis elektronų srautas per chloroplasto NADH dehidrogenazės tipo kompleksą atlieka fiziologinį vaidmenį fotosintezei esant mažam apšvietimui. Gamtos mokslinė ataskaita 5: 1-12.