- követelmények
- A fény
- pigmentek
- Gépezet
- -Photosystems
- -Fotolízis
- -Photophosphorylation
- Nem ciklikus fotofoszforilezés
- Ciklikus fotofoszforilezés
- Végtermékek
- Irodalom
A fotoszintézis könnyű fázisa a fotoszintézis folyamatának a fény jelenlétét igénylő része. Így a fény olyan reakciókat indít, amelyek a fényenergia egy részének kémiai energiává alakulnak.
Biokémiai reakciók fordulnak elő a kloroplasztikus tiroidokban, ahol fényszintetikus pigmentek találhatók, amelyeket a fény gerjeszt. Ezek a klorofill a, a klorofill b és a karotinoidok.
Világos és sötét fázis. Maulucioni, a Wikimedia Commonsból
Számos elemre van szükség a fényfüggő reakciókhoz. A látható spektrumon belül fényforrásra van szükség. Hasonlóképpen, a víz jelenlétére is szükség van.
A fotoszintézis könnyű fázisának végterméke az ATP (adenozin-trifoszfát) és a NADPH (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) képződése. Ezeket a molekulákat energiaforrásként használják a sötét fázisban lévő CO 2 rögzítésére. Hasonlóképpen, ebben a fázisban, O 2 szabadul, a termék a bontást a H 2 O -molekula.
követelmények
Annak érdekében, hogy a fotoszintézisben fényfüggő reakciók bekövetkezzenek, meg kell érteni a fény tulajdonságait. Hasonlóképpen, ismernie kell az érintett pigmentek szerkezetét.
A fény
A fénynek mind hullám-, mind részecske tulajdonságai vannak. Az energia a Földről a Napból származik, különböző hosszúságú hullámok formájában, az elektromágneses spektrum néven ismert.
A bolygót elérő fény kb. 40% -a látható fény. Ezt 380-760 nm hullámhosszon találják meg. Ez magában foglalja a szivárvány összes színét, mindegyik jellegzetes hullámhosszúsággal.
A fotoszintézishez a leghatékonyabb hullámhosszok az ibolya-kék (380-470 nm) és a vörös-narancs-vörös (650-780 nm) hullámhosszok.
A fénynek részecske tulajdonságai is vannak. Ezeket a részecskéket fotonoknak nevezik, és egy adott hullámhosszhoz kapcsolódnak. Az egyes fotonok energiája fordítottan arányos a hullámhosszukkal. Minél rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb az energia.
Amikor egy molekula abszorbeálja a fényenergia fotonját, elektronjai egyike energiát kap. Az elektron elhagyhatja az atomot, és egy akceptormolekula veheti át. Ez a folyamat a fotoszintézis könnyű szakaszában zajlik.
pigmentek
A tiroid membránban (a kloroplaszt szerkezete) különféle pigmentek vannak, amelyek képesek a látható fény elnyelésére. A különböző pigmentek különböző hullámhosszokat vesznek fel. Ezek a pigmentek klorofill, karotinoidok és fikobilinok.
A karotinoidok a növények sárga és narancs színét adják. A fitokobilinokat a cianobaktériumokban és a vörös algákban találják meg.
A klorofill a legfontosabb fotoszintetikus pigment. Ennek a molekulanak hosszú hidrofób szénhidrogén farok van, amely a tiroid membránhoz kapcsolódik. Ezen felül porfirin gyűrűvel rendelkezik, amely magnézium-atomot tartalmaz. Ebben a gyűrűben a fényenergia elnyelődik.
Különböző típusú klorofill létezik. A klorofill az a pigment, amely a közvetlen reakcióba bejut a könnyű reakciókba. A klorofill eltérő hullámhosszon elnyeli a fényt, és továbbítja ezt az energiát az a klorofillhez.
A kloroplasztban körülbelül háromszor annyi klorofill található, mint a b klorofill.
Gépezet
-Photosystems
A klorofill molekulák és a többi pigment a tiroidon belül fotoszintézis egységekbe vannak rendezve.
Minden fotoszintézis egység 200-300 klorofill a molekulából, kis mennyiségű klorofill b, karotinoidokból és fehérjékből áll. Van egy olyan terület, amelyet a reakcióközpontnak nevezünk, az az a hely, ahol fényenergiát használunk.
Kép: A fotoszintézis fényfázisa. Szerző: Somepics.
A többi jelen lévő pigmentet antennakomplexeknek nevezzük. Feladatuk a fény befogása és továbbítása a reakcióközpontba.
Kétféle fotoszintetikus egység létezik, úgynevezett fotoszisztémák. Ezek abban különböznek abban, hogy reakciócentrumaik különböző proteinekhez kapcsolódnak. Az abszorpciós spektrumuk kissé eltolódnak.
Az I. fotoszisztémában a reakcióközponthoz kapcsolódó klorofill és abszorpciós csúcsa 700 nm (P 700). A II. Fényrendszerben az abszorpciós csúcs 680 nm-en (P 680) van.
-Fotolízis
Ennek a folyamatnak a során a vízmolekula bomlik. A Photosystem II részt vesz. A fény fotonja megüti a P 680 molekulát és az elektronot magasabb energiaszintre hajtja.
A gerjesztett elektronokat a feoftin molekula veszi át, amely egy közbenső akceptor. Ezt követően átjutnak a tiroid membránon, ahol egy plasztokinon molekula elfogadja őket. Az elektronokat végül átviszik az I. fényrendszer P 700-ba.
Azokat az elektronokat, amelyeket a P 680 feladott, a víz más helyettesíti. Mangántartalmú protein (Z protein) szükséges a vízmolekula lebontásához.
Ha a H 2 O eltört, két proton (H +) és oxigén szabadul fel. Két molekula vizet le kell hasítani, hogy egy O2 molekula felszabaduljon.
-Photophosphorylation
Kétféle fotofoszforiláció létezik, az elektronáram irányától függően.
Nem ciklikus fotofoszforilezés
Mind az I., mind a II. Fotoszisztéma részt vesz benne. Nem ciklikus, mert az elektronok áramlása csak egy irányba megy.
Amikor a klorofil-molekulák gerjesztik, az elektronok áthaladnak egy elektronszállító láncon.
Az I. fotoszisztémában kezdődik, amikor a P 700 molekula fény fotont vesz fel. A gerjesztett elektronot egy primer akceptorba (Fe-S) továbbítják, amely vasat és szulfidot tartalmaz.
Ezután továbbjut egy ferredoxin molekulához. Ezt követően az elektron szállítómolekulához (FAD) megy. Ez egy NADP + molekulához adja, amely NADPH-ra redukálja.
A II. Fényrendszer által a fotolízis során átvitt elektronok felváltják a P 700 által továbbított elektronokat. Ez egy vastartalmú pigmentekből (citokrómokból) álló szállító láncon keresztül történik. Ezen túlmenően a plasztocianinok (a réz jelenlétében levő proteinek) szerepet játszanak.
Ennek során mind a NADPH, mind az ATP molekulákat előállítják. Az ATP képződéséhez az ATPsyntetase enzim beavatkozik.
Ciklikus fotofoszforilezés
Csak az I. fényrendszerben fordul elő. Amikor a P 700 reakcióközpont molekulái gerjesztésre kerülnek, az elektronokat egy P 430 molekula veszi át.
Ezt követően az elektronok beépülnek a két fotorendszer közötti szállítási láncba. A folyamat során ATP molekulákat állítanak elő. A nem ciklikus fotofoszforilezéssel ellentétben a NADPH nem képződik és az O 2 nem szabadul fel.
Az elektronszállítás folyamata végén visszatérnek az I. fotorendszer reakcióközpontjába. Ezért ciklikus fotofoszforilációnak nevezzük.
Végtermékek
A könnyű fázis végén az O 2 fotolízis melléktermékeként kerül a környezetbe. Ez az oxigén kijön a légkörbe, és aerob organizmusok légzésében használható fel.
A könnyű fázis másik végterméke a NADPH, egy koenzim (egy nem fehérje enzim része), amely részt vesz a CO 2 rögzítésében a Calvin-ciklusban (a fotoszintézis sötét fázisa).
Az ATP egy nukleotid, amelyet az élőlények anyagcseréjéhez szükséges energia előállításához használnak. Ezt felhasználják a glükóz szintézisében.
Irodalom
- Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi és J Minagaza (2016) A kék fény fényreceptor közvetíti a fotoszintézis visszacsatolás szabályozását. Nature 537: 563-566.
- Salisbury F és C Ross (1994) Plant Physiology. Grupo Editorial Iberoamérica. Mexico DF. 759 pp
- Solomon E, L Berg és D Martín (1999) Biológia. Ötödik kiadás. MGraw-Hill Interamericana Editores. Mexico DF. 1237 pp.
- Stearn K (1997) Bevezető növénybiológia. WC Brown kiadók. FELHASZNÁLÁS. 570 pp
- Yamori W, T Shikanai és A Makino (2015). A Photosystem I ciklikus elektronáram kloroplaszt NADH dehidrogenáz-szerű komplexen keresztül fiziológiai szerepet játszik gyenge fényviszonyok között a fotoszintézis szempontjából. Természettudományos jelentés 5: 1-12.