FOTÓRENDSZEREK: ÖSSZETEVŐK, MŰKÖDÉS ÉS TÍPUSOK - BIOLÓGIA - 2025

A fotoszisztémák a fotoszintézis folyamat funkcionális egységei. Ezeket az asszociációs formák és a fényszintetikus pigmentek és a fehérjekomplexek sajátos szervezete határozza meg, amely képes abszorbeálni és átalakítani a fény energiáját egy olyan folyamatban, amely magában foglalja az elektronok átadását.

Kétféle fényképes rendszer ismert, amelyeket I. és II. Fotoszisztémának hívunk, a felfedezésük sorrendje miatt. Az I. fotoszisztémában nagyon magas a klorofill mennyisége a b-klorofill mennyiségéhez képest, míg a II. Fotoszisztéma mindkét fotoszintézisű pigmentet nagyon hasonló mennyiségben tartalmazza.

I fotórendszer-diagram, felvétel és szerkesztés: Pisum-ból.

A fotoszisztémák a fotoszintézisű szervezetek, például növények és algák tiroid membránjaiban helyezkednek el. A cianobaktériumokban is megtalálhatók.

kloroplasztokat

A kloroplasztok gömb alakú vagy hosszúkás, körülbelül 5 um átmérőjű organellák, amelyek fotoszintetikus pigmenteket tartalmaznak. Benne fotoszintézis zajlik a növényi sejtekben.

Két külső membrán veszi körül őket, és belül zsákszerű szerkezeteket tartalmaz, amelyeket szintén két membrán vesz körül, úgynevezett tiroidok.

A tiroidok halmozódnak, és olyan csoportot alkotnak, amely a grana nevét kapja, míg a tiroidokat körülvevő folyadékot stromanak nevezik. Ezenkívül a tiroidokat egy lumennek nevezett membrán veszi körül, amely körülhatárolja az intrathilakoid teret.

A fényenergia kémiai energiává történő átalakulása a fotoszintézis során a tiroidok membránjain zajlik. Másrészt a szénhidrátok fotoszintézis eredményeként képződnek és tárolódnak a strómákban.

Fotoszintetikus pigmentek

Olyan fehérjék, amelyek képesek elnyelni a fény energiáját annak felhasználására a fotoszintézis során, teljesen vagy részlegesen kapcsolódnak a tiroid membránhoz. A fotoszintézis könnyű reakcióiban közvetlenül részt vevő pigment a klorofill.

A növényekben a klorofill két fő típusa, az a és b klorofill. Néhány algában azonban más típusú klorofill is jelen lehet, például c és d, az utóbbi csak néhány vörös algában található meg.

Vannak más fotoszintetikus pigmentek is, például karotinok és xantofillok, amelyek együtt alkotják a karotinoidokat. Ezek a pigmentek izoprenoidok, amelyek általában negyven szénatomból állnak. A karotinok nem oxigénezett karoteinoidok, míg a xantofilok oxigénezett pigmentek.

A növényekben csak a klorofill a vesz részt közvetlenül a könnyű reakciókban. A fennmaradó pigmentek nem közvetlenül absorbálják a fényenergiát, hanem kiegészítő pigmentekként működnek, mivel a fényből elfoglalt energiát a klorofillre továbbítják. Ily módon több energiát fognak el, mint amennyit csak a klorofill képes elfogni.

Fotoszintézis

A fotoszintézis egy biológiai folyamat, amely lehetővé teszi a növényeknek, algáknak és egyes baktériumoknak a napfényből származó energia előnyeinek kihasználását. Ezen a folyamaton keresztül a növények fényenergiát használnak a talajból nyert légköri szén-dioxid és víz átalakítására glükózzá és oxigénné.

A fény az oxidációs és redukciós reakciók komplex sorozatát eredményezi, amelyek lehetővé teszik a fényenergia kémiai energiává történő átalakítását, amely a fotoszintézis folyamatának befejezéséhez szükséges. A Photosystems a folyamat funkcionális egységei.

A fotoszisztéma alkotóelemei

Antenna komplexum

Nagyszámú pigmentből áll, köztük több száz klorofill molekulából és még nagyobb mennyiségű kiegészítő pigmentből, valamint fikobilinből. A komplex antenna nagy mennyiségű energiát képes felszívni.

Úgy működik, mint egy tölcsér vagy antenna (tehát a neve), amely elfogja a nap energiáját, és kémiai energiává alakítja azt, amelyet a reakcióközpontba továbbítanak.

Az energiaátvitelnek köszönhetően a klorofill egy molekula a reakcióközpontban sokkal több fényenergiát kap, mint amennyit önmagában szerezne. Továbbá, ha a klorofill-molekula túl sok fényt kap, fotooxidálódhat és a növény meghal.

Reakciós központ

Ez egy komplex, amely klorofill molekulákból, egy primer elektron receptornak nevezett molekulából és számos körülvevő fehérje alegységből áll.

Működés

Általában a reakcióközpontban jelen lévő klorofill-molekula, amely a fotoszintézis könnyű reakcióit indítja el, nem kap közvetlenül fotonokat. A kiegészítő pigmentek, valamint néhány, az antennakomplexben lévő klorofill a molekula megkapja a fény energiáját, de nem használja fel közvetlenül.

Az antennakomplex által abszorbeált energia átkerül a reakcióközpont klorofilljéhez. Minden alkalommal, amikor egy klorofill molekulát aktiválnak, egy energiájú elektron szabadul fel, amelyet az elsődleges elektron receptor abszorbeál.

Ennek következtében az elsődleges akceptor csökken, míg a klorofill a víznek köszönhetően visszanyeri elektronját, amely végső elektron felszabadítóként működik, és melléktermékként oxigént nyer.

típusai

I. fotórendszer

A tirolakoid membrán külső felületén található, alacsony klorofill b-tartalommal rendelkezik, az a klorofill és a karotinoidok mellett.

A reakcióközpontban lévő klorofill a jobban elnyeli a 700 nanométer (nm) hullámhosszokat, ezért hívják P700-nak (700 pigment).

Az I. fotoszisztémában a ferrodoxin csoportból származó fehérjecsoport - vas-szulfid - végső elektronakceptorként működik.

II. Fotórendszer

Először működik a fény fotoszintézisre történő átalakításának folyamatában, de az első fotórendszer után fedezték fel. A tylakoid membrán belső felületén található, és nagyobb klorofil b-tartalommal rendelkezik, mint az I. fotoszisztéma. Ezenkívül tartalmaz a klorofill a-t, phycobilineket és xanthophyll-eket.

Ebben az esetben a reakcióközpontban lévő klorofill jobban elnyeli a 680 nm hullámhosszt (P680), és nem a 700 nm hullámhosszt, mint az előző esetben. A fotorendszerben az elektron végső elfogadója egy kinon.

II. Fotórendszer. Felvétel és szerkesztés: Az eredeti mű Kaidor készítette..

Az I. és a II. Fotórendszer közötti kapcsolat

A fotoszintézis folyamata mindkét fotoszisztémát megköveteli. Az első működő fényrendszer a II, amely elnyeli a fényt, és így a reakcióközpont klorofiljében lévő elektronok gerjesztésre kerülnek, és az elsődleges elektron-elfogadók elfogják őket.

A fény által gerjesztett elektronok a tiroidos membránban található elektronszállító láncon keresztül az I. fényrendszerbe jutnak. Ez az elmozdulás energiacsökkenést okoz, amely lehetővé teszi a hidrogénionok (H +) átjutását a membránon keresztül a tiroidok lumene felé.

A hidrogénionok szállítása energiakülönbséget biztosít a tiroidok lumentere és a kloroplaszt stroma között, amely az ATP előállításához szolgál.

Az I. fotórendszer reakcióközpontjában lévő klorofill a II. Fényrendszerből származó elektronot veszi át. Az elektron ciklikus elektron-transzportban folytatódhat az I. fényrendszer körül, vagy felhasználható NADPH képzésére, amelyet azután továbbjuttatnak a Calvin-ciklusba.

Irodalom

1. MW Nabors (2004). Bevezetés a botanikába. Pearson Education, Inc.
2. Fotokémiai. A Wikipedia. Helyreállítva az en.wikipedia.org webhelyről.
3. I. fotórendszer, a Wikipedia-ban. Helyreállítva az en.wikipedia.org webhelyről.
4. Fotoszintézis - I és II. Helyreállítva a britannica.com webhelyről.
5. B. Andersson és LG Franzen (1992). Az oxigén fotoszintézis fotoszisztémái. In: L. Ernster (szerk.). A bioenergetika molekuláris mechanizmusai. Elvieser Science Publishers.
6. EM Yahia, A. Carrillo-López, GM Barrera, H. Suzán-Azpiri és MQ Bolaños (2019). 3. fejezet - Fotoszintézis. A gyümölcsök és zöldségek betakarítás utáni élettana és biokémiája.