Fotosintēzes prasību, mehānisma un produktu gaismas fāze

The fāzē fotosintēzes gaismas Tā ir tā fotosintēzes procesa daļa, kas prasa gaismu. Tādējādi gaisma sāk reakcijas, kas izraisa daļu gaismas enerģijas pārveidošanās par ķīmisko enerģiju.

Biochemiskās reakcijas rodas hloroplastu tilakoidos, kur tiek konstatēti fotosintētiskie pigmenti, kurus izgaismo gaisma. Tie ir hlorofils a, hlorofils b un karotinoīdi.

Lai varētu rasties gaismas atkarīgas reakcijas, ir nepieciešami vairāki elementi. Redzamā spektrā ir nepieciešams gaismas avots. Tāpat ir nepieciešama ūdens klātbūtne.

Fotosintēzes gaismas fāzei gala produktā ir ATP (adenozīna trifosfāts) un NADPH (nikotīnamīda dinukleotīda fosfāts un adenīns) veidošanās. Šīs molekulas tiek izmantotas kā enerģijas avots CO fiksācijai₂ tumsā. Arī šajā fāzē tiek atbrīvots O₂, H molekulas sadalīšanās produkts₂O.

Indekss

• 1 Prasības
  • 1.1 Gaisma
  • 1.2. Pigmenti
• 2 Mehānisms
  • 2.1. Fotosistēmas
  • 2.2 -Fololīze
  • 2.3 -Fotofosforilēšana
• 3 Galaprodukti
• 4 Atsauces

Prasības

Lai fotosintēzes laikā rastos gaismas atkarīgas reakcijas, ir nepieciešams saprast gaismas īpašības. Tāpat ir jāzina iesaistīto pigmentu struktūra.

Gaisma

Gaismai ir gan viļņu, gan daļiņu īpašības. Enerģija sasniedz Zemi no saules dažādu viļņu veidā, kas pazīstams kā elektromagnētiskais spektrs.

Aptuveni 40% gaismas, kas sasniedz planētu, ir redzama gaisma. Tas ir pie viļņu garumiem no 380 līdz 760 nm. Ietver visas varavīksnes krāsas, kurām katram ir raksturīgs viļņa garums.

Visefektīvākie fotosintēzes viļņa garumi ir violetiem līdz ziliem (380-470 nm) un sarkanīgi oranžiem līdz sarkaniem (650-780 nm)..

Gaismai ir arī daļiņu īpašības. Šīs daļiņas sauc par fotoniem un ir saistītas ar noteiktu viļņu garumu. Katra fotona enerģija ir apgriezti proporcionāla tās viļņa garumam. Jo īsāks ir viļņa garums, jo vairāk enerģijas.

Ja molekula absorbē gaismas enerģiju, viens no tā elektroniem ir enerģisks. Elektrons var atstāt atomu un to var pieņemt akceptora molekula. Šis process notiek fotosintēzes gaismas fāzē.

Pigmenti

Thylakoid membrānā (hloroplastu struktūra) ir vairāki pigmenti, kas spēj absorbēt redzamo gaismu. Dažādi pigmenti absorbē dažādus viļņu garumus. Šie pigmenti ir hlorofils, karotinoīdi un phycobilins.

Karotinoīdi dod augos dzeltenās un oranžās krāsas. Fikobilīni atrodas zilaļģēs un sarkanajās aļģēs.

Hlorofils tiek uzskatīts par galveno fotosintētisko pigmentu. Šī molekula satur garu hidrofobu ogļūdeņraža asti, kas saglabā to saistīšanos ar thylakoid membrānu. Turklāt tajā ir porfirīna gredzens, kas satur magnija atomu. Šajā gredzenā tiek absorbēta gaismas enerģija.

Ir dažādi hlorofila veidi. Hlorofils a tas ir pigments, kas tiešāk iejaucas gaismas reakcijās. Hlorofils b absorbē gaismu citā viļņu garumā un nodod šo enerģiju hlorofilam a.

Hloroplastā ir aptuveni trīs reizes vairāk hlorofila a kas ir hlorofils b.

Mehānisms

-Fotosistēmas

Hlorofila molekulas un citi pigmenti tiek organizēti tylakoidā fotosintēzes vienībās.

Katra fotosintēzes vienība sastāv no 200-300 hlorofila molekulām a, neliels daudzums hlorofila b, karotinoīdi un olbaltumvielas. Tajā attēlota teritorija, ko sauc par reakcijas centru, kas ir vieta, kas izmanto vieglo enerģiju.

Pārējie esošie pigmenti tiek saukti par antenas kompleksiem. To funkcija ir uztvert un iet gaismā uz reakcijas centru.

Ir divu veidu fotosintēzes vienības, ko sauc par fotosistēmām. Tie atšķiras, jo to reakcijas centri ir saistīti ar dažādiem proteīniem. Tās izraisa nelielu to absorbcijas spektra maiņu.

Fotosistēmā I hlorofils a ar reakcijas centru absorbcijas maksimums ir 700 nm (P₇₀₀). Fotosistēmā II absorbcijas maksimums notiek pie 680 nm (P₆₈₀).

-Fotolīze

Šī procesa laikā notiek ūdens molekulas plīsums. Piedalieties fotosistēmā II. Gaismas fotons nonāk molekulā P₆₈₀ un vada elektronu uz augstāku enerģijas līmeni.

Satraukti elektroni saņem pheophytin molekula, kas ir starpposma akceptors. Pēc tam tie šķērso tilakoido membrānu, kur tos pieņem plastoquinone molekula. Elektronus beidzot nodod P₇₀₀ foto sistēmas I.

Elektroni, kurus P nodeva₆₈₀ tos nomaina citi no ūdens. Lai izjauktu ūdens molekulu, ir nepieciešams proteīns, kas satur mangānu (Z proteīns).

Kad notiek H pārtraukumi₂Vai arī tiek atbrīvoti divi protoni (H⁺) un skābekli. Tas prasa, lai divas molekulas tiktu atdalītas, lai atbrīvotu O molekulu₂.

-Fotofosforilēšana

Atbilstoši elektronu plūsmas virzienam ir divu veidu fotofosforilācija.

Ne-cikliska fotofosforilācija

Tajā ir iesaistīta gan I, gan II sistēma. To sauc par ciklisku, jo elektronu plūsma iet vienā virzienā.

Kad notiek hlorofila molekulu ierosme, elektroni pārvietosies caur elektronu transportēšanas ķēdi.

Tā sākas fotosistēmā I, kad gaismas fotonu absorbē molekula P₇₀₀. Ierosināta elektronu pārnes uz primāro akceptoru (Fe-S), kas satur dzelzi un sēru.

Tad tas iet uz ferredoksīna molekulu. Pēc tam elektronu dodas uz pārvadātāja molekulu (FAD). Tas dod to NADP molekulai⁺ kas to samazina līdz NADPH.

Fotoelektriskās sistēmas fotosistēmas radītie elektroni aizstās tos, ko P nodod₇₀₀. Tas notiek, izmantojot transporta ķēdi, ko veido pigmenti, kas satur dzelzi (citohromi). Turklāt ir iesaistīti plastocianīni (proteīni, kuriem ir vara).

Šī procesa laikā tiek ražotas gan NADPH, gan ATP molekulas. ATP enzīms ir iesaistīts ATP veidošanā.

Cikliskā fosforilēšana

Tas notiek tikai fotosistēmā I. Kad reakcijas centra molekulas P₇₀₀ ir satraukti, elektronus uztver molekula P₄₃₀.

Pēc tam elektroni tiek iekļauti transporta ķēdē starp abām fotosistēmām. Šajā procesā tiek ražotas ATP molekulas. Atšķirībā no ne-cikliskas fotofosforilācijas NADPH netiek ražots vai atbrīvots.₂.

Elektronu transportēšanas procesa beigās viņi atgriežas fotosistēmas I reakcijas centrā. Tāpēc to sauc par ciklisku fotofosforilāciju..

Galaprodukti

Gaismas fāzes beigās atbrīvojas O₂ videi kā fotolīzes blakusproduktam. Šis skābeklis nonāk atmosfērā un tiek izmantots aerobo organismu elpināšanai.  

Vēl viens gaismas fāzes galaprodukts ir NADPH, koenzīms (ne-proteīna fermenta daļa), kas piedalīsies CO fiksēšanā.₂ Calvin cikla laikā (fotosintēzes tumšā fāze).

ATP ir nukleotīds, ko izmanto, lai iegūtu nepieciešamo enerģiju dzīvo būtņu vielmaiņas procesos. Tas tiek patērēts glikozes sintēzes procesā.

Atsauces

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi un J Minagaza (2016) Zilās gaismas fotoreceptors veicina fotosintēzes atgriezeniskās saites regulēšanu. Nature 537: 563-566.
2. Salisbury F un Ross C (1994) Augu fizioloģija. Iberoamerica Redakcijas grupa. Meksika, DF. 759 lpp.
3. Solomon E, L Berg un D Martín (1999) Bioloģija. Piektais izdevums. MGraw-Hill Interamericana redaktori. Mehiko 1237 lpp.
4. Stearn K (1997) Ievada augu bioloģija. WC Brown Publishers. ASV 570 pp.
5. Yamori W, T Shikanai un A Makino (2015) Fotosistēmas I cikliskā elektronu plūsma caur hloroplastu NADH dehidrogenāzes līdzīgu kompleksu veic fizioloģisku lomu fotosintēzes veikšanai vājā apgaismojumā. Dabas zinātniskais ziņojums 5: 1-12.