Svetelná fáza požiadaviek fotosyntézy, mechanizmu a produktov



fázy svetelné fotosyntézy Je to tá časť fotosyntetického procesu, ktorá vyžaduje prítomnosť svetla. Svetlo teda iniciuje reakcie, ktoré vedú k transformácii časti svetelnej energie na chemickú energiu.

Biochemické reakcie sa vyskytujú v typlakoidoch chloroplastov, kde sa nachádzajú fotosyntetické pigmenty, ktoré sú excitované svetlom. Ide o chlorofyl na, chlorofyl b a karotenoidy.

Aby sa mohli objaviť reakcie závislé od svetla, vyžaduje sa niekoľko prvkov. Vo viditeľnom spektre je potrebný svetelný zdroj. Rovnako je potrebná prítomnosť vody.

Svetelná fáza fotosyntézy má ako konečný produkt tvorbu ATP (adenozíntrifosfát) a NADPH (nikotínamid dinukleotid fosfát a adenín). Tieto molekuly sa používajú ako zdroj energie na fixáciu CO2 v tmavej fáze. Počas tejto fázy O sa tiež uvoľní2, produkt rozpadu molekuly H2O.

index

  • 1 Požiadavky
    • 1.1 Svetlo
    • 1.2 Pigmenty
  • 2 Mechanizmus
    • 2.1 -Fotografie
    • 2.2 -Fololyza
    • 2.3-Fosforosforylácia
  • 3 Konečné produkty
  • 4 Odkazy

požiadavky

Aby sa vo fotosyntéze vyskytli reakcie závislé od svetla, je potrebné pochopiť vlastnosti svetla. Rovnako je potrebné poznať štruktúru pigmentov.

Svetlo

Svetlo má ako vlnové, tak aj časticové vlastnosti. Energia zasiahne Zem zo Slnka vo forme vln rôznych dĺžok, známych ako elektromagnetické spektrum.

Približne 40% svetla, ktoré sa dostane na planétu, je viditeľné svetlo. To je pri vlnových dĺžkach 380 až 760 nm. Zahŕňa všetky farby dúhy, každá s charakteristickou vlnovou dĺžkou.

Najúčinnejšie vlnové dĺžky pre fotosyntézu sú fialové až modré (380-470 nm) a červenooranžové až červené (650-780 nm)..

Svetlo má tiež vlastnosti častíc. Tieto častice sa nazývajú fotóny a sú spojené so špecifickou vlnovou dĺžkou. Energia každého fotónu je nepriamo úmerná jeho vlnovej dĺžke. Čím kratšia je vlnová dĺžka, tým viac energie.

Keď molekula absorbuje fotón svetelnej energie, jeden z jeho elektrónov je pod napätím. Elektrón môže opustiť atóm a byť prijímaný akceptorovou molekulou. Tento proces prebieha vo svetelnej fáze fotosyntézy.

Pigmenty

V tylakoidnej membráne (štruktúra chloroplastov) existuje niekoľko pigmentov so schopnosťou absorbovať viditeľné svetlo. Rôzne pigmenty absorbujú rôzne vlnové dĺžky. Tieto pigmenty sú chlorofyl, karotenoidy a fykobilíny.

Karotenoidy dávajú žltej a oranžovej farbe prítomné v rastlinách. Fykobilíny sa nachádzajú v cyanobaktériách a červených riasach.

Chlorofyl je považovaný za hlavný fotosyntetický pigment. Táto molekula má dlhý hydrofóbny uhľovodíkový chvost, ktorý ho udržuje naviazaný na tylakoidnú membránu. Okrem toho má porfyrínový kruh, ktorý obsahuje atóm horčíka. V tomto kruhu sa absorbuje svetelná energia.

Existujú rôzne typy chlorofylu. chlorofyl na je to pigment, ktorý zasahuje viac priamo do svetelných reakcií. chlorofyl b absorbuje svetlo pri inej vlnovej dĺžke a prenáša túto energiu na chlorofyl na.

V chloroplaste je približne trikrát viac chlorofylu na čo chlorofyl b.

mechanizmus

-Fotosystémy

Molekuly chlorofylu a iné pigmenty sú organizované v tylakoide vo fotosyntetických jednotkách.

Každá fotosyntetická jednotka sa skladá z 200-300 molekúl chlorofylu na, malé množstvá chlorofylu b, karotenoidy a proteíny. Predstavuje oblasť nazývanú reakčné centrum, ktoré je miestom, ktoré využíva svetelnú energiu.

Ostatné prítomné pigmenty sa nazývajú anténne komplexy. Majú funkciu zachytávania a prechodu svetla do reakčného centra.

Existujú dva typy fotosyntetických jednotiek, nazývané fotosystémy. Líšia sa tým tým, že ich reakčné centrá sú spojené s rôznymi proteínmi. Spôsobujú mierny posun v ich absorpčnom spektre.

Vo fotosystéme I, chlorofyl na s reakčným centrom má absorpčný pík 700 nm (P700). Vo fotosystéme II dochádza k absorpčnému piku pri 680 nm (P680).

-fotolýza

Počas tohto procesu dochádza k prasknutiu molekuly vody. Zúčastnite sa fotosystému II. Na molekulu P dopadá fotón svetla680 a poháňa elektrón na vyššiu úroveň energie.

Excitované elektróny sú prijímané molekulou feefekínu, ktorá je intermediárnym akceptorom. Následne prechádzajú cez tylakoidnú membránu, kde sú akceptované molekulou plastochinónu. Elektrony sa nakoniec prenesú do P700 fotosystému I.

Elektrony, ktoré boli prenesené P680 sú nahradené inými z vody. Proteín obsahujúci mangán (proteín Z) je potrebný na rozbitie molekuly vody.

Keď sa zlomí H2Alebo sa uvoľnia dva protóny (H+) a kyslíka. Vyžaduje, aby sa dve molekuly vody štiepili, aby sa uvoľnila molekula O2.

-fotofosforylace

Existujú dva typy fotofosforylácie podľa smeru toku elektrónov.

Necyklická fotofosforylácia

Na ňom sa podieľajú oba fotosystémy I a II. Nazýva sa necyklický, pretože tok elektrónov ide jedným smerom.

Keď nastane excitácia molekúl chlorofylu, elektróny sa budú pohybovať prostredníctvom elektrónového transportného reťazca.

Začína vo fotosystéme I, keď je fotón svetla absorbovaný molekulou P700. Excitovaný elektrón sa prenesie do primárneho akceptora (Fe-S) obsahujúceho železo a síru.

Potom prechádza na molekulu ferredoxínu. Následne elektrón ide do transportnej molekuly (FAD). To vedie k molekule NADP+ , ktorá ho redukuje na NADPH.

Elektrony, ktoré sa získajú fotosystémom II vo fotolýze, nahradia elektróny, ktoré prenáša P700. K tomu dochádza prostredníctvom transportného reťazca tvoreného pigmentmi obsahujúcimi železo (cytochrómy). Okrem toho sú zahrnuté plastocyaníny (proteíny, ktoré majú meď).

Počas tohto procesu sa produkujú NADPH aj ATP molekuly. Enzým ATPsintetáza sa podieľa na tvorbe ATP.

Cyklická fosforylácia

Vyskytuje sa len vo fotosystéme I. Keď molekuly reakčného centra P700 sú excitované, elektróny sú prijímané molekulou P430.

Následne sú elektróny začlenené do transportného reťazca medzi dvoma fotosystémami. V tomto procese sa produkujú molekuly ATP. Na rozdiel od necyklickej fotofosforylácie nie je ani NADPH produkovaný ani uvoľňovaný.2.

Na konci procesu transportu elektrónov sa vracajú do reakčného centra fotosystému I. Preto sa nazýva cyklická fotofosforylácia..

Konečné produkty

Na konci svetelnej fázy sa O uvoľní2 ako vedľajší produkt fotolýzy. Tento kyslík sa uvoľňuje do atmosféry a používa sa pri dýchaní aeróbnych organizmov.  

Ďalším finálnym produktom ľahkej fázy je NADPH, koenzým (časť neproteínového enzýmu), ktorý sa bude podieľať na fixácii CO2 počas cyklu Calvin (temná fáza fotosyntézy).

ATP je nukleotid používaný na získanie potrebnej energie potrebnej v metabolických procesoch živých bytostí. Toto sa spotrebuje pri syntéze glukózy.

referencie

  1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi a J Minagaza (2016) Modrý fotoreceptor sprostredkováva spätnú väzbu fotosyntézy. Nature 537: 563-566.
  2. Salisbury F a Ross C (1994) Fyziológia rastlín. Redakčná skupina Iberoamerica. Mexiko, DF. 759 pp.
  3. Solomon E, L Berg a D Martín (1999) Biology. Piate vydanie. Redaktori MGraw-Hill Interamericana. Mexico City 1237 pp.
  4. Stearn K (1997) Úvodná biológia rastlín. Vydavatelia WC Brown. USA. 570 pp.
  5. Yamori W, T Shikanai a A Makino (2015) Fotosystém I cyklický tok elektrónov cez chloroplast Komplex podobný NADH dehydrogenáze vykonáva fyziologickú úlohu pri fotosyntéze pri slabom osvetlení. Nature Scientific Report 5: 1-12.