SVETLOBNA FAZA FOTOSINTEZE: MEHANIZEM IN IZDELKI - BIOLOGIJA - 2025

Lahko fazo fotosinteze je tisti del fotosinteze proces, ki zahteva prisotnost svetlobe. Tako svetloba sproži reakcije, zaradi katerih se del svetlobne energije pretvori v kemično.

Biokemične reakcije se pojavljajo v tilakoidih kloroplasta, kjer najdemo fotosintetske pigmente, ki jih vzbuja svetloba. To so klorofil a, klorofil b in karotenoidi.

Svetlobna in temna faza. Maulucioni, z Wikimedia Commons

Za nastanek reakcij, odvisnih od svetlobe, je potrebnih več elementov. Vir svetlobe znotraj vidnega spektra je nujen. Prav tako je potrebna prisotnost vode.

Končni produkt svetlobne faze fotosinteze je tvorba ATP (adenozin trifosfat) in NADPH (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat). Te molekule se uporabljajo kot vir energije za fiksacijo CO ₂ v temni fazi. Tudi v tej fazi, O ₂ se sprosti , produkt strukturi H ₂ O molekule .

Zahteve

Da bi pri fotosintezi prišlo do reakcij, odvisnih od svetlobe, je potrebno razumevanje lastnosti svetlobe. Prav tako je treba poznati strukturo vpletenih pigmentov.

Svetloba

Svetloba ima lastnosti valov in delcev. Energija doseže Zemljo od sonca v obliki valov različnih dolžin, znanih kot elektromagnetni spekter.

Približno 40% svetlobe, ki doseže planet, je vidna svetloba. To najdemo v valovnih dolžinah med 380-760 nm. Vključuje vse barve mavrice, vsaka z značilno valovno dolžino.

Najbolj učinkovite valovne dolžine za fotosintezo so tiste od vijolične do modre (380-470 nm) in od rdeče-oranžne do rdeče (650-780 nm).

Svetloba ima tudi lastnosti delcev. Te delce imenujemo fotoni in so povezani z določeno valovno dolžino. Energija vsakega fotona je obratno sorazmerna z njegovo valovno dolžino. Čim krajša je valovna dolžina, tem večja je energija.

Ko molekula absorbira foton svetlobne energije, se eden od njenih elektronov napolni. Elektron lahko zapusti atom in ga sprejme sprejemna molekula. Ta proces poteka v svetlobni fazi fotosinteze.

Pigmenti

V tilakoidni membrani (struktura kloroplasta) so različni pigmenti s sposobnostjo absorpcije vidne svetlobe. Različni pigmenti absorbirajo različne valovne dolžine. Ti pigmenti so klorofil, karotenoidi in fikobilini.

Karotenoidi dajejo rumeno in oranžno barvo v rastlinah. Fikobiline najdemo v cianobakterijah in rdečih algah.

Klorofil velja za glavni fotosintetski pigment. Ta molekula ima dolg rep hidrofobnega ogljikovodika, ki jo drži pritrjeno na tilakoidno membrano. Poleg tega ima porfirinski obroč, ki vsebuje atom magnezija. V tem obroču se absorbira svetlobna energija.

Obstajajo različne vrste klorofila. Klorofil a je pigment, ki najbolj neposredno posega v svetlobne reakcije. Klorofil b absorbira svetlobo z različno valovno dolžino in to energijo prenese klorofilu a.

V kloroplastu najdemo približno trikrat več klorofila a kot klorofil b.

Mehanizem

-Fotosistemi

Molekule klorofila in drugi pigmenti so znotraj tilakoida organizirane v fotosintetske enote.

Vsaka fotosintetska enota je sestavljena iz 200-300 molekul klorofila, majhnih količin klorofila b, karotenoidov in beljakovin. Obstaja območje, imenovano reakcijski center, ki je mesto, ki uporablja svetlobno energijo.

Slika: Svetlobna faza fotosinteze. Avtor: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

Drugi prisotni pigmenti se imenujejo antenski kompleksi. Imajo funkcijo zajema in oddajanja svetlobe v reakcijski center.

Obstajata dve vrsti fotosintetskih enot, imenovani fotosistemi. Razlikujejo se po tem, da so njihovi reakcijski centri povezani z različnimi proteini. V absorpcijskih spektrih povzročijo rahel premik.

V fotosistemu I ima klorofil, povezan z reakcijskim središčem, absorpcijski vrh 700 nm (P ₇₀₀ ). V fotosistemu II se absorpcijski vrh doseže pri 680 nm (P ₆₈₀ ).

-Fotoliza

Med tem postopkom pride do razpada molekule vode. Sodeluje Photosystem II. Foton svetlobe udari v molekulo P ₆₈₀ in elektron usmeri na višjo energijsko raven.

Vzbudili elektroni sprejema molekula feofitina, ki je vmesni akceptor. Nato prečkajo tilakoidno membrano, kjer jih sprejme molekula plastokinona. Elektroni se končno prenesejo v P ₇₀₀ fotosistema I.

Elektrone, ki jih je izdal P ₆₈₀ , zamenjajo drugi iz vode. Za razgradnjo molekule vode je potreben protein, ki vsebuje mangan.

Ko se H ₂ O pokvari , se sproščata dva protona (H ⁺ ) in kisik. Za _sproščanje ene molekule O _{2 je} treba cepiti dve molekuli vode .

-Fotofosforilacija

Obstajata dve vrsti fotofosforilacije, odvisno od smeri toka elektronov.

Neciklično fotofosforilacija

V njej sta vključena oba fotosistema I in II. Imenuje se necikličen, ker gre tok elektronov v samo eno smer.

Ko pride do vzbujanja molekul klorofila, se elektroni premikajo po verigi prenosa elektronov.

Začne se v fotosistemu I, ko foton svetlobe absorbira molekula P ₇₀₀ . Navdušen elektron se prenese v primarni akceptor (Fe-S), ki vsebuje železo in sulfid.

Nato se preide na molekulo ferredoksina. Nato elektroni preidejo v transportno molekulo (FAD). To daje molekuli NADP ^+, ki jo zmanjša na NADPH.

Elektroni, ki jih fotosistem II prenaša v fotolizo, bodo nadomestili elektro, ki jih je prenesel P ₇₀₀ . Do tega pride preko transportne verige, sestavljene iz pigmentov, ki vsebujejo železo (citokromi). Poleg tega sodelujejo plastocijanini (beljakovine, ki predstavljajo baker).

V tem procesu nastajajo tako molekule NADPH kot ATP. Za tvorbo ATP poseže encim ATPsyntetase.

Ciklično fotofosforilacija

Pojavi se le v fotosistemu I. Ko se molekule reakcijskega centra P ₇₀₀ vzbudijo, elektrone sprejema molekula P ₄₃₀ .

Nato so elektroni vključeni v transportno verigo med obema fotosistemoma. V procesu nastajajo molekule ATP. Za razliko neciklični fotofosforilacijo se NADPH ne proizvaja in O ₂ se ne sprosti .

Po koncu procesa prenosa elektronov se vrnejo v reakcijski center fotosistema I. Zaradi tega ga imenujemo ciklična fotofosforilacija.

Končni izdelki

Na koncu svetlobne faze se O ₂ sprosti v okolje kot stranski produkt fotolize. Ta kisik odhaja v ozračje in se uporablja pri dihanju aerobnih organizmov.

Drugi končni produkt svetlobne faze je NADPH, koencim (del neproteinskih encimov), ki bo sodeloval pri fiksaciji CO ₂ med Calvin ciklom (temna faza fotosinteze).

ATP je nukleotid, ki se uporablja za pridobivanje potrebne energije, potrebne za presnovne procese živih bitij. Ta se porabi pri sintezi glukoze.

Reference

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi in J Minagaza (2016) Fotoreceptor z modro svetlobo posreduje povratno regulacijo fotosinteze. Narava 537: 563-566.
2. Salisbury F in C Ross (1994) Fiziologija rastlin. Grupo Uredništvo Iberoamérica. Mehika DF. 759 pp.
3. Solomon E, L Berg in D Martín (1999) Biology. Peta izdaja. MGraw-Hill Interamericana Editores. Mehika DF. 1237 pp.
4. Stearn K (1997) Uvodna biologija rastlin. WC Brown založniki. UPORABE 570 pp.
5. Yamori W, T Shikanai in A Makino (2015) Fotosistemski ciklični tok elektronov prek kloroplasta NADH-dehidrogenaze podoben kompleks opravlja fiziološko vlogo pri fotosintezi pri slabi svetlobi. Naravoslovno poročilo 5: 1-12.