ŠVIESIOJI FOTOSINTEZĖS FAZĖ: MECHANIZMAS IR PRODUKTAI - BIOLOGIJA - 2025

Šviesos etapas fotosintezės yra tai, kad fotosintezės procesui, pagal kurią reikia šviesos buvimą dalis. Taigi šviesa inicijuoja reakcijas, kurių metu dalis šviesos energijos virsta chemine energija.

Biocheminės reakcijos vyksta chloroplastiniuose tiroiduose, kur randami fotosintetiniai pigmentai, kuriuos sužadina šviesa. Tai yra chlorofilas a, chlorofilas b ir karotenoidai.

Šviesioji ir tamsiosios fazės. „Maulucioni“ iš „Wikimedia Commons“

Keli elementai reikalingi, kad vyktų priklausomos nuo šviesos reakcijos. Šviesos šaltinis matomame spektre yra būtinas. Taip pat reikalingas vandens buvimas.

Galutinis lengvos fotosintezės fazės produktas yra ATP (adenozino trifosfato) ir NADPH (nikotinamido adenino dinukleotido fosfato) susidarymas. Šios molekulės yra naudojamos kaip energijos šaltinis CO ₂ fiksuoti tamsoje fazėje. Taip pat šios fazės metu išsiskiria O ₂ , H ₂ O molekulės skilimo produktas .

Reikalavimai

Norint, kad fotosintezėje vyktų priklausomos nuo šviesos reakcijos, reikia suprasti šviesos savybes. Taip pat būtina žinoti naudojamų pigmentų struktūrą.

Šviesa

Šviesa turi ir bangų, ir dalelių savybes. Į Žemę energija ateina iš saulės įvairių ilgių bangų pavidalu, vadinamu elektromagnetiniu spektru.

Apie 40% planetą pasiekiančios šviesos yra matoma šviesa. Tai yra bangų ilgiai, esantys 380–760 nm. Tai apima visas vaivorykštės spalvas, kurių kiekviena turi būdingą bangos ilgį.

Veiksmingiausi fotosintezės bangų ilgiai yra nuo violetinės iki mėlynos (380–470 nm) ir nuo raudonai oranžinės iki raudonos (650–780 nm).

Šviesa taip pat turi dalelių savybes. Šios dalelės vadinamos fotonais ir yra susietos su tam tikru bangos ilgiu. Kiekvieno fotono energija yra atvirkščiai proporcinga jo bangos ilgiui. Kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo didesnė energija.

Kai molekulė sugeria šviesos energijos fotoną, vienas iš jo elektronų yra energija. Elektronas gali palikti atomą ir būti priimtas akceptoriaus molekulės. Šis procesas vyksta lengvoje fotosintezės fazėje.

Pigmentai

Tiroidinėje membranoje (chloroplastų struktūra) yra įvairių pigmentų, turinčių galimybę absorbuoti matomą šviesą. Skirtingi pigmentai sugeria skirtingą bangos ilgį. Šie pigmentai yra chlorofilas, karotinoidai ir fikobilinai.

Karotinoidai suteikia geltonos ir oranžinės spalvos augalus. Fikobilinai randami melsvabakterėse ir raudonuosiuose dumbliuose.

Chlorofilas laikomas pagrindiniu fotosintetiniu pigmentu. Ši molekulė turi ilgą hidrofobinę angliavandenilio uodegą, laikančią ją pritvirtintą prie tiroidinės membranos. Be to, jis turi porfirino žiedą, kuriame yra magnio atomas. Šiame žiede sugeriama šviesos energija.

Yra įvairių rūšių chlorofilo. Chlorofilas a yra pigmentas, tiesiogiai veikiantis šviesos reakcijas. Chlorofilas b sugeria šviesą skirtingo ilgio bangomis ir perduoda šią energiją į chlorofilą a.

Chloroplaste aptinkama maždaug tris kartus daugiau chlorofilo a nei chlorofilo b.

Mechanizmas

-Fotosistemos

Chlorofilo molekulės ir kiti pigmentai yra paskirstyti tiroidoje į fotosintezės vienetus.

Kiekvieną fotosintetinį vienetą sudaro 200–300 chlorofilo a molekulių, nedidelis kiekis chlorofilo b, karotenoidų ir baltymų. Yra sritis, vadinama reakcijos centru, kuri yra vieta, kuriai naudojama šviesos energija.

Vaizdas: šviesos sintezės fazė. Autorius: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

Kiti esantys pigmentai yra vadinami antenų kompleksais. Jų funkcija yra fiksuoti ir perduoti šviesą į reakcijos centrą.

Yra dviejų tipų fotosintetiniai vienetai, vadinami fotosistemomis. Jie skiriasi tuo, kad jų reakcijos centrai yra susiję su skirtingais baltymais. Jie sukelia nedidelį absorbcijos spektro poslinkį.

I fotosistemoje chlorofilo a, susijusio su reakcijos centru, absorbcijos smailė yra 700 nm (P ₇₀₀ ). II fotosistemoje absorbcijos smailė atsiranda esant 680 nm (P ₆₈₀ ).

-Fotolizė

Šio proceso metu vandens molekulė suyra. Dalyvauja II fotosistema. Šviesos fotonas trenkia į P ₆₈₀ molekulę ir nukreipia elektroną į aukštesnį energijos lygį.

Sužadintus elektronus priima molekulė feofitino, kuris yra tarpinis akceptorius. Vėliau jie kerta tiroidinę membraną, kur juos priima plastochinono molekulė. Galiausiai elektronai perkeliami į I fotosistemos P ₇₀₀ .

Elektronus, kuriuos atidavė P ₆₈₀ , iš vandens pakeičia kiti. Mangano turintis baltymas (baltymas Z) reikalingas vandens molekulei suskaidyti.

Kai H ₂ O suskaidomas , išsiskiria du protonai (H ⁺ ) ir deguonis. _{Norint išlaisvinti} vieną O2 molekulę, reikia suskaidyti dvi vandens molekules .

-Fotofosforilinimas

Priklausomai nuo elektronų srauto krypties, yra du fotofosforilinimo tipai.

Neciklinis fotofosforilinimas

Jame dalyvauja tiek I, tiek II fotosistema. Jis vadinamas necikliniu, nes elektronų srautas eina tik viena kryptimi.

Kai chlorofilo molekulės sužadinamos, elektronai juda per elektronų pernešimo grandinę.

Jis prasideda I fotosistemoje, kai šviesos fotoną sugeria P ₇₀₀ molekulė . Susijaudinęs elektronas perkeliamas į pirminį akceptorių (Fe-S), kuriame yra geležies ir sulfido.

Tada jis pereina į ferredoksino molekulę. Vėliau elektronas eina į transportavimo molekulę (FAD). Tai suteikia jam NADP ⁺ molekulę, kuri ją sumažina iki NADPH.

Fotolizės metu II fotosistema perduoti elektronai pakeis tuos, kuriuos perduoda P ₇₀₀ . Tai įvyksta per transportavimo grandinę, sudarytą iš pigmentų, kuriuose yra geležies (citochromų). Be to, dalyvauja plastocianinai (baltymai, turintys vario).

Šio proceso metu gaminamos tiek NADPH, tiek ATP molekulės. ATP formavimui įsiterpia fermentas ATPsintetazė.

Ciklinis fotofosforilinimas

Jis atsiranda tik I fotosistemoje. Kai sužadinamos P ₇₀₀ reakcijos centro molekulės, elektronus priima P ₄₃₀ molekulė .

Vėliau elektronai įterpiami į transportavimo grandinę tarp dviejų fotosistemų. Proceso metu gaminamos ATP molekulės. Skirtingai nuo neciklinio fotofosforilinimo, NADPH nėra gaminamas ir O ₂ neišsiskiria .

Pasibaigus elektronų pernešimo procesui, jie grįžta į I fotosistemos reakcijos centrą. Dėl šios priežasties jis vadinamas cikliniu fotofosforilinimu.

Galutiniai produktai

Pasibaigus šviesajai fazei, O ₂ išmetamas į aplinką kaip šalutinis fotolizės produktas. Šis deguonis išeina į atmosferą ir yra naudojamas kvėpuojant aerobiniams organizmams.

Kitas lengvosios fazės galutinis produktas yra NADPH - kofermentas (nebaltyminio fermento dalis), kuris dalyvaus fiksuojant CO ₂ Kalvino cikle (tamsi fotosintezės fazė).

ATP yra nukleotidas, naudojamas norint gauti reikiamą energiją, reikalingą gyvų būtybių medžiagų apykaitos procesams. Tai sunaudojama sintezuojant gliukozę.

Nuorodos

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittagas, P Hegemannas, G Finazzi ir J Minagaza (2016). Mėlynos šviesos fotoreceptorius tarpininkauja grįžtamojo ryšio fotosintezės reguliavimui. Gamta 537: 563-566.
2. Salisbury F ir C Ross (1994) augalų fiziologija. „Grupo“ redakcija „Iberoamérica“. Meksika DF. 759 psl.
3. Solomonas E, L Berg ir D Martín (1999), biologija. Penktas leidimas. „MGraw-Hill Interamericana Editores“. Meksika DF. 1237 psl.
4. Stearn K (1997) Įvadinė augalų biologija. WC Brown leidykla. NAUDOJIMAS. 570 psl.
5. Yamori W, T Shikanai ir A Makino (2015) I fotosistemos ciklinis elektronų srautas per chloroplastų NADH dehidrogenazę panašų kompleksą atlieka fiziologinį vaidmenį fotosintezei esant silpnam apšvietimui. Gamtos mokslo ataskaita 5: 1–12.