FOTOSISTEMOS: KOMPONENTAI, VEIKIMAS IR TIPAI - BIOLOGIJA - 2025

Kad photosystems yra funkciniai vienetai fotosintezės procesui. Jie apibūdinami pagal jų susiformavimo formas ir ypatingą fotosintetinių pigmentų ir baltymų kompleksų, galinčių absorbuoti ir transformuoti šviesos energiją, organizavimą procese, kuris apima elektronų perkėlimą.

Yra žinomos dvi fotosistemų rūšys, vadinamos I ir II fotosistemomis dėl jų aptikimo tvarkos. I fotosistemoje yra labai dideli chlorofilo kiekiai, palyginti su chlorofilo b kiekiu, o II fotosistemoje yra labai panašūs abiejų fotosintetinių pigmentų kiekiai.

I fotosistemos schema Paimta ir redaguota iš: Pisum.

Fotosistemos yra fotosintetinių organizmų, tokių kaip augalai ir dumbliai, tiroidinėse membranose. Jų taip pat galima rasti melsvadumbliuose.

Chloroplastai

Chloroplastai yra sferiniai arba pailgi organeliai, kurių skersmuo apie 5 μm, kuriuose yra fotosintetiniai pigmentai. Jo viduje augalų ląstelėse vyksta fotosintezė.

Jie yra apsupti dviejų išorinių membranų, o viduje yra maišelių pavidalo struktūros, taip pat apsuptos dviejų membranų, vadinamų tiroidais.

Tirokidai yra sukrauti ir sudaro grupę, kuri gauna grana pavadinimą, o skydą, kuris supa tiroidai, vadina stroma. Be to, tiroidai yra apsupti membranos, vadinamos liumenu, kuris riboja intratilakoidinę erdvę.

Šviesos energijos pavertimas chemine energija fotosintezės metu vyksta tiroidų membranose. Kita vertus, angliavandeniai gaminami ir laikomi fotosintezės metu stromose.

Fotosintetiniai pigmentai

Jie yra baltymai, galintys absorbuoti šviesos energiją, kad galėtų juos panaudoti fotosintezės procese. Visiškai arba iš dalies jie yra prijungti prie tiroidinės membranos. Pigmentas, tiesiogiai susijęs su lengvomis fotosintezės reakcijomis, yra chlorofilas.

Augaluose yra du pagrindiniai chlorofilo tipai, vadinami a ir b chlorofilais. Tačiau kai kuriuose dumbliuose gali būti kitokio tipo chlorofilo, pavyzdžiui, c ir d, pastarųjų yra tik kai kuriuose raudonuosiuose dumbliuose.

Yra ir kitų fotosintetinių pigmentų, tokių kaip karotinai ir ksantofilai, kurie kartu sudaro karotenoidus. Šie pigmentai yra izoprenoidai, paprastai sudaryti iš keturiasdešimties anglies atomų. Karotinai yra nedeguoninti karoteinoidai, o ksantofilai - deguonimi prisotinti pigmentai.

Augaluose tik chlorofilas a tiesiogiai dalyvauja šviesos reakcijose. Likę pigmentai tiesiogiai nesugeria šviesos energijos, bet veikia kaip papildomi pigmentai, perduodami pagamintą energiją iš šviesos į chlorofilą a. Tokiu būdu sugaunama daugiau energijos, nei galėtų sugerti vien chlorofilas.

Fotosintezė

Fotosintezė yra biologinis procesas, leidžiantis augalams, dumbliams ir kai kurioms bakterijoms pasinaudoti saulės energijos gaunama energija. Per šį procesą augalai naudoja lengvą energiją, kad atmosferos anglies dioksidą ir iš dirvožemio gautą vandenį paverčia gliukoze ir deguonimi.

Šviesa sukelia sudėtingas oksidacijos ir redukcijos reakcijų sekas, leidžiančias šviesos energiją paversti chemine energija, reikalinga fotosintezės procesui užbaigti. Fotosistemos yra šio proceso funkciniai vienetai.

Fotosistemų komponentai

Antenų kompleksas

Jį sudaro daugybė pigmentų, įskaitant šimtus chlorofilo molekulių a ir dar didesnį kiekį papildomų pigmentų, taip pat fikobilinų. Sudėtinga antena leidžia absorbuoti daug energijos.

Jis veikia kaip piltuvas arba kaip antena (taigi ir jos pavadinimas), kuri fiksuoja saulės energiją ir paverčia ją chemine energija, kuri perduodama į reakcijos centrą.

Dėka energijos perdavimo, chlorofilas, molekulė reakcijos centre, gauna daug daugiau šviesos energijos, nei ji būtų įgijusi atskirai. Taip pat, jei chlorofilo molekulė gauna per daug šviesos, ji gali fotooksiduotis ir augalas mirs.

Reakcijos centras

Tai yra kompleksas, sudarytas iš chlorofilo molekulių, molekulės, žinomos kaip pirminis elektronų receptorius, ir daugybės juos supančių baltymų subvienetų.

Veikiantis

Paprastai chlorofilo molekulė, esanti reakcijos centre ir kuri inicijuoja lengvas fotosintezės reakcijas, fotonų tiesiogiai negauna. Papildomi pigmentai, taip pat kai kurios antenos komplekse esančios chlorofilo a molekulės, gauna šviesos energiją, bet nenaudoja jos tiesiogiai.

Ši energija, kurią sugeria antenos kompleksas, perduodama į reakcijos centro chlorofilą a. Kiekvieną kartą suaktyvinus chlorofilo molekulę, ji išskiria elektrą, kuriam energija yra suteikiama, o po to absorbuojamas pirminio elektronų receptoriaus.

Dėl to pirminis akceptorius sumažėja, o chlorofilas a atgauna savo elektroną vandens dėka, kuris veikia kaip galutinis elektronų išlaisvintojas, o deguonis gaunamas kaip šalutinis produktas.

Tipai

I fotosistema

Jis randamas tiroidinės membranos išoriniame paviršiuje ir turi nedaug chlorofilo b, be chlorofilo a ir karotinoidų.

Chlorofilas a reakcijos centre geriau sugeria 700 nanometrų (nm) bangos ilgį, todėl jis vadinamas P700 (700 pigmentas).

I fotosistemoje ferodoksino grupės baltymai - geležies sulfidas - veikia kaip galutiniai elektronų akceptoriai.

II fotosistema

Jis pirmiausia veikia, kai šviesa virsta fotosinteze, tačiau ji buvo aptikta po pirmosios fotosistemos. Jis randamas ant tiroidinės membranos vidinio paviršiaus ir turi didesnį chlorofilo b kiekį nei I fotosistema. Jame taip pat yra chlorofilo a, fikobilinų ir ksantofilų.

Tokiu atveju chlorofilas a reakcijos centre geriau sugeria 680 nm bangos ilgį (P680), o ne 700 nm bangos ilgį, kaip ankstesniu atveju. Galutinis elektronų priėmėjas šioje fotosistemoje yra chinonas.

II fotosistemos schema. Paimta ir redaguota iš: Originalų darbą sukūrė Kaidoras. .

Ryšys tarp I ir II fotosistemų

Fotosintezės procesui reikalingos abi fotosistemos. Pirmoji veikianti fotosistema yra II, kuri sugeria šviesą, todėl elektronai, esantys reakcijos centro chlorofilyje, sužadinami ir pirminiai elektronų priėmėjai juos užfiksuoja.

Šviesos sužadinti elektronai keliauja į I fotosistemą per elektronų pernešimo grandinę, esančią tiroidinėje membranoje. Šis poslinkis sukelia energijos kritimą, kuris leidžia per membraną pernešti vandenilio jonus (H +) link tiroidų liumenų.

Vandenilio jonų pernešimas suteikia energijos skirtumą tarp tiroidų ir chloroplastų stromos, kuri naudojama ATP susidarymui, tarp lūpų erdvės.

Chlorofilas I fotosistemos reakcijos centre gauna elektroną, gaunamą iš II fotosistemos. Elektronas gali tęstis cikliniu elektronų pernešimu aplink I fotosistemą arba būti naudojamas NADPH susidarymui, kuris vėliau pernešamas į Kalvino ciklą.

Nuorodos

1. „MW Nabors“ (2004). Įvadas į botaniką. „Pearson Education, Inc.“
2. Fotosistema. Vikipedijoje. Atkurta iš en.wikipedia.org.
3. I fotosistema, Vikipedijoje. Atkurta iš en.wikipedia.org.
4. Fotosintezė - I ir II fotosistemos. Atgauta iš britannica.com.
5. B. Andersson ir LG Franzen (1992). Deguonies fotosintezės fotosistemos. In: L. Ernsteris (Red.). Bioenergetikos molekuliniai mechanizmai. Elvieser mokslo leidykla.
6. EM Yahia, A. Carrillo-López, GM Barrera, H. Suzán-Azpiri & MQ Bolaños (2019). 3 skyrius - Fotosintezė. Vaisių ir daržovių fiziologija ir biochemija po derliaus nuėmimo.