LEKKA FAZA FOTOSYNTEZY: MECHANIZM I PRODUKTY - BIOLOGIA - 2026

Faza świetlna fotosyntezy to ta część procesu fotosyntezy, która wymaga obecności światła. W ten sposób światło inicjuje reakcje, w wyniku których część energii świetlnej przekształca się w energię chemiczną.

Reakcje biochemiczne zachodzą w tylakoidach chloroplastów, w których znajdują się barwniki fotosyntetyczne wzbudzane przez światło. Są to chlorofil a, chlorofil b i karotenoidy.

Faza jasna i faza ciemna. Maulucioni, źródło Wikimedia Commons

Do wystąpienia reakcji zależnych od światła potrzeba kilku elementów. Konieczne jest źródło światła w zakresie widzialnym. Potrzebna jest również obecność wody.

Końcowym produktem lekkiej fazy fotosyntezy jest tworzenie ATP (trifosforan adenozyny) i NADPH (fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego). Cząsteczki te są wykorzystywane jako źródło energii do wiązania CO ₂ w fazie ciemnej. Podobnie, podczas tej fazy uwalniany jest O ₂ , produkt rozpadu cząsteczki H ₂ O.

Wymagania

Aby zachodziły zależne od światła reakcje w fotosyntezie, konieczne jest zrozumienie właściwości światła. Konieczne jest również poznanie struktury stosowanych pigmentów.

Światło

Światło ma właściwości zarówno falowe, jak i cząsteczkowe. Energia dociera na Ziemię ze słońca w postaci fal o różnej długości, zwanych widmem elektromagnetycznym.

Około 40% światła docierającego do planety to światło widzialne. Występuje w zakresie długości fal 380-760 nm. Zawiera wszystkie kolory tęczy, każdy z charakterystyczną długością fali.

Najbardziej wydajne długości fal do fotosyntezy to fale od fioletowego do niebieskiego (380-470 nm) i od czerwono-pomarańczowego do czerwonego (650-780 nm).

Światło ma również właściwości cząstek. Cząsteczki te nazywane są fotonami i są związane z określoną długością fali. Energia każdego fotonu jest odwrotnie proporcjonalna do jego długości fali. Im krótsza długość fali, tym wyższa energia.

Kiedy cząsteczka absorbuje foton energii świetlnej, jeden z jej elektronów zostaje pobudzony. Elektron może opuścić atom i zostać odebrany przez cząsteczkę akceptora. Proces ten zachodzi w lekkiej fazie fotosyntezy.

Pigmenty

W błonie tylakoidów (strukturze chloroplastu) znajdują się różne pigmenty posiadające zdolność pochłaniania światła widzialnego. Różne pigmenty pochłaniają różne długości fal. Te pigmenty to chlorofil, karotenoidy i fikobiliny.

Karotenoidy nadają roślinom żółty i pomarańczowy kolor. Fikobiliny znajdują się w sinicach i krasnorostach.

Chlorofil jest uważany za główny pigment fotosyntetyczny. Ta cząsteczka ma długi hydrofobowy ogon węglowodorowy, który utrzymuje ją przy błonie tylakoidów. Dodatkowo posiada pierścień porfirynowy zawierający atom magnezu. W tym pierścieniu pochłaniana jest energia świetlna.

Istnieją różne rodzaje chlorofilu. Chlorofil a jest pigmentem, który bezpośrednio wpływa na reakcje świetlne. Chlorofil b pochłania światło o różnej długości fali i przekazuje tę energię do chlorofilu a.

W chloroplastach znajduje się około trzy razy więcej chlorofilu a niż chlorofilu b.

Mechanizm

-Photosystems

Cząsteczki chlorofilu i inne pigmenty są zorganizowane w tylakoidzie w jednostki fotosyntetyczne.

Każda jednostka fotosyntetyczna składa się z 200-300 cząsteczek chlorofilu a, niewielkich ilości chlorofilu b, karotenoidów i białek. Istnieje obszar zwany centrum reakcji, który jest miejscem wykorzystującym energię świetlną.

Obraz: Lekka faza fotosyntezy. Autor: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

Inne obecne pigmenty nazywane są kompleksami antenowymi. Mają funkcję wychwytywania i przekazywania światła do centrum reakcji.

Istnieją dwa typy jednostek fotosyntetyzujących, zwane fotosystemami. Różnią się tym, że ich centra reakcji są związane z różnymi białkami. Powodują niewielkie przesunięcie w ich widmach absorpcji.

W fotosystemie I chlorofil a związany z centrum reakcji ma pik absorpcji 700 nm (P ₇₀₀ ). W fotosystemie II pik absorpcji występuje przy 680 nm (P ₆₈₀ ).

-Fotoliza

Podczas tego procesu następuje rozpad cząsteczki wody. W konkursie bierze udział Photosystem II. Foton światła uderza w cząsteczkę P ₆₈₀ i kieruje elektron na wyższy poziom energii.

Wzbudzone elektrony są odbierane przez cząsteczkę feofityny, która jest akceptorem pośrednim. Następnie przechodzą przez błonę tylakoidów, gdzie są akceptowane przez cząsteczkę plastochinonu. Elektrony są ostatecznie przenoszone do P ₇₀₀ fotosystemu I.

Elektrony oddane przez P ₆₈₀ są zastępowane przez inne z wody. Do rozbicia cząsteczki wody potrzebne jest białko zawierające mangan (białko Z).

Kiedy H ₂ O jest rozerwany , uwalniane są dwa protony (H ⁺ ) i tlen. Aby uwolnić jedną cząsteczkę O _2, konieczne jest rozszczepienie dwóch cząsteczek wody .

-Fotofosforylacja

Istnieją dwa rodzaje fotofosforylacji, w zależności od kierunku przepływu elektronów.

Niecykliczna fotofosforylacja

Zaangażowany jest w to zarówno fotosystem I, jak i II. Nazywa się to niecyklicznym, ponieważ przepływ elektronów przebiega tylko w jednym kierunku.

Kiedy następuje wzbudzenie cząsteczek chlorofilu, elektrony przemieszczają się przez łańcuch transportu elektronów.

Rozpoczyna się w fotoukładzie I, kiedy foton światła jest absorbowany przez cząsteczkę P ₇₀₀ . Wzbudzony elektron jest przenoszony do głównego akceptora (Fe-S) zawierającego żelazo i siarczek.

Następnie przechodzi do cząsteczki ferredoksyny. Następnie elektron trafia do cząsteczki transportowej (FAD). Daje to cząsteczce NADP ^+, która redukuje ją do NADPH.

Elektrony przenoszone przez fotosystem II podczas fotolizy zastąpią elektrony przenoszone przez P ₇₀₀ . Dzieje się to za pośrednictwem łańcucha transportowego składającego się z pigmentów zawierających żelazo (cytochromów). Ponadto zaangażowane są plastocyjaniny (białka prezentujące miedź).

Podczas tego procesu wytwarzane są zarówno cząsteczki NADPH, jak i ATP. W tworzeniu ATP interweniuje enzym ATPsyntetaza.

Cykliczna fotofosforylacja

Występuje tylko w fotosystemie I. Kiedy cząsteczki centrum reakcji P ₇₀₀ są wzbudzone, elektrony są odbierane przez cząsteczkę P ₄₃₀ .

Następnie elektrony są włączane do łańcucha transportowego między dwoma fotosystemami. W tym procesie powstają cząsteczki ATP. W przeciwieństwie do niecyklicznej fotofosforylacji, NADPH nie jest wytwarzany, a O ₂ nie jest uwalniany .

Pod koniec procesu transportu elektronów wracają do centrum reakcji fotoukładu I. Z tego powodu nazywa się to cykliczną fotofosforylacją.

Produkty końcowe

Pod koniec fazy lekkiej O ₂ jest uwalniany do środowiska jako produkt uboczny fotolizy. Tlen wydostaje się do atmosfery i jest używany do oddychania organizmów tlenowych.

Innym końcowym produktem fazy lekkiej jest NADPH, koenzym (część enzymu niebiałkowego), który będzie uczestniczył w wiązaniu CO ₂ podczas cyklu Calvina (ciemna faza fotosyntezy).

ATP jest nukleotydem używanym do uzyskania niezbędnej energii wymaganej w procesach metabolicznych istot żywych. Jest to zużywane podczas syntezy glukozy.

Bibliografia

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi i J Minagaza (2016) Fotoreceptor światła niebieskiego pośredniczy w regulacji sprzężenia zwrotnego fotosyntezy. Naturę 537: 563-566.
2. Salisbury F and C Ross (1994) Plant Physiology. Grupo Editorial Iberoamérica. Mexico DF. 759 s.
3. Solomon E, L Berg i D Martín (1999) Biology. Piąta edycja. MGraw-Hill Interamericana Editores. Mexico DF. 1237 s.
4. Stearn K (1997) Wprowadzenie do biologii roślin. Wydawcy WC Brown. ZASTOSOWANIA. 570 s.
5. Yamori W, T Shikanai i A Makino (2015) Photosystem I cykliczny przepływ elektronów przez kompleks podobny do dehydrogenazy chloroplastowej NADH pełni fizjologiczną rolę w fotosyntezie w słabym świetle. Nature Scientific Report 5: 1–12.