FOTOSYNTEESIN KEVYT VAIHE: MEKANISMI JA TUOTTEET - BIOLOGIA - 2026

Valo vaihe fotosynteesi on, että osa fotosynteesin prosessi, joka edellyttää valon läsnä ollessa. Siten valo aloittaa reaktiot, jotka johtavat osan valoenergian muuttumiseen kemialliseksi energiaksi.

Biokemialliset reaktiot tapahtuvat klooriplasti tylakoideissa, joissa havaitaan valon virittämiä fotosynteettisiä pigmenttejä. Näitä ovat klorofylli a, klorofylli b ja karotenoidit.

Vaalea ja tumma vaihe. Maulucioni, Wikimedia Commonsista

Valaisimista riippuvien reaktioiden tapahtumiseen tarvitaan useita elementtejä. Valonlähde näkyvässä spektrissä on välttämätön. Samoin tarvitaan veden läsnäoloa.

Fotosynteesin kevyen vaiheen lopputuote on ATP: n (adenosiinitrifosfaatti) ja NADPH: n (nikotiinamidiadeniinidinukleotidifosfaatti) muodostuminen. Näitä molekyylejä käytetään energianlähteenä kiinnitykseen CO ₂ pimeässä vaiheessa. Samoin, tämän vaiheen aikana, O ₂ vapautetaan, tuote jakautuminen H ₂ O -molekyylin.

vaatimukset

Jotta valosuhteista johtuvat reaktiot tapahtuvat fotosynteesissä, vaaditaan ymmärrys valon ominaisuuksista. Samoin on tarpeen tietää mukana olevien pigmenttien rakenne.

Valo

Valolla on sekä aalto- että hiukkasominaisuuksia. Energiaa tulee Maahan auringosta eripituisten aaltojen muodossa, joita kutsutaan sähkömagneettisiksi spektriksi.

Noin 40% planeetalle saavuttavasta valosta on näkyvää valoa. Tätä löydetään aallonpituuksilla välillä 380 - 760 nm. Se sisältää kaikki sateenkaaren värit, jokaisella on ominainen aallonpituus.

Tehokkaimpia aallonpituuksia fotosynteesille ovat violetista siniseen (380–470 nm) ja puna-oranssista punaiseen (650–780 nm).

Valolla on myös hiukkasominaisuuksia. Näitä hiukkasia kutsutaan fotoneiksi ja ne liitetään tiettyyn aallonpituuteen. Kunkin fotonin energia on käänteisesti verrannollinen sen aallonpituuteen. Mitä lyhyempi aallonpituus, sitä suurempi energia.

Kun molekyyli absorboi valoenergian fotonia, yksi sen elektronista saa virran. Elektroni voi poistua atomista ja vastaanottaa sen vastaanottajamolekyylin. Tämä prosessi tapahtuu fotosynteesin kevyessä vaiheessa.

pigmentit

Tylakoidikalvossa (kloroplastin rakenne) on erilaisia ​​pigmenttejä, joilla on kyky absorboida näkyvää valoa. Eri pigmentit absorboivat erilaisia ​​aallonpituuksia. Nämä pigmentit ovat klorofylli, karotenoidit ja fykobiliinit.

Karotenoidit antavat kasveissa esiintyvät keltaiset ja oranssit värit. Fykobiliineja löytyy sinilevistä ja punalevistä.

Klorofylliä pidetään tärkeimpänä fotosynteettisenä pigmenttinä. Tällä molekyylillä on pitkä hydrofobinen hiilivetypää, joka pitää sen kiinni tylakoidikalvossa. Lisäksi siinä on porfyriinirengas, joka sisältää magnesiumatomia. Valoenergia imeytyy tähän renkaaseen.

Klorofylliä on erityyppisiä. Klorofylli a on pigmentti, joka puuttuu suoraan kevytreaktioihin. Klorofylli b absorboi valoa eri aallonpituuksilla ja siirtää tämän energian klorofylliin a.

Klooroplastissa on klorofylli a: ta noin kolme kertaa enemmän kuin klorofylliä b.

Mekanismi

-Photosystems

Klorofyylimolekyylit ja muut pigmentit on järjestetty tylakoidissa fotosynteettisiin yksiköihin.

Jokainen fotosynteettinen yksikkö koostuu 200-300 klorofylli a-molekyylistä, pienistä määristä klorofylli b: tä, karotenoideja ja proteiineja. On alue, jota kutsutaan reaktiokeskukseksi, joka on valoenergiaa käyttävä alue.

Kuva: Fotosynteesin kevyt vaihe. Kirjoittaja: Somepics.

Muita läsnä olevia pigmenttejä kutsutaan antennikomplekseiksi. Niiden tehtävänä on vangita ja siirtää valoa reaktiokeskukseen.

On olemassa kahden tyyppisiä fotosynteettisiä yksiköitä, joita kutsutaan fotosysteemeiksi. Ne eroavat toisistaan ​​siinä, että niiden reaktiokeskukset liittyvät eri proteiineihin. Ne aiheuttavat pienen muutoksen absorptiospektrissä.

Valosysteemissä I reaktiokeskukseen liittyvän klorofyllin a absorptiohuippu on 700 nm (P ₇₀₀). Valosysteemissä II absorptiohuippu esiintyy aallonpituudella 680 nm (P ₆₈₀).

-Photolysis

Tämän prosessin aikana vesimolekyyli hajoaa. Photosystem II osallistuu. Valon fotoni iskee P ₆₈₀ -molekyyliin ja ajaa elektronin korkeammalle energiatasolle.

Eristetyt elektronit vastaanottaa feoftiinin molekyyli, joka on väliakseptori. Myöhemmin ne ylittävät tylakoidikalvon, missä plastokinonimolekyyli hyväksyy ne. Elektronit siirretään lopulta valosysteemin I P ₇₀₀: een.

P _{680: n} luopuneet elektronit korvataan veden toisilla. Mangaania sisältävä proteiini (proteiini Z) vaaditaan vesimolekyylin hajottamiseksi.

Kun H ₂ O on rikki, kaksi protonia (H ⁺) ja happea vapautuu. Kaksi vesimolekyyliä tarvitaan pilkkomiseksi yhden O2-molekyylin _{vapauttamiseksi}.

-Photophosphorylation

Fotofosforylaatiota on kahta tyyppiä, elektronivirtauksen suunnasta riippuen.

Ei-syklinen fotofosforylaatio

Sekä fotosysteemi I että II ovat mukana siinä. Sitä kutsutaan ei-sykliseksi, koska elektronien virtaus menee vain yhteen suuntaan.

Kun klorofyylimolekyylien viritys tapahtuu, elektronit liikkuvat elektronin kuljetusketjun läpi.

Se alkaa valosysteemissä I, kun P ₇₀₀ -molekyyli absorboi valon fotonia. Erotettu elektroni siirretään primaariseen vastaanottajaan (Fe-S), joka sisältää rautaa ja sulfidia.

Sitten se jatkuu ferredoksiinimolekyylinä. Myöhemmin elektroni menee kuljetusmolekyyliin (FAD). Tämä antaa sen NADP ⁺ -molekyylille, joka pelkistää sen NADPH: ksi.

Valosysteemin II kautta fotolyysissä siirretyt elektronit korvaavat P _{700: n} siirtämät elektronit. Tämä tapahtuu rautapitoisista pigmenteistä (sytokromit) koostuvan kuljetusketjun kautta. Lisäksi mukana ovat plastosyaniinit (proteiinit, jotka sisältävät kuparia).

Tämän prosessin aikana tuotetaan sekä NADPH- että ATP-molekyylejä. ATP: n muodostumiseen puuttuu entsyymi ATPsyntetaasi.

Syklinen valofosforylaatio

Se esiintyy vain valojärjestelmässä I. Kun P ₇₀₀ -reaktiokeskuksen molekyylit ovat herätessä, P _430- molekyyli vastaanottaa elektroneja.

Myöhemmin elektronit sisällytetään kuljetusketjuun kahden valojärjestelmän välillä. Prosessissa tuotetaan ATP-molekyylejä. Toisin kuin ei-syklistä photophosphorylation, NADPH ei tuotettu ja O ₂ ei ole vapautettu.

Elektronien kuljetusprosessin lopussa ne palaavat valosysteemin I reaktiokeskukseen. Tästä syystä sitä kutsutaan sykliseksi fotofosforylaatioksi.

Lopputuotteet

Kevytfaasin lopussa O ₂ vapautuu ympäristöön fotolyysin sivutuotteena. Tämä happi poistuu ilmakehään ja sitä käytetään aerobisten organismien hengityksessä.

Toinen lopputuote valon vaihe on NADPH, koentsyymi (osa ei-proteiini entsyymi), joka osallistuu kiinnittäminen CO ₂ aikana Calvin syklin (tumma vaihe fotosynteesi).

ATP on nukleotidi, jota käytetään saamaan tarvittava energia elävien olentojen aineenvaihduntaprosesseissa. Tämä kulutetaan glukoosin synteesissä.

Viitteet

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi ja J Minagaza (2016) Sinisen valon fotoreseptors välittää fotosynteesin palautteen säätelyä. Nature 537: 563-566.
2. Salisbury F ja C Ross (1994) kasvien fysiologia. Grupo Editorial Iberoamérica. Meksiko DF. 759 s.
3. Solomon E, L Berg ja D Martín (1999), biologia. Viides painos. MGraw-Hill Interamericana Editores. Meksiko DF. 1237 s.
4. Stearn K (1997) Johdantokasvien biologia. WC Brown Publishers. Käyttötapoja. 570 s.
5. Yamori W, T Shikanai ja A Makino (2015) Photosystem I: n syklisen elektronivirtauksen klooriplastin NADH-dehydrogenaasin kaltainen kompleksi välittää fysiologisen roolin fotosynteesille hämärässä. Luonnontieteellinen raportti 5: 1-12.