PHOTOSYSTEMS: KOMPONENTIT, TOIMINTA JA TYYPIT - BIOLOGIA - 2025

Photosystems ovat toiminnallisia yksiköitä fotosynteettisen prosessin. Ne määritetään assosioitumismuotojensa ja fotosynteettisten pigmenttien ja proteiinikompleksien erityisen organisaation mukaan, joka kykenee absorboimaan ja muuttamaan valoenergiaa prosessissa, johon sisältyy elektronien siirto.

Tunnetaan kahta tyyppiä olevista valojärjestelmistä, joita kutsutaan valojärjestelmiksi I ja II niiden havaitsemisjärjestyksen vuoksi. Fotosysteemissä I on erittäin suuret määrät klorofylliä a verrattuna klorofylli b: n määrään, kun taas fotosysteemissä II on hyvin samanlaiset määrät molempia fotosynteettisiä pigmenttejä.

Photosystem I -kaavio, otettu ja muokattu julkaisusta: Pisum.

Fotosysteemit sijaitsevat fotosynteettisten organismien, kuten kasvien ja levien, tylakoidikalvoissa. Niitä löytyy myös sinilevistä.

kloroplastissa

Klooroplastit ovat pallomaisia ​​tai pitkänomaisia ​​organelleja, joiden halkaisija on noin 5 um, ja jotka sisältävät fotosynteettisiä pigmenttejä. Sen sisällä tapahtuu fotosynteesi kasvisoluissa.

Niitä ympäröi kaksi ulkomembraania ja sisällä on pussimaisia ​​rakenteita, joita myös ympäröivät kaksi kalvoa, nimeltään tylakoideja.

Tylakoidit pinotaan muodostaen ryhmän, joka saa grana-nimen, kun taas tylakoideja ympäröivää nestettä kutsutaan stromaksi. Lisäksi tylakoideja ympäröi kalvo, jota kutsutaan luumeniksi ja joka rajaa tylakoidien sisäisen tilan.

Valoenergian muutos kemialliseksi energiaksi fotosynteesin aikana tapahtuu tylakoidien kalvoissa. Toisaalta hiilihydraattien tuotanto ja varastointi fotosynteesin seurauksena tapahtuu stroomissa.

Fotosynteettiset pigmentit

Ne ovat proteiineja, jotka kykenevät absorboimaan valon energiaa käyttääkseen sitä fotosynteettisen prosessin aikana, ne ovat sitoutuneet kokonaan tai osittain tylakoidikalvoon. Fotosynteesin kevytreaktioihin suoraan liittyvä pigmentti on klorofylli.

Kasveissa on kahta päätyyppiä klorofylliä, nimeltään klorofyllit a ja b. Joissakin leväissä voi kuitenkin esiintyä muun tyyppisiä klorofylliä, kuten c ja d, jälkimmäisiä esiintyy vain joissain punalehdissä.

On myös muita fotosynteettisiä pigmenttejä, kuten karoteeneja ja ksantofylliä, jotka yhdessä muodostavat karotenoideja. Nämä pigmentit ovat isoprenoideja, jotka koostuvat yleensä 40 hiiliatomista. Karoteenit ovat hapettumattomia karoteinoideja, kun taas ksantofyllit ovat hapetettuja pigmenttejä.

Kasveissa vain klorofylli a osallistuu suoraan kevyisiin reaktioihin. Jäljellä olevat pigmentit eivät absorboi suoraan valoenergiaa, vaan toimivat lisäpigmentteinä siirtämällä valosta vangittua energiaa klorofylliin a. Tällä tavoin sieppataan enemmän energiaa kuin pelkästään klorofylli voisi kerätä.

Fotosynteesi

Fotosynteesi on biologinen prosessi, jonka avulla kasvit, levät ja jotkut bakteerit voivat hyödyntää auringonvalosta tulevaa energiaa. Tämän prosessin avulla kasvit käyttävät kevyttä energiaa muuttamaan ilmakehän hiilidioksidi ja maaperästä saatu vesi glukoosiksi ja hapeksi.

Valo aiheuttaa monimutkaisia ​​hapetus- ja pelkistysreaktioiden sarjoja, jotka mahdollistavat valon energian muuntamisen kemialliseksi energiaksi, joka tarvitaan fotosynteesiprosessin loppuun saattamiseksi. Photosystems ovat tämän prosessin toiminnalliset yksiköt.

Valokuvajärjestelmien komponentit

Antennikompleksi

Se koostuu suuresta määrästä pigmenttejä, mukaan lukien satoja klorofyylimolekyylejä a ja vielä suurempia määriä lisäpigmenttejä sekä fykobiliineja. Monimutkainen antenni mahdollistaa suuren määrän energian imeytymisen.

Se toimii kuin suppilo tai kuin antenni (tästä johtuen nimensä), joka kaappaa auringon energiaa ja muuntaa sen kemialliseksi energiaksi, joka siirtyy reaktiokeskukseen.

Energiansiirron ansiosta reaktiokeskuksessa oleva klorofylli-molekyyli saa paljon enemmän valoenergiaa kuin se olisi yksin hankkinut. Lisäksi, jos klorofyylimolekyyli saa liian paljon valoa, se voi fotooksoitua ja kasvi kuolee.

Reaktiokeskus

Se on kompleksi, joka koostuu klorofyylimolekyyleistä, molekyylistä, joka tunnetaan primaarisena elektronireseptorina, ja lukuisista niitä ympäröivistä proteiini-alayksiköistä.

Toiminta

Yleensä reaktiokeskuksessa läsnä oleva klorofyylimolekyyli, joka käynnistää fotosynteesin kevyet reaktiot, ei vastaanota fotoneja suoraan. Lisäpigmentit, samoin kuin jotkut antennikompleksissa olevat klorofylli a-molekyylit, vastaanottavat valoenergian, mutta eivät käytä sitä suoraan.

Tämä antennikompleksin absorboima energia siirtyy reaktiokeskuksen klorofylliin a. Joka kerta kun klorofyylimolekyyli aktivoituu, se vapauttaa virran elektronin, jonka absorboi primaarielektroni-reseptori.

Seurauksena on, että primaarinen vastaanottaja vähenee, kun taas klorofylli a palauttaa elektroninsa veden ansiosta, joka toimii lopullisena elektronin vapauttajana ja happea saadaan sivutuotteena.

Tyypit

Valokuvasysteemi I

Sitä löytyy tylakoidikalvon ulkopinnalta, ja siinä on pieni määrä klorofylli b: tä, klorofylli a: n ja karotenoidien lisäksi.

Reaktiokeskuksessa oleva klorofylli a absorboi paremmin 700 nanometrin (nm) aallonpituuksia, minkä vuoksi sitä kutsutaan P700 (pigmentti 700).

Valosysteemissä I ferrodoksiiniryhmän proteiiniryhmä - rautasulfidi - toimii lopullisina elektroniakseptorina.

Valokuvasysteemi II

Se toimii ensin muutettaessa valoa fotosynteesiksi, mutta se löydettiin ensimmäisen valosysteemin jälkeen. Sitä löytyy tylakoidikalvon sisäpinnalta, ja siinä on suurempi määrä klorofylliä b kuin valojärjestelmässä I. Se sisältää myös klorofylli a: ta, fykobiliineja ja ksantofylliä.

Tässä tapauksessa reaktion keskuksessa oleva klorofylli a absorboi paremmin 680 nm: n aallonpituutta (P680) eikä 700 nm: n aallonpituutta, kuten edellisessä tapauksessa. Viimeinen elektronin vastaanottaja tässä valojärjestelmässä on kinoni.

Photosystem II -kaavio. Otettu ja toimitettu: Alkuperäinen teos on Kaidor..

I ja II valokuvasysteemien välinen suhde

Fotosynteettinen prosessi vaatii molemmat fotosysteemit. Ensimmäinen toimiva valojärjestelmä on II, joka absorboi valoa ja siten reaktiokeskuksen klorofyllissä olevat elektronit ovat innoissaan ja primaarielektroni-vastaanottajat vangitsevat ne.

Valon kiihdyttämät elektronit kulkevat valosysteemiin I tylakoidikalvoon sijoitetun elektronin kuljetusketjun kautta. Tämä siirtymä aiheuttaa energian pudotuksen, joka mahdollistaa vetyionien (H +) kuljetuksen kalvon läpi tylakoidien luumenia kohti.

Vetyionien kuljetus tarjoaa energiaeron tylakoidien onteloiden ja kloroplastis stroman välillä, joka toimii ATP: n tuottamiseksi.

Klorofylli valosysteemin I reaktiokeskuksessa vastaanottaa elektronin, joka tulee valojärjestelmästä II. Elektroni voi jatkua syklisessä elektronien kuljetuksessa valojärjestelmän I ympäri tai sitä voidaan käyttää NADPH: n muodostamiseen, joka kuljetetaan sitten Calvin-kiertoon.

Viitteet

1. MW Nabors (2004). Johdanto kasvitiedeeseen. Pearson Education, Inc.
2. Fotosysteemi. Wikipediassa. Palautettu osoitteesta en.wikipedia.org.
3. Photosystem I, Wikipediassa. Palautettu osoitteesta en.wikipedia.org.
4. Fotosynteesi - Photosystems I ja II. Palautettu osoitteesta britannica.com.
5. B. Andersson ja LG Franzen (1992). Hapellisen fotosynteesin fotosysteemit. Julkaisussa: L. Ernster (toim.). Bioenergetiikan molekyylimekanismit. Elvieser Science Publishers.
6. EM Yahia, A. Carrillo-López, GM Barrera, H. Suzán-Azpiri & MQ Bolaños (2019). Luku 3 - Fotosynteesi. Hedelmien ja vihannesten sadonkorjuun jälkeinen fysiologia ja biokemia.