Φωτεινή φάση των απαιτήσεων, μηχανισμών και προϊόντων της φωτοσύνθεσης

Το φάση φωτεινή φωτοσύνθεση Αυτό το μέρος της φωτοσυνθετικής διαδικασίας απαιτεί την παρουσία φωτός. Έτσι, το φως προκαλεί αντιδράσεις που έχουν ως αποτέλεσμα τη μετατροπή μέρους της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια.

Οι βιοχημικές αντιδράσεις εμφανίζονται στα θυλακοειδή χλωροπλάστη, όπου βρίσκονται φωτοσυνθετικές χρωστικές ουσίες που διεγείρονται από το φως. Πρόκειται για χλωροφύλλη α, χλωροφύλλη β και τα καροτενοειδή.

Προκειμένου να προκύψουν αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως, απαιτούνται αρκετά στοιχεία. Μια φωτεινή πηγή είναι απαραίτητη μέσα στο ορατό φάσμα. Ομοίως, απαιτείται η ύπαρξη νερού.

Η φωτεινή φάση της φωτοσύνθεσης έχει ως τελικό προϊόν τον σχηματισμό ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη) και ΝΑϋΡΗ (φωσφορικό δινουκλεοτίδιο νικοτιναμιδίου και αδενίνη). Αυτά τα μόρια χρησιμοποιούνται ως πηγή ενέργειας για τη σταθεροποίηση του CO₂ στη σκοτεινή φάση. Επίσης, κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης το O απελευθερώνεται₂, προϊόν της διάσπασης του μορίου Η₂Ο.

Ευρετήριο

• 1 Απαιτήσεις
  • 1.1 Το φως
  • 1.2 Οι χρωστικές ουσίες
• 2 Μηχανισμός
  • 2.1 -Φωτογραφικά συστήματα
  • 2.2-Φαινόλυση
  • 2.3-Φωτοφωσφορυλίωση
• 3 Τελικά προϊόντα
• 4 Αναφορές

Απαιτήσεις

Για τις φωτοσυνθετικές αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τις ιδιότητες του φωτός. Ομοίως, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τη δομή των εμπλεκόμενων χρωστικών ουσιών.

Το φως

Το φως έχει ιδιότητες κύματος και σωματιδίων. Η ενέργεια φτάνει στη Γη από τον ήλιο με τη μορφή κυμάτων διαφόρων μηκών, γνωστών ως ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.

Περίπου το 40% του φωτός που φτάνει στον πλανήτη είναι ορατό φως. Αυτό συμβαίνει σε μήκος κύματος μεταξύ 380-760 nm. Περιλαμβάνει όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου, καθένα με χαρακτηριστικό μήκος κύματος.

Τα πιο αποτελεσματικά μήκη κύματος για τη φωτοσύνθεση είναι εκείνα από ιώδες έως μπλε (380-470 nm) και κόκκινο-πορτοκαλί έως κόκκινο (650-780 nm).

Το φως έχει επίσης ιδιότητες σωματιδίων. Αυτά τα σωματίδια ονομάζονται φωτόνια και σχετίζονται με ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος. Η ενέργεια κάθε φωτονίου είναι αντιστρόφως ανάλογη του μήκους κύματος. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο περισσότερη ενέργεια.

Όταν ένα μόριο απορροφά ένα φωτόνιο της φωτεινής ενέργειας, ένα από τα ηλεκτρόνια του ενεργοποιείται. Το ηλεκτρόνιο μπορεί να αφήσει το άτομο και να ληφθεί από ένα μόριο δέκτη. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει στην φάση φωτός της φωτοσύνθεσης.

Οι χρωστικές

Στη μεμβράνη θυλακοειδούς (χλωροπλαστική δομή) υπάρχουν διάφορες χρωστικές με την ικανότητα να απορροφούν το ορατό φως. Οι διαφορετικές χρωστικές απορροφούν διαφορετικά μήκη κύματος. Αυτές οι χρωστικές είναι χλωροφύλλη, καροτενοειδή και φυκοβιλίνες.

Τα καροτενοειδή δίνουν τα κίτρινα και πορτοκαλί χρώματα που υπάρχουν στα φυτά. Οι φυκοβιλίνες βρίσκονται στα κυανοβακτήρια και στα κόκκινα άλγη.

Η χλωροφύλλη θεωρείται η κύρια φωτοσυνθετική χρωστική ουσία. Αυτό το μόριο έχει μακρά υδρόφοβη ουρά υδρογονανθράκων, που το κρατά συνδεδεμένο με την θυλακοειδής μεμβράνη. Επιπλέον, έχει δακτύλιο πορφυρίνης που περιέχει άτομο μαγνησίου. Σε αυτό το δαχτυλίδι η ενέργεια φωτός απορροφάται.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι χλωροφύλλης. Χλωροφύλλη α είναι η χρωστική που παρεμβαίνει πιο άμεσα στις αντιδράσεις του φωτός. Χλωροφύλλη β απορροφά το φως σε διαφορετικό μήκος κύματος και μεταφέρει αυτή την ενέργεια σε χλωροφύλλη α.

Στο χλωροπλάστη είναι περίπου τριπλάσια χλωροφύλλη α τι χλωροφύλλη β.

Μηχανισμός

-Φωτοσυστήματα

Τα μόρια χλωροφύλλης και άλλες χρωστικές οργανώνονται μέσα στο θυλακοειδές σε φωτοσυνθετικές μονάδες.

Κάθε φωτοσυνθετική μονάδα αποτελείται από 200-300 μόρια χλωροφύλλης α, μικρές ποσότητες χλωροφύλλης β, καροτενοειδή και πρωτεΐνες. Παρουσιάζει μια περιοχή που ονομάζεται κέντρο αντίδρασης, η οποία είναι η περιοχή που χρησιμοποιεί ενέργεια φωτός.

Οι άλλες παρούσες χρωστικές αποκαλούνται σύμπλοκα κεραίας. Έχουν τη λειτουργία της σύλληψης και μετάδοσης του φωτός στο κέντρο αντίδρασης.

Υπάρχουν δύο τύποι φωτοσυνθετικών μονάδων, που ονομάζονται φωτοσυστήματα. Διαφέρουν στο ότι τα κέντρα αντίδρασης τους συνδέονται με διαφορετικές πρωτεΐνες. Προκαλούν μια μικρή μετατόπιση στα φάσματα απορρόφησης τους.

Στο φωτοσύστημα Ι, χλωροφύλλη α που σχετίζεται με το κέντρο αντίδρασης έχει κορυφή απορρόφησης των 700 nm (Ρ₇₀₀). Στο φωτοσύστημα II, η κορυφή απορρόφησης εμφανίζεται στα 680 nm (Ρ₆₈₀).

-Φωτόλυση

Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας συμβαίνει η ρήξη του μορίου του νερού. Συμμετέχετε στο φωτοσύστημα II. Ένα φωτόνιο φωτός χτυπά το μόριο Ρ₆₈₀ και οδηγεί ένα ηλεκτρόνιο σε ένα υψηλότερο επίπεδο ενέργειας.

Τα διεγερμένα ηλεκτρόνια λαμβάνονται από ένα μόριο φαιοφυτίνης, το οποίο είναι ένας ενδιάμεσος δέκτης. Στη συνέχεια, διασχίζουν τη μεμβράνη θυλακοειδούς όπου γίνονται αποδεκτά από ένα μόριο πλαστοκινόνης. Τα ηλεκτρόνια τελικά μεταφέρονται στο Ρ₇₀₀ του φωτοσυστήματος Ι.

Τα ηλεκτρόνια που μεταφέρθηκαν από το Ρ₆₈₀ αντικαθίστανται από άλλους από το νερό. Μια πρωτεΐνη που περιέχει μαγγάνιο (πρωτεΐνη Ζ) απαιτείται για να σπάσει το μόριο του νερού.

Όταν το H σπάσει₂Ή, απελευθερώνονται δύο πρωτόνια (Η⁺) και οξυγόνο. Απαιτεί να διασπαστούν δύο μόρια νερού για να απελευθερώσουν ένα μόριο Ο₂.

-Φωτοφωσφορυλίωση

Υπάρχουν δύο τύποι φωτοφωσφορυλίωσης, σύμφωνα με την κατεύθυνση της ροής ηλεκτρονίων.

Μη-κυκλική φωτοφωσφορυλίωση

Τόσο το φωτοσύστημα I όσο και το ΙΙ εμπλέκονται σε αυτό. Ονομάζεται μη κυκλική επειδή η ροή των ηλεκτρονίων πηγαίνει προς μία κατεύθυνση.

Όταν συμβαίνει η διέγερση των μορίων χλωροφύλλης, τα ηλεκτρόνια θα κινηθούν μέσω μιας αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Αρχίζει στο φωτοσύστημα Ι όταν ένα φωτόνιο φωτός απορροφάται από ένα μόριο Ρ₇₀₀. Το διεγερμένο ηλεκτρόνιο μεταφέρεται σε έναν πρωτεύοντα δέκτη (Fe-S) που περιέχει σίδηρο και θείο.

Στη συνέχεια περνά σε ένα μόριο φερρεδοξίνης. Στη συνέχεια, το ηλεκτρόνιο πηγαίνει σε ένα μόριο μεταφορέα (FAD). Αυτό το αποδίδει σε ένα μόριο NADP⁺ που το μειώνει στο NADPH.

Τα ηλεκτρόνια που παράγονται από το φωτοσύστημα II στη φωτόλυση θα αντικαταστήσουν αυτά που μεταφέρονται από το Ρ₇₀₀. Αυτό συμβαίνει μέσω μιας αλυσίδας μεταφοράς που σχηματίζεται από χρωστικές που περιέχουν σίδηρο (κυτοχρώματα). Επιπλέον, εμπλέκονται πλαστοκυανίνες (πρωτεΐνες που έχουν χαλκό).

Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, παράγονται τόσο μόρια NADPH όσο και ΑΤΡ. Το ένζυμο ATPsintetase εμπλέκεται στο σχηματισμό του ΑΤΡ.

Κυκλική φωσφορυλίωση

Εμφανίζεται μόνο στο φωτοσύστημα Ι. Όταν τα μόρια του κέντρου αντίδρασης P₇₀₀ είναι διεγερμένα, τα ηλεκτρόνια λαμβάνονται από ένα μόριο Ρ₄₃₀.

Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια ενσωματώνονται στην αλυσίδα μεταφοράς μεταξύ των δύο φωτοσυστημάτων. Στη διαδικασία παράγονται μόρια ΑΤΡ. Σε αντίθεση με τη μη κυκλική φωτοφωσφορυλίωση, ούτε το NADPH παράγεται ούτε απελευθερώνεται.₂.

Στο τέλος της διαδικασίας μεταφοράς ηλεκτρονίων, επιστρέφουν στο κέντρο αντίδρασης του φωτοσυστήματος Ι. Επομένως, ονομάζεται κυκλική φωτοφωσφορυλίωση..

Τελικά προϊόντα

Στο τέλος της φάσης φωτός, απελευθερώνεται ο Ο₂ στο περιβάλλον ως υποπροϊόν της φωτολύσεως. Αυτό το οξυγόνο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα και χρησιμοποιείται στην αναπνοή αερόβιων οργανισμών.  

Ένα άλλο τελικό προϊόν της ελαφριάς φάσης είναι το NADPH, ένα συνένζυμο (μέρος ενός μη πρωτεϊνικού ενζύμου) που θα συμμετέχει στη σταθεροποίηση του CO₂ κατά τη διάρκεια του κύκλου Calvin (σκοτεινή φάση φωτοσύνθεσης).

Το ΑΤΡ είναι ένα νουκλεοτίδιο που χρησιμοποιείται για να αποκτήσει την απαραίτητη ενέργεια που απαιτείται στις μεταβολικές διαδικασίες των ζωντανών όντων. Αυτό καταναλώνεται στη σύνθεση της γλυκόζης.

Αναφορές

1. Πετρούτσος Δ. Ρ Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, Τ. Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi και J Minagaza (2016) Ο φωτοϋποδοχέας με μπλε φως διαμεσολαβεί στη ρύθμιση ανατροφοδότησης της φωτοσύνθεσης. Nature 537: 563-566.
2. Salisbury F και Ross Ο (1994) Plant Physiology. Iberoamerica Editorial Group. Μεξικό, DF. 759 σελ.
3. Solomon Ε, L Berg και D Martín (1999) Biology. Πέμπτη έκδοση. MGraw-Hill Interamericana Editors. Πόλη του Μεξικού 1237 σελ.
4. Stearn K (1997) Εισαγωγική φυτική βιολογία. WC Brown Εκδότες. ΗΠΑ 570 σελ.
5. Yamori W, T Shikanai και A Makino (2015) Η κυκλική ροή ηλεκτρονίων του συστήματος Photystem I μέσω του συμπλόκου τύπου αφυδρογονάσης NADH που παράγει χλωροπλάστη, αποδίδει φυσιολογικό ρόλο στη φωτοσύνθεση σε χαμηλό φωτισμό. Nature Επιστημονική Έκθεση 5: 1-12.