SVETELNÁ FÁZA FOTOSYNTÉZY: MECHANIZMUS A PRODUKTY - BIOLÓGIE - 2025

Ľahká fáza fotosyntézy je, že časť fotosyntetického procesu, ktorý vyžaduje prítomnosť svetla. Svetlo teda iniciuje reakcie, ktoré vedú k premene časti svetelnej energie na chemickú energiu.

Biochemické reakcie sa vyskytujú v tylokoidoch chloroplastov, kde sa nachádzajú fotosyntetické pigmenty, ktoré sú excitované svetlom. Sú to chlorofyl a, chlorofyl b a karotenoidy.

Svetlá a tmavá fáza. Maulucioni, z Wikimedia Commons

Na uskutočnenie reakcií závislých od svetla je potrebných niekoľko prvkov. Je potrebný svetelný zdroj vo viditeľnom spektre. Rovnako je potrebná prítomnosť vody.

Konečným produktom svetelnej fázy fotosyntézy je tvorba ATP (adenozín trifosfát) a NADPH (nikotínamid adenín dinukleotidfosfát). Tieto molekuly sa používajú ako zdroj energie pre fixáciu CO ₂ vo fáze tmy. Aj v tejto fáze, O ₂ sa uvoľní , čo je produkt rozpadu H ₂ O molekuly .

požiadavky

Na to, aby pri fotosyntéze nastali reakcie závislé od svetla, je potrebné porozumieť vlastnostiam svetla. Rovnako je potrebné poznať štruktúru príslušných pigmentov.

Svetlo

Svetlo má vlastnosti vĺn aj častíc. Energia prichádza na Zem zo Slnka vo forme vln rôznych dĺžok, známych ako elektromagnetické spektrum.

Asi 40% svetla, ktoré dopadá na planétu, je viditeľné svetlo. Toto sa nachádza vo vlnových dĺžkach medzi 380-760 nm. Zahŕňa všetky farby dúhy, každá s charakteristickou vlnovou dĺžkou.

Najefektívnejšie vlnové dĺžky pre fotosyntézu sú vlnové dĺžky od fialovej po modrú (380 - 470 nm) a od červenooranžovej po červenú (650 - 780 nm).

Svetlo má tiež časticové vlastnosti. Tieto častice sa nazývajú fotóny a súvisia so špecifickou vlnovou dĺžkou. Energia každého fotónu je nepriamo úmerná jeho vlnovej dĺžke. Čím je kratšia vlnová dĺžka, tým vyššia je energia.

Keď molekula absorbuje fotón svetelnej energie, jeden z jeho elektrónov je pod napätím. Elektrón môže opustiť atóm a byť prijatý akceptorovou molekulou. Tento proces sa vyskytuje vo svetelnej fáze fotosyntézy.

pigmenty

V tylakoidnej membráne (štruktúra chloroplastu) sú rôzne pigmenty so schopnosťou absorbovať viditeľné svetlo. Rôzne pigmenty absorbujú rôzne vlnové dĺžky. Týmito pigmentmi sú chlorofyl, karotenoidy a fykobilíny.

Karotenoidy dávajú žlté a oranžové farby prítomné v rastlinách. Fycobilíny sa nachádzajú v cyanobaktériách a červených riasach.

Chlorofyl je považovaný za hlavný fotosyntetický pigment. Táto molekula má dlhý hydrofóbny uhľovodíkový chvost, ktorý ju udržuje pripojenú k tylakoidovej membráne. Okrem toho má porfyrínový kruh, ktorý obsahuje atóm horčíka. V tomto krúžku sa absorbuje svetelná energia.

Existujú rôzne typy chlorofylu. Chlorofyl a je pigment, ktorý najpriamejšie zasahuje pri ľahkých reakciách. Chlorofyl b absorbuje svetlo s rôznou vlnovou dĺžkou a prenáša túto energiu na chlorofyl a.

V chloroplaste sa nachádza približne trikrát viac chlorofylu a ako chlorofylu b.

Mechanizmus

-Photosystems

Molekuly chlorofylu a ďalšie pigmenty sú usporiadané vnútri tylakoidu na fotosyntetické jednotky.

Každá fotosyntetická jednotka pozostáva z 200 až 300 molekúl chlorofylu a, malého množstva chlorofylu b, karotenoidov a proteínov. Existuje oblasť nazývaná reakčné centrum, čo je miesto, ktoré využíva svetelnú energiu.

Obrázok: Svetelná fáza fotosyntézy. Autor: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

Ostatné prítomné pigmenty sa nazývajú anténne komplexy. Majú funkciu zachytávania a odovzdávania svetla do reakčného centra.

Existujú dva typy fotosyntetických jednotiek, ktoré sa nazývajú fotosystémy. Líšia sa tým, že ich reakčné centrá sú spojené s rôznymi proteínmi. Spôsobujú mierny posun v ich absorpčných spektrách.

Vo fotosystéme I má chlorofyl a spojený s reakčným centrom absorpčný pík 700 nm (P ₇₀₀ ). Vo fotosystéme II sa absorpčný pík vyskytuje pri 680 nm (P ₆₈₀ ).

-Photolysis

Počas tohto procesu dochádza k rozkladu molekuly vody. Zúčastňuje sa fotosystém II. Fotón svetla zasiahne molekulu P ₆₈₀ a poháňa elektrón na vyššiu úroveň energie.

Vzrušené elektróny sú prijímané molekulou feofytínu, čo je medziproduktový akceptor. Následne prechádzajú tylakoidovou membránou, kde sú akceptované molekulou plastochinónu. Elektróny sa nakoniec prenesú do P ₇₀₀ fotosystému I.

Elektróny, ktoré sa vzdali P _680, sú nahradené inými z vody. Na štiepenie molekuly vody je potrebný proteín obsahujúci mangán (proteín Z).

Keď H ₂ O je prerušené , dva protóny (H ⁺ ) a kyslík sú uvoľnené. _{Aby sa uvoľnila} jedna molekula kyslíka, je potrebné štiepiť dve molekuly vody .

-Photophosphorylation

V závislosti od smeru toku elektrónov existujú dva typy fotofosforylácie.

Necyklická fotofosforylácia

Sú do nich zapojené obidva fotosystémy I a II. Nazýva sa to necyklické, pretože tok elektrónov ide iba jedným smerom.

Keď sú molekuly chlorofylu excitované, elektróny sa pohybujú cez transportný reťazec elektrónov.

Začína sa vo fotosystéme I, keď je fotón svetla absorbovaný molekulou P ₇₀₀ . Budený elektrón sa prenesie do primárneho akceptora (Fe-S) obsahujúceho železo a sulfid.

Potom ide na molekulu ferredoxínu. Následne elektrón prechádza na transportnú molekulu (FAD). Takto sa získa molekula NADP ^+, ktorá ju redukuje na NADPH.

Elektróny prenesené pomocou fotosystému II pri fotolýze nahradia elektróny prenesené pomocou P ₇₀₀ . K tomu dochádza prostredníctvom transportného reťazca tvoreného pigmentmi obsahujúcimi železo (cytochrómy). Ďalej sú zahrnuté plastocyaníny (proteíny, ktoré obsahujú meď).

Počas tohto procesu sa produkujú molekuly NADPH aj ATP. Pri tvorbe ATP zasahuje enzým ATPsyntetáza.

Cyklická fotofosforylácia

Vyskytuje sa iba vo fotosystéme I. Keď sú molekuly reakčného centra P ₇₀₀ excitované, elektróny sú prijímané molekulou _P430 .

Následne sa elektróny začlenia do transportného reťazca medzi dvoma fotosystémami. V procese sa vytvárajú molekuly ATP. Na rozdiel od non-cyklický fotofosforylace, NADPH sa nevyrába a O ₂ nie je uvoľnená .

Na konci procesu prenosu elektrónov sa vracajú do reakčného centra fotosystému I. Z tohto dôvodu sa nazýva cyklická fotofosforylácia.

Konečné výrobky

Na konci ľahké fázy, O ₂ sa uvoľňuje do okolitého prostredia ako vedľajší produkt fotolýzou. Tento kyslík vychádza do atmosféry a používa sa pri dýchaní aeróbnych organizmov.

Ďalšie konečný produkt z ľahkej fázy je NADPH, koenzým (časť non-proteín enzýmu), ktorá sa bude podieľať na fixáciu CO ₂ počas Calvin cyklu (tmavé fáza fotosyntézy).

ATP je nukleotid používaný na získanie potrebnej energie potrebnej v metabolických procesoch živých bytostí. To sa spotrebúva pri syntéze glukózy.

Referencie

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi a J Minagaza (2016) Fotoreceptor modrej svetlo sprostredkuje reguláciu spätnej väzby fotosyntézy. Náture 537: 563-566.
2. Salisbury F a C Ross (1994) Plant Physiology. Grupo Editorial Iberoamérica. Mexico DF. 759 pp.
3. Solomon E, L Berg a D Martín (1999) Biology. Piate vydanie. MGraw-Hill Interamericana Editori. Mexico DF. 1237 pp.
4. Stearn K (1997) Úvodná biológia rastlín. Nakladatelia WC Brown. Účely. 570 pp.
5. Yamori W, T Shikanai a A Makino (2015) Cyklický tok elektrónov fotosystémom I cez komplex NADH dehydrogenázy podobný chloroplastu NADH dehydrogenáza plní fyziologickú úlohu pri fotosyntéze pri slabom osvetlení. Nature Scientific Report 5: 1-12.