FOTOSYSTÉMY: KOMPONENTY, PREVÁDZKA A TYPY - BIOLÓGIE - 2026

Tieto Fotosystémy sú funkčné jednotky fotosyntetického procesu. Sú definované ich formami asociácie a konkrétnou organizáciou fotosyntetických pigmentov a proteínových komplexov schopných absorbovať a transformovať svetelnú energiu v procese, ktorý zahŕňa prenos elektrónov.

Sú známe dva typy fotosystémov, ktoré sa nazývajú fotosystémy I a II z dôvodu poradia, v akom boli objavené. Fotosystém I má veľmi vysoké množstvo chlorofylu a v porovnaní s množstvom chlorofylu b, zatiaľ čo fotosystém II má veľmi podobné množstvo obidvoch fotosyntetických pigmentov.

Schéma fotosystému I. Vybraté a upravené: Pisum.

Fotosystémy sa nachádzajú v tylakoidných membránach fotosyntetických organizmov, ako sú rastliny a riasy. Nachádza sa tiež v cyanobaktériách.

chloroplasty

Chloroplasty sú sférické alebo predĺžené organely s priemerom asi 5 um, ktoré obsahujú fotosyntetické pigmenty. Vo vnútri sa vyskytuje fotosyntéza v rastlinných bunkách.

Sú obklopené dvoma vonkajšími membránami a vo vnútri obsahujú vakovité štruktúry, tiež obklopené dvoma membránami, ktoré sa nazývajú tylakoidy.

Tylakoidy sú naskladané a tvoria skupinu, ktorá dostáva meno grana, zatiaľ čo tekutina, ktorá obklopuje tylakoidy, sa nazýva stroma. Thylakoidy sú navyše obklopené membránou nazývanou lúmen, ktorá vymedzuje intrathylakoidný priestor.

Konverzia svetelnej energie na chemickú energiu počas fotosyntézy nastáva vo vnútri membrán tylakoidov. Na druhej strane, produkcia a skladovanie uhľohydrátov v dôsledku fotosyntézy sa vyskytuje v stróme.

Fotosyntetické pigmenty

Sú to proteíny schopné absorbovať svetelnú energiu, aby ju mohli použiť počas fotosyntetického procesu, sú úplne alebo čiastočne viazané na tylakoidovú membránu. Pigmentom, ktorý sa priamo podieľa na svetelných reakciách fotosyntézy, je chlorofyl.

V rastlinách existujú dva hlavné typy chlorofylu, ktoré sa nazývajú chlorofyly a a b. Avšak v niektorých riasach môžu byť prítomné iné typy chlorofylu, ako napríklad c a d, posledne uvedené sa vyskytujú iba v niektorých červených riasach.

Existujú aj ďalšie fotosyntetické pigmenty, ako sú karotény a xantofyly, ktoré spolu tvoria karotenoidy. Tieto pigmenty sú izoprenoidy obvykle zložené zo štyridsiatich atómov uhlíka. Karotény sú nekysličené karotenoidy, zatiaľ čo xantofyly sú okysličené pigmenty.

U rastlín sa na svetelných reakciách priamo podieľa iba chlorofyl a. Zostávajúce pigmenty priamo neabsorbujú svetelnú energiu, ale pôsobia ako doplnkové pigmenty prenášaním energie zachytenej zo svetla na chlorofyl a. Týmto spôsobom sa zachytí viac energie, ako dokáže zachytiť iba chlorofyl.

fotosyntéza

Fotosyntéza je biologický proces, ktorý umožňuje rastlinám, riasam a niektorým baktériám využívať energiu, ktorá pochádza zo slnečného žiarenia. Týmto procesom rastliny využívajú svetelnú energiu na premenu atmosférického oxidu uhličitého a vody získanej z pôdy na glukózu a kyslík.

Svetlo spôsobuje komplexný rad oxidačných a redukčných reakcií, ktoré umožňujú premenu svetelnej energie na chemickú energiu potrebnú na dokončenie procesu fotosyntézy. Fotosystémy sú funkčnými jednotkami tohto procesu.

Komponenty fotosystémov

Anténny komplex

Skladá sa z veľkého počtu pigmentov, vrátane stoviek molekúl chlorofylu aa ešte väčšieho množstva doplnkových pigmentov, ako aj fykobilínov. Komplexná anténa umožňuje absorpciu veľkého množstva energie.

Funguje to ako lievik alebo ako anténa (odtiaľ jeho názov), ktorá zachytáva energiu zo slnka a premieňa ju na chemickú energiu, ktorá sa prenáša do reakčného centra.

Vďaka prenosu energie získava molekula chlorofylu v reakčnom centre oveľa viac energie svetla, ako by získala sama. Tiež, ak molekula chlorofylu dostane príliš veľa svetla, mohla by sa fotooxidovať a rastlina by zomrela.

Reakčné centrum

Je to komplex tvorený molekulami chlorofylu, molekula známa ako primárny elektrónový receptor a početné proteínové podjednotky, ktoré ich obklopujú.

fungovanie

Molekula chlorofylu prítomná v reakčnom centre, ktorá iniciuje svetelné reakcie fotosyntézy, obyčajne neprijíma fotóny priamo. Doplnkové pigmenty, ako aj niektoré chlorofyly a molekuly prítomné v anténnom komplexe, prijímajú svetelnú energiu, ale priamo ju nepoužívajú.

Táto energia absorbovaná anténnym komplexom sa prenáša do chlorofylu a reakčného centra. Zakaždým, keď je molekula chlorofylu aktivovaná, uvoľní energizovaný elektrón, ktorý je potom absorbovaný primárnym elektrónovým receptorom.

V dôsledku toho sa primárny akceptor zníži, zatiaľ čo chlorofyl a regeneruje svoj elektrón vďaka vode, ktorá pôsobí ako konečný elektrónový uvoľňovač, a kyslík sa získava ako vedľajší produkt.

druhy

Fotosystém I

Nachádza sa na vonkajšom povrchu tylakoidnej membrány a okrem chlorofylu a a karotenoidov má malé množstvo chlorofylu b.

Chlorofyl a v reakčnom centre lepšie absorbuje vlnové dĺžky 700 nanometrov (nm), preto sa nazýva P700 (pigment 700).

Vo fotosystéme I pôsobí ako konečný akceptor elektrónov skupina proteínov zo skupiny ferrodoxínov - sulfid železa.

Fotosystém II

Pôsobí ako prvý v procese premeny svetla na fotosyntézu, ale objavil sa po prvom fotosystéme. Nachádza sa na vnútornom povrchu tylakoidnej membrány a má vyššie množstvo chlorofylu b ako fotosystém I. Obsahuje tiež chlorofyl a, fycobilíny a xantofyly.

V tomto prípade chlorofyl a v reakčnom centre lepšie absorbuje vlnovú dĺžku 680 nm (P680) a nie vlnovú dĺžku 700 nm ako v predchádzajúcom prípade. Konečným akceptorom elektrónov v tomto fotosystéme je chinón.

Schéma fotosystému II. Prevzaté a upravené: Pôvodná práca bola Kaidor. ,

Vzťah medzi fotosystémami I a II

Fotosyntetický proces vyžaduje oba fotosystémy. Prvým fotosystémom, ktorý účinkuje, je II, ktorý absorbuje svetlo, a tak sú elektróny v chlorofyle reakčného centra vzrušené a akceptory primárneho elektrónu ich zachytávajú.

Elektróny vzrušené ľahkým cestovaním do fotosystému I cez reťazec prenosu elektrónov nachádzajúci sa v tylakoidovej membráne. Toto premiestnenie spôsobuje pokles energie, ktorý umožňuje transport iónov vodíka (H +) cez membránu smerom k lúmenu tylakoidov.

Transport vodíkových iónov poskytuje energetický rozdiel medzi lúmenovým priestorom tylakoidov a stromom chloroplastov, ktorý slúži na tvorbu ATP.

Chlorofyl v reakčnom centre fotosystému I prijíma elektrón pochádzajúci z fotosystému II. Elektrón môže pokračovať v cyklickom elektrónovom transporte okolo fotosystému I alebo môže byť použitý na vytvorenie NADPH, ktorý je potom transportovaný do Calvinovho cyklu.

Referencie

1. MW nabory (2004). Úvod do botaniky. Pearson Education, Inc.
2. Photosystem. Na Wikipédii. Obnovené z en.wikipedia.org.
3. Fotosystém I, na Wikipédii. Obnovené z en.wikipedia.org.
4. Fotosyntéza - Fotosystémy I a II. Obnovené zo stránky britannica.com.
5. B. Andersson a LG Franzen (1992). Fotosystémy kyslíkovej fotosyntézy. In: L. Ernster (Ed.). Molekulárne mechanizmy v bioenergetike. Vydavateľstvá Elvieser Science.
6. EM Yahia, A. Carrillo-López, GM Barrera, H. Suzán-Azpiri a MQ Bolaños (2019). Kapitola 3 - Fotosyntéza. Pozberová fyziologia a biochémia ovocia a zeleniny.