Světelná fáze požadavků fotosyntézy, mechanismu a produktů



fáze světelné fotosyntézy Právě ta část fotosyntetického procesu vyžaduje přítomnost světla. Světlo tedy iniciuje reakce, které vedou k přeměně části světelné energie na chemickou energii.

Biochemické reakce probíhají v chloroplastových tylakoidech, kde se nacházejí fotosyntetické pigmenty, které jsou excitovány světlem. Jedná se o chlorofyl a, chlorofyl b a karotenoidy.

Aby se mohly objevit reakce závislé na světle, je zapotřebí několik prvků. Ve viditelném spektru je nutný světelný zdroj. Podobně je zapotřebí přítomnost vody.

Světelná fáze fotosyntézy má jako konečný produkt tvorbu ATP (adenosintrifosfát) a NADPH (nikotinamiddinukleotid fosfát a adenin). Tyto molekuly se používají jako zdroj energie pro fixaci CO2 v temné fázi. Během této fáze O se také uvolní2, produkt rozpadu molekuly H2O.

Index

  • 1 Požadavky
    • 1.1 Světlo
    • 1.2 Pigmenty
  • 2 Mechanismus
    • 2.1 -Fotografie
    • 2.2 -Fololyza
    • 2.3-Fosforosforylace
  • 3 Konečné produkty
  • 4 Odkazy

Požadavky

Pro reakce závislé na světle, které se objevují ve fotosyntéze, je nutné porozumět vlastnostem světla. Podobně je nutné znát strukturu použitých pigmentů.

Světlo

Světlo má jak vlnové, tak částicové vlastnosti. Energie dosáhne Země od slunce ve formě vln různých délek, známý jako elektromagnetické spektrum.

Přibližně 40% světla, které dopadá na planetu, je viditelné světlo. To je při vlnových délkách 380-760 nm. Zahrnuje všechny barvy duhy, každá s charakteristickou vlnovou délkou.

Nejúčinnější vlnové délky pro fotosyntézu jsou fialové až modré (380-470 nm) a červenooranžové až červené (650-780 nm)..

Světlo má také vlastnosti částic. Tyto částice se nazývají fotony a jsou spojeny se specifickou vlnovou délkou. Energie každého fotonu je nepřímo úměrná jeho vlnové délce. Čím kratší je vlnová délka, tím více energie.

Když molekula absorbuje foton světelné energie, jeden z jeho elektronů je pod napětím. Elektron může opustit atom a být přijat molekulou akceptoru. Tento proces probíhá ve světelné fázi fotosyntézy.

Pigmenty

V tylakoidní membráně (struktura chloroplastů) je několik pigmentů schopných absorbovat viditelné světlo. Různé pigmenty absorbují různé vlnové délky. Tyto pigmenty jsou chlorofyl, karotenoidy a fykobiliny.

Karotenoidy poskytují žluté a oranžové barvy přítomné v rostlinách. Fykobiliny se vyskytují v sinicích a červených řasách.

Chlorofyl je považován za hlavní fotosyntetický pigment. Tato molekula má dlouhý hydrofobní uhlovodíkový ocas, který ji udržuje navázanou na membránu tylakoidu. Navíc má porfyrinový kruh, který obsahuje atom hořčíku. V tomto kruhu je světelná energie absorbována.

Existují různé typy chlorofylu. Chlorofyl a je to pigment, který zasahuje přímo do světelných reakcí. Chlorofyl b absorbuje světlo při jiné vlnové délce a přenáší tuto energii na chlorofyl a.

V chloroplastu je přibližně třikrát více chlorofylu a co chlorofyl b.

Mechanismus

-Fotosystémy

Molekuly chlorofylu a další pigmenty jsou organizovány v tylakoidu ve fotosyntetických jednotkách.

Každá fotosyntetická jednotka se skládá z 200-300 molekul chlorofylu a, malé množství chlorofylu b, karotenoidy a proteiny. Představuje oblast zvanou reakční centrum, které je místem, které využívá světelnou energii.

Ostatní přítomné pigmenty se nazývají anténní komplexy. Mají funkci zachycení a průchodu světla do reakčního centra.

Existují dva typy fotosyntetických jednotek, tzv. Fotosystémy. Liší se tím, že jejich reakční centra jsou spojeny s různými proteiny. Způsobují mírný posun v absorpčním spektru.

Ve fotosystému I, chlorofyl a s reakčním centrem má absorpční pík 700 nm (P700). Ve fotosystému II dochází k absorpčnímu vrcholu při 680 nm (P680).

-Fotolýza

Během tohoto procesu dochází k prasknutí molekuly vody. Účast na fotosystému II. Na molekulu P dopadne foton světla680 a pohání elektron na vyšší úroveň energie.

Vzrušené elektrony jsou přijímány molekulou pheophytinu, což je intermediární akceptor. Následně procházejí tylakoidní membránou, kde jsou přijímány molekulou plastochinonu. Elektrony jsou nakonec přeneseny do P700 fotosystému I.

Elektrony, které byly přeneseny P680 jsou nahrazeny jinými z vody. Protein obsahující mangan (protein Z) je nutný k rozbití molekuly vody.

Když se zlomí H2Nebo se uvolňují dva protony (H+) a kyslíku. To vyžaduje, aby dvě molekuly vody byly štěpeny, aby se uvolnila O molekula2.

-Fotofosforylace

Existují dva typy fotofosforylace podle směru toku elektronů.

Necyklická fotofosforylace

Na tom se podílejí oba fotosystémy I a II. To je voláno non-cyklický, protože tok elektronů jde v jednom směru.

Když dojde k excitaci molekul chlorofylu, elektrony se budou pohybovat elektronovým transportním řetězcem.

Začíná ve fotosystému I, když je foton světla absorbován molekulou P700. Vybuzený elektron je přenesen do primárního akceptoru (Fe-S) obsahujícího železo a síru.

Pak přechází na molekulu ferredoxinu. Následně se elektron dostává do transportní molekuly (FAD). Tím se získá molekula NADP+ , který ji snižuje na NADPH.

Elektrony získané fotosystémem II ve fotolýze nahradí elektrony, které jsou přenášeny P700. K tomu dochází prostřednictvím transportního řetězce tvořeného pigmenty obsahujícími železo (cytochromy). Dále se jedná o plastocyaniny (proteiny, které mají měď).

Během tohoto procesu jsou produkovány jak NADPH, tak ATP molekuly. Enzym ATPsintetáza se podílí na tvorbě ATP.

Cyklická fosforylace

Vyskytuje se pouze ve fotosystému I. Když molekuly reakčního centra P700 jsou excitovány, elektrony jsou přijímány molekulou P430.

Následně jsou elektrony začleněny do transportního řetězce mezi dvěma fotosystémy. V tomto procesu jsou produkovány ATP molekuly. Na rozdíl od necyklické fotofosforylace není ani NADPH produkován ani uvolňován.2.

Na konci procesu transportu elektronů se vrátí do reakčního centra fotosystému I. Proto se nazývá cyklická fotofosforylace..

Konečné produkty

Na konci světelné fáze se O uvolní2 jako vedlejší produkt fotolýzy. Tento kyslík se uvolňuje do atmosféry a používá se při dýchání aerobních organismů.  

Dalším výsledným produktem lehké fáze je NADPH, koenzym (součást neproteinového enzymu), který se bude podílet na fixaci CO2 během Calvinova cyklu (temná fáze fotosyntézy).

ATP je nukleotid používaný k získání potřebné energie potřebné v metabolických procesech živých bytostí. To je spotřebováno při syntéze glukózy.

Odkazy

  1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi a J Minagaza (2016) Modrý fotoreceptor zprostředkovává zpětnovazební regulaci fotosyntézy. Nature 537: 563-566.
  2. Salisbury F a Ross C (1994) Fyziologie rostlin. Redakční skupina Iberoamerica. Mexiko, DF. 759 pp.
  3. Solomon E, L Berg a D Martín (1999) Biologie. Páté vydání. Redaktoři MGraw-Hill Interamericana. Mexico City 1237 pp.
  4. Stearn K (1997) Úvodní biologie rostlin. Vydavatelé WC Brown. USA 570 pp.
  5. Yamori W, T Shikanai a A Makino (2015) Fotosystém I cyklický elektronový tok přes chloroplast Komplex podobný NADH dehydrogenáze plní fyziologickou roli při fotosyntéze při slabém světle. Nature Scientific Report 5: 1-12.