Світлова фаза вимог до фотосинтезу, механізм і продукти

The фази світиться фотосинтез Це та частина фотосинтетичного процесу, що вимагає присутності світла. Таким чином, світло ініціює реакції, які призводять до перетворення частини світлової енергії в хімічну.

Біохімічні реакції відбуваються в хлоропластних тилакоидах, де виявляються фотосинтетичні пігменти, які збуджуються світлом. Це хлорофіл a, хлорофіл b і каротиноїди.

Для того, щоб відбувалися залежні від світла реакції, потрібно кілька елементів. Джерело світла необхідно в межах видимого спектру. Крім того, необхідна присутність води.

Світлова фаза фотосинтезу має в якості кінцевого продукту утворення АТФ (аденозинтрифосфат) і НАДФН (нікотинамід динуклеотид фосфат і аденін). Ці молекули використовуються як джерело енергії для фіксації CO₂ у темній фазі. Також під час цієї фази вивільняється O₂, продукт пробою молекули Н₂O.

Індекс

• 1 Вимоги
  • 1.1 Світло
  • 1.2 Пігменти
• 2 Механізм
  • 2.1 -Фотосистеми
  • 2.2 -Фололіз
  • 2.3 - Фотофосфорилювання
• 3 Кінцева продукція
• 4 Посилання

Вимоги

Для світлозалежних реакцій, що відбуваються в фотосинтезі, необхідно розуміти властивості світла. Крім того, необхідно знати структуру залучених пігментів.

Світло

Світло має як хвильові, так і часткові властивості. Енергія досягає Землі від Сонця у вигляді хвиль різної довжини, відома як електромагнітний спектр.

Приблизно 40% світла, що досягає планети, є видимим світлом. Це при довжинах хвиль між 380-760 нм. Включає всі кольори веселки, кожна з характерною довжиною хвилі.

Найбільш ефективними для фотосинтезу є хвилі фіолетового до синього (380-470 нм) і червоно-оранжевого до червоного (650-780 нм).

Світло також має властивості частинок. Ці частинки називаються фотонами і пов'язані з певною довжиною хвилі. Енергія кожного фотона обернено пропорційна його довжині хвилі. Чим коротша довжина хвилі, тим більше енергії.

Коли молекула поглинає фотон світлової енергії, один з її електронів живиться енергією. Електрон може залишити атом і бути отриманий акцепторною молекулою. Цей процес протікає у світлій фазі фотосинтезу.

Пігменти

У тилакоидной мембрані (структурі хлоропластів) є кілька пігментів з здатністю поглинати видиме світло. Різні пігменти поглинають різні довжини хвиль. Такими пігментами є хлорофіл, каротиноїди і фікобіліни.

Каротиноїди дають жовтий і оранжевий кольори, що присутні в рослинах. Фікобіліни знаходяться в ціанобактеріях і червоних водоростях.

Хлорофіл вважається головним фотосинтетичним пігментом. Ця молекула має довгий гідрофобний вуглеводневий хвіст, який утримує його в тілакоидной мембрані. Крім того, він має порфириновое кільце, яке містить атом магнію. У цьому кільці поглинається світлова енергія.

Існують різні типи хлорофілу. Хлорофіл a це пігмент, який безпосередньо втручається у світлові реакції. Хлорофіл b поглинає світло на різній довжині хвилі і передає цю енергію в хлорофіл a.

У хлоропластах приблизно в три рази більше хлорофілу a який хлорофіл b.

Механізм

-Фотосистеми

Молекули хлорофілу та інші пігменти організовані в межах тилакоида в фотосинтетичних ланках.

Кожна фотосинтетична одиниця складається з 200-300 молекул хлорофілу a, невеликі кількості хлорофілу b, каротиноїди і білки. Вона являє собою область, звана реакційним центром, який є ділянкою, що використовує світлову енергію.

Інші наявні пігменти називаються антенними комплексами. Вони мають функцію захоплення і проходження світла до реакційного центру.

Існує два типи фотосинтетичних ланок, які називаються фотосистемами. Вони відрізняються тим, що їх реакційні центри пов'язані з різними білками. Вони викликають невеликий зсув їх спектрів поглинання.

У фотосистемі I, хлорофіл a пов'язаний з реакційним центром має пік поглинання 700 нм (P₇₀₀). У фотосистемі II пік поглинання відбувається при 680 нм (P₆₈₀).

-Фотоліз

Під час цього процесу відбувається розрив молекули води. Участь у фотосистемі II. Фотон світла потрапляє в молекулу Р₆₈₀ і приводить електрон до більш високого рівня енергії.

Збуджені електрони отримують молекулою феофитина, яка є проміжним акцептором. Згодом вони перетинають мембрану тилакоидов, де вони приймаються молекулою пластохінону. Електрони остаточно переносяться на Р₇₀₀ фотосистеми I.

Електрони, які були передані P₆₈₀ вони замінюються іншими з води. Білок, що містить марганець (Z-білок), необхідний для розриву молекули води.

При розриві Н₂Або, звільняються два протони (H⁺) і кисню. Вона вимагає відщеплення двох молекул води для вивільнення молекули О₂.

-Фотофосфорилювання

Існує два типи фотофосфорилирования, відповідно до напрямку електронного потоку.

Нециклічне фотофосфорилювання

У ній беруть участь як фотосистема I, так і II. Вона називається нециклічною, оскільки потік електронів йде в одному напрямку.

Коли відбувається збудження молекул хлорофілу, електрони рухатимуться через транспортну ланцюг електронів.

Вона починається в фотосистемі I, коли фотон світла поглинається молекулою Р₇₀₀. Збуджений електрон переноситься на первинний акцептор (Fe-S), що містить залізо і сірку.

Потім вона переходить до молекули ферредоксину. Згодом електрон переходить до молекули транспортера (FAD). Це дає його молекулі NADP⁺ що зменшує його до NADPH.

Електрони, отримані фотосистемою II у фотолізі, замінять ті, які передаються P₇₀₀. Це відбувається через транспортний ланцюг, утворений пігментами, що містять залізо (цитохроми). Крім того, залучаються пластоціаніни (білки, що мають мідь).

Під час цього процесу як NADPH, так і молекули АТФ виробляються. Фермент ATPsintetase бере участь у формуванні АТФ.

Циклічне фосфорилювання

Це відбувається тільки в фотосистемі I. При молекулах реакційного центру Р₇₀₀ збуджуються, електрони отримують молекулою Р₄₃₀.

Згодом електрони включені в транспортний ланцюжок між двома фотосистемами. У цьому процесі виробляються молекули АТФ. На відміну від нециклічного фотофосфорилювання, NADPH не продукується і не вивільняється.₂.

Наприкінці процесу переносу електронів вони повертаються в реакційний центр фотосистеми I. Тому його називають циклічним фотофосфорилированием..

Кінцеві продукти

Наприкінці світлової фази вивільняється O₂ до середовища як побічний продукт фотолізу. Цей кисень викидається в атмосферу і використовується при диханні аеробних організмів.  

Іншим кінцевим продуктом легкої фази є NADPH, кофермент (частина небілкового ферменту), який буде брати участь у фіксації CO₂ під час циклу Кальвіна (темна фаза фотосинтезу).

АТФ являє собою нуклеотид, що використовується для отримання необхідної енергії, необхідної в процесах обміну живих істот. Це споживається в синтезі глюкози.

Список літератури

1. Петруцос Д. Р. Токуцу, С. Маруяма, С. Флорі, А. Грейнер, Л. Магнеші, Л. Кусант, Т. Коттке. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi та J Minagaza (2016) Фоторецептор синього світла опосередковує регуляцію зворотного зв'язку фотосинтезу. Nature 537: 563-566.
2. Salisbury F і Ross C (1994) Фізіологія рослин. Редакційна група Iberoamerica. Мексика, DF. 759 с.
3. Соломон Е, Л. Берг і Д. Мартин (1999) Біологія. П'яте видання. Редактори журналу MGraw-Hill Interamericana. Мехіко 1237 с.
4. Stearn K (1997) Вступна біологія рослин. Видавці WC Brown. США 570 с.
5. Yamori W, T Shikanai і A Makino (2015) Фотосистема I циклічного потоку електронів через хлоропласт NADH дегідрогеназоподібний комплекс виконує фізіологічну роль для фотосинтезу при слабкому освітленні. Природний науковий звіт 5: 1-12.