ЛЕКА ФАЗА НА ФОТОСИНТЕЗА: МЕХАНИЗЪМ И ПРОДУКТИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На светлата фаза на фотосинтезата е, че част от фотосинтетичния процес, който изисква наличието на светлина. Така светлината инициира реакции, които водят до превръщането на част от светлинната енергия в химическа.

Биохимичните реакции се проявяват в тилакоидите на хлоропласта, където се откриват фотосинтетични пигменти, които се възбуждат от светлина. Това са хлорофил a, хлорофил b и каротеноиди.

Светла фаза и тъмна фаза. Maulucioni, от Wikimedia Commons

Необходими са няколко елемента, за да настъпят светлозависими реакции. Необходим е източник на светлина във видимия спектър. По същия начин е необходимо наличието на вода.

Крайният продукт на светлинната фаза на фотосинтезата е образуването на ATP (аденозин трифосфат) и NADPH (никотинамид аденин динуклеотид фосфат). Тези молекули се използват като източник на енергия за фиксирането на CO ₂ в тъмната фаза. Също така, по време на тази фаза, O ₂ се освобождава, продукт от разграждането на H ₂ O молекулата.

Изисквания

За да се появят зависими от светлината реакции във фотосинтезата, е необходимо разбиране на свойствата на светлината. По същия начин е необходимо да се знае структурата на включените пигменти.

Светлината

Светлината има както свойства на вълната, така и на частиците. Енергията идва на Земята от слънцето под формата на вълни с различна дължина, известни като електромагнитен спектър.

Около 40% от светлината, която достига до планетата, е видима светлина. Това се намира в дължини на вълните между 380-760 nm. Тя включва всички цветове на дъгата, всеки с характерна дължина на вълната.

Най-ефективните дължини на вълните за фотосинтеза са тези от виолетово до синьо (380-470 nm) и от червено-оранжево до червено (650-780 nm).

Светлината има и свойства на частиците. Тези частици се наричат ​​фотони и те са свързани с определена дължина на вълната. Енергията на всеки фотон е обратно пропорционална на неговата дължина на вълната. Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-голяма е енергията.

Когато една молекула абсорбира фотон от светлинна енергия, един от нейните електрони се захранва. Електронът може да напусне атома и да бъде приет от акцепторна молекула. Този процес протича в светлинната фаза на фотосинтезата.

Пигменти

В тилакоидната мембрана (структура на хлоропласта) има различни пигменти със способността да абсорбира видима светлина. Различните пигменти абсорбират различни дължини на вълната. Тези пигменти са хлорофил, каротеноиди и фикобилини.

Каротеноидите придават жълти и оранжеви цветове, присъстващи в растенията. Фикобилините се намират в цианобактерии и червени водорасли.

Хлорофилът се счита за основния фотосинтетичен пигмент. Тази молекула има дълга хидрофобна въглеводородна опашка, която я държи прикрепена към тилакоидната мембрана. В допълнение, той има порфиринов пръстен, който съдържа магнезиев атом. Светлинната енергия се абсорбира в този пръстен.

Има различни видове хлорофил. Хлорофилът a е пигментът, който най-директно се намесва в светлинни реакции. Хлорофил b поглъща светлина с различна дължина на вълната и предава тази енергия на хлорофил a.

В хлоропласта се намира приблизително три пъти повече хлорофил а в сравнение с хлорофила b.

механизъм

-Photosystems

Хлорофилните молекули и останалите пигменти се организират в рамките на тилакоида във фотосинтетични единици.

Всяка фотосинтетична единица се състои от 200-300 хлорофил молекули, малки количества хлорофил b, каротеноиди и протеини. Има зона, наречена реакционен център, която е мястото, което използва светлинна енергия.

Изображение: Светлинна фаза на фотосинтеза. Автор: Somepics.

Останалите налични пигменти се наричат ​​антенни комплекси. Те имат функцията да улавят и пропускат светлина към реакционния център.

Има два типа фотосинтетични единици, наречени фотосистеми. Те се различават по това, че техните реакционни центрове са свързани с различни протеини. Те предизвикват леко изместване в абсорбционните им спектри.

Във фотосистемата I хлорофилът, свързан с реакционния център, има пик на абсорбция от 700 nm (P ₇₀₀). Във фотосистемата II пикът на абсорбция настъпва при 680 nm (P ₆₈₀).

-Photolysis

По време на този процес се получава разпадането на водната молекула. Фотосистема II участва. Фотон светлина удря молекулата Р ₆₈₀ и задвижва електрон до по-високо енергийно ниво.

Възбудените електрони се получават от молекула феофитин, която е междинен акцептор. Впоследствие те преминават през тилакоидната мембрана, където са приети от молекула пластохинон. Накрая електроните се прехвърлят в P ₇₀₀ на фотосистемата I.

Електроните, които бяха предадени от P _680, се заместват от други от водата. За разграждането на водната молекула е необходим манганов съдържащ протеин (протеин Z).

Когато H ₂ O е счупен, два протона (Н ⁺) и кислород се освобождават. Две молекули вода са необходими за разцепване, за _{да се освободи} една молекула O2.

-Photophosphorylation

Има два вида фотофосфорилиране, в зависимост от посоката на потока на електроните.

Нециклично фотофосфорилиране

И двете фотосистеми I и II участват в нея. Нарича се нецикличен, защото потокът от електрони върви само в една посока.

Когато възникне възбуждането на хлорофилните молекули, електроните се движат през електронно-транспортна верига.

Тя започва във фотосистемата I, когато фотон светлина се абсорбира от молекула Р ₇₀₀. Възбуденият електрон се прехвърля в първичен акцептор (Fe-S), съдържащ желязо и сулфид.

След това преминава към молекула на фередоксин. Впоследствие електронът преминава към транспортна молекула (FAD). Това го дава на молекула от NADP ^+, която го редуцира до NADPH.

Електроните, прехвърлени от фотосистемата II при фотолиза, ще заменят прехвърлените от P ₇₀₀. Това става чрез транспортна верига, съставена от пигменти, съдържащи желязо (цитохроми). Освен това участват пластоцианини (протеини, които представят мед).

По време на този процес се получават както NADPH, така и ATP молекули. За образуването на АТФ се намесва ензимът ATPсинтетаза.

Циклично фотофосфорилиране

Тя се среща само във фотосистема I. Когато молекулите на реакционния център Р ₇₀₀ се възбуждат, електроните се получават от молекула Р ₄₃₀.

Впоследствие електроните се включват в транспортната верига между двете фотосистеми. В процеса се получават ATP молекули. За разлика нецикличен photophosphorylation, NADPH не се произвежда и О ₂ не се освобождава.

В края на процеса на пренос на електрон се връщат в реакционния център на фотосистемата I. Поради тази причина се нарича циклично фотофосфорилиране.

Крайни продукти

В края на светлата фаза, O ₂ се освобождава в околната среда като страничен продукт на фотолиза. Този кислород излиза в атмосферата и се използва при дишането на аеробни организми.

Друг краен продукт на светлинната фаза е NADPH, коензим (част от небелтъчен ензим), който ще участва във фиксирането на CO ₂ по време на цикъла на Калвин (тъмна фаза на фотосинтеза).

АТФ е нуклеотид, използван за получаване на необходимата енергия, необходима в метаболитните процеси на живите същества. Това се консумира при синтеза на глюкоза.

Препратки

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi и J Minagaza (2016) Фоторецепторът със синя светлина медиира регулирането на обратната връзка на фотосинтезата. Природа 537: 563-566.
2. Salisbury F and C Ross (1994) Растителна физиология. Grupo Редакция Iberoamérica. Мексико DF. 759 стр.
3. Соломон Е, Л Берг и Д Мартин (1999) Биология. Пето издание. MGraw-Hill Interamericana Editores. Мексико DF. 1237 стр.
4. Stearn K (1997) Въвеждаща растителна биология. WC Brown Publishers. Употреби. 570 стр.
5. Yamori W, T Shikanai и A Makino (2015) Фотосистема I цикличен електронен поток чрез хлоропласт NADH-дехидрогеназа подобен комплекс изпълнява физиологична роля за фотосинтеза при слаба светлина. Природен научен доклад 5: 1-12.