ФОТОСИСТЕМИ: КОМПОНЕНТИ, ЕКСПЛОАТАЦИЯ И ВИДОВЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

На photosystems са функционални единици на фотосинтетичния процес. Те се определят от техните форми на свързване и особена организация на фотосинтетични пигменти и протеинови комплекси, способни да абсорбират и трансформират светлинната енергия в процес, който включва прехвърлянето на електрони.

Известни са два вида фотосистеми, наречени фотосистеми I и II поради реда, в който са открити. Фотосистемата I има много големи количества хлорофил в сравнение с количеството хлорофил b, докато фотосистемата II има много сходни количества от двата фотосинтетични пигмента.

Диаграма на Фотосистема I. Взета и редактирана от: Pisum.

Фотосистемите са разположени в тилакоидните мембрани на фотосинтетични организми като растения и водорасли. Те могат да бъдат намерени и в цианобактерии.

хлоропласти

Хлоропластите са сферични или удължени органели с диаметър около 5 цт, които съдържат фотосинтетични пигменти. Вътре в него се извършва фотосинтеза в растителните клетки.

Те са заобиколени от две външни мембрани, а вътре съдържат сакообразни структури, също заобиколени от две мембрани, наречени тилакоиди.

Тилакоидите са подредени, образувайки група, която получава името грана, докато течността, която заобикаля тилакоидите, се нарича строма. Освен това тилакоидите са заобиколени от мембрана, наречена лумен, която ограничава интратилакоидното пространство.

Преобразуването на светлинната енергия в химическа енергия по време на фотосинтезата се случва в мембраните на тилакоидите. От друга страна, производството на и съхранение на въглехидрати в резултат на фотосинтезата се случва в стромите.

Фотосинтетични пигменти

Те са протеини, способни да абсорбират светлинна енергия, за да я използват по време на фотосинтетичния процес, те са изцяло или частично свързани с тилакоидната мембрана. Пигментът, пряко участващ в светлинните реакции на фотосинтезата, е хлорофил.

Има два основни типа хлорофил в растенията, наречени хлорофили a и b. В някои водорасли обаче могат да присъстват други видове хлорофил, като c и d, като последният присъства само в някои червени водорасли.

Има и други фотосинтетични пигменти като каротини и ксантофили, които заедно съставляват каротеноиди. Тези пигменти са изопреноиди, обикновено съставени от четиридесет въглеродни атома. Каротините са не-оксигенирани каротеиноиди, докато ксантофилите са оксигенирани пигменти.

В растенията само хлорофилът a участва пряко в светлинните реакции. Останалите пигменти не абсорбират директно светлинната енергия, но действат като допълнителни пигменти, като предават енергията, улавяна от светлина, към хлорофил a. По този начин се улавя повече енергия, отколкото хлорофилът сам би могъл да улови.

фотосинтеза

Фотосинтезата е биологичен процес, който позволява на растенията, водораслите и някои бактерии да се възползват от енергията, която идва от слънчевата светлина. Чрез този процес растенията използват светлинна енергия, за да трансформират атмосферния въглероден диоксид и водата, получена от почвата, в глюкоза и кислород.

Светлината предизвиква сложна серия от реакции на окисляване и редукция, които позволяват превръщането на светлинната енергия в химическа енергия, необходима за завършване на процеса на фотосинтеза. Фотосистемите са функционалните звена на този процес.

Компоненти на фотосистемите

Антенен комплекс

Той е съставен от голям брой пигменти, включително стотици хлорофилни молекули a и още по-големи количества пигменти за аксесоари, както и фикобилини. Сложната антена позволява да се абсорбира голямо количество енергия.

Тя работи като фуния или като антена (оттук и името й), която улавя енергията от слънцето и я превръща в химическа енергия, която се прехвърля в реакционния център.

Благодарение на прехвърлянето на енергия хлорофилът, молекула в реакционния център, получава много повече светлинна енергия, отколкото би придобила сама. Също така, ако молекулата на хлорофила получи твърде много светлина, тя може да фотоокисли и растението ще умре.

Реакционен център

Това е комплекс, съставен от хлорофил молекули, молекула, известна като първичен електронен рецептор, и множество протеинови субединици, които ги заобикалят.

Функциониращ

Обикновено молекулата на хлорофила, присъстваща в реакционния център и която инициира светлинните реакции на фотосинтезата, не получава директно фотони. Аксесоарните пигменти, както и някои хлорофилни молекули, присъстващи в антенния комплекс, получават светлинната енергия, но не я използват директно.

Тази енергия, погълната от антенния комплекс, се прехвърля в хлорофила а на реакционния център. Всеки път, когато хлорофил молекула се активира, той отделя енергизиран електрон, който след това се абсорбира от първичния електронен рецептор.

В резултат на това първичният акцептор се намалява, докато хлорофилът a възстановява своя електрон благодарение на водата, която действа като краен освободител на електрон и кислородът се получава като страничен продукт.

Видове

Фотосистема I

Той се намира на външната повърхност на тилакоидната мембрана и има ниско количество хлорофил b, в допълнение към хлорофил а и каротеноиди.

Хлорофилът a в реакционния център поглъща по-добре дължината на вълната от 700 нанометра (nm), поради което се нарича P700 (пигмент 700).

Във фотосистемата I група протеини от групата на феродоксин - железен сулфид - действат като крайни приемници на електрон.

Фотосистема II

Той действа първо в процеса на преобразуване на светлината във фотосинтеза, но е открит след първата фотосистема. Той се намира на вътрешната повърхност на тилакоидната мембрана и има по-голямо количество хлорофил b от фотосистемата I. Съдържа също хлорофил а, фикобилини и ксантофили.

В този случай хлорофилът a в реакционния център по-добре абсорбира дължината на вълната 680 nm (P680), а не дължината на вълната от 700 nm, както в предишния случай. Крайният акцептор на електрон в тази фотосистема е хинон.

Фотосистема II диаграма. Взето и редактирано от: Оригиналното произведение е на Кайдор.,

Връзка между фотосистемите I и II

Процесът на фотосинтез изисква и двете фотосистеми. Първата фотосистема, която действа, е II, която поглъща светлина и така електроните в хлорофила на реакционния център се възбуждат и първичните електронни акцептори ги улавят.

Електрони, възбудени от светлина, пътуват до фотосистемата I през електронно-транспортна верига, разположена в тилакоидната мембрана. Това изместване предизвиква спад на енергия, който позволява транспортирането на водородни йони (Н +) през мембраната, към лумена на тилакоидите.

Транспортирането на водородни йони осигурява енергийна разлика между луменното пространство на тилакоидите и стромата на хлоропласта, която служи за генериране на АТФ.

Хлорофилът в реакционния център на фотосистемата I получава електрон, идващ от фотосистемата II. Електронът може да продължи в цикличен транспорт на електрон около фотосистема I или да се използва за образуване на NADPH, който след това се транспортира до цикъла на Калвин.

Препратки

1. MW Nabors (2004). Въведение в ботаниката. Pearson Education, Inc.
2. Фотосистема. В Уикипедия. Възстановено от en.wikipedia.org.
3. Фотосистема I, в Уикипедия. Възстановено от en.wikipedia.org.
4. Фотосинтеза - Фотосистеми I и II. Възстановени от britannica.com.
5. B. Andersson & LG Franzen (1992). Фотосистемите на кислородна фотосинтеза. В: Л. Ернстър (Ред.). Молекулярни механизми в биоенергетиката. Elvieser Science Publishers.
6. EM Yahia, A. Carrillo-López, GM Barrera, H. Suzán-Azpiri & MQ Bolaños (2019). Глава 3 - Фотосинтеза. Физиология и биохимия на плодове и зеленчуци след прибиране на реколтата.