Lysfase af fotosyntese krav, mekanisme og produkter

den fase lysende af fotosyntese Det er den del af fotosyntetisk proces, der kræver lysets tilstedeværelse. Lyset initierer således reaktioner, der resulterer i omdannelsen af ​​en del af lysenergien til kemisk energi.

Biokemiske reaktioner forekommer i chloroplast-thylakoiderne, hvor fotosyntetiske pigmenter findes, der glæder sig af lys. Disse er klorofyl til, klorofyl b og carotenoiderne.

For at der skal forekomme lysafhængige reaktioner, kræves flere elementer. En lyskilde er nødvendig inden for det synlige spektrum. Tilsvarende er tilstedeværelsen af ​​vand nødvendig.

Lysbildningsfasen af ​​fotosyntese har som slutprodukt dannelsen af ​​ATP (adenosintrifosfat) og NADPH (nicotinamid-dinukleotidphosphat og adenin). Disse molekyler anvendes som en energikilde til CO-fixering₂ i den mørke fase. Også i denne fase frigives O₂, produkt af nedbrydning af H-molekylet₂O.

indeks

• 1 krav
  • 1.1 Lyset
  • 1.2 pigmenterne
• 2 mekanisme
  • 2.1-Fotosystemer
  • 2.2 -ololyse
  • 2,3-phosphophosphorylering
• 3 Slutprodukter
• 4 referencer

krav

For lysafhængige reaktioner forekommer i fotosyntese, er det nødvendigt at forstå lysets egenskaber. Ligeledes er det nødvendigt at kende strukturen af ​​de involverede pigmenter.

Lyset

Lys har både bølge- og partikelegenskaber. Energien når jorden fra solen i form af bølger af forskellig længde, kendt som det elektromagnetiske spektrum.

Ca. 40% af lyset, der når planeten, er synligt lys. Dette er ved bølgelængder mellem 380-760 nm. Inkluderer alle regnbuens farver, hver med en karakteristisk bølgelængde.

De mest effektive bølgelængder til fotosyntese er dem fra violet til blåt (380-470 nm) og rød-orange til rødt (650-780 nm).

Lys har også partikelegenskaber. Disse partikler kaldes fotoner og er forbundet med en specifik bølgelængde. Energien af ​​hver foton er omvendt proportional med dens bølgelængde. Jo kortere bølgelængden er, desto mere energi.

Når et molekyle absorberer en foton af lysenergi, bliver en af ​​dets elektroner aktiveret. Elektronen kan forlade atom og modtages af et acceptormolekyle. Denne proces forekommer i lysfasen af ​​fotosyntese.

Pigmenterne

I thylakoidmembranen (chloroplaststruktur) er der flere pigmenter med evnen til at absorbere synligt lys. De forskellige pigmenter absorberer forskellige bølgelængder. Disse pigmenter er chlorophyll, carotenoider og phycobiliner.

Carotenoiderne giver de gule og orange farver til stede i planterne. Phycobiliner fundet i cyanobakterier og rødalger.

Chlorophyll betragtes som det vigtigste fotosyntetiske pigment. Dette molekyle har en lang hydrofob carbonhydridhale, som holder den bundet til thylakoidmembranen. Derudover har den en porfyrinring, der indeholder et magnesiumatom. I denne ring absorberes lysenergien.

Der er forskellige typer af klorofyl. klorofyl til det er pigmentet, der går ind i mere direkte i lysreaktioner. klorofyl b absorberer lys ved en anden bølgelængde og overfører denne energi til klorofyl til.

I chloroplast er ca. tre gange mere klorofyl til hvad klorofyl b.

mekanisme

-photosystems

Klorofylmolekyler og andre pigmenter er organiseret inden for thylakoid i fotosyntetiske enheder.

Hver fotosyntetiske enhed består af 200-300 klorofylmolekyler til, små mængder chlorophyll b, carotenoider og proteiner. Det præsenterer et område kaldet reaktionscenteret, som er stedet, der bruger lysenergi.

De øvrige pigmenter, der hedder, kaldes antennekomplekser. De har funktionen at fange og passere lys til reaktionscentret.

Der er to typer fotosyntiske enheder, kaldet fotosystemer. De adskiller sig i, at deres reaktionscentre er forbundet med forskellige proteiner. De forårsager et lille skift i deres absorptionsspektre.

I fotosystem jeg, chlorophyll til associeret med reaktionscentret har en absorptions-top på 700 nm (P₇₀₀). I fotosystem II forekommer absorptionstoppen ved 680 nm (P₆₈₀).

-fotolyse

Under denne proces forekommer brydningen af ​​vandmolekylet. Deltag i fotosystem II. En foton af lys rammer molekylet P₆₈₀ og driver en elektron til et højere niveau af energi.

Spændte elektroner modtages af et pheophytinmolekyle, som er en mellemliggende acceptor. Derefter krydser de thylakoidmembranen, hvor de accepteres af et plastokinonmolekyle. Elektronerne overføres til sidst til P₇₀₀ af fotosystemet I.

De elektroner, der blev overført af P₆₈₀ de erstattes af andre fra vandet. Et protein indeholdende mangan (Z protein) er nødvendigt for at bryde vandmolekylet.

Når H bryder₂Eller to protoner frigives (H⁺) og ilt. Det kræver, at to vandmolekyler spaltes for at frigøre et O-molekyle₂.

-photophosphorylation

Der er to typer fotophosphorylering i henhold til retningen af ​​elektronstrømmen.

Ikke-cyklisk fotophosphorylering

Både fotosystem I og II er involveret i det. Det kaldes ikke-cyklisk fordi strømmen af ​​elektroner går i en retning.

Når excitering af chlorophylmolekylerne forekommer, vil elektronerne bevæge sig gennem en elektrontransportkæde.

Det starter i fotosystem I, når en foton af lys absorberes af et molekyle P₇₀₀. Den exciterede elektron overføres til en primær acceptor (Fe-S) indeholdende jern og svovl.

Så passerer det til et molekyle af ferredoxin. Derefter går elektronen til et transportmolekyle (FAD). Dette giver det til et molekyle af NADP⁺ det reducerer det til NADPH.

De elektroner, der frembringes af fotosystemet II i fotolysen, vil erstatte dem, der overføres af P₇₀₀. Dette sker gennem en transportkæde dannet af pigmenter indeholdende jern (cytokromer). Derudover er plastocyaniner (proteiner, der har kobber) involveret.

Under denne proces fremstilles både NADPH og ATP molekyler. Enzymet ATPsintetase er involveret i dannelsen af ​​ATP.

Cyclisk phosphorylering

Det forekommer kun i fotosystemet I. Når molekylerne i reaktionscentret P₇₀₀ er begejstret, elektronerne modtages af et molekyle P₄₃₀.

Efterfølgende indbygges elektronerne i transportkæden mellem de to fotosystemer. I processen fremstilles ATP molekyler. I modsætning til ikke-cyklisk fotofosforylering produceres heller ikke NADPH eller frigives.₂.

I slutningen af ​​elektrontransportprocessen vender de tilbage til reaktionscenteret for fotosystem I. Derfor kaldes det cyklisk fotofosforylering..

Slutprodukter

I slutningen af ​​lysfasen frigives O₂ til miljøet som et biprodukt af fotolyse. Dette ilt frigives i atmosfæren og bruges til åndedrætsorganers respiration.  

Et andet slutprodukt af lysfasen er NADPH, et coenzym (del af et ikke-protein enzym), der vil deltage i fikseringen af ​​CO₂ under Calvin-cyklen (mørk fase af fotosyntese).

ATP er et nukleotid, der anvendes til at opnå den nødvendige energi, som kræves i de metaboliske processer hos levende væsener. Dette forbruges i syntesen af ​​glucose.

referencer

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, En Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi og J Minagaza (2016) En blå-lys fotoreceptor medierer feedbackreguleringen af ​​fotosyntese. Nature 537: 563-566.
2. Salisbury F og Ross C (1994) Plant Physiology. Iberoamerica Editorial Group. Mexico, DF. 759 s.
3. Solomon E, L Berg og D Martín (1999) Biologi. Femte udgave. MGraw-Hill Interamericana Editors. Mexico City 1237 s.
4. Stearn K (1997) Indledende plantebiologi. WC Brown Publishers. USA. 570 pp.
5. Yamori W, T Shikanai og A Makino (2015) Photosystem I cyklisk elektronstrøm via chloroplast NADH dehydrogenase-lignende kompleks udfører en fysiologisk rolle for fotosyntese ved lavt lys. Nature Scientific Report 5: 1-12.