Lichtgevende fase van fotosynthesevereisten, mechanisme en producten

de fase lichtgevend van fotosynthese Het is dat deel van het fotosyntheseproces dat de aanwezigheid van licht vereist. Licht initieert dus reacties die resulteren in de transformatie van een deel van de lichtenergie in chemische energie.

Biochemische reacties komen voor in de chloroplast thylakoïden, waar fotosynthetische pigmenten worden gevonden die worden geëxciteerd door licht. Dit zijn chlorofyl naar, chlorophyl b en de carotenoïden.

Om lichtafhankelijke reacties te laten optreden, zijn verschillende elementen vereist. Een lichtbron is noodzakelijk binnen het zichtbare spectrum. Evenzo is de aanwezigheid van water nodig.

De lichtfase van fotosynthese heeft als een eindproduct de vorming van ATP (adenosine trifosfaat) en NADPH (nicotinamide dinucleotide fosfaat en adenine). Deze moleculen worden gebruikt als energiebron voor CO-fixatie₂ in de donkere fase. Ook wordt tijdens deze fase O vrijgegeven₂, product van de afbraak van het H-molecuul₂O.

index

• 1 Vereisten
  • 1.1 Het licht
  • 1.2 De pigmenten
• 2 Mechanisme
  • 2.1 -Fotosystemen
  • 2.2 -Fololyse
  • 2.3 -Fotofosforylering
• 3 eindproducten
• 4 Referenties

vereisten

Om lichtafhankelijke reacties in fotosynthese te laten optreden, is het noodzakelijk de eigenschappen van licht te begrijpen. Evenzo is het noodzakelijk om de structuur van de betrokken pigmenten te kennen.

Het licht

Licht heeft zowel golf- als deeltjeseigenschappen. De energie bereikt de aarde van de zon in de vorm van golven van verschillende lengten, bekend als het elektromagnetisch spectrum.

Ongeveer 40% van het licht dat de planeet bereikt, is zichtbaar licht. Dit is op golflengten tussen 380-760 nm. Omvat alle kleuren van de regenboog, elk met een karakteristieke golflengte.

De meest efficiënte golflengten voor fotosynthese zijn die van violet naar blauw (380-470 nm) en rood-oranje naar rood (650-780 nm).

Licht heeft ook deeltjeseigenschappen. Deze deeltjes worden fotonen genoemd en zijn geassocieerd met een specifieke golflengte. De energie van elk foton is omgekeerd evenredig met zijn golflengte. Hoe korter de golflengte, hoe meer energie.

Wanneer een molecuul een foton van lichtenergie absorbeert, wordt een van zijn elektronen geactiveerd. Het elektron kan het atoom verlaten en worden ontvangen door een acceptormolecuul. Dit proces vindt plaats in de lichte fase van fotosynthese.

De pigmenten

In het thylakoid membraan (chloroplaststructuur) zijn er verschillende pigmenten met het vermogen om zichtbaar licht te absorberen. De verschillende pigmenten absorberen verschillende golflengten. Deze pigmenten zijn chlorofyl, carotenoïden en phycobilins.

De carotenoïden geven de gele en oranje kleuren in de planten. De phycobilins worden gevonden in cyanobacteriën en rode algen.

Chlorofyl wordt beschouwd als het belangrijkste fotosynthetische pigment. Dit molecuul heeft een lange hydrofobe koolwaterstofstaart, die het gebonden houdt aan het thylakoid membraan. Daarnaast heeft het een porfyrinering die een magnesiumatoom bevat. In deze ring wordt de lichtenergie geabsorbeerd.

Er zijn verschillende soorten chlorofyl. chlorophyl naar het is het pigment dat directer ingrijpt in lichtreacties. chlorophyl b absorbeert licht met een andere golflengte en draagt ​​deze energie over aan chlorofyl naar.

In de chloroplast is ongeveer drie keer meer chlorofyl naar wat chlorofyl b.

mechanisme

-fotosystemen

Chlorofylmoleculen en andere pigmenten zijn georganiseerd in het thylakoid in fotosynthetische eenheden.

Elke fotosynthetische eenheid bestaat uit 200-300 chlorofylmoleculen naar, kleine hoeveelheden chlorofyl b, carotenoïden en eiwitten. Het presenteert een gebied dat het reactiecentrum wordt genoemd, wat de site is die gebruik maakt van lichtenergie.

De andere aanwezige pigmenten worden antenne-complexen genoemd. Ze hebben de functie om licht te vangen en door te geven aan het reactiecentrum.

Er zijn twee soorten fotosynthetische eenheden, fotosystemen genoemd. Ze verschillen in dat hun reactiecentra zijn geassocieerd met verschillende eiwitten. Ze veroorzaken een kleine verschuiving in hun absorptiespectra.

In fotosysteem I, chlorofyl naar geassocieerd met het reactiecentrum heeft een absorptiepiek van 700 nm (p₇₀₀). In fotosysteem II treedt de absorptiepiek op bij 680 nm (Blz₆₈₀).

-fotolyse

Tijdens dit proces vindt de breuk van het watermolecuul plaats. Neem deel aan fotosysteem II. Een foton van licht treft het molecuul P₆₈₀ en drijft een elektron naar een hoger niveau van energie.

Opgewonden elektronen worden ontvangen door een pheophytinemolecuul, dat een tussenacceptor is. Vervolgens kruisen ze het thylakoïdemembraan waar ze worden geaccepteerd door een plastoquinonmolecuul. De elektronen worden uiteindelijk overgebracht naar de P₇₀₀ van het fotosysteem I.

De elektronen die werden overgedragen door de P₆₈₀ ze worden vervangen door anderen uit het water. Een eiwit dat mangaan (Z-eiwit) bevat, is vereist om het watermolecuul te breken.

Wanneer de H breekt₂Of er worden twee protonen vrijgegeven (H⁺) en zuurstof. Het vereist dat twee watermoleculen worden gesplitst om een ​​O-molecuul vrij te maken₂.

-fotofosforylatie

Er zijn twee soorten fotofosforylatie, afhankelijk van de richting van de elektronenstroom.

Niet-cyclische fotofosforylering

Zowel fotosysteem I en II zijn erbij betrokken. Het wordt niet-cyclisch genoemd omdat de stroom van elektronen in één richting gaat.

Wanneer de excitatie van de chlorofylmoleculen plaatsvindt, zullen de elektronen door een elektronentransportketen bewegen.

Het begint in fotosysteem I wanneer een foton van licht wordt geabsorbeerd door een molecuul P₇₀₀. Het geëxciteerde elektron wordt overgebracht naar een primaire acceptor (Fe-S) die ijzer en zwavel bevat.

Daarna gaat het over op een molecuul ferredoxine. Vervolgens gaat het elektron naar een transporter-molecuul (FAD). Dit levert het op voor een molecuul NADP⁺ dat reduceert het tot NADPH.

De elektronen geleverd door het fotosysteem II in de fotolyse zullen die vervangen door de P vervangen₇₀₀. Dit gebeurt via een transportketen gevormd door pigmenten die ijzer bevatten (cytochromen). Daarnaast zijn plastocyanines (eiwitten die koper hebben) betrokken.

Tijdens dit proces worden zowel NADPH- als ATP-moleculen geproduceerd. Het enzym ATPsintetase is betrokken bij de vorming van ATP.

Cyclische fosforylatie

Het komt alleen voor in het fotosysteem I. Wanneer de moleculen van het reactiecentrum P₇₀₀ zijn opgewonden, de elektronen worden ontvangen door een molecuul P₄₃₀.

Vervolgens worden de elektronen opgenomen in de transportketen tussen de twee fotosystemen. In het proces worden ATP-moleculen geproduceerd. In tegenstelling tot niet-cyclische fotofosforylering, wordt noch NADPH geproduceerd noch vrijgegeven.₂.

Aan het einde van het elektronentransportproces keren ze terug naar het reactiecentrum van fotosysteem I. Daarom wordt het cyclische fotofosforylatie genoemd..

Eindproducten

Aan het einde van de lichte fase wordt O vrijgegeven₂ naar de omgeving als een bijproduct van fotolyse. Deze zuurstof komt vrij in de atmosfeer en wordt gebruikt voor de ademhaling van aerobe organismen.  

Een ander eindproduct van de lichte fase is NADPH, een co-enzym (onderdeel van een niet-eiwitenzym) dat zal deelnemen aan de fixatie van CO₂ tijdens de Calvin-cyclus (donkere fase van fotosynthese).

ATP is een nucleotide dat wordt gebruikt om de benodigde energie te verkrijgen die nodig is in de metabole processen van levende wezens. Dit wordt verbruikt bij de synthese van glucose.

referenties

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi en J Minagaza (2016) Een blauwlicht fotoreceptor bemiddelt de feedbackregulatie van fotosynthese. Nature 537: 563-566.
2. Salisbury F en Ross C (1994) Plantenfysiologie. Iberoamerica Editorial Group. Mexico, DF. 759 pp.
3. Solomon E, L Berg en D Martín (1999) Biology. Vijfde editie. MGraw-Hill Interamericana-editors. Mexico-stad 1237 pp.
4. Stearn K (1997) Introductie plantbiologie. WC Brown Publishers. USA. 570 pp.
5. Yamori W, T Shikanai en A Makino (2015) Fotosystemen I cyclische elektronenstroom via chloroplast Het NADH dehydrogenase-achtige complex vervult een fysiologische rol bij fotosynthese bij weinig licht. Nature Scientific Report 5: 1-12.