СВЕТОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА: МЕХАНИЗМ И ПРОДУКТЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Легкая фаза фотосинтеза является то , что часть фотосинтетического процесса , который требует присутствия света. Таким образом, свет инициирует реакции, в результате которых часть световой энергии преобразуется в химическую.

Биохимические реакции происходят в тилакоидах хлоропластов, где обнаруживаются фотосинтетические пигменты, возбуждаемые светом. Это хлорофилл а, хлорофилл b и каротиноиды.

Светлая фаза и темная фаза. Маулучони, из Wikimedia Commons

Для возникновения светозависимых реакций необходимы несколько элементов. Необходим источник света видимого спектра. Точно так же необходимо присутствие воды.

Конечным продуктом легкой фазы фотосинтеза является образование АТФ (аденозинтрифосфата) и НАДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфата). Эти молекулы используются в качестве источника энергии для фиксации CO ₂ в темной фазе. Аналогичным образом, во время этой фазы высвобождается O ₂ , продукт распада молекулы H ₂ O.

Требования

Чтобы происходили светозависимые реакции в фотосинтезе, необходимо понимание свойств света. Точно так же необходимо знать структуру задействованных пигментов.

Свет

Свет имеет как волновые, так и частичные свойства. Энергия поступает на Землю от Солнца в виде волн разной длины, известных как электромагнитный спектр.

Около 40% света, попадающего на планету, составляет видимый свет. Это находится в диапазоне длин волн 380-760 нм. Он включает в себя все цвета радуги, каждый с характерной длиной волны.

Наиболее эффективные длины волн для фотосинтеза - от фиолетового до синего (380–470 нм) и от красно-оранжевого до красного (650–780 нм).

Свет также обладает свойствами частиц. Эти частицы называются фотонами, и они связаны с определенной длиной волны. Энергия каждого фотона обратно пропорциональна его длине волны. Чем короче длина волны, тем выше энергия.

Когда молекула поглощает фотон световой энергии, один из ее электронов получает энергию. Электрон может покинуть атом и быть принят молекулой акцептора. Этот процесс происходит в световой фазе фотосинтеза.

Пигменты

В тилакоидной мембране (структуре хлоропласта) находятся различные пигменты, способные поглощать видимый свет. Разные пигменты поглощают волны разной длины. Эти пигменты - хлорофилл, каротиноиды и фикобилины.

Каротиноиды придают растениям желтый и оранжевый цвета. Фикобилины содержатся в цианобактериях и красных водорослях.

Хлорофилл считается основным фотосинтетическим пигментом. Эта молекула имеет длинный гидрофобный углеводородный хвост, который удерживает ее прикрепленной к тилакоидной мембране. Кроме того, он имеет порфириновое кольцо, содержащее атом магния. В этом кольце поглощается световая энергия.

Есть разные типы хлорофилла. Хлорофилл а - пигмент, который самым непосредственным образом участвует в световых реакциях. Хлорофилл b поглощает свет с другой длиной волны и передает эту энергию хлорофиллу a.

В хлоропласте примерно в три раза больше хлорофилла а, чем хлорофилла b.

Механизм

-Photosystems

Молекулы хлорофилла и другие пигменты организованы внутри тилакоида в фотосинтетические единицы.

Каждая фотосинтетическая единица состоит из 200-300 молекул хлорофилла а, небольшого количества хлорофилла b, каротиноидов и белков. Есть область, называемая реакционным центром, где используется световая энергия.

Изображение: светлая фаза фотосинтеза. Автор: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

Другие присутствующие пигменты называются антенными комплексами. У них есть функция улавливания и передачи света в центр реакции.

Есть два типа фотосинтетических единиц, называемых фотосистемами. Они отличаются тем, что их реакционные центры связаны с разными белками. Они вызывают небольшой сдвиг в спектрах поглощения.

В фотосистеме I хлорофилл а, связанный с реакционным центром, имеет пик поглощения 700 нм (P ₇₀₀ ). В фотосистеме II пик поглощения приходится на 680 нм (P ₆₈₀ ).

-Photolysis

Во время этого процесса происходит распад молекулы воды. Фотосистема II участвует. Фотон света попадает в молекулу P ₆₈₀ и продвигает электрон на более высокий энергетический уровень.

Возбужденные электроны принимаются молекулой феофитина, которая является промежуточным акцептором. Впоследствии они пересекают тилакоидную мембрану, где принимаются молекулой пластохинона. В конце концов электроны переносятся на P ₇₀₀ фотосистемы I.

Электроны, которые были отданы P ₆₈₀ , заменяются другими из воды. Белок, содержащий марганец (белок Z), необходим для расщепления молекулы воды.

Когда H ₂ O разрушается , выделяются два протона (H ⁺ ) и кислород. Для _{высвобождения} одной молекулы O ₂ необходимо отщепить две молекулы воды .

-Photophosphorylation

В зависимости от направления электронного потока существует два типа фотофосфорилирования.

Нециклическое фотофосфорилирование

В нем задействованы обе фотосистемы I и II. Это называется нециклическим, потому что поток электронов идет только в одном направлении.

Когда происходит возбуждение молекул хлорофилла, электроны движутся по цепи переноса электронов.

Он начинается в фотосистеме I, когда фотон света поглощается молекулой P ₇₀₀ . Возбужденный электрон передается первичному акцептору (Fe-S), содержащему железо и сульфид.

Затем переходит к молекуле ферредоксина. Впоследствии электрон переходит к транспортной молекуле (ПТМ). Это дает его молекуле НАДФ ^+, которая восстанавливает его до НАДФН.

Электроны, переносимые фотосистемой II при фотолизе, заменят электроны, переносимые P ₇₀₀ . Это происходит через транспортную цепь, состоящую из железосодержащих пигментов (цитохромов). Кроме того, в этом участвуют пластоцианины (белки, представляющие медь).

Во время этого процесса образуются молекулы НАДФН и АТФ. В образование АТФ вмешивается фермент АТФсинтетаза.

Циклическое фотофосфорилирование

Это происходит только в фотосистеме I. Когда молекулы реакционного центра P ₇₀₀ возбуждены, электроны принимаются молекулой P ₄₃₀ .

Впоследствии электроны включаются в транспортную цепочку между двумя фотосистемами. В процессе производства молекулы АТФ. В отличие от нециклического фотофосфорилирования, НАДФН не продуцируется и О ₂ не выделяется .

По окончании процесса переноса электронов они возвращаются в реакционный центр фотосистемы I. По этой причине это называется циклическим фотофосфорилированием.

Конечные продукты

В конце световой фазы O ₂ выделяется в окружающую среду как побочный продукт фотолиза. Этот кислород уходит в атмосферу и используется для дыхания аэробных организмов.

Другой конечный продукт светлой фазы - НАДФН, кофермент (часть небелкового фермента), который будет участвовать в фиксации CO ₂ во время цикла Кальвина (темная фаза фотосинтеза).

АТФ - это нуклеотид, используемый для получения необходимой энергии, необходимой в метаболических процессах живых существ. Это расходуется на синтез глюкозы.

Ссылки

1. Петроутсос Д. Р. Токуцу, С. Маруяма, С. Флори, А. Грейнер, Л. Магнески, Л. Кусант, Т. Коттке. М. Миттаг, П. Хегеманн, Дж. Финацци и Дж. Минагаза (2016) Фоторецептор синего света опосредует регулирование фотосинтеза с помощью обратной связи. Nature 537: 563-566.
2. Солсбери Ф. и С. Росс (1994) Физиология растений. Grupo Редакционное Ибероамерика. Мексика DF. 759 с.
3. Соломон Э., Л. Берг и Д. Мартин (1999) Биология. Издание пятое. MGraw-Hill Interamericana Editores. Мексика DF. 1237 с.
4. Stearn K (1997) Вводная биология растений. WC Brown Publishers. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ. 570 стр.
5. Ямори В., Т. Шиканаи и А. Макино (2015) Циклический поток электронов фотосистемы I через комплекс, подобный НАДН-дегидрогеназе хлоропласта, выполняет физиологическую роль в фотосинтезе при слабом освещении. Научный отчет о природе 5: 1-12.