ФОТОСИСТЕМЫ: СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ, ПРИНЦИП РАБОТЫ И ВИДЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

В фотосистемах являются функциональными единицами фотосинтетического процесса. Они определяются их формами ассоциации и особой организацией фотосинтетических пигментов и белковых комплексов, способных поглощать и преобразовывать световую энергию в процессе, который включает перенос электронов.

Известны два типа фотосистем, названные фотосистемами I и II из-за порядка, в котором они были обнаружены. Фотосистема I имеет очень высокое количество хлорофилла а по сравнению с количеством хлорофилла b, в то время как фотосистема II имеет очень похожие количества обоих фотосинтетических пигментов.

Схема фотосистемы I. Взято и отредактировано по ссылке: Pisum.

Фотосистемы расположены в тилакоидных мембранах фотосинтезирующих организмов, таких как растения и водоросли. Их также можно найти у цианобактерий.

Хлоропласты

Хлоропласты представляют собой сферические или удлиненные органеллы диаметром около 5 мкм, содержащие фотосинтетические пигменты. Внутри него в растительных клетках происходит фотосинтез.

Они окружены двумя внешними мембранами, а внутри содержат мешковидные структуры, также окруженные двумя мембранами, называемыми тилакоидами.

Тилакоиды уложены друг на друга, образуя группу, которая получила название грана, а жидкость, которая окружает тилакоиды, называется стромой. Кроме того, тилакоиды окружены мембраной, называемой просветом, которая ограничивает внутритилакоидное пространство.

Преобразование световой энергии в химическую энергию во время фотосинтеза происходит внутри мембран тилакоидов. С другой стороны, производство и хранение углеводов в результате фотосинтеза происходит в стромах.

Фотосинтетические пигменты

Это белки, способные поглощать световую энергию для использования ее в процессе фотосинтеза, они полностью или частично связаны с тилакоидной мембраной. Пигмент, непосредственно участвующий в световых реакциях фотосинтеза, - хлорофилл.

В растениях есть два основных типа хлорофилла, которые называются хлорофиллами а и b. Однако в некоторых водорослях могут присутствовать другие типы хлорофилла, такие как c и d, последний присутствует только в некоторых красных водорослях.

Существуют и другие фотосинтетические пигменты, такие как каротины и ксантофиллы, которые вместе составляют каротиноиды. Эти пигменты представляют собой изопреноиды, обычно состоящие из сорока атомов углерода. Каротины - это не кислородсодержащие каротиноиды, а ксантофиллы - это кислородсодержащие пигменты.

У растений только хлорофилл а принимает непосредственное участие в световых реакциях. Остальные пигменты не поглощают непосредственно световую энергию, а действуют как вспомогательные пигменты, передавая энергию, захваченную от света, хлорофиллу а. Таким образом улавливается больше энергии, чем может уловить один хлорофилл.

фотосинтез

Фотосинтез - это биологический процесс, который позволяет растениям, водорослям и некоторым бактериям использовать энергию солнечного света. Благодаря этому процессу растения используют световую энергию для преобразования атмосферного углекислого газа и воды, получаемой из почвы, в глюкозу и кислород.

Свет вызывает сложную серию реакций окисления и восстановления, которые позволяют преобразовывать световую энергию в химическую энергию, необходимую для завершения процесса фотосинтеза. Фотосистемы являются функциональными единицами этого процесса.

Компоненты фотосистем

Антенный комплекс

Он состоит из большого количества пигментов, в том числе сотен молекул хлорофилла и даже большего количества дополнительных пигментов, а также фикобилинов. Сложная антенна позволяет поглощать большое количество энергии.

Он работает как воронка или как антенна (отсюда и ее название), которая улавливает энергию солнца и преобразует ее в химическую энергию, которая передается в реакционный центр.

Благодаря передаче энергии молекула хлорофилла а в реакционном центре получает гораздо больше световой энергии, чем она могла бы получить сама по себе. Кроме того, если молекула хлорофилла получает слишком много света, она может подвергнуться фотоокислению, и растение погибнет.

Центр реакции

Это комплекс, состоящий из молекул хлорофилла А, молекулы, известной как первичный электронный рецептор, и множества окружающих их белковых субъединиц.

Функционирование

Как правило, молекула хлорофилла, присутствующая в реакционном центре и инициирующая световые реакции фотосинтеза, не принимает фотоны напрямую. Вспомогательные пигменты, а также некоторые молекулы хлорофилла а, присутствующие в антенном комплексе, получают световую энергию, но не используют ее напрямую.

Эта энергия, поглощенная антенным комплексом, передается хлорофиллу а реакционного центра. Каждый раз, когда молекула хлорофилла А активируется, она высвобождает заряженный электрон, который затем поглощается первичным электронным рецептором.

Как следствие, первичный акцептор восстанавливается, в то время как хлорофилл а восстанавливает свой электрон благодаря воде, которая действует как конечный освободитель электронов, а кислород получается как побочный продукт.

Типы

Фотосистема I

Он находится на внешней поверхности тилакоидной мембраны и содержит небольшое количество хлорофилла b, помимо хлорофилла а и каротиноидов.

Хлорофилл а в реакционном центре лучше поглощает волны длиной 700 нанометров (нм), поэтому его называют P700 (пигмент 700).

В фотосистеме I группа белков ферродоксиновой группы - сульфид железа - действует как конечные акцепторы электронов.

Фотосистема II

Сначала он действует в процессе преобразования света в фотосинтез, но он был открыт после первой фотосистемы. Он находится на внутренней поверхности тилакоидной мембраны и имеет большее количество хлорофилла b, чем фотосистема I. Он также содержит хлорофилл а, фикобилины и ксантофиллы.

В этом случае хлорофилл а в реакционном центре лучше поглощает длину волны 680 нм (P680), а не длину волны 700 нм, как в предыдущем случае. Конечным акцептором электронов в этой фотосистеме является хинон.

Схема фотосистемы II. Взято и отредактировано по ссылке: Оригинальная работа Кайдора. ,

Связь между фотосистемами I и II

Фотосинтетический процесс требует обеих фотосистем. Первая фотосистема, которая действует, - это II, которая поглощает свет, поэтому электроны в хлорофилле реакционного центра возбуждаются, а первичные акцепторы электронов захватывают их.

Электроны, возбужденные светом, перемещаются в фотосистему I через цепь переноса электронов, расположенную в тилакоидной мембране. Это смещение вызывает падение энергии, которое позволяет переносить ионы водорода (H +) через мембрану к просвету тилакоидов.

Транспорт ионов водорода обеспечивает разность энергий между просветом тилакоидов и стромой хлоропласта, которая служит для генерации АТФ.

Хлорофилл в реакционном центре фотосистемы I получает электрон, исходящий от фотосистемы II. Электрон может продолжать циклический перенос электронов вокруг фотосистемы I или использоваться для образования НАДФН, который затем переносится в цикл Кальвина.

Ссылки

1. MW Nabors (2004). Введение в ботанику. Pearson Education, Inc.
2. Фотосистемы. В Википедии. Восстановлено с en.wikipedia.org.
3. Фотосистема I, В Википедии. Восстановлено с en.wikipedia.org.
4. Фотосинтез - Фотосистемы I и II. Получено с britannica.com.
5. Б. Андерссон и Л. Г. Францен (1992). Фотосистемы кислородного фотосинтеза. В: Л. Эрнстер (Ред.). Молекулярные механизмы в биоэнергетике. Издательство Elvieser Science.
6. Е. М. Яхия, А. Каррильо-Лопес, Г. М. Баррера, Х. Сузан-Аспири и М. К. Боланьос (2019). Глава 3 - Фотосинтез. Послеуборочная физиология и биохимия фруктов и овощей.