FOTOSINTĒZES VIEGLĀ FĀZE: MEHĀNISMS UN PRODUKTI - BIOLOĢIJA - 2025

Vieglā fāzē Fotosintēzes ir tā, ka daļa no fotosintētiski process, kas prasa klātbūtni gaismas. Tādējādi gaisma ierosina reakcijas, kuru rezultātā daļa gaismas enerģijas tiek pārveidota ķīmiskajā enerģijā.

Bioķīmiskās reakcijas notiek hloroplastu tireoīdos, kur tiek atrasti fotosintētiski pigmenti, kurus ierosina gaisma. Tie ir hlorofils a, hlorofils b un karotinoīdi.

Gaismas fāze un tumšā fāze. Maulucioni, no Wikimedia Commons

Lai notiktu no gaismas atkarīgas reakcijas, nepieciešami vairāki elementi. Ir nepieciešams gaismas avots redzamajā spektrā. Tāpat nepieciešama ūdens klātbūtne.

Fotosintēzes vieglās fāzes gala produkts ir ATP (adenozīna trifosfāta) un NADPH (nikotinamīda adenīna dinukleotīda fosfāta) veidošanās. Šīs molekulas tiek izmantotas kā enerģijas avots CO ₂ fiksēšanai tumšajā fāzē. Tāpat šajā fāzē izdalās O _{2, kas} ir H ₂ O molekulas sabrukšanas produkts .

Prasības

Lai fotosintēzē varētu notikt no gaismas atkarīgas reakcijas, ir nepieciešama izpratne par gaismas īpašībām. Tāpat ir jāzina iesaistīto pigmentu uzbūve.

Gaismas

Gaismai ir gan viļņu, gan daļiņu īpašības. Enerģija nonāk uz Zemes no saules dažāda garuma viļņu veidā, kas pazīstams kā elektromagnētiskais spektrs.

Apmēram 40% gaismas, kas sasniedz planētu, ir redzamā gaisma. Tas ir atrodams viļņu garumā no 380 līdz 760 nm. Tas ietver visas varavīksnes krāsas, katrai no tām ir raksturīgs viļņa garums.

Visefektīvākie fotosintēzes viļņu garumi ir no violetas līdz zilai (380–470 nm) un no sarkanoranžā līdz sarkanai (650–780 nm).

Gaismai ir arī daļiņu īpašības. Šīs daļiņas sauc par fotoniem, un tās ir saistītas ar noteiktu viļņa garumu. Katra fotona enerģija ir apgriezti proporcionāla tā viļņa garumam. Jo īsāks viļņa garums, jo lielāka enerģija.

Kad molekula absorbē gaismas enerģijas fotonu, tiek aktivizēts viens no tā elektroniem. Elektrons var atstāt atomu, un to var uztvert akceptora molekula. Šis process notiek fotosintēzes vieglajā fāzē.

Pigmenti

Tylakoid membrānā (hloroplasta struktūra) ir dažādi pigmenti ar spēju absorbēt redzamo gaismu. Dažādi pigmenti absorbē dažādus viļņu garumus. Šie pigmenti ir hlorofils, karotinoīdi un fikobilīni.

Karotinoīdi piešķir dzelteno un oranžo krāsu augos. Fikobilīni ir atrodami zilaļģēs un sarkanās aļģēs.

Hlorofils tiek uzskatīts par galveno fotosintētisko pigmentu. Šai molekulai ir gara hidrofobiska ogļūdeņraža aste, kas to tur piestiprinātu pie tiroidālas membrānas. Turklāt tam ir porfirīna gredzens, kas satur magnija atomu. Šajā gredzenā tiek absorbēta gaismas enerģija.

Ir dažādi hlorofila veidi. Hlorofils a ir pigments, kas vistiešāk iejaucas gaismas reakcijās. Hlorofils b absorbē gaismu dažādos viļņu garumos un pārnes šo enerģiju uz hlorofilu a.

Hloroplastā ir atrodams apmēram trīs reizes vairāk hlorofila a nekā hlorofilā b.

Mehānisms

-Fotosistēmas

Hlorofila molekulas un citi pigmenti tireoidā tiek sakārtoti fotosintēzes vienībās.

Katru fotosintēzes vienību veido 200-300 hlorofila a molekulas, neliels daudzums hlorofila b, karotinoīdi un olbaltumvielas. Ir zona, ko sauc par reakcijas centru, kas ir vieta, kur tiek izmantota gaismas enerģija.

Attēls: fotosintēzes gaismas fāze. Autors: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

Pārējos klāt esošos pigmentus sauc par antenu kompleksiem. Viņiem ir funkcija uztvert un nodot gaismu reakcijas centram.

Ir divu veidu fotosintētiskās vienības, ko sauc par fotosistēmām. Viņi atšķiras ar to, ka viņu reakcijas centri ir saistīti ar dažādiem proteīniem. Tie izraisa nelielu absorbcijas spektra maiņu.

I fotosistēmā ar reakcijas centru saistītā hlorofila a absorbcijas maksimums ir 700 nm (P ₇₀₀ ). II fotosistēmā absorbcijas maksimums notiek pie 680 nm (P ₆₈₀ ).

-Fotolīze

Šī procesa laikā notiek ūdens molekulas sadalīšanās. Piedalās fotosistēma II. Gaismas fotons sit pa P ₆₈₀ molekulu un virza elektronu uz augstāku enerģijas līmeni.

Uzbudinātos elektronus saņem feofitīna molekula, kas ir starpposma akceptors. Pēc tam tie šķērso tireoidālo membrānu, kur tos pieņem plastohinona molekula. Elektroni beidzot tiek pārnesti uz I fotosistēmas P ₇₀₀ .

Elektronus, no kuriem atteicās P ₆₈₀ , no ūdens aizstāj citi. Ūdens molekulas sadalīšanai nepieciešams mangānu saturošs proteīns (proteīns Z).

Sadalot H ₂ O, izdalās divi protoni (H ⁺ ) un skābeklis. Lai _atbrīvotos viena O ₂ molekula, ir jāšķeļ divas ūdens molekulas .

-Fotofosforilēšana

Atkarībā no elektronu plūsmas virziena, ir divi fotofosforilēšanas veidi.

Necikliska fotofosforilēšana

Tajā ir iesaistīta gan I, gan II fotosistēma. To sauc par neciklisku, jo elektronu plūsma iet tikai vienā virzienā.

Kad notiek hlorofila molekulu ierosme, elektroni pārvietojas caur elektronu transportēšanas ķēdi.

Tas sākas I fotosistēmā, kad gaismas fotonu absorbē P ₇₀₀ molekula . Uzbudinātais elektrons tiek pārnests uz primāro akceptoru (Fe-S), kas satur dzelzi un sulfīdu.

Tad tas nonāk pie ferredoksīna molekulas. Pēc tam elektrons nonāk transporta molekulā (FAD). Tas dod to NADP ⁺ molekulai, kas to samazina līdz NADPH.

Elektroni, ko fotolīzē pārsūtījusi II fotosistēma, aizstās tos, kurus nodod ar P ₇₀₀ . Tas notiek caur transporta ķēdi, ko veido dzelzi saturoši pigmenti (citohromi). Turklāt ir iesaistīti platocianīni (olbaltumvielas, kas satur varu).

Šī procesa laikā tiek ražotas gan NADPH, gan ATP molekulas. ATP veidošanā iejaucas enzīms ATPsyntetase.

Cikliskā fotofosforilēšana

Tas notiek tikai I fotosistēmā. Kad P ₇₀₀ reakcijas centra molekulas ir satrauktas, elektronus uztver P ₄₃₀ molekula .

Pēc tam elektroni tiek iekļauti transporta ķēdē starp abām fotosistēmām. Šajā procesā tiek ražotas ATP molekulas. Atšķirībā no necikliskas fotofosforilēšanas NADPH netiek ražots un O ₂ netiek atbrīvots .

Elektronu pārvadāšanas procesa beigās viņi atgriežas I fotosistēmas reakcijas centrā. Šī iemesla dēļ to sauc par ciklisku fotofosforilēšanu.

Galaprodukti

Gaismas fāzes beigās O ₂ izdalās vidē kā fotolīzes blakusprodukts. Šis skābeklis iziet atmosfērā un tiek izmantots aerobo organismu elpošanai.

Vēl viens gaišās fāzes galaprodukts ir NADPH, koenzīms (ne-olbaltumvielu enzīma daļa), kas piedalīsies CO ₂ fiksācijā Kalvina cikla laikā (fotosintēzes tumšā fāze).

ATP ir nukleotīds, ko izmanto dzīvās būtnes metabolisma procesos nepieciešamās enerģijas iegūšanai. Tas tiek patērēts glikozes sintēzē.

Atsauces

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi un J Minagaza (2016) Zilās gaismas fotoreceptoru starpnieks ir fotosintēzes atgriezeniskās saites regulēšana. Daba 537: 563-566.
2. Salisbury F and C Ross (1994) Augu fizioloģija. Grupo Editorial Iberoamérica. Meksika DF. 759 lpp.
3. Zālamans E, L Bergs un D Martins (1999) Bioloģija. Piektais izdevums. MGraw-Hill Interamericana Editores. Meksika DF. 1237 lpp.
4. Stearn K (1997) Ievada augu bioloģija. WC Brown izdevēji. LIETOŠANA. 570 lpp.
5. Yamori W, T Shikanai un A Makino (2015) Fotosistēmas I cikliskā elektronu plūsma caur hloroplastu NADH dehidrogenāzei līdzīgu kompleksu veic fizioloģisku lomu fotosintēzē pie zema apgaismojuma. Dabas zinātniskais ziņojums 5: 1-12.