שלב אור בפוטוסינתזה: מנגנון ומוצרים - ביולוגיה - 2025

שלב האור של הפוטוסינתזה היא חלק מתהליך הפוטוסינתזה הדורש נוכחות של אור. כך, האור יוזם תגובות שגורמות להפיכת חלק מאנרגיית האור לאנרגיה כימית.

תגובות ביוכימיות מתרחשות בתירוקואידים כלורופלסטים, שם נמצאים פיגמנטים פוטוסינתטיים הנרגשים מאור. אלה כלורופיל א ', כלורופיל ב' וקרוטנואידים.

שלב אור ושלב אפל. Maulucioni, מ- Wikimedia Commons

מספר אלמנטים נדרשים בכדי להתרחש תגובות תלויות אור. יש צורך במקור אור בתוך הספקטרום הנראה לעין. כמו כן, יש צורך בנוכחות מים.

התוצר הסופי של שלב האור של הפוטוסינתזה הוא היווצרות של ATP (אדנוזין טריפוספט) ו- NADPH (ניקוטין אדנין דינוקלוטיד פוספט). מולקולות אלה משמשות כמקור אנרגיה לקיבוע של CO ₂ בשלב האפל. באופן דומה, במהלך שלב זה משוחרר O ₂ , תוצר של פירוק מולקולת H ₂ O.

דרישות

על מנת שתגובות תלויות אור בפוטוסינתזה יתקיימו, נדרשת הבנה של תכונות האור. כמו כן, יש צורך לדעת את מבנה הפיגמנטים המעורבים.

האור

לאור יש תכונות גל וחלקיקים כאחד. אנרגיה מגיעה לכדור הארץ מהשמש בצורה של גלים באורכים שונים, המכונים הספקטרום האלקטרומגנטי.

כ- 40% מהאור שמגיע לכוכב הלכת הוא אור גלוי. זה נמצא באורכי גל בין 380-760 ננומטר. הוא כולל את כל צבעי הקשת, לכל אחד מהם אורך גל אופייני.

אורכי הגל היעילים ביותר לפוטוסינתזה הם אלו מסגול לכחול (380-470 ננומטר) ומאד-כתום לאדום (650-780 ננומטר).

לאור יש גם תכונות של חלקיקים. חלקיקים אלה נקראים פוטונים והם קשורים לאורך גל מסוים. האנרגיה של כל פוטון היא ביחס הפוך לאורך הגל שלה. ככל שאורך הגל קצר יותר, האנרגיה גבוהה יותר.

כאשר מולקולה סופגת פוטון של אנרגיית אור, אחד האלקטרונים שלה מופעל. האלקטרון יכול לעזוב את האטום ולהתקבל על ידי מולקולה מקבלת. תהליך זה מתרחש בשלב האור של הפוטוסינתזה.

פיגמנטים

בקרום התילקואיד (מבנה הכלורופלסט) ישנם פיגמנטים שונים עם יכולת לקלוט אור גלוי. פיגמנטים שונים סופגים אורכי גל שונים. פיגמנטים אלה הם כלורופיל, קרוטנואידים ופיקובילינים.

הקרוטנואידים מעניקים את הצבעים הצהובים והכתומים הקיימים בצמחים. הפיקובילינים נמצאים בציאנובקטריה ובאצות אדומות.

הכלורופיל נחשב לפיגמנט הפוטוסינתטי העיקרי. למולקולה זו יש זנב פחמימני הידרופובי ארוך, השומר על חיבורו לקרום התילקואיד. בנוסף יש לו טבעת פורפירין המכילה אטום מגנזיום. אנרגיית אור נספגת בזירה זו.

ישנם סוגים שונים של כלורופיל. כלורופיל a הוא הפיגמנט שמתערב באופן הישיר ביותר בתגובות אור. הכלורופיל ב סופג אור באורך גל שונה ומעביר אנרגיה זו לכלורופיל א.

בכלורופלסט נמצא כלורופיל a בערך פי שלוש מאשר כלורופיל ב.

מַנגָנוֹן

מערכות תמונות

מולקולות כלורופיל ושאר הפיגמנטים מסודרים בתוך התילקואיד ליחידות פוטוסינתטיות.

כל יחידה פוטוסינתטית מורכבת מ 200-300 כלורופיל מולקולות, כמויות קטנות של כלורופיל b, קרוטנואידים וחלבונים. יש אזור שנקרא מרכז התגובה, וזה האתר המשתמש באנרגיית אור.

תמונה: שלב אור בפוטוסינתזה. מחבר: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

שאר הפיגמנטים הקיימים נקראים מתחמי אנטנה. יש להם את הפונקציה של לכידת והעברת האור למרכז התגובה.

ישנם שני סוגים של יחידות פוטוסינתטיות, המכונות מערכות פוטוס. הם נבדלים זה מזה בכך שמרכזי התגובה שלהם קשורים לחלבונים שונים. הם גורמים לשינוי קל בספקטרום הקליטה שלהם.

במערכת הפוטוסטית I, לכלורופיל הקשור למרכז התגובה יש שיא ספיגה של 700 ננומטר (P ₇₀₀ ). במערכת הפוטוסטים II שיא הקליטה מתרחש בגובה 680 ננומטר (P ₆₈₀ ).

-פוטוליזה

במהלך תהליך זה מתרחשת פירוק מולקולת המים. Photosystem II משתתפת. פוטון של אור מכה במולקולת P ₆₈₀ ומניע אלקטרון לרמת אנרגיה גבוהה יותר.

האלקטרונים הנרגשים מתקבלים על ידי מולקולה של פיאופטין, שהיא מקבלת ביניים. בהמשך הם חוצים את הממברנה התילקואיד שם הם מתקבלים על ידי מולקולת פלסטוקווינון. האלקטרונים מועברים סוף סוף ל- P ₇₀₀ של מערכת הפוטוש הראשונה.

האלקטרונים שויתרו על ידי P ₆₈₀ מוחלפים על ידי אחרים מהמים. חלבון המכיל מנגן (חלבון Z) נדרש לפרק מולקולת המים.

כאשר H ₂ O נשבר , משוחררים שני פרוטונים (H ⁺ ) וחמצן. יש למחוק שתי מולקולות מים כדי לשחרר מולקולה אחת של O ₂ .

-פוטופוספורילציה

ישנם שני סוגים של פוטופוספורילציה, בהתאם לכיוון זרימת האלקטרונים.

פוטופוספורילציה לא מחזורית

שתי הפוטוסטיקס I ו- II מעורבות בכך. זה נקרא לא מחזורי מכיוון שזרימת האלקטרונים עוברת בכיוון אחד בלבד.

כאשר מתרחשת עירור של מולקולות הכלורופיל, האלקטרונים עוברים דרך שרשרת הובלת אלקטרונים.

זה מתחיל במערכת הצילום I כאשר פוטון של אור נספג על ידי מולקולת P ₇₀₀ . האלקטרון הנרגש מועבר לקולט ראשוני (Fe-S) המכיל ברזל וסולפיד.

ואז זה ממשיך למולקולה של פרדרוקסין. בהמשך האלקטרון עובר למולקולת תובלה (FAD). זה נותן אותו למולקולה של NADP ⁺ שמפחיתה אותה ל- NADPH.

האלקטרונים המועברים על ידי מערכת הפוטומיזה II בפוטוליזה יחליפו את אלה שהועברו על ידי P ₇₀₀ . זה מתרחש באמצעות שרשרת תובלה המורכבת מפיגמנטים המכילים ברזל (ציטוכרומים). בנוסף, מעורבים פלסטוציאנינים (חלבונים המציגים נחושת).

במהלך תהליך זה, הן מולקולות NADPH והן ATP מיוצרים. ליצירת ATP, האנזים ATPsyntetase מתערב.

פוטופוספורילציה מחזורית

זה מתרחש רק במערכת הפוטוש I. כאשר המולקולות של מרכז התגובה P ₇₀₀ מתרגשות, האלקטרונים מתקבלים על ידי מולקולת P ₄₃₀ .

בהמשך, האלקטרונים משולבים בשרשרת ההובלה בין שתי מערכות הפוטו. בתהליך מיוצרים מולקולות ATP. שלא כמו פוטו-פוספורילציה לא מחזורית, NADPH אינו מיוצר ו- O ₂ לא משתחרר .

בסופו של תהליך הובלת האלקטרונים הם חוזרים למרכז התגובה של מערכת הפוטוס I. מסיבה זו זה נקרא פוטו-פוספורילציה מחזורית.

מוצרים סופיים

בסוף שלב האור, O ₂ משתחרר לסביבה כתוצר לוואי של פוטוליזה. חמצן זה יוצא לאטמוספרה ומשמש בהנשמה של אורגניזמים אירוביים.

תוצר סיום נוסף של שלב האור הוא NADPH, קואנזים (חלק מאנזים שאינו חלבוני) שישתתף בקיבוע של CO ₂ במהלך מחזור קלווין (שלב אפל של פוטוסינתזה).

ATP הוא נוקלאוטיד המשמש להשגת האנרגיה הדרושה בתהליכים המטבוליים של יצורים חיים. זה נצרך בסינתזה של גלוקוזה.

הפניות

1. פטרוטוס ד. ר טוקוצו, ש מרויאמה, ש פלורי, גריינר, ל מגנשי, ל קוסאנט, ט קוטקה. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi ו- J Minagaza (2016) פוטטור אור כחול מתווך את ויסות המשוב של הפוטוסינתזה. טבע 537: 563-566.
2. Salisbury F ו- C Ross (1994) פיזיולוגיה צמחית. Iberoamérica, עורכת גרופ. מקסיקו DF. 759 עמ '.
3. סולומון E, L Berg ו- D Martín (1999) ביולוגיה. מהדורה חמישית. MGraw-Hill Interamericana Editores. מקסיקו DF. 1237 עמ '.
4. Stearn K (1997) ביולוגיה של צמח מבוא. הוצאת WC בראון. שימושים. 570 עמ '.
5. Yamori W, T Shikanai ו- A Makino (2015) מערכת הפוטו-סיסטם I מחזורי אלקטרונים מחזוריים דרך קומפלקס דמוי-הידרוגז NADH דמוי-הידרוגז ממלא תפקיד פיזיולוגי לפוטוסינתזה באור נמוך. דו"ח מדעי הטבע 5: 1-12.