מערכות פוטוס: רכיבים, פעולה וסוגים - ביולוגיה - 2025

Photosystems הן יחידות תפקודיות של תהליך הפוטוסינתזה. הם מוגדרים על ידי צורות ההתאגדות שלהם וארגון מסוים של פיגמנטים פוטוסינתטיים ומתחמי חלבון המסוגלים לקלוט ולהפוך אנרגיית אור, בתהליך הכרוך בהעברת אלקטרונים.

ידועים שני סוגים של מערכות פוטוס, המכונים פוטוסיסטמס I ו- II בגלל הסדר בו התגלו. לפוטו סיסטם I יש כמויות גבוהות מאוד של כלורופיל בהשוואה לכמות הכלורופיל b, בעוד שלמערכת הפוטוסופט II יש כמויות דומות מאוד של שני הפיגמנטים הפוטוסינתטיים.

דיאגרמת הפוטושסטים I צולמה ונערכה מתוך: Pisum.

מערכות פוטוש ממוקמות בקרומי התילקואיד של אורגניזמים פוטוסינתטיים כמו צמחים ואצות. ניתן למצוא אותם גם בציאנובקטריה.

כלורופלסטים

כלורופלסטים הם אברונים כדוריים או מוארכים בקוטר 5 מיקרומטר המכילים פיגמנטים פוטוסינתטיים. בתוכה מתרחשת פוטוסינתזה בתאי צמחים.

הם מוקפים על ידי שני ממברנות חיצוניות ובתוכם הם מכילים מבנים דמויי שק, גם הם מוקפים על ידי שני ממברנות, המכונים תילקואידים.

התילקואידים מוערמים ויוצרים קבוצה המקבלת את השם גרנה ואילו הנוזל שמקיף את התילקואידים נקרא סטרומה. בנוסף, התילקואידים מוקפים על ידי קרום הנקרא לומן התוחם את המרחב האינטל-אקדאי.

ההמרה של אנרגיית האור לאנרגיה כימית במהלך הפוטוסינתזה מתרחשת בתוך הממברנות של התילקואידים. מצד שני, ייצור ואחסון של פחמימות כתוצאה מפוטוסינתזה מתרחשת בשטפות.

פיגמנטים פוטוסינתטיים

הם חלבונים המסוגלים לספוג אנרגיית אור בכדי להשתמש בה בתהליך הפוטוסינתטי, הם קשורים באופן מוחלט או חלקי לקרום התילקואיד. הפיגמנט המעורב ישירות בתגובות האור של הפוטוסינתזה הוא הכלורופיל.

ישנם שני סוגים עיקריים של כלורופיל בצמחים, המכונים כלורופיליות a ו- b. עם זאת, בחלק מהאצות יכולות להיות סוגים אחרים של כלורופיל כמו c ו- d, האחרונים קיימים רק בכמה אצות אדומות.

ישנם פיגמנטים פוטוסינתטיים אחרים כמו קרוטנים וקסנטופילים המרכיבים יחד קרוטנואידים. פיגמנטים אלה הם איזופרנואידים המורכבים בדרך כלל מארבעים אטומי פחמן. קרוטנים הם קרוטאנואידים שאינם מחומצנים ואילו קסנטופילים הם פיגמנטים מחומצן.

בצמחים רק הכלורופיל a מעורב ישירות בתגובות האור. שאר הפיגמנטים אינם סופגים ישירות אנרגיית אור, אלא משמשים כפיגמנטים אביזרים על ידי העברת האנרגיה שנלכדת מאור לכלורופיל א. בדרך זו, נלכד יותר אנרגיה ממה שהכלורופיל בלבד יכול היה לתפוס.

פוטוסינתזה

פוטוסינתזה היא תהליך ביולוגי המאפשר לצמחים, אצות, וחלק מהחיידקים לנצל את האנרגיה שמגיעה מאור השמש. בתהליך זה משתמשים צמחים באנרגיית אור בכדי להפוך את הפחמן הדו-חמצני האטמוספרי והמים המתקבלים מהאדמה לגלוקוז וחמצן.

האור גורם לסדרה מורכבת של תגובות חמצון והפחתה המאפשרות הפיכת אנרגיית אור לאנרגיה כימית הנחוצה להשלמת תהליך הפוטוסינתזה. מערכות פוטוס הן היחידות הפונקציונליות של תהליך זה.

רכיבי מערכות פוטו

מתחם אנטנות

זה מורכב ממספר גדול של פיגמנטים, כולל מאות מולקולות כלורופיל a וכמויות גדולות אף יותר של פיגמנטים אביזרים, כמו גם פיליקולינים. האנטנה המורכבת מאפשרת לספוג כמות גדולה של אנרגיה.

זה עובד כמו משפך או כמו אנטנה (ומכאן שמה) התופס את האנרגיה מהשמש והופך אותה לאנרגיה כימית, המועברת למרכז התגובה.

בזכות העברת האנרגיה, הכלורופיל שמולקולה במרכז התגובה מקבלת אנרגיית אור הרבה יותר ממה שהיא הייתה קונה בכוחות עצמה. כמו כן, אם מולקולת הכלורופיל תקבל יותר מדי אור, היא עלולה פוטוקסידציה והצמח ימות.

מרכז התגובות

זהו מתחם המורכב מכלורופיל, מולקולות, מולקולה המכונה קולטן אלקטרונים ראשוני, ומספר יחידות תת חלבון המקיפות אותם.

תִפקוּד

באופן כללי, מולקולת הכלורופיל הנוכחית במרכז התגובה, ואשר יוזמת את תגובות האור של הפוטוסינתזה, אינה מקבלת פוטונים ישירות. הפיגמנטים האביזרים, כמו גם מעט מולקולות כלורופיל שנמצאות במתחם האנטנה, מקבלים את אנרגיית האור, אך אינם משתמשים בה ישירות.

אנרגיה זו הנספגת על ידי מתחם האנטנה מועברת לכלורופיל א של מרכז התגובה. בכל פעם שמופעלת מולקולה על כלורופיל, היא משחררת אלקטרון מלא אנרגיה שנספג לאחר מכן על ידי הקולטן האלקטרוני הראשוני.

כתוצאה מכך הקולט הראשי מצטמצם ואילו הכלורופיל א 'משחזר את האלקטרון שלו בזכות מים, המשמשים כמשחרר האלקטרונים הסופי, והחמצן מתקבל כתוצר לוואי.

סוגים

מערכת הפוטבול I

הוא נמצא על המשטח החיצוני של הממברנה התילקואידית ויש לו כמות נמוכה של כלורופיל b, בנוסף לכלורופיל א 'וקרוטנואידים.

הכלורופיל א 'במרכז התגובה סופג טוב יותר אורכי גל של 700 ננומטר (ננומטר), וזו הסיבה שהוא מכונה P700 (פיגמנט 700).

במערכת הפוטוסטית I, קבוצת חלבונים מקבוצת פרודוקסין - ברזל סולפיד - פועלים כמקבלי אלקטרונים סופיים.

מערכת הפוטו II

זה פועל תחילה בתהליך הפיכת האור לפוטוסינתזה, אך הוא התגלה לאחר מערכת הצילומים הראשונה. הוא נמצא על פני השטח הפנימיים של הממברנה התילאואידית ויש לו כמות גבוהה יותר של כלורופיל b מאשר מערכת הפסיכום I. הוא מכיל גם כלורופיל א ', פיקובילינים וקסנטופילים.

במקרה זה, הכלורופיל א במרכז התגובה סופג טוב יותר את אורך הגל של 680 ננומטר (P680) ולא את אורך הגל של 700 ננומטר, כמו במקרה הקודם. מקבל האלקטרונים הסופי במערכת תמונות זו הוא קינון.

תרשים של Photosystem II. צולם ונערך מתוך: יצירה מקורית מאת קאידור. .

מערכת יחסים בין מערכות פוטנציאל I ו- II

התהליך הפוטוסינתטי מחייב שתי מערכות פוטושמיות. מערכת הצילומים הראשונה שפועלת היא השנייה, הסופגת אור וכך האלקטרונים בכלורופיל של מרכז התגובה נרגשים ומקבלי האלקטרונים הראשיים לוכדים אותם.

אלקטרונים הנרגשים מהאור נודדים למערכת הפוטו אני דרך שרשרת הובלת אלקטרונים הממוקמת בקרום התילקואיד. תזוזה זו גורמת לירידת אנרגיה המאפשרת הובלת יוני מימן (H +) דרך הממברנה, לכיוון לומן של התילקואידים.

הובלת יוני מימן מספקת הפרש אנרגיה בין חלל הלומן של התילקואידים לסטרומה של הכלורופלסט, המשמשת לייצור ATP.

הכלורופיל במרכז התגובה של מערכת הפוטוס אני מקבל את האלקטרון שמגיע ממערכת הפוטו II. האלקטרון יכול להמשיך בתעבורת אלקטרונים מחזורית סביב מערכת הפוטו 'I, או להשתמש בו ליצירת NADPH, שמועבר אז למחזור קלווין.

הפניות

1. MW Nabors (2004). מבוא לבוטניקה. פירסון חינוך בע"מ
2. מערכת הפוטוש. בויקיפדיה. התאושש מ- en.wikipedia.org.
3. מערכת הפוטוש אני, בוויקיפדיה. התאושש מ- en.wikipedia.org.
4. פוטוסינתזה - צילומי מערכות I ו- II. התאושש מ- britannica.com.
5. B. אנדרסון ו- LG Franzen (1992). מערכות הצילום של פוטוסינתזה חמצן. בתוך: ל. ארנסטר (עורכת). מנגנונים מולקולריים בביואנרגטיקה. מוציאים לאור Elvieser Science.
6. EM Yahia, A. Carrillo-López, GM Barrera, H. Suzán-Azpiri & MQ Bolaños (2019). פרק 3 - פוטוסינתזה. פיזיולוגיה לאחר הקטיף וביוכימיה של פירות וירקות.