ЛЕГКА ФАЗА ФОТОСИНТЕЗУ: МЕХАНІЗМ ТА ПРОДУКТИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Легка фаза фотосинтезу є те , що частина фотосинтетичного процесу , який вимагає присутності світла. Таким чином, світло ініціює реакції, які призводять до перетворення частини світлової енергії в хімічну енергію.

Біохімічні реакції відбуваються в тилакоїдах хлоропластів, де виявляються фотосинтетичні пігменти, збуджені світлом. Це хлорофіл a, хлорофіл b і каротиноїди.

Світла фаза і темна фаза. Maulucioni, з Вікісховища

Для виникнення світлозалежних реакцій потрібно кілька елементів. Джерело світла у видимому спектрі необхідне. Так само необхідна наявність води.

Кінцевим продуктом легкої фази фотосинтезу є утворення АТФ (аденозинтрифосфат) та НАДФН (нікотинамід-аденінудинуклеотидфосфат). Ці молекули використовуються як джерело енергії для фіксації CO ₂ у темній фазі. Так само під час цієї фази виділяється O ₂ - продукт розпаду молекули H ₂ O.

Вимоги

Для того, щоб у фотосинтезі відбувалися залежно від світла реакції, потрібно розуміти властивості світла. Так само необхідно знати структуру пігментів, що беруть участь.

Світло

Світло має як хвильові, так і часткові властивості. Енергія надходить на Землю від сонця у вигляді хвиль різної довжини, відомих як електромагнітний спектр.

Близько 40% світла, яке досягає планети, - це видиме світло. Це виявляється в довжинах хвиль між 380-760 нм. Він включає всі кольори веселки, кожен з характерною довжиною хвилі.

Найбільш ефективні довжини хвиль для фотосинтезу - від фіолетового до синього (380-470 нм) та від червоно-оранжевого до червоного (650-780 нм).

Світло також має властивості частинок. Ці частинки називаються фотонами, і вони пов'язані з певною довжиною хвилі. Енергія кожного фотона обернено пропорційна його довжині хвилі. Чим коротша довжина хвилі, тим вища енергія.

Коли молекула поглинає фотон світлової енергії, один з її електронів заряджається енергією. Електрон може покинути атом і бути прийнятим молекулою акцептора. Цей процес відбувається у легкій фазі фотосинтезу.

Пігменти

У тилакоїдної мембрані (структура хлоропласта) є різні пігменти зі здатністю поглинати видиме світло. Різні пігменти поглинають різну довжину хвилі. Ці пігменти - це хлорофіл, каротиноїди та фікобіліни.

Каротиноїди надають жовтому та помаранчевому кольорам, присутнім у рослин. Фікобіліни містяться в ціанобактеріях та червоних водоростях.

Хлорофіл вважається основним фотосинтетичним пігментом. Ця молекула має довгий гідрофобний вуглеводневий хвіст, який тримає її прикріпленою до тилакоїдної мембрани. Крім того, у нього є порфіринове кільце, яке містить атом магнію. Світлова енергія поглинається цим кільцем.

Існують різні види хлорофілу. Хлорофіл a - це пігмент, який найбільш безпосередньо втручається у світлові реакції. Хлорофіл b поглинає світло з різною довжиною хвилі і передає цю енергію хлорофілу a.

У хлоропласті виявлено приблизно втричі більше хлорофілу a, ніж хлорофілу b.

Механізм

-Фотосистеми

Молекули хлорофілу та інші пігменти організовані в межах тилакоїду в фотосинтетичні одиниці.

Кожна фотосинтетична одиниця складається з 200-300 молекул хлорофілу, невеликої кількості хлорофілу b, каротиноїдів та білків. Існує зона, яка називається реакційним центром, що є ділянкою, яка використовує енергію світла.

Зображення: легка фаза фотосинтезу. Автор: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

Інші присутні пігменти називаються антенними комплексами. Вони мають функцію захоплення та пропускання світла до реакційного центру.

Існує два типи фотосинтетичних одиниць, які називаються фотосистемами. Вони відрізняються тим, що їх реакційні центри пов'язані з різними білками. Вони викликають невеликий зсув у своїх спектрах поглинання.

У фотосистемі I хлорофіл, пов'язаний з реакційним центром, має пік поглинання 700 нм (P ₇₀₀ ). У фотосистемі II пік поглинання відбувається на рівні 680 нм (P ₆₈₀ ).

-Фотоліз

Під час цього процесу відбувається розпад молекули води. Фотосистема II бере участь. Фотон світла вражає молекулу Р ₆₈₀ і приводить електрон до більш високого рівня енергії.

Збуджені електрони отримують молекулою феофітину, який є проміжним акцептором. Згодом вони перетинають тилакоїдну мембрану там, де їх приймає молекула пластохінону. Електрони остаточно переносяться на P ₇₀₀ фотосистеми I.

Електрони, які були віддані P ₆₈₀ , замінюються іншими з води. Для розщеплення молекули води необхідний вміст марганцю білка (білка Z).

При порушенні Н ₂ О виділяються два протони (Н ⁺ ) і кисень. Для _{вивільнення} однієї молекули O _{2 потрібно} дві молекули води .

-Фотофосфорилювання

Існує два типи фотофосфорилювання залежно від напрямку потоку електронів.

Нециклічне фотофосфорилювання

У ній беруть участь обидві фотосистеми I і II. Його називають нециклічним, оскільки потік електронів йде лише в одному напрямку.

Коли відбувається збудження молекул хлорофілу, електрони рухаються по ланцюгу транспорту електронів.

Він починається у фотосистемі I, коли фотон світла поглинається молекулою Р ₇₀₀ . Збуджений електрон переноситься на первинний акцептор (Fe-S), що містить залізо та сульфід.

Потім він переходить до молекули ферредоксину. Згодом електрон переходить до транспортної молекули (FAD). Це дає йому молекулу NADP ^+, яка зводить її до NADPH.

Електрони, передані фотосистемою II при фотолізі, замінять передані P ₇₀₀ . Це відбувається через транспортний ланцюг, що складається з залізовмісних пігментів (цитохромів). Крім того, беруть участь пластоціаніни (білки, які присутні мідь).

Під час цього процесу утворюються як молекули НАДФ, так і АТФ. Для утворення АТФ втручається фермент АТФсинтетаза.

Циклічне фотофосфорилювання

Це відбувається лише у фотосистемі I. Коли молекули реакційного центру Р ₇₀₀ збуджуються, електрони приймаються молекулою Р ₄₃₀ .

Згодом електрони включаються в транспортний ланцюг між двома фотосистемами. У процесі виробляються молекули АТФ. На відміну від нециклічного фотофосфорилювання, НАДФН не виробляється і O ₂ не виділяється .

В кінці процесу перенесення електронів вони повертаються до реакційного центру фотосистеми I. З цієї причини його називають циклічним фотофосфорилюванням.

Кінцеві продукти

Після закінчення світлової фази O ₂ вивільняється у навколишнє середовище як побічний продукт фотолізу. Цей кисень виходить в атмосферу і використовується при диханні аеробних організмів.

Іншим кінцевим продуктом світлової фази є НАДФН, кофермент (частина небілкового ферменту), який буде брати участь у фіксації СО ₂ під час циклу Кальвіна (темна фаза фотосинтезу).

АТФ - нуклеотид, який використовується для отримання необхідної енергії, необхідної в обмінних процесах живих істот. Це споживається при синтезі глюкози.

Список літератури

1. Петроутсос Д. Р Токуцу, С Маруяма, С Флорі, А Грейнер, Л Магнескі, Л Кузан, Т Котке. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi та J Minagaza (2016) Фоторецептор синього світла опосередковує регуляцію зворотного зв'язку фотосинтезу. Природа 537: 563-566.
2. Salisbury F and C Ross (1994) Фізіологія рослин. Grupo Редакція Iberoamérica. Мексика DF. 759 с.
3. Соломон Е, Л Берг і Д Мартін (1999) Біологія. П’яте видання. MGraw-Hill Interamericana Editores. Мексика DF. 1237 pp.
4. Stearn K (1997) Вступна біологія рослин. Видавництво WC Brown. ВИКОРИСТАННЯ. 570 pp.
5. Yamori W, T Shikanai та A Makino (2015) Фотосистема I циклічного потоку електронів через хлоропласт NADH-дегідрогеназний комплекс виконує фізіологічну роль для фотосинтезу при слабкому освітленні. Природний науковий звіт 5: 1-12.