ФОТОСИСТЕМИ: КОМПОНЕНТИ, ФУНКЦІОНУВАННЯ ТА ТИПИ - БІОЛОГІЯ - 2025

У фотосистемою є функціональними одиницями фотосинтетичного процесу. Вони визначаються їх формами асоціації та особливою організацією фотосинтетичних пігментів та білкових комплексів, здатних поглинати та перетворювати світлову енергію в процесі, який передбачає перенесення електронів.

Відомі два типи фотосистем, які називаються фотосистемами I та II через порядок їх виявлення. Фотосистема I має дуже високу кількість хлорофілу порівняно з кількістю хлорофілу b, тоді як у фотосистемі II є дуже схожі кількості обох фотосинтетичних пігментів.

Діаграма фотосистеми I. Знято та відредаговано з: Pisum.

Фотосистеми розташовані в тилакоїдних мембранах фотосинтетичних організмів, таких як рослини та водорості. Їх можна також знайти в ціанобактеріях.

Хлоропласти

Хлоропласти - це сферичні або витягнуті органели діаметром близько 5 мкм, які містять фотосинтетичні пігменти. Всередині нього відбувається фотосинтез у клітинах рослин.

Вони оточені двома зовнішніми мембранами, а всередині містять мішкоподібні структури, також оточені двома мембранами, звані тилакоїдами.

Тилакоїди укладаються, утворюючи набір, який отримує назву грана, тоді як рідина, яка оточує тилакоїди, називається стромою. Крім того, тилакоїди оточені мембраною під назвою просвіт, яка обмежує внутрішньолатикоподібний простір.

Перетворення світлової енергії в хімічну енергію під час фотосинтезу відбувається в мембранах тилакоїдів. З іншого боку, виробництво та зберігання вуглеводів в результаті фотосинтезу відбувається в стромах.

Фотосинтетичні пігменти

Вони є білками, здатними поглинати енергію світла, щоб використовувати її під час фотосинтетичного процесу, вони повністю або частково пов'язані з тилакоїдної мембраною. Пігментом, що безпосередньо бере участь у світлих реакціях фотосинтезу, є хлорофіл.

Існує два основних типи хлорофілу в рослинах, які називаються хлорофілами a і b. Однак у деяких водоростях можуть бути присутні інші види хлорофілу, такі як c і d, останні присутні лише у деяких червоних водоростях.

Є й інші фотосинтетичні пігменти, такі як каротини та ксантофіли, які разом складають каротиноїди. Ці пігменти - це ізопреноїди, що складаються із сорока атомів вуглецю. Каротини - некисневі каротиноїди, а ксантофіли - оксигеновані пігменти.

У рослинах лише хлорофіл a безпосередньо бере участь у світлих реакціях. Решта пігментів безпосередньо не поглинають світлову енергію, але діють як допоміжні пігменти, передаючи енергію, захоплену від світла, до хлорофілу a. Таким чином забирається більше енергії, ніж хлорофіл самостійно міг би захопити.

Фотосинтез

Фотосинтез - це біологічний процес, який дозволяє рослинам, водоростям та деяким бактеріям скористатися енергією, що надходить від сонячного світла. За допомогою цього процесу рослини використовують світлову енергію для перетворення атмосферного вуглекислого газу та води, отриманої з ґрунту, у глюкозу та кисень.

Світло викликає складний ряд реакцій окислення та відновлення, які дозволяють перетворити енергію світла в хімічну енергію, необхідну для завершення процесу фотосинтезу. Фотосистеми - це функціональні одиниці цього процесу.

Компоненти фотосистем

Антенний комплекс

Він складається з великої кількості пігментів, включаючи сотні молекул хлорофілу а та ще більшу кількість допоміжних пігментів, а також фікобіліни. Складна антена дозволяє поглинати велику кількість енергії.

Вона працює як воронка або як антена (звідси і її назва), яка захоплює енергію від сонця і перетворює її в хімічну енергію, яка передається в центр реакції.

Завдяки передачі енергії хлорофіл молекули в реакційному центрі отримує набагато більше світлової енергії, ніж він би придбав самостійно. Крім того, якщо молекула хлорофілу отримує занадто багато світла, вона може фотоокислитись і рослина загине.

Центр реакцій

Це комплекс, що складається з молекул хлорофілу, молекули, відомої як первинний рецептор електронів, і численних білкових субодиниць, що оточують їх.

Функціонування

Як правило, молекула хлорофілу, присутня в реакційному центрі, і яка ініціює світлові реакції фотосинтезу, не отримує фотонів безпосередньо. Пігменти аксесуарів, а також деякі хлорофіли, молекули, присутні в комплексі антен, отримують енергію світла, але не використовують її безпосередньо.

Ця енергія, поглинена антенним комплексом, передається хлорофілу a реакційного центру. Кожного разу, коли молекула хлорофілу активується, він вивільняє енергію, що споживається, який поглинається первинним рецептором електронів.

Як наслідок, первинний акцептор знижується, тоді як хлорофіл a відновлює свій електрон завдяки воді, яка виступає кінцевим вивільником електронів, а кисень отримується як побічний продукт.

Типи

Фотосистема I

Він знаходиться на зовнішній поверхні тилакоїдної мембрани і має низьку кількість хлорофілу b, крім хлорофілу А та каротиноїдів.

Хлорофіл а в реакційному центрі краще поглинає довжину хвилі 700 нанометрів (нм), тому його називають Р700 (пігмент 700).

У фотосистемі I група білків із групи феродоксинів - сульфід заліза - виступає в якості кінцевих акцепторів електронів.

Фотосистема II

Він діє спочатку в процесі перетворення світла у фотосинтез, але його було виявлено вже після першої фотосистеми. Він знаходиться на внутрішній поверхні тилакоїдної мембрани і має більшу кількість хлорофілу b, ніж фотосистема I. Він також містить хлорофіл а, фікобіліни та ксантофіли.

У цьому випадку хлорофіл a в реакційному центрі краще поглинає довжину хвилі 680 нм (P680), а не довжину хвилі 700 нм, як у попередньому випадку. Кінцевим акцептором електронів у цій фотосистемі є хінон.

Діаграма фотосистеми II. Взяті та відредаговані з: Оригінальна робота Кайдора. .

Зв'язок між фотосистемами I та II

Процес фотосинтезу вимагає обох фотосистем. Перша фотосистема, яка діяла, - II, яка поглинає світло, і тому електрони в хлорофілі реакційного центру збуджуються, і первинні акцептори електронів захоплюють їх.

Електрони, збуджені світлом, подорожують до фотосистеми I через електронно-транспортний ланцюг, розташований у тилакоїдної мембрані. Це переміщення спричиняє падіння енергії, що дозволяє транспортувати іони водню (Н +) через мембрану до просвіту тилакоїдів.

Транспорт іонів водню забезпечує різницю енергії між просвітом простору тилакоїдів та стромою хлоропластів, який служить для генерування АТФ.

Хлорофіл в реакційному центрі фотосистеми I отримує електрон, що надходить з фотосистеми II. Електрон може продовжуватися у циклічному транспорті електронів навколо фотосистеми I, або використовуватися для формування НАДФН, який потім транспортується до циклу Кальвіна.

Список літератури

1. М. В. Набор (2004). Вступ до ботаніки. Pearson Education, Inc.
2. Фотосистема. У Вікіпедії. Відновлено з сайту en.wikipedia.org
3. Фотосистема I, у Вікіпедії. Відновлено з сайту en.wikipedia.org
4. Фотосинтез - Фотосистеми I і II. Відновлено з britannica.com.
5. B. Andersson & LG Franzen (1992). Фотосистеми кисневого фотосинтезу. В: Л. Ернстер (Ред.). Молекулярні механізми в біоенергетиці. Видавництва Elvieser Science.
6. Е. М. Яхіа, А. Каррілло-Лопес, Г. М. Баррера, Х. Сузан-Азпірі та MQ Bolaños (2019). Глава 3 - Фотосинтез. Фізіологія та біохімія після заростання фруктів та овочів.