LÄTT FAS FÖR FOTOSYNTES: MEKANISM OCH PRODUKTER - BIOLOGI - 2025

Den lätta fasen av fotosyntes är den del av den fotosyntetiska process som kräver närvaro av ljus. Således initierar ljus reaktioner som resulterar i omvandling av en del av ljusenergin till kemisk energi.

Biokemiska reaktioner förekommer i kloroplast-tylakoiderna, där man hittar fotosyntetiska pigment som är upphetsade av ljus. Dessa är klorofyll a, klorofyll b och karotenoider.

Lätt fas och mörk fas. Maulucioni, från Wikimedia Commons

Flera element krävs för att ljusberoende reaktioner ska inträffa. En ljuskälla inom det synliga spektrumet är nödvändigt. På samma sätt behövs närvaron av vatten.

Slutprodukten från den ljusa fasen av fotosyntesen är bildandet av ATP (adenosintrifosfat) och NADPH (nikotinamidadenindinukleotidfosfat). Dessa molekyler används som en energikälla för fixering av CO ₂ i den mörka fasen. Likaledes, under denna fas, O ₂ frigörs , en produkt från nedbrytningen av H ₂ O molekyl .

Krav

För att ljusberoende reaktioner i fotosyntes ska ske krävs en förståelse för ljusets egenskaper. På samma sätt är det nödvändigt att känna strukturen för de involverade pigmenten.

Ljuset

Ljus har både våg- och partikelegenskaper. Energi kommer till jorden från solen i form av vågor med olika längder, känd som det elektromagnetiska spektrumet.

Cirka 40% av ljuset som når planeten är synligt ljus. Detta finns i våglängder mellan 380-760 nm. Den innehåller alla regnbågens färger, var och en med en karakteristisk våglängd.

De mest effektiva våglängderna för fotosyntes är de från violetta till blåa (380-470 nm) och från rödorange till röda (650-780 nm).

Ljus har också partikelegenskaper. Dessa partiklar kallas fotoner och de är associerade med en specifik våglängd. Energin för varje foton är omvänt proportionell mot dess våglängd. Ju kortare våglängden, desto högre energi.

När en molekyl absorberar en foton av ljusenergi, aktiveras en av dess elektroner. Elektronen kan lämna atomen och tas emot av en acceptormolekyl. Denna process sker i ljusfasen av fotosyntesen.

pigment

I thylakoidmembranet (kloroplastens struktur) finns det olika pigment med förmågan att absorbera synligt ljus. Olika pigment absorberar olika våglängder. Dessa pigment är klorofyll, karotenoider och phycobilins.

Karotenoider ger de gula och orange färgerna som finns i växter. Fykobiliner finns i cyanobakterier och röda alger.

Klorofyll anses vara det huvudsakliga fotosyntetiska pigmentet. Denna molekyl har en lång hydrofob kolvätehal, som håller den fäst vid tylakoidmembranet. Dessutom har den en porfyrinring som innehåller en magnesiumatom. Ljusenergi absorberas i denna ring.

Det finns olika typer av klorofyll. Klorofyll a är det pigment som mest direkt ingriper i ljusreaktioner. Klorofyll b absorberar ljus vid en annan våglängd och överför denna energi till klorofyll a.

I kloroplasten finns cirka tre gånger mer klorofyll a än klorofyll b.

Mekanism

-Photosystems

Klorofyllmolekyler och de andra pigmenten är organiserade i tylakoiden till fotosyntetiska enheter.

Varje fotosyntetisk enhet består av 200-300 klorofyll a molekyler, små mängder klorofyll b, karotenoider och proteiner. Det finns ett område som kallas reaktionscentret, som är den plats som använder ljusenergi.

Bild: Ljus fas av fotosyntesen. Författare: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

De andra närvarande pigmenten kallas antennkomplex. De har funktionen att fånga och överföra ljus till reaktionscentret.

Det finns två typer av fotosyntetiska enheter, kallade fotosystem. De skiljer sig åt genom att deras reaktionscentra är associerade med olika proteiner. De orsakar en liten förskjutning i deras absorptionsspektra.

I fotosystem I har klorofyllen som är associerad med reaktionscentret en absorptionstopp av 700 nm (P ₇₀₀ ). I fotosystem II sker absorptionstoppen vid 680 nm (P ₆₈₀ ).

-Fotolys

Under denna process inträffar nedbrytningen av vattenmolekylen. Photosystem II deltar. En foton av ljus slår P _680- molekylen och driver en elektron till en högre energinivå.

De upphetsade elektronerna tas emot av en molekyl med fenofytin, som är en mellanliggande acceptor. Därefter korsar de tylakoidmembranet där de accepteras av en plastokinonmolekyl. Elektronerna överförs äntligen till P ₇₀₀ i fotosystem I.

Elektronerna som gavs upp av P ₆₈₀ ersätts av andra från vattnet. Ett manganhaltigt protein (protein Z) krävs för att bryta ned vattenmolekylen.

Då H ₂ O bryts , två protoner (H ⁺ ) och syre frigörs. Två molekyler med vatten måste klyvas för att en molekyl av O2 _{ska frisättas} .

-Photophosphorylation

Det finns två typer av fotofosforylering, beroende på elektronflödets riktning.

Icke-cyklisk fotofosforylering

Både fotosystem I och II är involverade i det. Det kallas icke-cykliskt eftersom flödet av elektroner bara går i en riktning.

När excitering av klorofyllmolekylerna sker rör sig elektronerna genom en elektrontransportkedja.

Det börjar i fotosystem I när en ljusfoton absorberas av en P _700- molekyl . Den upphetsade elektronen överförs till en primär acceptor (Fe-S) innehållande järn och sulfid.

Sedan fortsätter den till en molekyl av ferredoxin. Därefter går elektronen till en transportmolekyl (FAD). Detta ger den till en molekyl av NADP ⁺ som reducerar den till NADPH.

Elektronerna som överförs av fotosystem II i fotolys kommer att ersätta de överförda med P ₇₀₀ . Detta sker genom en transportkedja som består av järnhaltiga pigment (cytokromer). Dessutom är plastocyaniner (proteiner som presenterar koppar) involverade.

Under denna process produceras både NADPH- och ATP-molekyler. För bildandet av ATP ingriper enzymet ATPsyntetase.

Cyklisk fotofosforylering

Det förekommer endast i fotosystem I. När molekylerna i P _700- reaktionscentret är upphetsade, mottas elektronerna av en P _430- molekyl .

Därefter införlivas elektronerna i transportkedjan mellan de två fotosystemen. I processen produceras ATP-molekyler. Till skillnad från icke-cyklisk photophosphorylation är NADPH inte produceras och O ₂ är inte släppt .

I slutet av elektrontransportprocessen återgår de till reaktionscentret för fotosystem I. Därför kallas det cyklisk fotofosforylering.

Slutprodukter

Vid slutet av den lätta fasen, O ₂ släpps ut i miljön som en biprodukt av fotolys. Detta syre går ut i atmosfären och används vid andning av aeroba organismer.

En annan slutprodukt av ljusfasen är NADPH, ett koenzym (del av ett icke-proteinenzym) som kommer att delta i fixeringen av CO ₂ under Calvin-cykeln (mörk fas av fotosyntesen).

ATP är en nukleotid som används för att erhålla den nödvändiga energin som krävs i de metaboliska processerna hos levande varelser. Detta konsumeras i syntesen av glukos.

referenser

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi och J Minagaza (2016) En fotoreceptor med blått ljus förmedlar återkopplingsregleringen av fotosyntesen. Nature 537: 563-566.
2. Salisbury F och C Ross (1994) Plant Physiology. Grupo Redaktion Iberoamérica. Mexiko DF. 759 sid.
3. Solomon E, L Berg och D Martín (1999) Biologi. Femte upplagan. MGraw-Hill Interamericana Editores. Mexiko DF. 1237 sid.
4. Stearn K (1997) Introductory plant biology. WC Brown Förlag. Användningsområden. 570 sid.
5. Yamori W, T Shikanai och A Makino (2015) Fotosystem I cykliskt elektronflöde via kloroplast NADH-dehydrogenasliknande komplex spelar en fysiologisk roll för fotosyntes vid svagt ljus. Naturvetenskaplig rapport 5: 1-12.