FAZA UȘOARĂ A FOTOSINTEZEI: MECANISM ȘI PRODUSE - BIOLOGIE - 2025

Faza ușoară a fotosintezei este acea parte a procesului fotosintetic care necesită prezența luminii. Astfel, lumina inițiază reacții care au ca rezultat transformarea unei părți din energia luminii în energie chimică.

Reacțiile biochimice apar în tilacoidele cloroplastului, unde se găsesc pigmenți fotosintetici excitați de lumină. Acestea sunt clorofila a, clorofila b și carotenoide.

Faza lumină și faza întunecată. Maulucioni, de la Wikimedia Commons

Sunt necesare mai multe elemente pentru ca reacțiile dependente de lumină. O sursă de lumină din spectrul vizibil este necesară. La fel, este necesară prezența apei.

Produsul final al fazei ușoare a fotosintezei este formarea de ATP (adenozin trifosfat) și NADPH (nicotinamidă adenină fosfat fosfat). Aceste molecule sunt utilizate ca sursă de energie pentru fixarea CO ₂ în faza întunecată. De asemenea, în timpul acestei faze, O ₂ este eliberată , un produs de descompunerea H ₂ O moleculă .

cerinţe

Pentru ca reacțiile dependente de lumină în fotosinteză să apară, este necesară o înțelegere a proprietăților luminii. De asemenea, este necesar să cunoaștem structura pigmenților implicați.

Lumina

Lumina are atât proprietăți de undă cât și particule. Energia ajunge pe Pământ de la soare sub formă de unde de lungimi diferite, cunoscute sub numele de spectru electromagnetic.

Aproximativ 40% din lumina care ajunge pe planetă este lumină vizibilă. Aceasta se găsește în lungimi de undă cuprinse între 380-760 nm. Include toate culorile curcubeului, fiecare având o lungime de undă caracteristică.

Cele mai eficiente lungimi de undă pentru fotosinteză sunt cele de la violet la albastru (380-470 nm) și de la roșu-portocaliu la roșu (650-780 nm).

Lumina are și proprietăți de particule. Aceste particule se numesc fotoni și sunt asociate cu o lungime de undă specifică. Energia fiecărui foton este invers proporțională cu lungimea sa de undă. Cu cât lungimea de undă este mai scurtă, cu atât energia este mai mare.

Când o moleculă absoarbe un foton de energie lumină, unul dintre electronii săi este alimentat. Electronul poate părăsi atomul și este primit de o moleculă acceptantă. Acest proces are loc în faza ușoară a fotosintezei.

pigmenţi

În membrana tilacoidă (structura cloroplastului) există diferite pigmenți cu capacitatea de a absorbi lumina vizibilă. Diferiți pigmenți absorb diferite lungimi de undă. Acești pigmenți sunt clorofilă, carotenoizi și ficobiline.

Carotenoizii dau culorile galben și portocaliu prezente în plante. Fibobilele se găsesc în cianobacterii și alge roșii.

Clorofila este considerat principalul pigment fotosintetic. Această moleculă are o coadă lungă de hidrocarburi hidrofobe, care o ține atașată de membrana tilacoidă. În plus, are un inel de porfirină care conține un atom de magneziu. Energia luminii este absorbită în acest inel.

Există diferite tipuri de clorofilă. Clorofila a este pigmentul care intervine cel mai direct în reacțiile ușoare. Clorofila b absoarbe lumina la o lungime de undă diferită și transferă această energie clorofilei a.

În cloroplast, se găsește de aproximativ trei ori mai multă clorofilă a decât clorofila b.

Mecanism

-Photosystems

Moleculele de clorofilă și ceilalți pigmenți sunt organizate în cadrul tilacoidului în unități fotosintetice.

Fiecare unitate fotosintetică este formată din 200-300 de clorofilă molecule, cantități mici de clorofilă b, carotenoide și proteine. Există o zonă numită centru de reacție, care este locul care utilizează energia luminii.

Imagine: faza ușoară a fotosintezei. Autor: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

Ceilalți pigmenți prezenți se numesc complexe de antenă. Au funcția de a capta și de a transmite lumina în centrul de reacție.

Există două tipuri de unități fotosintetice, numite photosystems. Ele diferă prin faptul că centrii lor de reacție sunt asociați cu diferite proteine. Ele provoacă o ușoară schimbare în spectrele lor de absorbție.

În fotosistemul I, clorofila asociată cu centrul de reacție are un vârf de absorbție de 700 nm (P ₇₀₀ ). În fotosistemul II, vârful de absorbție are loc la 680 nm (P ₆₈₀ ).

-Fotoliză

În timpul acestui proces are loc descompunerea moleculei de apă. Photosystem II participă. Un foton de lumină lovește molecula P ₆₈₀ și conduce un electron la un nivel de energie mai mare.

Electronii excitați sunt primiți de o moleculă de feofitină, care este un acceptor intermediar. Ulterior, acestea traversează membrana tilacoidă unde sunt acceptate de o moleculă de plastochinonă. Electronii sunt transferați în final la P ₇₀₀ al fotosistemului I.

Electronii care au fost renunțați la P ₆₈₀ sunt înlocuiți cu alții din apă. O proteină care conține mangan (proteina Z) este necesară pentru a descompune molecula de apă.

Când H ₂ O este rupt , doi protoni (H ⁺ ) și oxigenul sunt eliberate. Două molecule de apă trebuie să fie clivate pentru ca o moleculă de O2 _{să fie eliberată} .

-Photophosphorylation

Există două tipuri de fotofosforilare, în funcție de direcția fluxului de electroni.

Fotofosforilare non-ciclică

Atât fotosistemul I cât și II sunt implicați în el. Se numește non-ciclic, deoarece fluxul de electroni merge într-o singură direcție.

Când apare excitația moleculelor de clorofilă, electronii se deplasează printr-un lanț de transport de electroni.

Începe în fotosistemul I atunci când un foton de lumină este absorbit de o moleculă P ₇₀₀ . Electronul excitat este transferat într-un acceptor primar (Fe-S) care conține fier și sulfură.

Apoi trece la o moleculă de ferredoxină. Ulterior, electronul trece la o moleculă de transport (FAD). Acest lucru îl oferă unei molecule de NADP ⁺ care o reduce la NADPH.

Electronii transferați de fotosistemul II în fotoliză îi vor înlocui pe cei transferați de P ₇₀₀ . Aceasta se produce printr-un lanț de transport format din pigmenți care conțin fier (citocromuri). În plus, sunt implicate plastocianine (proteine ​​care prezintă cupru).

În timpul acestui proces, sunt produse atât molecule NADPH, cât și ATP. Pentru formarea ATP, intervine enzima ATPsintetază.

Fotofosforilare ciclică

Apare numai în fotosistemul I. Când moleculele din centrul de reacție P ₇₀₀ sunt excitate, electronii sunt primiți de o moleculă P ₄₃₀ .

Ulterior, electronii sunt încorporați în lanțul de transport dintre cele două sisteme foto. În proces se produc molecule ATP. Spre deosebire de photophosphorylation non-ciclică, NADPH nu este produs și O ₂ nu este eliberat .

La sfârșitul procesului de transport de electroni, ei revin la centrul de reacție al fotosistemului I. Pentru aceasta, se numește fotofosforilare ciclică.

Produse finale

La sfârșitul fazei de lumină, O ₂ este eliberată în mediu ca produs secundar prin fotolizei. Acest oxigen iese în atmosferă și este utilizat în respirația organismelor aerobe.

Un alt produs final al fazei ușoare este NADPH, o coenzimă (parte a unei enzime non-proteice) care va participa la fixarea CO ₂ în timpul ciclului Calvin (faza întunecată a fotosintezei).

ATP este un nucleotid utilizat pentru a obține energia necesară necesară în procesele metabolice ale ființelor vii. Aceasta se consumă în sinteza glucozei.

Referințe

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi și J Minagaza (2016) Un fotoreceptor cu lumină albastră mediază reglarea feedback-ului fotosintezei. Natura 537: 563-566.
2. Salisbury F și C Ross (1994) Fiziologia plantelor. Grupo Editorial Iberoamérica. Mexic DF. 759 pp.
3. Solomon E, L Berg și D Martín (1999) Biologie. A cincea ediție. MGraw-Hill Interamericana Editores. Mexic DF. 1237 p.
4. Stearn K (1997) Biologie vegetală introductivă. WC Brown Publishers. UTILIZĂRI. 570 p.
5. Fluxul de electroni ciclic Yamori W, T Shikanai și A Makino (2015) Photosystem I prin complexul NADH de tip dehidrogenază îndeplinește un rol fiziologic pentru fotosinteză la lumină scăzută. Raport științific al naturii 5: 1-12.