A ciklikus és nem ciklikus fotofoszforilezés közötti különbség

Az organizmusok által megkövetelt szerves anyagok többsége a fotoszintézis termékeiből származik. A fotoszintézis magában foglalja a fényenergia olyan energiává történő átalakítását, amelyet a sejt felhasználhat, különösen a kémiai energiát. A növényekben és algákban a fotoszintézis a kloroplasztnak nevezett organellben történik, amely külső membránt, belső membránt és tiroidos membránt tartalmaz (https://en.wikipedia.org/wiki/Chloroplast).

A fotoszintézis két fő részre bontható: (1) a fotoszintetikus elektronátviteli reakciók („fényreakciók”) és (2) a szén-rögzítési reakciók („sötét reakciók”). A „fényreakciók” magában foglalják a fényszintetikus fotoelektronikus pigment-klorofillben az energiát előidéző ​​elektronokat, amelyek azután a tirolakoid membránban egy elektronszállító lánc mentén haladnak, ami ATP és NADPH képződését eredményezi. A „sötét reakciók” során szerves vegyületek előállítása szén-dioxidból, a „könnyű reakciók” során előállított ATP és NADPH felhasználásával, és ebben a cikkben nem foglalkozunk részletesebben.

A fotoszintézis két fotórendszer (I. és II) a fény energiájának kihasználására elektronok segítségével ATP és NADPH előállítására, amelyeket később a sejt kémiai energiaként felhasználhat szerves vegyületek előállításához. A fotoszisztémák nagy fehérjekomplexek, amelyek a fényenergia gyűjtésére és kémiai energiává történő átalakítására szakosodtak. A fotoszisztémák két részből állnak: egy antennakomplexből és egy fotokémiai reakcióközpontból. Az antennakomplex fontos szerepet játszik a fényenergia rögzítésében és az energia továbbításában a fotokémiai reakcióközpontba, amely az energiát a sejt számára használható formákká alakítja..

Először, a fény gerjeszti az elektronot az antennakomplexben lévő klorofill-molekulában. Ez magában foglalja a fény fotonját, ami az elektron elmozdulását egy magasabb energia körüli pályára hajtja. Amikor egy klorofil-molekula elektronja gerjesztésre kerül, akkor a magasabb energiájú pályán instabil, és az energia rezonancia-átvitel útján gyorsan átkerül az egyik klorofill-molekulából a másikba, amíg el nem éri a klorofill-molekulákat a fotokémiai reakcióközpont. Innentől kezdve a gerjesztett elektronok továbbadódnak az elektronakceptorok láncához. A fényenergia okozza az elektronok átvitelét egy gyenge elektron donorról (erős affinitással az elektronokra) egy erős elektron donorra redukált formájában (nagy energiájú elektronot hordozva). Az adott szervezet vagy a fényképes rendszer által használt specifikus elektron-donorok változhatnak, és az alábbiakban részletesebben tárgyaljuk a növényekben található I. és II. Fényrendszerről.

A növényekben a fotoszintézis eredményeként ATP és NADPH képződik kétlépéses eljárás útján nem ciklikus fotofoszforilezés. A nem ciklikus fotofoszforilezés első lépése a II. Fényrendszert foglalja magában. A II. Fényrendszer reakcióközpontjában lévő klorofill molekulákból származó nagy energiájú (fényenergia által okozott) elektronok kinon molekulákba (erős elektron donorok) kerülnek. A Photosystem II vizet használ gyenge elektron donorként, hogy helyettesítse az elektronhiányt, amelyet a nagy energiájú elektronok áthelyezése a klorofill molekulákból a kinon molekulákba. Ezt egy vízzel hasító enzim valósítja meg, amely lehetővé teszi az elektronok eltávolítását a vízmolekulákból, hogy helyettesítsék a klorofillmolekulából átvitt elektronokat. Amikor két elektron eltávolításra kerül két H2O molekulából (ami 4 fotonnak felel meg), O2 szabadul fel. A redukált kinonmolekulák ezután átjuttatják a nagy energiájú elektronokat a citokróm néven ismert proton (H +) szivattyúba. b6-f összetett. A citokróm b6-f a komplex H + -ot pumpál a tiroidok térébe, így létrehozva egy koncentráció-gradienst a tiroid membránon.

Ez a protongradiens az ATP szintézisét az ATP szintézis enzimmel (más néven F0F1 ATPáz) hajtja. Az ATP szintáz lehetőséget nyújt a H + -ionoknak a tiroid membránon keresztüli áthaladására a koncentráció-gradiensükön keresztül. A H + -ionok mozgása a koncentráció-gradiensükön keresztül hajtja az ATP képződését az ADP-ből és a Pi-ből (szervetlen foszfát) az ATP-szintáz által. Az ATP szintáz baktériumokban, archeában, növényekben, algákban és állati sejtekben található, és szerepet játszik mind a légzésben, mind a fotoszintézisben (https://en.wikipedia.org/wiki/ATP_synthase).

A II. Fotoszisztéma végső elektronátadása az elektronok átvitele egy elektronhiányos klorofill-molekulára az I. fotórendszer reakcióközpontjában. Az I. fényrendszer reakcióközpontjában lévő klorofill-molekulából gerjesztett elektron (a fényenergia által okozott) kerül egy molekula, az úgynevezett ferredoxin. Onnan az elektron átkerül a NADP + -ba, hogy létrejöjjön a NADPH.

Nem ciklikus fotofoszforilezés elektronpárokonként 1 molekulát ATP-t és 1 molekulát NADPH-t termel; azonban a szén rögzítéséhez NADPH molekulánként 1,5 molekula ATP szükséges. A probléma megoldása és több ATP-molekula előállítása érdekében egyes növényfajok a ciklikus fotofoszforilezés. A ciklikus fotofoszforilezés csak az I. fényrendszert foglalja magában, a II. Fényrendszert nem, és nem képez NADPH-t vagy O2-t. Ciklikus foszforiláció során az I. fotoszisztéma nagy energiájú elektronjai a citokrómba kerülnek b6-f a NADP + -ba történő áthelyezés helyett. Az elektronok veszítik az energiát, amikor átjutnak a citokrómon b6-f Ennek eredményeként az I. és H + fotorendszer klorofilljévé váló komplexet szivattyúzzák a tiroid membránon. Ez növeli a H + koncentrációját a tiroidok térében, ami az ATP termelését az ATP szintáz által vezérli.

A nem ciklikus és a ciklikus fotofoszforiláció szintjét, amely egy adott fotoszintézis sejtben fordul elő, a sejt igényei alapján szabályozzuk. Ilyen módon a sejt képes ellenőrizni, mennyi fényenergiát alakít át redukáló energiává (a NADPH által táplált) és mennyi átalakul nagy energiatartalmú foszfátkötésekké (ATP)..