LAGANA FAZA FOTOSINTEZE: MEHANIZAM I PROIZVODI - BIOLOGIJA - 2026

Laganu fazu fotosinteze je da dio fotosintetskog procesa koji zahtijeva prisutnost svjetla. Tako svjetlost pokreće reakcije koje rezultiraju transformacijom dijela svjetlosne energije u kemijsku energiju.

Biokemijske reakcije događaju se u tilakoidima kloroplasta, gdje se nalaze fotosintetski pigmenti koji pobuduju svjetlost. To su klorofil a, klorofil b i karotenoidi.

Svjetlosna i tamna faza. Maulucioni, s Wikimedia Commonsa

Za odvijanje reakcija ovisnih o svjetlu potrebno je nekoliko elemenata. Izvor svjetlosti unutar vidljivog spektra je nužan. Isto tako, potrebno je prisustvo vode.

Konačni produkt svjetlosne faze fotosinteze je stvaranje ATP (adenozin trifosfat) i NADPH (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat). Te se molekule koriste kao izvor energije za fiksaciju CO ₂ u tamnoj fazi. Isto tako, za vrijeme ove faze, O ₂ otpušta, produkta raspada H ₂ O molekule.

zahtjevi

Da bi se dogodile reakcije ovisne o svjetlosti u fotosintezi, potrebno je razumijevanje svojstava svjetlosti. Isto tako, potrebno je znati strukturu uključenih pigmenata.

Svjetlo

Svjetlost ima i svojstva valova i čestica. Energija dolazi na Zemlju sa sunca u obliku valova različite duljine, poznatih kao elektromagnetski spektar.

Oko 40% svjetlosti koja dopire do planeta je vidljiva svjetlost. To se nalazi u valnim duljinama između 380-760 nm. Sadrži sve boje duge, svaka s karakterističnom valnom duljinom.

Najefikasnije valne duljine za fotosintezu su one od ljubičaste do plave (380-470 nm) i od crveno-narančaste do crvene (650-780 nm).

Svjetlost također ima svojstva čestica. Te se čestice nazivaju fotoni i povezane su s određenom valnom duljinom. Energija svakog fotona obrnuto je proporcionalna njegovoj valnoj duljini. Što je kraća valna duljina, to je veća energija.

Kad molekula apsorbira foton svjetlosne energije, jedan od njenih elektrona se aktivira. Elektroni mogu napustiti atom i biti prihvaćeni molekulom akceptora. Taj se proces odvija u svjetlosnoj fazi fotosinteze.

pigmenti

U tilakoidnoj membrani (struktura kloroplasta) nalaze se različiti pigmenti sa sposobnošću apsorbiranja vidljive svjetlosti. Različiti pigmenti apsorbiraju različite valne duljine. Ti su pigmenti klorofil, karotenoidi i fikobilini.

Karotenoidi daju žutu i narančastu boju prisutnu u biljkama. Fikobilini se nalaze u cijanobakterijama i crvenim algama.

Klorofil se smatra glavnim fotosintetskim pigmentom. Ova molekula ima dug hidrofobni ugljikovodični rep, koji je drži pričvršćenom na tilakoidnu membranu. Pored toga, ima porfirinski prsten koji sadrži atom magnezija. U ovom se prstenu upija svjetlosna energija.

Postoje različite vrste klorofila. Klorofil a je pigment koji najviše izravno intervenira u svjetlosnim reakcijama. Klorofil b apsorbira svjetlost različite valne duljine i tu energiju prenosi na klorofil a.

U kloroplastu je pronađeno otprilike tri puta više klorofila a od klorofila b.

Mehanizam

-Photosystems

Molekule klorofila i ostali pigmenti organizirani su unutar tilakoida u fotosintetske jedinice.

Svaka fotosintetska jedinica sastoji se od 200-300 molekula klorofila, male količine klorofila b, karotenoida i proteina. Postoji područje koje se naziva reakcijski centar, a to je mjesto koje koristi svjetlosnu energiju.

Slika: svjetlosna faza fotosinteze. Autor: Somepics.

Ostali pigmenti se nazivaju antenski kompleksi. Oni imaju funkciju hvatanja i propuštanja svjetlosti u reakcijski centar.

Postoje dvije vrste fotosintetskih jedinica, nazvane fotosistemi. Razlikuju se po tome što su njihovi reakcijski centri povezani s različitim proteinima. Oni uzrokuju blagi pomak u svojim apsorpcijskim spektrima.

U fotosustavu I, klorofil povezan s reakcijskim centrom ima apsorpcijski vrh od 700 nm (P ₇₀₀). U fotosustavu II vrh apsorpcije događa se na 680 nm (P ₆₈₀).

-Fotoliza

Tijekom ovog procesa dolazi do raspada molekule vode. Photosystem II sudjeluje. Foton svjetlosti udara u molekulu P ₆₈₀ i tjera elektron na višu energetsku razinu.

Uzbuđeni elektroni primaju se molekulom feofitina koji je međupredmetni akceptor. Nakon toga prelaze tilakoidnu membranu gdje ih prihvaća molekula plastokinona. Elektroni se konačno prenose u P ₇₀₀ fotosistema I.

Elektroni koji su predani od strane P ₆₈₀ zamjenjuju se drugim iz vode. Za razgradnju molekule vode potreban je protein koji sadrži mangan (protein Z).

Kada je H ₂ O slomljen dva protona (H ⁺) i kisik oslobađaju. Dvije molekule vode moraju se cijepa za jednu molekulu O _{2 da bude oslobođen}.

-Photophosphorylation

Postoje dvije vrste fotofosforilacije, ovisno o smjeru protoka elektrona.

Neciklička fotofosforilacija

U njemu su uključena oba fotosistema I i II. Naziva se necikličkim jer protok elektrona ide u samo jednom smjeru.

Kada dođe do pobuđenja molekula klorofila, elektroni se kreću kroz lanac transporta elektrona.

Započinje u foto sustavu I kada foton svjetlosti apsorbira molekula P ₇₀₀. Pobuđeni elektron prenosi se u primarni akceptor (Fe-S) koji sadrži željezo i sulfid.

Zatim se prelazi na molekulu feredoksina. Nakon toga, elektron prelazi u transportnu molekulu (FAD). To ga daje molekuli NADP ⁺ koja ga smanjuje na NADPH.

Elektroni koje fotosistem II prenosi u fotolizi zamijenit će one prenesene s P ₇₀₀. To se događa putem transportnog lanca sastavljenog od pigmenata koji sadrže željezo (citohrome). Pored toga, uključeni su plastocijanini (proteini koji predstavljaju bakar).

Tijekom ovog procesa stvaraju se i NADPH i ATP molekule. Za nastajanje ATP-a intervenira enzim ATPsyntetase.

Ciklična fotofosforilacija

Javlja se samo u foto sustavu I. Kad su molekule reakcijskog centra P ₇₀₀ pobuđene, elektrone prima molekula P ₄₃₀.

Nakon toga, elektroni su ugrađeni u transportni lanac između dva fotosustava. U procesu se stvaraju ATP molekule. Za razliku od ne-ciklički photophosphorylation, NADPH nije proizvedena i O ₂ ne oslobađa.

Na kraju procesa transporta elektrona vraćaju se u reakcijski centar fotosistema I. Iz tog razloga se naziva ciklička fotofosforilacija.

Konačni proizvodi

Na kraju faze svjetla, O ₂ je pušten u okoliš kao nusproizvod fotolize. Taj kisik izlazi u atmosferu i koristi se u disanju aerobnih organizama.

Drugi kraj svjetlosne faze je NADPH, koenzim (dio enzima koji nije protein) koji će sudjelovati u fiksaciji CO ₂ tijekom Calvin ciklusa (tamna faza fotosinteze).

ATP je nukleotid koji se koristi za dobivanje potrebne energije potrebne u metaboličkim procesima živih bića. To se troši u sintezi glukoze.

Reference

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi i J Minagaza (2016) Fotoreceptor plavog svjetla posreduje povratnu regulaciju fotosinteze. Priroda 537: 563-566.
2. Salisbury F i C Ross (1994) biljna fiziologija. Grupo Uredništvo Iberoamérica. Meksiko DF. 759 pp.
3. Solomon E, L Berg i D Martín (1999) Biologija. Peto izdanje. MGraw-Hill Interamericana Editores. Meksiko DF. 1237. str.
4. Stearn K (1997), uvodna biologija biljaka. WC Brown Publishers. Namjene. 570 pp.
5. Yamori W, T Shikanai i A Makino (2015) Fotosustav I ciklički protok elektrona preko kloroplasta NADH-dehidrogenazni kompleks ima fiziološku ulogu za fotosintezu pri slabom svjetlu. Znanstveno izvješće o prirodi 5: 1-12.