FOTOSUSTAVI: KOMPONENTE, RAD I VRSTE - BIOLOGIJA - 2025

Su photosystems su funkcionalne jedinice fotosintetskog procesa. Oni su definirani njihovim oblicima udruživanja i posebnom organizacijom fotosintetskih pigmenata i proteinskih kompleksa sposobnih apsorbirati i transformirati svjetlosnu energiju u procesu koji uključuje prijenos elektrona.

Poznate su dvije vrste fotosistema, nazvane fotosistemi I i II zbog redoslijeda u kojem su otkriveni. Fotosustav I ima vrlo velike količine klorofila u usporedbi s količinom klorofila b, dok fotosustav II ima vrlo slične količine fotosintetskih pigmenata.

Dijagram fotosistema I. Preuzeto i uredjeno iz: Pisum

Fotosustavi su smješteni u tilakoidnim membranama fotosintetskih organizama poput biljaka i algi. Oni se mogu naći i u cijanobakterijama.

kloroplasta

Kloroplasti su sferne ili izdužene organele promjera oko 5 um, koje sadrže fotosintetske pigmente. Unutar nje dolazi do fotosinteze u biljnim stanicama.

Okružene su s dvije vanjske membrane, a iznutra sadrže strukture slične vrećicama, također okružene s dvije membrane, nazvane tirelakoidi.

Tilakoidi su složeni i formiraju skupinu koja dobija naziv grana, dok se tekućina koja okružuje tilakoide naziva stroma. Uz to, tilakoidi su okruženi membranom koja se naziva lumen koja ograničava intratilakoidni prostor.

Pretvorba svjetlosne energije u kemijsku energiju tijekom fotosinteze događa se u membranama tilakoida. S druge strane, u stromama se događa proizvodnja i skladištenje ugljikohidrata kao rezultat fotosinteze.

Fotosintetski pigmenti

Oni su proteini sposobni apsorbirati svjetlosnu energiju da bi je koristili tijekom fotosintetskog procesa, u potpunosti ili djelomično vezani na tilakoidnu membranu. Pigment koji je izravno uključen u svjetlosne reakcije fotosinteze je klorofil.

Postoje dvije glavne vrste klorofila u biljkama, a nazivaju se klorofili a i b. Međutim, u nekim algama mogu biti prisutne i druge vrste klorofila, poput c i d, koji je prisutan samo u nekim crvenim algama.

Postoje i drugi fotosintetski pigmenti poput karotena i ksantofila koji zajedno čine karotenoide. Ti su pigmenti izoprenoidi koji se uglavnom sastoje od četrdeset ugljikovih atoma. Karoteni su neoksigenirani karoteinoidi, dok su ksantofili pigmenti s kisikom.

U biljkama je samo klorofil a izravno uključen u svjetlosne reakcije. Preostali pigmenti ne apsorbiraju izravno svjetlosnu energiju, već djeluju kao pomoćni pigmenti prenoseći energiju zarobljenu iz svjetlosti u klorofil a. Na ovaj način se zarobljava više energije nego što bi sam hlorofil mogao uhvatiti.

Fotosinteza

Fotosinteza je biološki proces koji omogućava biljkama, algama i nekim bakterijama da iskoriste energiju koja dolazi iz sunčeve svjetlosti. Kroz ovaj postupak biljke koriste svjetlosnu energiju za pretvaranje atmosferskog ugljičnog dioksida i vode dobivene iz tla, u glukozu i kisik.

Svjetlost uzrokuje složen niz reakcija oksidacije i redukcije koje omogućuju transformaciju svjetlosne energije u kemijsku energiju potrebnu za dovršavanje procesa fotosinteze. Fotosustavi su funkcionalne jedinice ovog procesa.

Dijelovi fotosustava

Antenski kompleks

Sastoji se od velikog broja pigmenata, uključujući stotine molekula klorofila a i još veće količine pomoćnih pigmenata, kao i fikobilini. Složena antena omogućava apsorbiranje velike količine energije.

Djeluje poput lijevka ili poput antene (otuda i njegovo ime) koja energiju sunca hvata i pretvara u kemijsku energiju koja se prenosi u reakcijski centar.

Zahvaljujući prijenosu energije, klorofil molekula u reakcijskom centru prima puno više svjetlosne energije nego što bi je sam stekao. Također, ako molekula klorofila primi previše svjetla, mogla bi se fotooksidirati i biljka bi umrla.

Reakcijski centar

To je kompleks koji čine molekule klorofila, molekula poznata kao primarni receptor elektrona i brojne proteinske podjedinice koje ih okružuju.

Funkcioniranje

Općenito, molekula klorofila prisutna u reakcijskom centru i koja pokreće svjetlosne reakcije fotosinteze ne prima fotone izravno. Dodatni pigmenti, kao i neki klorofil molekule prisutni u kompleksu antena, primaju svjetlosnu energiju, ali ne koriste je izravno.

Ova energija koju apsorbira antenski kompleks prenosi se u klorofil reakcijskog centra. Svako aktiviranje molekule klorofila oslobađa energizirani elektron koji potom apsorbira primarni receptor elektrona.

Kao posljedica toga, primarni akceptor se smanjuje, dok klorofil a vraća svoj elektron zahvaljujući vodi, koja djeluje kao krajnji oslobađač elektrona i kisik se dobiva kao nusproizvod.

vrste

Fotosustav I

Nalazi se na vanjskoj površini tilakoidne membrane, a osim klorofila a i karotenoida sadrži i malu količinu klorofila b.

Klorofil a u reakcijskom centru bolje apsorbira valne duljine od 700 nanometara (nm), zbog čega se naziva P700 (pigment 700).

U foto sustavu I, skupina bjelančevina iz skupine ferodoksina - željezni sulfid - djeluju kao završni akceptori elektrona.

Fotosistem II

Prvo djeluje u procesu pretvaranja svjetlosti u fotosintezu, ali otkriveno je nakon prvog fotosistema. Nalazi se na unutarnjoj površini tilakoidne membrane i sadrži veću količinu klorofila b od fotosistema I. Sadrži i klorofil a, fikobiline i ksantofile.

U ovom slučaju, klorofil a u reakcijskom centru bolje apsorbira valnu dužinu od 680 nm (P680), a ne valnu dužinu od 700 nm kao u prethodnom slučaju. Konačni akceptor elektrona u ovom fotosustavu je hinon.

Dijagram fotosistema II Preuzeto i uređeno iz: Izvorno djelo napisao Kaidor.,

Odnos fotosustava I i II

Proces fotosinteze zahtijeva oba fotosistema. Prvi fotosustav koji djeluje je II, koji apsorbira svjetlost i tako elektroni u klorofilu reakcijskog centra pobuđuju, a primarni akceptori elektrona ih zahvaćaju.

Elektroni pobuđeni svjetlošću putuju do fotosistema I kroz lanac transporta elektrona smješten u tilakoidnoj membrani. Taj pomak uzrokuje pad energije koji omogućava transport vodikovih iona (H +) kroz membranu, prema lumenu tilakoida.

Transport vodikovih iona osigurava energetsku razliku između lumenskog prostora tilakoida i strome kloroplasta koji služi za stvaranje ATP-a.

Klorofil u reakcijskom centru fotosistema I prima elektron koji dolazi iz fotosistema II. Elektroni se mogu nastaviti u cikličkom transportu elektrona oko fotosistema I, ili se upotrebljavaju za formiranje NADPH, koji se zatim transportira u Calvin ciklus.

Reference

1. MW Nabors (2004). Uvod u botaniku. Pearson Education, Inc.
2. Fotosustava. Na Wikipediji. Oporavilo s en.wikipedia.org.
3. Fotosustav I, u Wikipediji. Oporavilo s en.wikipedia.org.
4. Fotosinteza - fotosistemi I i II. Oporavak od britannica.com.
5. B. Andersson i LG Franzen (1992). Fotosistemi kisikove fotosinteze. U: L. Ernster (ur.). Molekularni mehanizmi u bioenergetici. Elvieser Science Publishers.
6. EM Yahia, A. Carrillo-López, GM Barrera, H. Suzán-Azpiri i MQ Bolaños (2019). 3. poglavlje - fotosinteza. Fiziologija i biokemija voća i povrća nakon berbe.