FOTOSYSTEMER: KOMPONENTER, BETJENING OG TYPER - BIOLOGI - 2025

De photosystems er funktionelle enheder af den fotosyntetiske proces. De defineres af deres former for tilknytning og særlig organisering af fotosyntetiske pigmenter og proteinkomplekser, der er i stand til at absorbere og transformere lysenergi, i en proces, der involverer overførsel af elektroner.

To typer fotosystemer er kendt, kaldet fotosystemer I og II på grund af den rækkefølge, i hvilken de blev opdaget. Fotosystem I har meget høje mængder af klorofyl sammenlignet med mængden af ​​klorofyll b, mens fotosystem II har meget ens mængder af begge fotosyntetiske pigmenter.

Fotosystem I-diagram Taget og redigeret fra: Pisum.

Fotosystemer er placeret i thylakoidmembranerne af fotosyntetiske organismer som planter og alger. De kan også findes i cyanobakterier.

kloroplaster

Chloroplaster er sfæriske eller aflange organeller med en diameter på ca. 5 um, der indeholder fotosyntetiske pigmenter. Inde i den forekommer fotosyntesen i planteceller.

De er omgivet af to ydre membraner, og indvendigt indeholder de sac-lignende strukturer, også omgivet af to membraner, kaldet thylakoider.

Thylakoiderne stables og danner et sæt, der får navnet grana, mens væsken, der omgiver thylakoiderne, kaldes stroma. Derudover er thylakoiderne omgivet af en membran kaldet lumen, der afgrænser intrathylakoidrummet.

Konverteringen af ​​lysenergi til kemisk energi under fotosyntesen forekommer i thylakoids membraner. På den anden side forekommer produktion og opbevaring af kulhydrater som følge af fotosyntesen i stromas.

Fotosyntetiske pigmenter

De er proteiner, der er i stand til at absorbere lysenergi til at bruge den under den fotosyntetiske proces, de er helt eller delvist bundet til thylakoidmembranen. Det pigment, der er direkte involveret i lysreaktionerne ved fotosyntesen, er chlorophyll.

Der er to hovedtyper af klorofyll i planter, kaldet klorofyler a og b. I nogle alger kan der dog være andre typer af klorofyll, såsom c og d, til stede, sidstnævnte er kun til stede i nogle røde alger.

Der er andre fotosyntetiske pigmenter, såsom carotener og xanthophylls, der tilsammen udgør carotenoider. Disse pigmenter er isoprenoider generelt sammensat af fyrre carbonatomer. Carotener er ikke-oxygenerede caroteinoider, mens xanthophyller er oxygenerede pigmenter.

I planter er kun klorofyl a direkte involveret i lysreaktioner. De resterende pigmenter absorberer ikke direkte energi, men fungerer som tilbehørspigmenter ved at overføre energien, der er fanget fra lys til klorofyl a. På denne måde opsamles mere energi end klorofylen alene kunne fange.

Fotosyntese

Fotosyntese er en biologisk proces, der tillader planter, alger og nogle bakterier at drage fordel af den energi, der kommer fra sollys. Gennem denne proces bruger planter lysenergi til at omdanne atmosfærisk kuldioxid og vand opnået fra jorden til glukose og ilt.

Lys forårsager en kompleks række oxidations- og reduktionsreaktioner, der tillader omdannelse af lysenergi til kemisk energi, der er nødvendig for at afslutte fotosynteseprocessen. Fotosystemer er de funktionelle enheder i denne proces.

Komponenter i fotosystemer

Antennekompleks

Det består af et stort antal pigmenter, inklusive hundreder af chlorophyllmolekyler a og endnu større mængder af tilbehørspigmenter samt phycobiliner. Den komplekse antenne giver mulighed for at absorbere en stor mængde energi.

Det fungerer som en tragt eller som en antenne (deraf navnet), der fanger energien fra solen og omdanner den til kemisk energi, der overføres til reaktionscentret.

Takket være overførslen af ​​energi modtager klorofylen et molekyle i reaktionscentret meget mere lysenergi, end det ville have erhvervet på egen hånd. Hvis klorofyllmolekylet modtager for meget lys, kunne det fotooxideres, og planten ville dø.

Reaktionscenter

Det er et kompleks, der består af klorofyl, et molekyle, et molekyle kendt som en primær elektronreceptor og adskillige proteinunderenheder, der omgiver dem.

Fungerende

Generelt modtager chlorophyllmolekylet, der er til stede i reaktionscentret, og som initierer lysreaktionerne ved fotosyntesen, ikke direkte fotoner. Tilbehørspigmenterne samt nogle klorofyl, molekyler, der findes i antennekomplekset, modtager lysenergi, men bruger den ikke direkte.

Denne energi, der absorberes af antennekomplekset, overføres til chlorophyll a i reaktionscentret. Hver gang en chlorofyl et molekyle aktiveres, frigiver det et aktiveret elektron, der derefter absorberes af den primære elektronreceptor.

Som en konsekvens reduceres den primære acceptor, mens klorofyl a genvinder sin elektron takket være vand, der fungerer som den endelige elektronfrigiver, og ilt opnås som et biprodukt.

typer

Fotosystem I

Det findes på den ydre overflade af thylakoidmembranen og har en lav mængde chlorophyll b, ud over chlorophyll a og carotenoider.

Chlorophyll a i reaktionscentret absorberer bedre bølgelængder på 700 nanometer (nm), hvorfor det kaldes P700 (pigment 700).

I fotosystem I fungerer en gruppe proteiner fra ferrodoxingruppen - jernsulfid - som endelige elektronacceptorer.

Fotosystem II

Det fungerer først i processen med at omdanne lys til fotosyntesen, men det blev opdaget efter det første fotosystem. Det findes på den indre overflade af thylakoidmembranen og har en højere mængde chlorophyll b end fotosystemet I. Det indeholder også chlorophyll a, phycobilins og xanthophylls.

I dette tilfælde absorberer klorofylen a i reaktionscentret bedre bølgelængden på 680 nm (P680) og ikke bølgelængden på 700 nm som i det foregående tilfælde. Den endelige elektronacceptor i dette fotosystem er en kinon.

Fotosystem II-diagram. Taget og redigeret fra: Originalt værk var af Kaidor..

Forholdet mellem fotosystemer I og II

Den fotosyntetiske proces kræver begge fotosystemer. Det første fotosystem, der virker, er II, der absorberer lys, og elektronerne i reaktionscenterets klorofyl ophidses, og de primære elektronacceptorer fanger dem.

Elektroner ophidset af lys rejser til fotosystem I gennem en elektrontransportkæde placeret i thylakoidmembranen. Denne forskydning forårsager et energifald, der tillader transport af brintioner (H +) gennem membranen, mod lumen af ​​thylakoiden.

Transporten af ​​brintioner tilvejebringer en energiforskel mellem thylakoidenes lumenrum og chloroplastens stroma, der tjener til at generere ATP.

Klorofylen i reaktionscentret for fotosystem I modtager elektronet, der kommer fra fotosystem II. Elektronen kan fortsætte i cyklisk elektrontransport rundt i fotosystem I eller bruges til at danne NADPH, der derefter transporteres til Calvin-cyklus.

Referencer

1. MW Nabors (2004). Introduktion til botanik. Pearson Education, Inc.
2. Fotosystem. På Wikipedia. Gendannet fra en.wikipedia.org.
3. Fotosystem I, på Wikipedia. Gendannet fra en.wikipedia.org.
4. Fotosyntese - Fotosystemer I og II. Gendannes fra britannica.com.
5. B. Andersson & LG Franzen (1992). Fotosystemerne af ilt-fotosyntesen. I: L. Ernster (red.). Molekylære mekanismer i bioenergetik. Elvieser Science forlag.
6. EM Yahia, A. Carrillo-López, GM Barrera, H. Suzán-Azpiri & MQ Bolaños (2019). Kapitel 3 - Fotosyntese. Efterhøstsfysiologi og biokemi af frugt og grønsager.