20.6: أنظمة ضوئية

الأنظمة الضوئية عبارة عن مجمعات متعددة البروتينات تشكل الوحدات الوظيفية لعملية التمثيل الضوئي في النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء. تم العثور عليها مدمجة في غشاء هياكل صغيرة تشبه الكيس تسمى الثايلاكويدات الموضوعة داخل البلاستيدات الخضراء.

عمل الأنظمة الضوئية

تحتوي الأنظمة الضوئية على العديد من جزيئات الصبغة ، مثل الكلوروفيل والكاروتينات ، مرتبة في تنظيم معين عبر مجالين - مركب الهوائي ومركز التفاعل. الهدف الرئيسي من جزيئات الصباغ الموزعة في مجمع الهوائي هو امتصاص الضوء على شكل فوتونات وتوجيهها إلى زوج الكلوروفيل الخاص بمركز التفاعل.

هناك نوعان من الأنظمة الضوئية - النظام الضوئي الثاني (PSII) والنظام الضوئي الأول (PSI) متشابهان من الناحية الهيكلية ولكنهما يختلفان على أساس مصدر مورد الإلكترون منخفض الطاقة والمستقبل الذي يقدمون إليه إلكتروناتهم النشطة. يعمل كلا النظامين الضوئيين بشكل متناغم.

يمتص مركز تفاعل PSII ، المعروف أيضا باسم P680 ، الفوتون الذي يثير إلكترونا في الكلوروفيل. ينكسر الإلكترون عالي الطاقة ويمر إلى متقبل الإلكترون الأساسي ، وفي النهاية إلى PSI من خلال سلسلة نقل الإلكترون. يتم استبدال الإلكترون المفقود ل P680 باستخراج إلكترون منخفض الطاقة من الماء. وبالتالي ، يتم "تقسيم" الماء خلال هذه المرحلة من عملية التمثيل الضوئي ، ويتم إعادة تقليل PSII بعد كل عمل ضوئي. يؤدي تقسيم جزيء H₂O إلى إطلاق إلكترونين وذرتين من الهيدروجين وذرة واحدة من الأكسجين. يتم إطلاق جزيئات الأكسجين في البيئة بينما تلعب أيونات الهيدروجين دورا مهما في إنشاء تدرج البروتون عبر غشاء الثايلاكويد الضروري لتخليق ATP في البلاستيدات الخضراء.

عندما تتحرك الإلكترونات عبر البروتينات الموجودة بين PSII و PSI ، فإنها تفقد الطاقة ويجب إعادة تنشيطها بواسطة PSI ؛ وبالتالي ، يتم امتصاص فوتون آخر بواسطة هوائي PSI. يتم نقل هذه الطاقة إلى مركز تفاعل PSI المسمى P700. يتأكسد P700 ويرسل إلكترونا عالي الطاقة إلى NADP ⁺ لتشكيل NADPH. وبالتالي ، يلتقط PSII الطاقة لإنشاء تدرجات بروتونية لصنع ATP ، ويلتقط PSI الطاقة لتقليل NADP ⁺ إلى NADPH.

بعد تحويل الطاقة من الشمس إلى طاقة كيميائية في شكل جزيئات ATP و NADPH ، تحتوي الخلية على الوقود اللازم لبناء جزيئات الكربوهيدرات لتخزين الطاقة على المدى الطويل. يتم تحقيق ذلك في المرحلة الثانية من عملية التمثيل الضوئي ، والمعروفة أيضا باسم المرحلة المستقلة عن الضوء أو المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي ، والتي تحدث في سدى البلاستيدات الخضراء.

هذا النص مقتبس من Openstax ، علم الأحياء 2 ه ، الفصل 8 ، القسم 8.2: تفاعلات التمثيل الضوئي المعتمدة على الضوء.

تلتقط كائنات التمثيل الضوئي ضوء الشمس من خلال مجمعات البروتين الصبغية التي تسمى الأنظمة الضوئية ، المضمنة في غشاء الثايلاكويد للبلاستيدات الخضراء.

يتم تصنيف هذه المجمعات إلى نظام ضوئي I أو PSI ونظام ضوئي II أو PSII.

داخل البلاستيدات الخضراء ، توجد مجمعات PSI في الغالب في المناطق غير المكدسة ، والتي تسمى الصفائح اللحمية ، بينما توجد مجمعات PSII داخل الصفائح الحبيبية المكدسة.

كل نظام ضوئي عبارة عن مجموعة من حوالي 200 جزيء صبغي من الكلوروفيل و 50 جزيئا من صبغة الكاروتينويد ، موزعة عبر مجالين مختلفين من النظام الضوئي - المجال الأساسي المسمى مركز التفاعل ومجال محيطي يسمى مركب الهوائي.

على الرغم من أن جميع جزيئات الصباغ تمتص الفوتونات ، إلا أن عددا قليلا فقط من جزيئات الكلوروفيل المرتبطة بمركز التفاعل يمكنها تحويل الطاقة الضوئية الممتصة إلى طاقة كيميائية.

تقوم الأصباغ الموجودة في مجمع الهوائي فقط بتوجيه الطاقة الممتصة إلى مركز التفاعل.

الأنظمة الضوئية أيضا على عوامل مساعدة مرتبطة ضرورية لعملها.

على سبيل المثال ، يحتوي PSI على عامل مساعد فيريدوكسين ، وهو تقاطع رئيسي في سلسلة نقل الإلكترون ، بينما يحتوي PSII على مركب تطور الأكسجين الذي يحفز أكسدة الماء ، وهي خطوة حاسمة لعملية التمثيل الضوئي.