20.6: מערכות אור

מערכות האור הן קומפלקסים מרובי חלבונים המרכיבות את היחידות התפקודיות של פוטוסינתזה בצמחים, אצות וציאנובקטריה. הן נמצאות מוטמעות בממברנה של מבנים דמויי שק זעירים הנקראים תילקואידים הממוקמים בתוך הכלורופלסט.

תפקוד מערכות האור

מערכות האור מכילות מולקולות פיגמנטים רבות, כמו כלורופילים וקרוטנואידים, המסודרות בארגון מסוים בשני תחומים - קומפלקס האנטנה ומרכז התגובה. המטרה העיקרית של מולקולות הפיגמנט המופצות בקומפלקס האנטנה היא לספוג אור בצורה של פוטונים ולהעביר אותם לזוג הכלורופיל המיוחד של מרכז התגובה.

ישנם שני סוגים של מערכות אור - מערכת אור II (PSII) ומערכת אור I (PSI) הדומות מבחינה מבנית אך נבדלות על בסיס המקור של ספק האלקטרונים בעל האנרגיה הנמוכה והמקבל שאליו הם מספקים את האלקטרונים הנמרצים שלהם. שתי מערכות האור הללו פועלות במקביל.

מרכז התגובה PSII, הידוע גם בשם P680, סופג פוטון שמעורר אלקטרון בכלורופיל. האלקטרון בעל האנרגיה הגבוהה משתחרר ומועבר אל מקבל האלקטרונים הראשוני, ובסופו של דבר ל-PSI דרך שרשרת העברת האלקטרונים. האלקטרון החסר של P680 מוחלף על ידי חילוץ אלקטרון בעל אנרגיה נמוכה ממים; לפיכך, המים "מתפצלים" בשלב זה של הפוטוסינתזה, וה-PSII מוחזר מחדש לאחר כל פעולת אור. פיצול מולקולת H2O אחת משחרר שני אלקטרונים, שני אטומי מימן ואטום אחד של חמצן. מולקולות החמצן משתחררות לסביבה בעוד שיוני המימן ממלאים תפקיד קריטי ביצירת שיפוע פרוטון על פני ממברנת תילקואיד החיוני לסינתזה של ATP בכלורופלסט.

כאשר אלקטרונים עוברים דרך החלבונים הממוקמים בין PSII ל-PSI, הם מאבדים אנרגיה וחייבים להמריץ מחדש על ידי PSI; לפיכך, פוטון נוסף נספג באנטנת PSI. אנרגיה זו מועברת למרכז התגובה PSI הנקרא-P700. הP700 מחומצן ושולח אלקטרון בעל אנרגיה גבוהה ל-NADP+ כדי ליצור NADPH. לפיכך, PSII לוכד את האנרגיה כדי ליצור שיפועים של פרוטונים ליצירת ATP, ו-PSI לוכד את האנרגיה לחיזור NADP+ לתוך NADPH.

לאחר שהאנרגיה מהשמש הופכת לאנרגיה כימית בצורה של מולקולות ATP ו-NADPH, לתא יש את הדלק הדרוש לבניית מולקולות פחמימות לאגירת אנרגיה לטווח ארוך. זה מושג בשלב השני של הפוטוסינתזה, המכונה גם השלב הבלתי תלוי באור או הכהה של הפוטוסינתזה, המתרחש בסטרומה של הכלורופלסט.