20.6: Systemy fotograficzne

Fotosystemy to kompleksy wielobiałkowe, które tworzą jednostki funkcjonalne fotosyntezy w roślinach, algach i sinicach. Znajdują się one osadzone w błonie maleńkich struktur przypominających worki zwanych tylakoidami, umieszczonych wewnątrz chloroplastu.

Funkcjonowanie fotosystemów

Fotosystemy zawierają wiele cząsteczek pigmentów, takich jak chlorofile i karotenoidy, ułożonych w określoną organizację w dwóch domenach - kompleksie antenowym i centrum reakcji. Głównym celem cząsteczek pigmentu rozmieszczonych w kompleksie antenowym jest absorpcja światła w postaci fotonów i skierowanie ich do specjalnej pary chlorofilu w centrum reakcji.

Istnieją dwa rodzaje fotosystemów - fotosystem II (PSII) i fotosystem I (PSI), które są strukturalnie podobne, ale różnią się w zależności od źródła dostawcy elektronów o niskiej energii i akceptora, do którego dostarczają swoje energetyzowane elektrony. Oba te fotosystemy współpracują ze sobą.

Centrum reakcji PSII, znane również jako P680, absorbuje foton, który wzbudza elektron w chlorofilu. Elektron o wysokiej energii uwalnia się i jest przekazywany do pierwotnego akceptora elektronów, a ostatecznie do PSI przez łańcuch transportu elektronów. Brakujący elektron P680 jest zastępowany przez ekstrakcję elektronu o niskiej energii z wody; w ten sposób woda jest "rozszczepiana" podczas tego etapu fotosyntezy, a PSII jest redukowany po każdym akcie fotosyntezy. Rozszczepienie jednej cząsteczki_H2Ouwalnia dwa elektrony, dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu. Cząsteczki tlenu są uwalniane do środowiska, podczas gdy jony wodoru odgrywają kluczową rolę w tworzeniu gradientu protonów w poprzek błony tylakoidów, który jest niezbędny do syntezy ATP w chloroplastach.

Gdy elektrony przemieszczają się przez białka znajdujące się między PSII i PSI, tracą energię i muszą być ponownie zasilane przez PSI; stąd kolejny foton jest absorbowany przez antenę PSI. Energia ta jest przekazywana do centrum reakcji PSI o nazwie P700. P700 jest utleniany i wysyła wysokoenergetyczny elektron do NADP⁺, tworząc NADPH. W ten sposób PSII przechwytuje energię do tworzenia gradientów protonów w celu wytworzenia ATP, a PSI przechwytuje energię, aby zredukować NADP⁺ do NADPH.

Po tym, jak energia słoneczna zostanie zamieniona na energię chemiczną w postaci cząsteczek ATP i NADPH, komórka ma paliwo potrzebne do budowy cząsteczek węglowodanów do długotrwałego magazynowania energii. Osiąga się to w drugiej fazie fotosyntezy, znanej również jako niezależna od światła lub ciemna faza fotosyntezy, która zachodzi w zrębie chloroplastów.

Ten tekst jest adaptacją <a href="https://openstax.org/books/biology-2e/pages/8-2-the-light-dependent-reactions-of-photosynthesis">Openstax, Biology 2e, Rozdział 8, Sekcja 8.2: Zależne od światła reakcje fotosyntezy.

Organizmy fotosyntetyzujące wychwytują światło słoneczne przez kompleksy pigmentowo-białkowe zwane fotosystemami, osadzone w błonie tylakoidowej chloroplastu.

Kompleksy te są podzielone na fotosystem I lub PSI i fotosystem II lub PSII.

Wewnątrz chloroplastu kompleksy PSI znajdują się głównie w nieułożonych obszarach, zwanych blaszkami zrębu, podczas gdy kompleksy PSII są obecne w ułożonych w stos blaszkach granalowych.

Każdy fotosystem jest zbiorem około 200 cząsteczek chlorofilu i 50 cząsteczek pigmentu karotenoidowego, rozmieszczonych w dwóch różnych domenach fotosystemu - domenie rdzeniowej zwanej centrum reakcji i domenie peryferyjnej zwanej kompleksem antenowym.

Chociaż wszystkie cząsteczki pigmentu absorbują fotony, tylko kilka cząsteczek chlorofilu związanych z centrum reakcji może przekształcić pochłoniętą energię świetlną w energię chemiczną.

Pigmenty w kompleksie antenowym kierują tylko pochłoniętą energię do centrum reakcji.

Z fotosystemami związane są również kofaktory niezbędne do ich funkcjonowania.

Na przykład PSI ma kofaktor ferredoksyny, kluczowy węzeł w łańcuchu transportu elektronów, podczas gdy PSII zawiera kompleks wydzielający tlen, który katalizuje utlenianie wody, co ma kluczowe znaczenie dla fotosyntezy.