20.6: Fotosistemler

Fotosistemler, bitkiler, algler ve siyanobakterilerde fotosentezin işlevsel birimlerini oluşturan çok proteinli komplekslerdir. Kloroplastın içine yerleştirilmiş tilakoid adı verilen küçük kese benzeri yapıların membranına gömülü olarak bulunurlar.

Fotosistemlerin İşleyişi

Fotosistemler, anten kompleksi ve reaksiyon merkezi olmak üzere iki alan - boyunca belirli bir organizasyonda düzenlenmiş klorofiller ve karotenoidler gibi birçok pigment molekülü içerir Anten kompleksinde dağılmış olan pigment moleküllerinin temel amacı, foton formundaki ışığı absorbe ederek reaksiyon merkezinin özel klorofil çiftine yönlendirmektir.

İki tür fotosistem vardır - fotosistem II (PSII) ve fotosistem I (PSI), yapısal olarak benzerdirler ancak düşük enerjili elektron tedarikçisinin kaynağı ve enerjili elektronlarını ilettikleri alıcı temelinde farklılık gösterir. Bu fotosistemlerin her ikisi de uyum içinde çalışır.

P680 olarak da bilinen PSII reaksiyon merkezi, klorofildeki bir elektronu harekete geçiren bir fotonu emer. Yüksek enerjili elektron serbest kalır ve birincil elektron alıcısına ve sonuçta elektron taşıma zinciri yoluyla PSI'e aktarılır. P680'in eksik elektronu, sudan düşük enerjili bir elektronun çıkarılmasıyla değiştirilir; dolayısıyla fotosentezin bu aşamasında su "bölünür" ve PSII her fotoaktimden sonra yeniden indirgenir. Bir H₂O molekülünün bölünmesi iki elektron, iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomunun açığa çıkmasına neden olur. Oksijen molekülleri çevreye salınırken hidrojen iyonları, kloroplastta ATP sentezi için gerekli olan tilakoid membran boyunca bir proton gradyanı oluşturulmasında kritik bir rol oynar.

Elektronlar, PSII ve PSI arasında bulunan proteinler arasında hareket ettikçe enerji kaybederler ve PSI tarafından yeniden enerji yüklenmesi gerekir; dolayısıyla başka bir foton PSI anteni tarafından emilir. Bu enerji P700 adı verilen PSI reaksiyon merkezine iletilir. P700 oksitlenir ve NADPH'yi oluşturmak için NADP⁺'ya yüksek enerjili bir elektron gönderir. Böylece PSII, ATP yapmak için proton gradyanları oluşturacak enerjiyi yakalar ve PSI, NADP⁺'yı NADPH'ye indirgeyecek enerjiyi yakalar.

Güneşten gelen enerji, ATP ve NADPH molekülleri formundaki kimyasal enerjiye dönüştürüldükten sonra hücre, uzun vadeli enerji depolamak için karbonhidrat molekülleri oluşturmak için gereken yakıta sahip olur. Bu, fotosentezin ışıktan bağımsız veya karanlık fazı olarak da bilinen ve kloroplast stromasında meydana gelen ikinci aşamasında gerçekleşir.

Bu metin, Openstax, Biology 2e, Bölüm 8, Kısım 8.2: Fotosentezin Işığa Bağlı Tepkileri'ndan uyarlanmıştır.

Fotosentetik organizmalar, kloroplastın tilakoid zarına gömülü fotosistemler adı verilen pigment-protein kompleksleri aracılığıyla güneş ışığını yakalar.

Bu kompleksler fotosistem I veya PSI ve fotosistem II veya PSII olarak kategorize edilir.

Kloroplast içinde, PSI kompleksleri ağırlıklı olarak stromal lameller olarak adlandırılan yığılmamış bölgelerde bulunurken, PSII kompleksleri yığılmış granül lameller içinde bulunur.

Her fotosistem, fotosistemin iki farklı alanına dağıtılan yaklaşık 200 klorofil ve 50 karotenoid pigment molekülünün bir koleksiyonudur - reaksiyon merkezi olarak adlandırılan çekirdek alan ve anten kompleksi olarak adlandırılan çevresel bir alan.

Tüm pigment molekülleri fotonları emmesine rağmen, reaksiyon merkeziyle ilişkili sadece birkaç klorofil molekülü emilen ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürebilir.

Anten kompleksindeki pigmentler sadece emilen enerjiyi reaksiyon merkezine yönlendirir.

Fotosistemler ayrıca işlevleri için gerekli olan ilişkili kofaktörlere sahiptir.

Örneğin, PSI, elektron taşıma zincirinde önemli bir bağlantı noktası olan bir ferredoksin kofaktörüne sahipken, PSII, fotosentez için çok önemli bir adım olan su oksidasyonunu katalize eden bir oksijen-evrim kompleksi içerir.