Ciklinio ir neciklinio fotofosforilinimo skirtumas

Didžioji dalis organinių medžiagų, reikalingų organizmams, yra sukurtos iš fotosintezės produktų. Fotosintezė apima šviesos energijos pavertimą energija, kurią gali panaudoti ląstelė, ypač cheminę energiją. Augaluose ir dumbliuose fotosintezė vyksta organelėse, vadinamose chloroplastuose, kuriose yra išorinė membrana, vidinė membrana ir tiroidinė membrana (https://en.wikipedia.org/wiki/Chloroplast)..

Fotosintezę galima suskaidyti į dvi pagrindines dalis: (1) fotosintezės elektronų perdavimo reakcijos („šviesos reakcijos“) ir (2) anglies fiksavimo reakcijos („tamsiosios reakcijos“). „Šviesos reakcijos“ apima saulės šviesą energizuojančius elektronus, esančius fotosintetiniame pigmento chlorofilyje, kurie po to keliauja elektronų pernešimo grandine tiroidinėje membranoje, todėl susidaro ATP ir NADPH. „Tamsiosios reakcijos“ apima organinių junginių, pagamintų iš CO2, naudojimą naudojant ATP ir NADPH, gautus vykdant „lengvas reakcijas“, ir šiame straipsnyje daugiau nebus aptariami..

Fotosintezė apima dviejų fotosistemų naudojimą (I fotosistema ir II fotosistema) panaudoti šviesos energiją, naudojant elektronus, kad būtų gaunamas ATP ir NADPH, kuriuos ląstelė vėliau gali panaudoti kaip cheminę energiją organiniams junginiams gaminti. Fotosistemos yra dideli baltymų kompleksai, kurių specializacija yra šviesos energijos kaupimas ir pavertimas chemine energija. Fotosistemas sudaro dvi dalys: antenos kompleksas ir fotocheminės reakcijos centras. Antenos kompleksas yra svarbus fiksuojant šviesos energiją ir perduodant šią energiją į fotocheminės reakcijos centrą, kuris vėliau energiją paverčia ląstelei tinkamomis formomis.

Pirmiausia, šviesa sužadina elektroną, esantį antenos komplekse esančioje chlorofilo molekulėje. Tai apima šviesos fotoną, sukeliantį elektroną judėti į aukštesnės energijos orbitą. Kai chlorofilo molekulėje elektronas sužadinamas, jis yra nestabilus aukštesnės energijos orbitalėje ir energija greitai perduodama iš vienos chlorofilo molekulės į kitą, perduodant rezonansinę energiją, kol jis pasiekia chlorofilo molekules srityje, vadinamoje fotocheminės reakcijos centras. Iš čia sužadinti elektronai perduodami elektronų priėmėjų grandinei. Šviesos energija lemia elektronų perkėlimą iš silpno elektronų donoro (turinčio stiprų afinitetą elektronams) į stiprų elektronų donorą jo sumažinta forma (nešantį didelės energijos elektroną). Specifiniai elektronų donorai, kuriuos naudoja tam tikras organizmas ar fotosistema, gali skirtis ir bus toliau aptariami augalų I ir II fotosistemoms toliau..

Augaluose vykstant fotosintezei, susidaro ATP ir NADPH, naudojant dviejų pakopų procesą, vadinamą neciklinis fotofosforilinimas. Pirmasis neciklinio fotofosforilinimo etapas apima II fotosistemą. Aukštos energijos elektronai (kuriuos sukelia šviesos energija) iš chlorofilo molekulių II fotosistemos reakcijos centre perkeliami į chinono molekules (stiprius elektronų donorus). II fotosistema naudoja vandenį kaip silpną elektronų donorą, kad pakeistų elektronų trūkumus, kuriuos sukelia didelės energijos elektronų perkėlimas iš chlorofilo molekulių į chinono molekules. Tai atliekama iš vandens skaidymo fermento, kuris leidžia pašalinti elektronus iš vandens molekulių, kad pakeistų elektronus, perkeltus iš chlorofilo molekulės. Kai iš dviejų H2O molekulių pašalinami 4 elektronai (atitinkantys 4 fotonus), O2 išsiskiria. Tada sumažintos chinono molekulės perduoda didelės energijos elektronus į protonų (H +) pompą, žinomą kaip citochromas. b6-f sudėtingas. Citochromas b6-f sudėtingi siurbliai H + patenka į tiroidinę erdvę, sukurdami koncentracijos gradientą per tiroidinę membraną.

Šis protonų gradientas tada skatina ATP sintezę fermento ATP sintazės būdu (dar vadinamu F0F1 ATPazė). ATP sintazė suteikia H + jonams galimybę judėti per tiroidinę membraną žemyn jų koncentracijos gradientu. H + jonų judėjimas žemyn jų koncentracijos gradientu skatina ATP susidarymą iš ADP ir Pi (neorganinio fosfato) ATP sintaze. ATP sintazė randama bakterijose, archeoje, augaluose, dumbliuose ir gyvūnų ląstelėse ir turi reikšmės tiek kvėpavimui, tiek fotosintezei (https://en.wikipedia.org/wiki/ATP_synthase).

Galutinis II fotosistemos perdavimas elektronu yra elektronų perkėlimas į elektronų, kuriuose trūksta chlorofilo molekulės, I fotosistemos reakcijos centre. I sužadintas elektronas (kurį sukelia šviesos energija) iš chlorofilo molekulės I fotosistemos reakcijos centre perkeliamas į molekulė, vadinama ferredoksinu. Iš ten elektronas perkeliamas į NADP +, kad būtų sukurtas NADPH.

Neciklinis fotofosforilinimas sukuria 1 ATP molekulę ir 1 NADPH molekulę kiekvienoje elektronų poroje; tačiau norint fiksuoti anglį, reikia 1,5 molekulės ATP kiekvienoje NADPH molekulėje. Tam, kad išspręstų šią problemą ir pagamintų daugiau ATP molekulių, kai kurios augalų rūšys naudoja procesą, vadinamą ciklinis fotofosforilinimas. Ciklinis fotofosforilinimas apima tik I, o ne II fotosistemą, ir nesudaro NADPH ar O2. Ciklinio fosforilinimo metu didelės energijos elektronai iš I fotosistemos perkeliami į citochromą b6-f užuot perkeltas į NADP +. Elektronai praranda energiją, kai patenka per citochromą b6-f Dėl I ir H + fotosistemos chlorofilo komplekso susidaro tiriakoidinė membrana. Tai padidina H + koncentraciją tiroidinėje erdvėje, kuri skatina ATP susidarymą ATP sintazės metu.

Neciklinio, palyginti su cikliniu, fotofosforilinimo, kuris vyksta tam tikroje fotosintetinėje ląstelėje, lygis yra reguliuojamas atsižvelgiant į ląstelės poreikius. Tokiu būdu ląstelė gali valdyti, kiek šviesos energijos ji paverčia redukuojamąja galia (kurią maitina NADPH) ir kiek paverčia didelės energijos fosfato jungtimis (ATP)..