Fotosünteesi valgusest sõltuvad reaktsioonid — protsess, tulemused ja olulisus
Fotosünteesi valgusest sõltuvad reaktsioonid: kuidas valgus lõhustab vett, sünteesib ATP ja NADPH ning vabastab hapniku — protsess, tulemused ja eluline tähtsus
Vt ka: Calvini tsükkel
Fotosünteesi puhul kasutatakse valgusest sõltuvas reaktsioonis päikese valgusenergiat vee lõhustamiseks (fotolüüs), mida taimed teostavad kloroplastides. Vee lõhustumisel tekib hapnik, vesinik (prootonid) ja elektronid. Need elektronid liiguvad läbi kloroplastide tüülakoidide membraani paiknevate elektronikandjate ahelate, ning selle protsessi käigus tekitatakse prootonite gradient tüülakoidi lumeeni—see gradient juhib läbi ATP-süntaasi kemiosmoosi ja sünteesib ATP-d, raku peamist energiasalvestit.
Valgusest sõltuvates reaktsioonides osalevad kaks peamist fotosüsteemi (PSII ja PSI). PSII juures toimub fotolüüs: valguse energia kasutusel lagundatakse vesi ja vabanenud elektronid suunatakse elektronikandjate kaudu PSI-ni. Elektronide liikumine läbi kantjate (nt plastoquinon, tsütokroom b6f kompleksi ja plastotsüaniin) tõstab prootonite hulka tüülakoidi lumenisse, süvendades prootonite gradienti. PSI võtab vastu elektronid ja täiendava valgusenergia toimel annavad elektronid lõpuks elektronide viimasele aktseptorile, milleks on NADP+, muutes selle NADPH-ks.
Produkte—ATP ja NADPH—kasutatakse seejärel valgusest sõltumatutes reaktsioonides (Calvini tsüklis) süsiniku sidumiseks ja orgaaniliste suhkrute sünteesiks. Samal ajal hapnik, mis tekib fotolüüsi käigus, difundeerub taimest välja kui fotosünteesi “jäätmeprodukt”.
Tuleb märkida, et valgusest sõltuvate reaktsioonide tasakaalu saab reguleerida ka tsüklilise elektroni vooguga, kus elektronid pöörduvad tagasi PSI-suunda ja genereeritakse peamiselt ATP-d ilma NADPH moodustumiseta—see aitab kohandada ATP/NADPH suhtarvu vastavalt raku vajadustele. Kõik kirjeldatud protsessid toimuvad peamiselt kloroplastide tüülakoidide (eriti grana-tüülakoidide) membraanis ja nende vahetus läheduses, võimaldades efektiivset valgusenergia konverteerimist keemiliseks energiaks.
Valgusest sõltuv fotosünteesi reaktsioon tülakoidmembraanis
Elektronide liikumine
- Valgus tabab kloroplasti, see neelab valgust ja paneb selle lõksu.
- Klorofüll suunab valguse reaktsioonikeskusesse.
- Reaktsioonikeskuse elektron ergastatakse kõrgemale energiatasemele ja võetakse vastu elektronaktseptori poolt. See elektron võetakse vee lõhustumisel: (H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e-)
- Elektron liigub mööda rida elektronikandjaid. See liigub energiatasanditest allapoole ja kaotab energiat. See energia põhjustab klorofülli tsütoplasmast vesiniku pumpamist grana sees olevatesse tülakoidiruumidesse. Vesinik difundeerub ja voolab läbi valgukanalite tagasi tsütoplasmasse. Kui vesinik difundeerub mööda kontsentratsioonigradienti alla, tekib ADP-st ja anorgaanilisest fosfaadist ATP.
- Lõpuks kasutatakse elektroni NADP redutseerimiseks NADPH-ks koos fotolüüsist saadud vesinikuga.
Ajalugu
Colin Flannery pakkus 1779. aastal esimesena välja idee, et fotosüntees vajab valgust. Ta tunnistas, et selleks on vaja taimedele langevat päikesevalgust, kuigi Joseph Priestly oli 1772. aastal täheldanud hapniku tootmist ilma valgusega seostamata. Cornelius Van Niel pakkus 1931. aastal välja, et fotosünteesi puhul on tegemist üldise mehhanismiga, kus valguse fotooni kasutatakse vesinikdoonori fotolahustamiseks ja vesinikut kasutatakse CO
2. Seejärel näitas Robin Hill 1939. aastal, et isoleeritud kloroplastid toodavad hapnikku, kuid ei seo CO
2 näidates, et valguse ja pimeduse reaktsioonid toimusid erinevates kohtades. See viis hiljem fotosüsteemi 1 ja 2 avastamiseni.
Seotud leheküljed
- Fotosüntees
- Valgusest sõltumatud reaktsioonid
Otsige