Циклическое и нециклическое фотофосфорилирование

Опубликовано: 24 Февраля, 2023

Процесс, посредством которого растения превращают углекислый газ, воду и солнечный свет в кислород и энергию в виде сахара, известен как фотосинтез. Автотрофные растения производят себе пищу посредством процесса, называемого фотосинтезом. Солнечный свет, хлорофилл, CO 2 и вода — четыре важнейших компонента, необходимых для этого процесса. Два темпа фотосинтеза — это реакция на свет и реакция на темноту.

Легкая реакция

При наличии света это явление имеет место. Когда пигмент поглощает свет, создается АТФ, который представляет собой энергию. Процесс включает поглощение света, расщепление воды, выделение кислорода и производство АТФ и НАДФН. Две фотосистемы, PS-I и PS-II, содержат светособирающие комплексы, состоящие из связанных с белком молекул пигмента. Каждая фотосистема состоит из антенн, несущих вспомогательные пигменты, и реакционного центра, состоящего из молекулы хлорофилла а. Реакционный центр для PS-I находится на P-700, потому что хлорофилл имеет пик поглощения на этой длине волны, а PS-это II на P-680, потому что у него другой пик поглощения.

Темная реакция

Этот процесс происходит не при наличии света в строме хлоропластов. В процессе участвуют следующие циклы: цикл С3 и цикл С4. Темновая реакция называется реакцией связывания углерода.

Фотофосфорилирование

За счет активации ФСII фотофосфорилирование использует солнечную энергию для преобразования АДФ в АТФ . При этом процесс, известный как фотолиз, расщепляет молекулу воды на протоны кислорода и водорода (H+). Затем осуществляется непрерывный однонаправленный поток электронов из воды в PS I. Под действием фермента АТФ-синтазы образуется АТФ, и электроны спонтанно перемещаются от донора к акцептору через электрон-транспортную цепь. Цепь окислительно-восстановительных реакций, известная как «цепь переноса электронов», последовательно переносит электроны от молекулы с высокой энергией (донор) к молекуле с более низкой энергией (акцептор).

Поток протонов из стромы в тилакоидное пространство создает трансмембранный градиент электрохимического потенциала при работе электрон-транспортной цепи. Этот протонный градиент устанавливается как мощность для активности АТФ-синтазы, и впоследствии АТФ образуется путем фосфорилирования. Фотофосфорилирование бывает двух типов:

  • Нециклическое фотофосфорилирование.
  • Циклическое фотофосфорилирование.

Циклическое фотофосфорилирование

Фотофосфорилирование в цикле. Циклическое фотофосфорилирование — это название, данное процедуре фотофосфорилирования, которая приводит к циклическому движению электронов во время синтеза молекул АТФ. В этой процедуре растительные клетки только преобразуют АДФ в АТФ, чтобы немедленно обеспечить клетки энергией.

Этапы циклического фотофосфорилирования

Вот некоторые этапы циклического фотофосфорилирования:

Свет бьет Фотосистема-л

В начале циклического процесса фотофосфорилирования в PS I попадает фотон, частица с квантом световой энергии. Цвета PS I поглощают энергию.

Вспомогательные пигменты PS I -> реакционный центр P700

Пигмент снабжает энергией реакционный центр P700. Реакционный электрон P700 восстанавливается до более высокой энергии за счет поглощения энергии. один электрон потерян из реакционного центра P700.

P700 к ферредоксину

Электрон реакционного центра Р700 нестабилен. Электрон реакционного центра Р700 выскакивает со своей более высокой энергетической орбитали и захватывается хлорофиллом А0, от молекулы А0 переходит к молекуле А1, которая имеет более высокий потенциал, чем АО, кластер железа и серы теперь получит электрон, который раньше был в молекуле A1. Fe-S высвобождает электрон, который затем захватывается Fd или ферредоксином. Строма и тилакоидная мембрана содержат водорастворимый белок fd. Этот белок переместился. Электрон P700 перешел от P700 к молекуле fd.

Ферредоксин -> Пластохинон

Ферредоксин является переносчиком электронов. Он переносит электроны от комплекса Fe-S к PQ через строму.

Пластохинон -> Cyt b6f

Две частицы водорода перемещаются PQ или пластохиноном, для этого дополнительно требуется 2e-. Каждая частица, в том числе P700, Fd, PQ и другие, существует во многих копиях. один дополнительный электрон из P700 перемещается от PS I к PQ с проводником еще одного Fd, когда следующий фотон сталкивается с PS I.

Два электрона и две частицы Н + (из стромы). Он идет со стороны стромы тилакоидного слоя на сторону просвета, прежде чем проявиться в комплексе Cyt b6f. PQ разряжает две частицы H + со стороны просвета и перемещает два электрона к Cyt b6f на тилакоидном слое.

Cyt b6f -> фикоцианин -> P700

Фикоцианин получает два электрона от Cytb6f. Выборы проходят через просвет, от Phycocyanin до P700. Дефицит двух электронов в двух реакционных центрах P700 компенсируется использованием двух электронов. В настоящее время два P700 RC работают нормально.

хемиосмос

Движение ионов через избирательно проницаемую мембрану по их электрохимическому градиенту называется хемиосмосом. Более высокие концентрации ионов Н + обнаруживаются в просвете, а более низкие концентрации ионов Н + обнаруживаются в строме. Вторжение ионов H + во время переноса электронов pq. Синтез АТФ, транспорт этих ионов Н + . АТФ-синтаза производит АТФ. Поскольку высвобожденные электроны при этом фотофосфорилировании возвращаются к ФС I, оно известно как циклическое фотофосфорилирование.

Нециклическое фотофосфорилирование

Фотофосфорилирование без цикла. Нециклическое фотофосфорилирование — это название, данное процессу фотофосфорилирования, который заставляет электроны двигаться нециклически для синтеза молекул АТФ с использованием энергии возбужденных электронов, перемещаемых фотосистемой II.

Реакции фотосистемы I

PS I включает в себя реакционный центр P700 и набор дополнительных пигментов. С ФС I (фотосистемой I) связаны следующие реакции.

Фотон поражает PS I (Фотосистема-l)

Один фотон попадает на фотосистему I. Энергия фотона перемещается к пигментам в ФС I.

Фотон -> P700

Пигменты сохраняют энергию фотона и начинают вибрировать. Эти вибрации передаются от одной молекулы пигмента к другой до тех пор, пока энергия вибраций не будет передана фокусу отклика P700. Периферийная электроника P700 сохраняет мощность и возбуждается до более высокого уровня энергии.

P700 -> Ферредоксин (Fd)

Орбитальный электрон реакционного центра P700 с более высокой энергией высвобождает его, и другая модифицированная молекула хлорофилла принимает его. Электрон молекулы А1 имеет более значительный потенциал. Электрон, ранее находившийся в молекуле A1, теперь перейдет в комплекс железо-сера (Fe-S). Уменьшительная способность комплекса Fe-S ниже, чем у ферредоксина, следующего за ним белка (Fd). Соответственно, Fd забирает электрон, который отдал Fe-S.

Ферредоксин -> Ферредоксин НАДФ + оксидоредуктаза (ФНР)

Fd представляет собой небольшой водорастворимый белок. После получения электрона ферредоксин (Fd) проходит через строму, чтобы достичь акцептора электронов, FNR. Катализатор, называемый FNR, катализирует превращение одного NADP+ в NADPH путем перемещения двух электронов от двух Fd. NADP + получает эти два электрона. Теперь он становится НАДФН. НАДФН является переносчиком электронов.

Реакции фотосистемы II

Сначала был открыт PS-1, позже был открыт PS-II.

Photon поражает PS II

Когда фотон попадает в фотосистему II, дополнительные пигменты захватывают его и поглощают.

Фотон -> P680

Энергия передается от фотона к реакционному центру P680.

P680 -> Феофитин (Pheo)

Сравнение P680 со следующим белком в каскаде, феофитином, показывает, что P680 имеет больший окислительно-восстановительный потенциал из-за возбужденного электрона. В результате феофитин получает электрон, а реакционный центр Р680 теряет электрон.

Феофитин -> Пластохинон (PQ)

Пластохинон присутствует в тилакоидной мембране. Он несет два электрона. Второй электрон посылается белку PQ из второго реакционного центра P680. Пластохинон, или PQ, преобразуется в PQH2 путем извлечения из стромы двух феофитинов и двух ионов водорода.

Пластохинон -> Цитохром b6f

B6f покрывает тилакоидную мембрану. Два H + высвобождаются в просвет, и два электрона перемещаются к Cyt B6f, как только PQH2 достигает его.

Цитохром b6f -> Фикоцианин

Перенос электрона на следующий белок. Цитохром b6f теряет выбор, а фикоцианин получает электрон. Фикоцианин имеет два электрона, присутствующих в просвете. Pc отдает электрон P700. Два электрона из Cyt b6f используются для восполнения нехватки двух электронов в двух P700. В двух реакционных центрах P680 не хватает электронов. Два реакционных центра P680 получают свои электроны в результате фотолиза, расщепления молекул воды под действием света. Теперь давайте посмотрим, что называют фотолизом воды.

Разделение воды

Фотолиз — это термин, обозначающий светозависимое расщепление воды. И марганец, и хлор играют важную роль в процессе PS-II, который связан с этим. Электроны, созданные во время этой процедуры, заменяют электроны, потерянные из P680. В результате поглощения света P680 молекула воды расщепляется с выделением кислорода.

2H2O —–> 4H+ + 4e+102

Количество электронов и протонов

В обеих фотосистемах использовалось 4 фотона вместо 2. В результате используются все четыре электрона. Таким образом, 4 фотона потребляются в фотосистеме-I и фотосистеме-II, и 4 электрона проходят через обе фотосистемы, образуя 1 молекулу кислорода.

Сходства между циклическим и нециклическим фотофосфорилированием

  • При фотосинтезе происходит как циклическое, так и нециклическое фотофосфорилирование.
  • Существует два типа фотофосфорилирования, т.е. циклическое и нециклическое.
  • Свет необходим как для циклического, так и для нециклического фотофосфорилирования.
  • АТФ производится как циклическим, так и нециклическим фотофосфорилированием.

Разница между циклическим и нециклическим фотофосфорилированием

Циклическое фотофосфорилирование

Нециклическое фотофосфорилирование

Фотосистема Я испытываю это. Это можно увидеть в обеих фотосистемах I и II.
Единственным продуктом является АТФ. Образуются АТФ и НАДФН.
Электроны, которые фотосистема выбрасывает, а затем поглощает. Электроны, которые выбрасываются фотосистемой, но не возвращаются.
Вода не подвергается фотолизу. Вода подвержена фотолизу.
Кислород не выделяется. Выделение кислорода.

Часто задаваемые вопросы о циклическом и нециклическом фотофотофосфорилировании

Вопрос 1: Какие существуют два типа фотофосфорилирования?

Отвечать:

There are two types of photophosphorylation which is cyclic photophosphorylation and non-cyclic photophosphorylation.

Вопрос 2: Что такое фотофосфорилирование?

Отвечать:

Photophosphorylation is the insertion of a phosphate group during the light reaction of photosynthesis when light is present. The term “photophosphorylation” refers to phosphorylation that takes place while the light is present.

Вопрос 3: Что такое нециклический процесс фотофосфорилирования?

Отвечать:

When electrons are expelled from the exciting photo centre and do not reenter, non-cyclic photophosphorylation takes place. Only when both photosystems I and II are active does this process take place. Electrons are released as a result of the photolysis of water. Consequently, a consistent supply of water is needed for this operation. During this process, ATP and NADPH are both produced.

Вопрос 4: В каком случае циклическое фотофосфорилирование идеально?

Отвечать:

Only in the case of bacteria, the cyclic photophosphorylation method is ideal.

Вопрос 5: Сколько АТФ образуется при циклическом фотофосфорилировании?

Отвечать:

Cyclic photophosphorylation produces 2 ATP molecules.