Döngüsel ve Döngüsel Olmayan Fotofosforilasyon Arasındaki Fark
Share
Organizmaların ihtiyaç duyduğu organik materyallerin çoğu fotosentez ürünlerinden üretilir. Fotosentez, ışık enerjisinin, özellikle kimyasal enerji olan hücre tarafından kullanılabilecek enerjiye dönüştürülmesini içerir. Bitkilerde ve alglerde fotosentez, bir dış zar, bir iç zar ve bir tilakoid membran içeren kloroplast adı verilen bir organelde meydana gelir (https://en.wikipedia.org/wiki/Chloroplast).
Fotosentez iki ana parçaya ayrılabilir: (1) fotosentetik elektron transfer reaksiyonları (“ışık reaksiyonları”) ve (2) karbon tespit reaksiyonları (“karanlık reaksiyonlar”). “Işık reaksiyonları” fotosentetik pigment klorofilindeki güneş ışığına enerji veren elektronları içerir, bunlar daha sonra tilakoid membrandaki bir elektron taşıma zinciri boyunca hareket eder ve ATP ve NADPH oluşumuna neden olur. “Karanlık reaksiyonlar”, “hafif reaksiyonlar” tarafından üretilen ATP ve NADPH kullanılarak CO2'den organik bileşiklerin üretimini içerir ve bu makalede daha fazla tartışılmayacaktır..
Fotosentez iki fotosistemin kullanımını içerir (fotosistem I ve fotosistem II) daha sonra organik bileşikler yapmak için kimyasal enerji olarak hücre tarafından kullanılabilecek olan ATP ve NADPH üretmek için elektronları kullanarak ışığın enerjisini kullanmak. Fotosistemler, ışık enerjisi toplama ve onu kimyasal enerjiye dönüştürme konusunda uzmanlaşmış büyük protein kompleksleridir. Fotosistemler iki bölümden oluşur: bir anten kompleksi ve bir fotokimyasal reaksiyon merkezi. Anten kompleksi, ışık enerjisini yakalamak ve bu enerjiyi fotokimyasal reaksiyon merkezine iletmek için önemlidir, bu da enerjiyi hücre için kullanılabilir formlara dönüştürür.
İlk olarak, ışık, anten kompleksindeki bir klorofil molekülü içindeki bir elektronu uyarır. Bu, elektronun daha yüksek enerjili bir yörüngeye hareket etmesine neden olan bir ışık fotonu içerir. Bir klorofil molekülündeki bir elektron heyecanlandığında, daha yüksek enerjili yörüngede kararsızdır ve enerji, bir klorofil molekülünden rezonans enerji transferi ile diğeri olarak bilinen bir alanda klorofil moleküllerine ulaşana kadar hızla aktarılır. fotokimyasal reaksiyon merkezi. Buradan, uyarılan elektronlar bir elektron alıcı zincirine geçirilir. Işık enerjisi, elektronların zayıf bir elektron vericisinden (elektronlar için güçlü bir afiniteye sahip) indirgenmiş formda güçlü bir elektron donörüne (yüksek enerjili bir elektron taşıyan) aktarılmasına neden olur. Belirli bir organizma veya fotosistem tarafından kullanılan spesifik elektron donörleri değişebilir ve bitkilerdeki I ve II fotosistemleri için aşağıda daha ayrıntılı tartışılacaktır..
Bitkilerde, fotosentez, ATP ve NADPH'nin iki adımlı bir işlemle üretilmesi ile sonuçlanır. döngüsel olmayan fotofosforilasyon. Döngüsel olmayan fotofosforilasyonun ilk adımı fotosistem II'yi içerir. Fotosistem II reaksiyon merkezindeki klorofil moleküllerinden yüksek enerjili elektronlar (ışık enerjisinin neden olduğu) kinon moleküllerine (güçlü elektron donörleri) transfer edilir. Photosystem II, yüksek enerjili elektronların klorofil moleküllerinden kinon moleküllerine transferinin neden olduğu elektron eksikliklerinin yerini almak için zayıf bir elektron donörü olarak suyu kullanır. Bu, klorofil molekülünden aktarılan elektronların yerine elektronların su moleküllerinden çıkarılmasına izin veren bir su bölücü enzim ile gerçekleştirilir. İki H2O molekülünden (4 fotona karşılık gelen) 4 elektron çıkarıldığında, O2 salınır. İndirgenmiş kinon molekülleri daha sonra yüksek enerjili elektronları sitokrom olarak bilinen bir proton (H +) pompaya geçirir b6-f kompleksi. Sitokrom b6-f kompleksi H + 'ı tilakoid boşluğa pompalar ve tilakoid membran boyunca bir konsantrasyon gradyanı oluşturur.
Bu proton gradyanı daha sonra ATP sentezini ATP sentaz (F0F1 ATPase olarak da adlandırılır) ile tahrik eder. ATP sentaz, H + iyonlarının konsantrasyon gradyanlarında tilakoid membrandan geçmeleri için bir araç sağlar. H + iyonlarının konsantrasyon gradyanlarında aşağı hareketi, ATP sentaz ile ADP ve Pi'den (inorganik fosfat) ATP oluşumuna neden olur. ATP sentaz bakteri, archea, bitkiler, algler ve hayvan hücrelerinde bulunur ve hem solunum hem de fotosentezde rol oynar (https://en.wikipedia.org/wiki/ATP_synthase).
Fotosistem II'nin son elektron transferi, fotosistem I'in reaksiyon merkezinde elektronların elektron eksikliği olan bir klorofil molekülüne aktarılmasıdır. Fotosistem I'in reaksiyon merkezinde bulunan klorofil molekülünden heyecanlı bir elektron (ışık enerjisinin neden olduğu) ferredoxin adlı molekül. Oradan, elektron NADPH oluşturmak için NADP + 'ya aktarılır.
Döngüsel olmayan fotofosforilasyon elektron çifti başına 1 molekül ATP ve 1 molekül NADPH üretir; bununla birlikte, karbon fiksasyonu NADPH molekülü başına 1.5 molekül ATP gerektirir. Bu sorunu çözmek ve daha fazla ATP molekülü üretmek için bazı bitki türleri şu şekilde bilinir: halkalı fotofosforilasyon. Döngüsel fotofosforilasyon, fotosistem II'yi değil sadece fotosistemi I içerir ve NADPH veya O2 oluşturmaz. Siklik fosforilasyonda, fotosistem I'den gelen yüksek enerjili elektronlar sitokrom'a aktarılır b6-f NADP + 'ya aktarılmak yerine Elektronlar sitokromdan geçerken enerji kaybeder b6-f Sonuç olarak fotosistem I ve H + 'nın klorofiline geri kompleks, tilakoid membran boyunca pompalanır. Bu, ATP sentaz ile ATP üretimini sağlayan tilakoid boşluktaki H + konsantrasyonunu arttırır..
Belirli bir fotosentetik hücrede meydana gelen siklik olmayan ve siklik fotofosforilasyon seviyesi, hücrenin ihtiyaçlarına göre düzenlenir. Bu şekilde, hücre ne kadar ışık enerjisini azaltıcı güce dönüştürdüğünü (NADPH tarafından yakıt doldurulur) ve ne kadarının yüksek enerjili fosfat bağlarına (ATP) dönüştürüldüğünü kontrol edebilir..
