Der Unterschied zwischen zyklischer und nicht cyclischer Photophosphorylierung

Die meisten der von Organismen erforderlichen organischen Materialien werden aus den Produkten der Photosynthese erstellt. Die Photosynthese beinhaltet die Umwandlung von Lichtenergie in Energie, die von der Zelle verwendet werden kann, insbesondere chemische Energie. In Pflanzen und Algen tritt die Photosynthese in einer Organelle auf, die Chloroplasten namen.Wikipedia.org/wiki/chloroplast).

Die Photosynthese kann in zwei Hauptteile unterteilt werden: (1) Die photosynthetischen Elektronentransferreaktionen („Lichtreaktionen“) und (2) die Carbon-Fixierungsreaktionen („Dunkle Reaktionen“). Die „Lichtreaktionen“ beinhalten Sonnenlicht, die Elektronen im photosynthetischen Pigmentchlorophyll ansprechen, das dann entlang einer Elektronentransportkette in der Thylakoidmembran wandert, was zur Bildung von ATP und NADPH führt.  Die „dunklen Reaktionen“ umfassen die Produktion organischer Verbindungen aus CO2 unter Verwendung des ATP und NADPH, das durch die „Lichtreaktionen“ erzeugt wird, und wird in diesem Artikel nicht weiter erörtert.

Die Photosynthese beinhaltet die Verwendung von zwei Photosystemen (Photosystem I und Photosystem II) Um die Energie des Lichts mit Elektronen zur Herstellung von ATP und NADPH zu nutzen, die später von der Zelle als chemische Energie verwendet werden können, um organische Verbindungen herzustellen. Photosysteme sind große Proteinkomplexe, die sich darauf spezialisiert haben, Lichtenergie zu sammeln und in chemische Energie umzuwandeln. Photosysteme bestehen aus zwei Teilen: einem Antennenkomplex und einem photochemischen Reaktionszentrum. Der Antennenkomplex ist wichtig, um Lichtenergie zu erfassen und diese Energie an das photochemische Reaktionszentrum zu übertragen, das dann die Energie in nutzbare Formen für die Zelle umwandelt.

Erstens erregt Licht ein Elektron in einem Chlorophyllmolekül im Antennenkomplex. Dies beinhaltet ein Lichtphoton, das ein Elektron zu einem Orbital mit höherer Energie bewegt. Wenn ein Elektron in einem Chlorophyllmolekül angeregt wird, ist es im Orbital mit höherer Energie instabil und die Energie wird durch Resonanzenergieübertragung schnell von einem Chlorophyllmolekül auf ein anderes übertragen, bis es in einem als Photochemisches Reaktionszentrum. Von hier aus werden die angeregten Elektronen an eine Kette von Elektronenakzeptoren weitergegeben. Lichtenergie führt dazu, dass die Elektronen von einem schwachen Elektronendonor (eine starke Affinität zu Elektronen) zu einem starken Elektronendonor in seiner reduzierten Form (mit einem hochenergetischen Elektron) zu einem starken Elektronendonor) führt. Die spezifischen Elektronenspender, die von einem bestimmten Organismus oder Photosystem verwendet werden.

In Pflanzen führt die Photosynthese zur Herstellung von ATP und NADPH durch einen zweistufigen Prozess, der als bekannt ist Nicht cyclische Photophosphorylierung. Der erste Schritt der nicht cyclischen Photophosphorylierung betrifft Photosystem II. Hochenergetische Elektronen (durch Lichtenergie verursacht) aus den Chlorophyllmolekülen im Reaktionszentrum von Photosystem II werden auf Quinonmoleküle (starke Elektronenspender) übertragen. Photosystem II verwendet Wasser als schwacher Elektronendonor, um Elektronenmangel zu ersetzen, die durch die Übertragung von Elektronen mit hoher Energien aus Chlorophyllmolekülen auf Quinonmoleküle verursacht werden. Dies wird durch ein Wasserspalt-Enzym erreicht, mit dem Elektronen aus Wassermolekülen entfernt werden können, um die vom Chlorophyllmolekül übertragenen Elektronen zu ersetzen. Wenn 4 Elektronen aus zwei H2O -Molekülen (entsprechend 4 Photonen) entfernt werden, wird O2 freigesetzt. Die reduzierten Chinonmoleküle passieren dann die energiereichen Elektronen an eine Protonenpumpe (H+), die als Cytochrom bekannt ist B6-F Komplex. Das Cytochrom B6-F Komplexe Pumpen H+ in den Thylakoidraum und erzeugen einen Konzentrationsgradienten über die Thylakoidmembran.

Dieser Protonengradient treibt dann die ATP -Synthese durch die Enzym ATP -Synthase an (auch F0F1 ATPase genannt). Die ATP -Synthase bietet ein Mittel für H+ -Ionen, um durch die Thylakoid -Membran zu reisen, und ihren Konzentrationsgradienten hinunter. Die Bewegung von H+ -IONs down treibt die Bildung von ATP aus ADP und PI (anorganisches Phosphat) durch ATP -Synthase an. ATP -Synthase wird in Bakterien, Arten, Pflanzen, Algen und tierischen Zellen gefunden und spielt eine Rolle sowohl bei der Atmung als auch bei der Photosynthese (https: // en.Wikipedia.org/wiki/ATP_Synthase).

Der endgültige Elektronentransfer von Photosystem II ist die Übertragung von Elektronen auf ein Elektronenmangel Chlorophyllmolekül im Reaktionszentrum von Photosystem I. Ein angeregtes Elektron (verursacht durch Lichtenergie) aus dem Chlorophyllmolekül im Reaktionszentrum von Photosystem I wird in ein Molekül namens Ferredoxin übertragen. Von dort aus wird das Elektron an NADP+ übertragen, um NADPH zu erstellen.

Nicht cyclische Photophosphorylierung erzeugt 1 Molekül ATP und 1 Molekül Nadph pro Elektronenpaar; Die CO2 -Fixierung erfordert jedoch 1.5 ATP -Moleküle pro Molekül Nadph. Um dieses Problem anzugehen und mehr ATP -Moleküle zu produzieren, verwenden einige Pflanzenarten einen Prozess, der als bekannt ist Zyklische Photophosphorylierung. Die zyklische Photophosphorylierung umfasst nur Photosystem I, nicht das Photosystem II und bildet nicht NADPH oder O2. In der zyklischen Phosphorylierung werden energiereiche Elektronen aus dem Photosystem I auf das Cytochrom übertragen B6-F komplex anstatt auf NADP übertragen zu werden+. Die Elektronen verlieren Energie, während sie durch das Cytochrom geleitet werden B6-F Komplex zurück zum Chlorophyll des Photosystems I und H+ wird als Ergebnis über die Thylakoid -Membran gepumpt. Dies erhöht die Konzentration von H+ im Thylakoidraum, der die Produktion von ATP durch ATP -Synthase vorantreibt.

Das Niveau der nicht cyclischen versus cyclischen Photophosphorylierung, die in einer gegebenen Photosynthesezelle auftritt. Auf diese Weise kann die Zelle steuern, wie viel Licht Energie in die Reduzierung der Leistung (angetrieben von NADPH) und wie viel in hochenergetische Phosphatbindungen (ATP) umgewandelt wird.