FOTOSYSTÉMY: KOMPONENTY, OPERACE A TYPY - BIOLOGIE - 2025

Tyto fotosystémy jsou funkční jednotky fotosyntetického procesu. Jsou definovány svými formami asociace a konkrétní organizací fotosyntetických pigmentů a proteinových komplexů schopných absorbovat a transformovat světelnou energii v procesu, který zahrnuje přenos elektronů.

Jsou známy dva typy fotosystémů, které se nazývají fotosystémy I a II kvůli pořadí, v jakém byly objeveny. Fotosystém I má velmi vysoké množství chlorofylu a ve srovnání s množstvím chlorofylu b, zatímco fotosystém II má velmi podobné množství obou fotosyntetických pigmentů.

Schéma fotosystému I. Převzato a upraveno z: Pisum.

Fotosystémy se nacházejí v tylakoidních membránách fotosyntetických organismů, jako jsou rostliny a řasy. Najdete je také u sinic.

Chloroplasty

Chloroplasty jsou sférické nebo protáhlé organely o průměru asi 5 um, které obsahují fotosyntetické pigmenty. Uvnitř se vyskytuje fotosyntéza v rostlinných buňkách.

Jsou obklopeny dvěma vnějšími membránami a uvnitř obsahují vakovité struktury, také obklopené dvěma membránami, které se nazývají tylakoidy.

Thylakoidy jsou naskládány do skupiny, která přijímá jméno grana, zatímco tekutina obklopující tylakoidy se nazývá stroma. Thylakoidy jsou navíc obklopeny membránou zvanou lumen, která vymezuje intrathylakoidní prostor.

K přeměně světelné energie na chemickou energii během fotosyntézy dochází uvnitř membrán thylakoidů. Na druhé straně se ve stromech vyskytuje produkce a skladování sacharidů v důsledku fotosyntézy.

Fotosyntetické pigmenty

Jsou to proteiny schopné absorbovat světelnou energii, aby ji využily během fotosyntetického procesu, jsou zcela nebo částečně vázány na tylakoidní membránu. Pigmentem, který se přímo podílí na světelných reakcích fotosyntézy, je chlorofyl.

V rostlinách existují dva hlavní typy chlorofylu, které se nazývají chlorofyly a a b. U některých řas však mohou být přítomny i jiné typy chlorofylu, jako je cad, druhý je přítomen pouze v některých červených řasách.

Existují i ​​další fotosyntetické pigmenty, jako jsou karoteny a xantofyly, které společně tvoří karotenoidy. Tyto pigmenty jsou isoprenoidy obvykle složené ze čtyřiceti atomů uhlíku. Karoteny jsou neoxidované karoteinoidy, zatímco xantopyly jsou okysličené pigmenty.

U rostlin se na světelných reakcích přímo podílí pouze chlorofyl a. Zbývající pigmenty přímo neabsorbují světelnou energii, ale působí jako doplňkové pigmenty přenášením energie zachycené ze světla na chlorofyl a. Tímto způsobem je zachyceno více energie než chlorofyl samotný.

Fotosyntéza

Fotosyntéza je biologický proces, který rostlinám, řasám a některým bakteriím umožňuje využívat energii pocházející ze slunečního záření. Prostřednictvím tohoto procesu rostliny používají světelnou energii k přeměně atmosférického oxidu uhličitého a vody získané z půdy na glukózu a kyslík.

Světlo způsobuje komplexní řadu oxidačních a redukčních reakcí, které umožňují přeměnu světelné energie na chemickou energii nezbytnou pro dokončení procesu fotosyntézy. Fotosystémy jsou funkčními jednotkami tohoto procesu.

Komponenty fotosystémů

Anténní komplex

Skládá se z velkého počtu pigmentů, včetně stovek molekul chlorofylu aa ještě většího množství doplňkových pigmentů, jakož i fycobilinů. Komplexní anténa umožňuje absorbovat velké množství energie.

Funguje to jako trychtýř nebo jako anténa (odtud název), která zachycuje energii ze slunce a přeměňuje ji na chemickou energii, která se přenáší do reakčního centra.

Díky přenosu energie získá chlorofyl molekula v reakčním centru mnohem více energie světla, než by získala sama. Pokud by molekula chlorofylu přijala příliš mnoho světla, mohla by se fotooxidovat a rostlina by odumřela.

Reakční centrum

Jedná se o komplex tvořený molekulami chlorofylu, molekuly známé jako primární elektronový receptor a četné proteinové podjednotky, které je obklopují.

Funguje

Obecně molekula chlorofylu přítomná v reakčním centru, která iniciuje světelné reakce fotosyntézy, nepřijímá fotony přímo. Doplňkové pigmenty, stejně jako některé chlorofyly a molekuly přítomné v anténním komplexu, přijímají světelnou energii, ale přímo ji nepoužívají.

Tato energie absorbovaná anténním komplexem je přenesena do chlorofylu a reakčního centra. Pokaždé, když je molekula chlorofylu aktivována, uvolní energizovaný elektron, který je pak absorbován primárním elektronovým receptorem.

V důsledku toho je primární akceptor snížen, zatímco chlorofyl a regeneruje svůj elektron díky vodě, která působí jako finální uvolňovač elektronů, a kyslík je získán jako vedlejší produkt.

Typy

Fotosystém I

Nachází se na vnějším povrchu tylakoidní membrány a kromě chlorofylu a a karotenoidů má nízké množství chlorofylu b.

Chlorofyl a v reakčním centru lépe absorbuje vlnové délky 700 nanometrů (nm), proto se nazývá P700 (pigment 700).

Ve fotosystému I působí skupina proteinů ze skupiny ferrodoxinů - sulfid železa - jako konečné akceptory elektronů.

Fotosystém II

Působí jako první v procesu přeměny světla na fotosyntézu, ale bylo objeveno po prvním fotosystému. Nachází se na vnitřním povrchu tylakoidní membrány a má vyšší množství chlorofylu b než fotosystém I. Obsahuje také chlorofyl a, fycobiliny a xantofyly.

V tomto případě chlorofyl a v reakčním centru lépe absorbuje vlnovou délku 680 nm (P680) a ne vlnovou délku 700 nm jako v předchozím případě. Konečným akceptorem elektronů v tomto fotosystému je chinon.

Schéma fotosystému II. Převzato a editováno: Původní dílo bylo Kaidorem..

Vztah mezi fotosystémy I a II

Fotosyntetický proces vyžaduje oba fotosystémy. Prvním fotosystémem, který působí, je II, který absorbuje světlo, a tak jsou elektrony v chlorofylu reakčního centra vzrušeny a akceptory primárních elektronů je zachycují.

Elektrony vzrušené světelnou cestou do fotosystému I přes řetězec transportu elektronů umístěný v tylakoidové membráně. Toto přemístění způsobuje pokles energie, který umožňuje transport vodíkových iontů (H +) přes membránu směrem k lumenu thylakoidů.

Transport vodíkových iontů poskytuje energetický rozdíl mezi lumenovým prostorem thylakoidů a chloroplastovou stromou, která slouží k vytvoření ATP.

Chlorofyl v reakčním centru fotosystému I přijímá elektron přicházející z fotosystému II. Elektron může pokračovat v cyklickém transportu elektronů kolem fotosystému I nebo může být použit k vytvoření NADPH, který je poté transportován do Calvinova cyklu.

Reference

1. MW Nabors (2004). Úvod do botaniky. Pearson Education, Inc.
2. Fotosystém. Na Wikipedii. Obnoveno z en.wikipedia.org.
3. Fotosystém I, na Wikipedii. Obnoveno z en.wikipedia.org.
4. Fotosyntéza - Fotosystémy I a II. Obnoveno z britannica.com.
5. B. Andersson a LG Franzen (1992). Fotosystémy kyslíkové fotosyntézy. In: L. Ernster (Ed.). Molekulární mechanismy v bioenergetice. Elvieser Science Publishers.
6. EM Yahia, A. Carrillo-López, GM Barrera, H. Suzán-Azpiri a MQ Bolaños (2019). Kapitola 3 - Fotosyntéza. Posklizňová fyziologie a biochemie ovoce a zeleniny.