ФОТОСИСТЕМИ: КОМПОНЕНТЕ, РАД И ТИПОВИ - БИОЛОГИЈА - 2025

У пхотосистемс су функционалне јединице фотосинтетског процеса. Они су дефинисани њиховим облицима повезивања и посебном организацијом фотосинтетских пигмената и протеинских комплекса способних да апсорбују и трансформишу светлосну енергију, у процесу који укључује пренос електрона.

Познате су две врсте фотосистема, назване фотосистеми И и ИИ због редоследа у којем су откривени. Фотосистем И има веома велике количине хлорофила у поређењу са количином хлорофила б, док фотосистем ИИ има веома сличне количине фотосинтетских пигмената.

Дијаграм фото система И преузет и обрађен из: Писум.

Фотосистеми су смештени у тилакоидним мембранама фотосинтетских организама као што су биљке и алге. Такође се могу наћи у цијанобактеријама.

Хлоропласти

Хлоропласти су сферне или издужене органеле пречника око 5 ум, које садрже фотосинтетске пигменте. Унутар ње се у биљним ћелијама догађа фотосинтеза.

Окружене су двема спољашњим мембранама, а унутра садрже сакралне структуре, такође окружене двема мембранама, названим тилакоиди.

Тилакоиди су сложени у формирајућу групу која добија назив грана, док се течност која окружује тилакоиде назива строма. Поред тога, тилакоиди су окружени мембраном која се назива лумен која ограничава интратилакоидни простор.

Претварање светлосне енергије у хемијску енергију током фотосинтезе догађа се унутар мембрана тилакоида. С друге стране, производња и складиштење угљених хидрата као резултат фотосинтезе догађа се у стромама.

Фотосинтетски пигменти

Они су протеини способни да апсорбују светлосну енергију да би је користили током процеса фотосинтезе, потпуно или делимично су везани за тилакоидну мембрану. Пигмент директно укључен у светлосне реакције фотосинтезе је хлорофил.

Постоје две главне врсте хлорофила у биљкама, које се називају хлорофили а и б. Међутим, у неким алгама могу бити присутне и друге врсте хлорофила, попут ц и д, који је присутан само у неким црвеним алгама.

Постоје и други фотосинтетски пигменти као што су каротени и ксантофили, који заједно чине каротеноиде. Ови пигменти су изопреноиди који се углавном састоје од четрдесет атома угљеника. Каротени су каротеиноиди који не садрже кисеоник, док су ксантофили пигменти са кисеоником.

У биљкама је само хлорофил а директно укључен у светлосне реакције. Преостали пигменти не апсорбују директно светлосну енергију, већ делују као помоћни пигменти преносећи енергију заробљену из светлости у хлорофил а. На овај начин се заробљава више енергије него што сам хлорофил може да зароби.

Фотосинтеза

Фотосинтеза је биолошки процес који омогућава биљкама, алгама и неким бактеријама да искористе енергију која потиче од сунчеве светлости. Кроз овај процес, биљке користе светлосну енергију за трансформисање атмосферског угљен-диоксида и воде добијене из тла, у глукозу и кисеоник.

Светлост изазива сложени низ оксидационих и редукционих реакција које омогућавају трансформацију светлосне енергије у хемијску енергију неопходну за завршетак процеса фотосинтезе. Фотосистеми су функционалне јединице овог процеса.

Компоненте фото система

Антенски комплекс

Састоји се од великог броја пигмената, укључујући стотине молекула хлорофила а и још веће количине помоћних пигмената, као и фикобилини. Сложена антена омогућава да се апсорбује велика количина енергије.

Дјелује попут лијевка или попут антене (отуда и његово име) која заробљава енергију сунца и претвара је у хемијску енергију, која се преноси у реакциони центар.

Захваљујући преносу енергије, хлорофил молекула у реакционом центру добија много више светлосне енергије него што би сам стекао. Такође, ако молекул хлорофила прими превише светлости, могао би се фотооксидати и биљка би умрла.

Реакциони центар

То је комплекс који чине молекули хлорофила, молекул познат као примарни рецептор електрона и бројне протеинске подјединице које их окружују.

Функционисање

Генерално, молекул хлорофила присутан у реакционом центру и који покреће светлосне реакције фотосинтезе не прима директно фотоне. Додатни пигменти, као и неки хлорофил молекули присутни у комплексу антена, примају светлосну енергију, али не користе је директно.

Та енергија коју апсорбује антенски комплекс преноси се у хлорофил реакционог центра. Сваки пут када се хлорофил активира неки молекул, он ослобађа енергизовани електрон који потом апсорбује примарни рецептор електрона.

Као посљедица тога, примарни акцептор се смањује, док хлорофил враћа свој електрон захваљујући води, која делује као крајњи ослобађач електрона и кисеоник се добија као нуспроизвод.

Врсте

Пхотосистем И

Налази се на спољној површини тилакоидне мембране и садржи малу количину хлорофила б, поред хлорофила а и каротеноида.

Хлорофил а у реакционом центру боље апсорбује таласне дужине од 700 нанометара (нм), због чега се назива П700 (пигмент 700).

У фото-систему И, група протеина из феродоксинске групе - гвожђе-сулфид - делује као крајњи акцептор електрона.

Пхотосистем ИИ

Прво делује у процесу претварања светлости у фотосинтезу, али је откривен након првог фотосистема. Налази се на унутрашњој површини тилакоидне мембране и садржи већу количину хлорофила б него фотосистем И. Садржи и хлорофил а, фикобилине и ксантофиле.

У овом случају, хлорофил а у реакционом центру боље апсорбује таласну дужину 680 нм (П680), а не таласну дужину од 700 нм као у претходном случају. Коначни акцептор електрона у овом фото-систему је хинон.

Дијаграм фото система ИИ. Преузето и уређено из: Оригинално дело написао Каидор. .

Однос између фото-система И и ИИ

Процес фотосинтезе захтева оба фотосистема. Први фотосистем који делује је ИИ, који апсорбује светлост и на тај начин се електрони у хлорофилу реакционог центра побуђују, а примарни акцептори електрона их захватају.

Електрони побуђени светлошћу путују до фото-система И кроз ланац транспорта електрона смештеног у тилакоидној мембрани. Ово премештање изазива пад енергије који омогућава транспорт водоничних јона (Х +) кроз мембрану, ка лумену тилакоида.

Транспорт водоника јона обезбеђује енергетску разлику између луменског простора тилакоида и строме хлоропласта, који служи за стварање АТП-а.

Хлорофил у реакционом центру фотосистема И прима електрон који долази из фотосистема ИИ. Електрони могу наставити у цикличком транспорту електрона око фото-система И, или се употребљавају за формирање НАДПХ, који се затим транспортује у Цалвин циклус.

Референце

1. МВ Наборс (2004). Увод у ботанику. Пеарсон Едуцатион, Инц.
2. Пхотосистем. На Википедији. Опоравак са ен.википедиа.орг.
3. Пхотосистем И, у Википедији. Опоравак са ен.википедиа.орг.
4. Фотосинтеза - фотосистеми И и ИИ. Опоравак од британница.цом.
5. Б. Андерссон и ЛГ Франзен (1992). Фотосистеми кисикове фотосинтезе. У: Л. Ернстер (ур.). Молекуларни механизми у биоенергетици. Елвиесер Сциенце Публисхерс.
6. ЕМ Иахиа, А. Царрилло-Лопез, ГМ Баррера, Х. Сузан-Азпири и МК Боланос (2019). Поглавље 3 - Фотосинтеза. Физиологија и биохемија воћа и поврћа после бербе.