Sự khác biệt giữa Photophosphorylation tuần hoàn và không cyclic

Hầu hết các chất hữu cơ được yêu cầu bởi sinh vật được tạo ra từ các sản phẩm quang hợp. Sự quang hợp liên quan đến chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng có thể được sử dụng bởi tế bào, đặc biệt là năng lượng hóa học. Ở thực vật và tảo, sự quang hợp xảy ra trong một cơ quan gọi là chất lục lạp, chứa màng ngoài, màng trong và màng thylakoid (Chloroplast).

Sự quang hợp có thể được chia thành hai phần chính: (1) các phản ứng chuyển electron quang hợp ("phản ứng ánh sáng") và (2) phản ứng gắn kết cacbon ("phản ứng tối"). Các phản ứng ánh sáng liên quan đến các điện tử kích hoạt ánh sáng mặt trời trong sắc tố chlorophyll quang hợp, sau đó đi dọc theo một chuỗi vận chuyển điện tử trong màng thylakoid, kết quả là sự hình thành của ATP và NADPH. Các phản ứng đen tối liên quan đến việc tạo ra các hợp chất hữu cơ từ CO2 bằng cách sử dụng ATP và NADPH được tạo ra bởi các phản ứng ánh sáng và sẽ không được thảo luận thêm trong bài báo này.

Sự tương quang liên quan đến việc sử dụng hai hệ thống ảnh (

photosystem I và hệ thống ảnh II

) để khai thác năng lượng của ánh sáng sử dụng điện tử để tạo ra ATP và NADPH, sau đó có thể được sử dụng bởi tế bào là năng lượng hóa học để tạo ra các hợp chất hữu cơ. Các hệ thống quang phổ là những phức hợp protein lớn chuyên thu thập năng lượng ánh sáng và biến nó thành năng lượng hóa học. Các hệ thống quang học bao gồm hai phần: một phức hợp ăng-ten và một trung tâm phản ứng quang hóa. Ăng ten phức tạp rất quan trọng trong việc thu năng lượng ánh sáng và truyền năng lượng đó đến trung tâm phản ứng quang hóa, sau đó chuyển năng lượng thành các dạng có thể sử dụng được cho tế bào. Trước tiên, ánh sáng kích thích một electron trong phân tử chlorophyll trong phức hợp ăng ten. Điều này liên quan đến một photon ánh sáng làm cho một electron di chuyển tới một quỹ đạo có năng lượng cao hơn. Khi một electron trong phân tử chlorophyll bị kích thích, nó không ổn định trong quỹ đạo năng lượng cao hơn, và năng lượng được chuyển nhanh từ một phân tử chlorophyll sang một phân tử khác nhờ chuyển năng lượng cộng hưởng cho đến khi nó đạt tới các phân tử chlorophyll ở một khu vực được gọi là hóa chất quang hợp trung tâm phản ứng

. Từ đây, các điện tử kích thích được truyền đến một chuỗi các chất chấp nhận electron. Năng lượng ánh sáng làm cho việc chuyển electron từ một nhà tài trợ electron yếu (có ái lực mạnh mẽ đối với các điện tử) đến một nhà tài trợ electron mạnh ở dạng giảm (mang một điện tử năng lượng cao). Các nhà tài trợ điện tử cụ thể được sử dụng bởi một sinh vật hoặc hệ thống ảnh có thể khác nhau và sẽ được thảo luận thêm dưới đây cho các hệ thống quang học I và II trong thực vật.

Ở thực vật, sự quang hợp kết quả trong việc sản xuất ATP và NADPH theo một quy trình hai bước gọi là photophosphorylation không chu kỳ . Bước đầu tiên của quang phosphose hóa không xyclic liên quan đến hệ thống II. Các electron điện năng cao (do năng lượng ánh sáng) từ các phân tử chlorophyll trong trung tâm phản ứng của hệ quang phổ II được chuyển sang các phân tử quinone (các nhà cung cấp electron mạnh). Photosystem II sử dụng nước như là một nhà tài trợ điện tử yếu để thay thế sự thiếu hụt electron gây ra bởi việc chuyển các điện tử năng lượng cao từ các phân tử chlorophyll sang các phân tử quinone. Điều này được thực hiện bởi một enzyme phân tách nước cho phép các electron được loại bỏ khỏi các phân tử nước để thay thế các electron chuyển từ phân tử chlorophyll. Khi 4 electron được tách ra khỏi hai phân tử H2O (tương ứng với 4 photon), O2 được giải phóng. Các phân tử quinone giảm sau đó chuyển các điện tử năng lượng cao thành một bơm proton (H +) được gọi là phức hợp cytochrome 6 -f . Các máy bơm phức tạp cytochrome

b 6 -f vào không gian thylakoid, tạo ra một gradient gradient tập trung trên thylakoid màng. Gradient proton này sau đó tổng hợp ATP bằng enzyme ATP synthase (còn gọi là F0F1 ATPase). ATP synthase cung cấp một phương tiện cho H + đi qua màng thylakoid, giảm gradient nồng độ của chúng. Sự chuyển động của các ion H + xuống gradient tập trung của chúng thúc đẩy sự hình thành ATP từ ADP và Pi (phosphat vô cơ) bởi ATP synthase. ATP synthase được tìm thấy trong vi khuẩn, archea, thực vật, tảo, và các tế bào động vật và có vai trò trong cả hô hấp và quang hợp ( / / .wikipedia.org/wiki/ ATP_synthase). Sự chuyển electron cuối cùng của ảnh II là việc chuyển các electron thành một phân tử chlorophyll thiếu electron trong trung tâm phản ứng của hệ quang. I. Một điện tử kích thích (do năng lượng ánh sáng) từ phân tử chlorophyll trong trung tâm phản ứng của hệ ảnh số I chuyển sang một phân tử gọi là ferredoxin. Từ đó, electron được chuyển tới NADP + để tạo ra NADPH. Sự mất photophosphorylation phi kim vòng tạo ra 1 phân tử ATP và 1 phân tử của NADPH trên mỗi cặp electron; tuy nhiên sự cố định bằng carbon đòi hỏi phải có 1. 5 phân tử ATP trên mỗi phân tử của NADPH. Để giải quyết vấn đề này và tạo ra nhiều phân tử ATP, một số loài thực vật sử dụng một quá trình được gọi là photophosphorylation vòng . Photophosphorylation cyclic liên quan chỉ có hệ thống hình ảnh I, chứ không phải hệ thống II, và không hình thành NADPH hay O2. Trong sự phosphoryl hoá theo chu kỳ, các điện tử năng lượng cao từ hệ quang học I được chuyển tới phức hợp cytochrom 69 ff thay vì chuyển sang NADP +. Các electron mất năng lượng khi chúng đi qua phức phức hợp cytochrom 6 -f trở lại với chất diệp lục của hệ thống ảnh I và H + được bơm qua màng thylakoid. Điều này làm tăng nồng độ H + trong không gian thylakoid, làm cho sản xuất ATP bằng ATP synthase.

Mức phosphate phosphorys không xyclic và cyclic xảy ra trong một tế bào quang hợp nhất định được điều chỉnh dựa trên nhu cầu của tế bào.Bằng cách này, tế bào có thể kiểm soát lượng năng lượng ánh sáng chuyển đổi thành năng lượng giảm (NADPH) và lượng chuyển đổi thành các liên kết phosphat năng lượng cao (ATP).