Разлика између цикличке и нецикличке фотофосфорилације

Већина органских материјала потребних организмима створена је из производа фотосинтезе. Фотосинтеза укључује претварање светлосне енергије у енергију коју ћелија може да користи, од којих је најбитнија хемијска енергија. У биљкама и алгама фотосинтеза се одвија у органели званој хлоропласт, која садржи спољну мембрану, унутрашњу мембрану и тилакоидну мембрану (хттпс://ен.википедиа.орг/вики/Хлоропласт).

Фотосинтеза се може поделити на два главна дела: (1) фотосинтетске реакције преноса електрона („светлосне реакције“) и (2) реакције фиксације угљеника („тамне реакције“). „Реакције светлости“ укључују електроне који енергизирају сунчеву светлост у фотосинтетском пигменту хлорофилу, који затим путују дуж ланца преноса електрона у мембрани тилакоида, што резултира стварањем АТП-а и НАДПХ. „Мрачне реакције“ укључују производњу органских једињења из ЦО2 коришћењем АТП и НАДПХ произведених „светлосним реакцијама“ и неће бити даље дискутовано у овом чланку..

Фотосинтеза укључује употребу два фотосистема (фотосистем И и фотосистем ИИ) искористити енергију светлости користећи електроне за производњу АТП-а и НАДПХ, који ћелија касније може да користи као хемијску енергију за прављење органских једињења. Фотосистеми су велики протеински комплекси који су специјализовани за прикупљање светлосне енергије и претварање у хемијску енергију. Фотосистеми се састоје од два дела: антенског комплекса и центра за фотохемијску реакцију. Комплекс антене важан је за хватање светлосне енергије и преношење те енергије у центар фотохемијске реакције, који потом претвара енергију у употребљиве форме за ћелију.

Прво, светлост побуди електрон унутар молекула хлорофила у комплексу антена. Ово укључује фотон светлости који узрокује прелазак електрона у орбиту више енергије. Када је електрон у молекули хлорофила побуђен, он је нестабилан у орбити веће енергије и енергија се брзо преноси из једне молекуле хлорофила у другу резонантним преносом енергије све док не достигне молекуле хлорофила у подручју познатом као центар за фотохемијске реакције. Одавде, узбуђени електрони се преносе у ланац акцектора електрона. Светлосна енергија изазива преношење електрона са слабог даваоца електрона (који има јак афинитет за електроне) до јаког даваоца електрона у смањеном облику (који носи високоенергетски електрон). Специфични даваоци електрона које користи одређени организам или фото-систем могу варирати и о којима ће се у даљем тексту расправљати за фото-системе И и ИИ у биљкама.

У биљкама фотосинтеза резултира производњом АТП-а и НАДПХ-а двостепеним процесом познатим као нециклична фотофосфорилација. Први корак нецикличне фотофосфорилације укључује фотосистем ИИ. Високоенергетски електрони (изазвани светлосном енергијом) из молекула хлорофила у реакционом центру фотосистема ИИ преносе се у молекуле кинона (јаки донори електрона). Фотосистем ИИ користи воду као слабог даваоца електрона како би заменио недостатке електрона изазване преношењем високоенергетских електрона из молекула хлорофила у молекуле кинона. То се постиже помоћу ензима који раздваја воду који омогућава уклањање електрона из молекула воде како би се заменио електроне пренете из молекула хлорофила. Кад се из два молекула Х2О (што одговара 4 фотона) уклоне 4 електрона, О2 се ослобађа. Редуковани молекули кинона прослеђују високоенергетске електроне протонској (Х +) пумпи познатој као цитохром б6-ф комплекс. Цитохром б6-ф комплексне пумпе Х + у тилакоидни простор, стварајући градијент концентрације преко мембране тилакоида.

Овај протонски градијент тада покреће АТП синтезу ензимом АТП синтазом (такође названом Ф0Ф1 АТПаза). АТП синтаза омогућава начин на који Х + јони могу да пролазе кроз тилакоидну мембрану, низ њихов градијент концентрације. Кретање Х + јона према њиховом концентрационом градијенту води АТП синтази од АТП и Пи (неорганског фосфата). АТП синтаза налази се у бактеријама, археама, биљкама, алгама и животињским ћелијама и има улогу и у дисању и у фотосинтези (хттпс://ен.википедиа.орг/вики/АТП_синтхасе).

Коначни пренос електрона фотосистема ИИ је преношење електрона у молекулу хлорофила са недостатком електрона у реакционом центру фотосистема И. Побуђени електрон (изазван светлосном енергијом) из молекуле хлорофила у реакционом центру фотосистема И преноси се у молекул који се зове ферредоксин. Одатле се електрон преноси у НАДП + да би се створио НАДПХ.

Нециклична фотофосфорилација производи 1 молекул АТП-а и 1 молекул НАДПХ по пару електрона; међутим, за фиксацију угљеника потребно је 1,5 молекула АТП по молекули НАДПХ. Да би се решило ово питање и произвело више АТП молекула, неке врсте биљака користе се поступак познат као циклична фотофосфорилација. Циклична фотофосфорилација укључује само фотосистем И, а не фотосистем ИИ и не формира НАДПХ или О2. У цикличкој фосфорилацији, високоенергетски електрони из фото-система И преносе се у цитохром б6-ф комплекс уместо да буде пребачен на НАДП +. Електрони губе енергију током проласка кроз цитокром б6-ф као резултат, хлорофил фотосистема И и Х + се пумпа преко тилакоидне мембране. Ово повећава концентрацију Х + у тилакоидном простору, који покреће производњу АТП помоћу АТП синтазе.

Ниво нецикличке насупрот цикличне фотофосфорилације која се јавља у датој фотосинтетској ћелији регулише се на основу ћелијских потреба. На тај начин ћелија може да контролише колико светлосне енергије претвара у смањену снагу (коју напаја НАДПХ) и колико се претвара у високоенергетске фосфатне везе (АТП).