Ljusreaktioner i fotosyntesen: fotolys, ATP och NADPH
Utforska ljusreaktioner i fotosyntesen: fotolys, hur vatten splittras och hur ATP samt NADPH bildas för att driva växternas koldioxidfixering.
Se även:Calvin-cykel
I fotosyntesen använder den ljusberoende reaktionen ljusenergi från solen för att driva flera sammankopplade processer i kloroplaster. Ljuset fångas upp av klorofyll och andra pigment i tylakoidmembranen, vilket leder till att vatten delas upp genom fotolys. Vid fotolysen bildas syre, väte (i form av protoner H+) och elektroner. Elektronerna förs vidare genom en elektrontransportkedja i kloroplastens kloroplaster, och den energi som frigörs används för att skapa en protongradient som via kemosmos driver bildningen av ATP.
Var i cellen sker det?
Alla ljusreaktioner sker i kloroplasternas grana tylakoid-membran. Pigment i fotosystemen sitter i tylakoidmembranen där de fångar ljus och initierar elektronflödet.
Hur fungerar fotolys och elektrontransport?
Processen kan beskrivas i följande steg:
- Ljupptagning: Klorofyll i fotosystem II (PSII, reaktionscentrum ofta kallat P680) absorberar ljus. Energirika elektroner exciteras och lämnar reaktionscentret.
- Fotolys: För att ersätta de avgivna elektronerna klyvs vatten i syreutvecklande komplexet vid PSII. Detta ger upphov till syre (O2) som diffunderar ut ur växten, fria protoner och elektroner.
- Elektrontransportkedjan: Elektronerna transporteras via bärare som plastoquinon, cytochrome b6f-komplexet och plastocyanin till fotosystem I (PSI). Under transporten pumpar cytochrome b6f protoner in i tylakoidlumen och bygger upp en protongradient.
- PSI och NADPH-bildning: I PSI (P700) exciteras elektronerna på nytt av ljus och slutligen reduceras NADP+ till NADPH via ferredoxin och enzymet ferredoxin–NADP+ reduktas. NADPH är en viktig reducerande energibärare som används i de ljusoberoende reaktionerna (Calvin-cykel).
- ATP-syntes: Den protongradient som byggts upp över tylakoidmembranet utnyttjas av ATP-syntas för att omvandla ADP och oorganiskt fosfat till ATP genom kemosmos (fotofosforylering).
Ytterligare varianter: cyklisk elektronflöde
Utöver det så kallade icke-cykliska flödet finns ett cykliskt elektronflöde kring PSI där elektroner återförs till elektrontransportkedjan istället för att reducera NADP+. Cyklisk fotofosforylering ger extra ATP utan att producera NADPH eller O2 och hjälper växten att balansera ATP/NADPH-behovet för kolfixeringen.
Sammanfattningsvis omvandlar ljusreaktionerna ljusenergi till kemisk energi i form av ATP och NADPH, frigör syre som restprodukt och förser de efterföljande, ljusoberoende stegen (t.ex. Calvin-cykel) med nödvändig energi och reduktionskraft.
Ljusberoende fotosyntesreaktion vid thylakoidmembranet
Elektronernas rörelse
- Ljuset träffar kloroplasten, den absorberar ljuset och fångar det.
- Klorofyll leder ljuset till ett reaktionscentrum.
- En elektron i reaktionscentret exciteras till en högre energinivå och tas emot av en elektronacceptor. Denna elektron tas från vattenspaltningen: (H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e-).
- Elektronen förs vidare längs en rad elektronbärare. Den rör sig nedåt i energinivåer och förlorar energi. Denna energi orsakar pumpning av väte från klorofyllets cytoplasma till thylakoidutrymmena inne i grana. Vätet diffunderar och strömmar tillbaka till cytoplasman genom proteinkanaler. När vätet diffunderar nerför en koncentrationsgradient bildas ATP av ADP och oorganisk fosfat.
- Elektronen används slutligen för att reducera NADP till NADPH tillsammans med väte från fotolysen.
Historia
Colin Flannery var den förste som föreslog idén att fotosyntesen behöver ljus, år 1779. Han insåg att det var solljuset som föll på växterna som krävdes, även om Joseph Priestly 1772 hade noterat att syre producerades utan samband med ljus. Cornelius Van Niel föreslog 1931 att fotosyntesen är ett fall av en allmän mekanism där en ljusfoton används för att fotoskära en vätedonator och där vätet används för att reducera CO
2. 1939 visade Robin Hill att isolerade kloroplaster producerar syre, men inte fixerar CO
2 vilket visade att ljus- och mörkerreaktionerna skedde på olika ställen. Detta ledde senare till upptäckten av fotosystem 1 och 2.
Relaterade sidor
Sök