Perbezaan antara photophosphorylation kitaran dan bukan kitaran

Sebilangan besar bahan organik yang diperlukan oleh organisma dicipta dari produk fotosintesis. Fotosintesis melibatkan penukaran tenaga cahaya ke dalam tenaga yang boleh digunakan oleh sel, terutamanya tenaga kimia. Dalam tumbuhan dan alga, fotosintesis berlaku dalam organelle yang dipanggil chloroplast, yang mengandungi membran luar, membran dalaman dan membran thylakoid (https: // en.Wikipedia.org/wiki/chloroplast).

Fotosintesis boleh dipecahkan kepada dua bahagian utama: (1) tindak balas pemindahan elektron fotosintesis ("reaksi cahaya") dan (2) tindak balas penetapan karbon ("reaksi gelap"). "Reaksi cahaya" melibatkan elektron tenaga cahaya matahari dalam klorofil pigmen fotosintesis, yang kemudiannya bergerak di sepanjang rantaian pengangkutan elektron dalam membran thylakoid, mengakibatkan pembentukan ATP dan NADPH.  "Reaksi Gelap" melibatkan pengeluaran sebatian organik dari CO2 menggunakan ATP dan NADPH yang dihasilkan oleh "reaksi cahaya" dan tidak akan dibincangkan lagi dalam artikel ini.

Photosynthesis melibatkan penggunaan dua sistem fotosok (Photosystem I dan Photosystem II) untuk memanfaatkan tenaga cahaya menggunakan elektron untuk menghasilkan ATP dan NADPH, yang kemudiannya boleh digunakan oleh sel sebagai tenaga kimia untuk membuat sebatian organik. Photosystems adalah kompleks protein besar yang pakar dalam mengumpul tenaga ringan dan menukarnya menjadi tenaga kimia. Photosystems terdiri daripada dua bahagian: kompleks antena dan pusat tindak balas fotokimia. Kompleks antena adalah penting dalam menangkap tenaga cahaya dan menghantar tenaga ke pusat reaksi fotokimia, yang kemudiannya menukarkan tenaga menjadi bentuk yang boleh digunakan untuk sel.

Pertama, cahaya menggembirakan elektron dalam molekul klorofil di kompleks antena. Ini melibatkan foton cahaya yang menyebabkan elektron bergerak ke orbital tenaga yang lebih tinggi. Apabila elektron dalam molekul klorofil teruja, ia tidak stabil dalam orbital tenaga yang lebih tinggi, dan tenaga dipindahkan dengan cepat dari satu molekul klorofil ke yang lain oleh pemindahan tenaga resonans sehingga mencapai molekul klorofil di kawasan yang dikenali sebagai yang dikenali sebagai yang dikenali sebagai yang dikenali sebagai yang dikenali sebagai Pusat Reaksi Fotokimia. Dari sini, elektron yang teruja diteruskan ke rantai penerima elektron. Tenaga cahaya menyebabkan pemindahan elektron dari penderma elektron yang lemah (mempunyai pertalian yang kuat untuk elektron) kepada penderma elektron yang kuat dalam bentuk yang dikurangkan (membawa elektron tenaga tinggi). Penderma elektron tertentu yang digunakan oleh organisma atau sistem fotosistem tertentu boleh berubah dan akan dibincangkan lebih jauh di bawah untuk fotosistem I dan II dalam loji.

Dalam tumbuhan, fotosintesis menghasilkan pengeluaran ATP dan NADPH dengan proses dua langkah yang dikenali sebagai Photophosphorylation noncyclic. Langkah pertama photophosphorylation noncyclic melibatkan Photosystem II. Elektron tenaga tinggi (disebabkan oleh tenaga ringan) dari molekul klorofil di pusat tindak balas Photosystem II dipindahkan ke molekul quinone (penderma elektron yang kuat). Photosystem II menggunakan air sebagai penderma elektron yang lemah untuk menggantikan kekurangan elektron yang disebabkan oleh pemindahan elektron tenaga tinggi dari molekul klorofil ke molekul quinone. Ini dicapai oleh enzim pemisahan air yang membolehkan elektron dikeluarkan dari molekul air untuk menggantikan elektron yang dipindahkan dari molekul klorofil. Apabila 4 elektron dikeluarkan dari dua molekul H2O (sepadan dengan 4 foton), O2 dilepaskan. Molekul quinone yang dikurangkan kemudian lulus elektron tenaga tinggi ke pam proton (H+) yang dikenali sebagai sitokrom b6-f kompleks. Cytochrome b6-f Pam kompleks H+ ke ruang thylakoid, mewujudkan kecerunan tumpuan di seluruh membran thylakoid.

Kecerunan proton ini kemudian memacu sintesis ATP oleh enzim ATP synthase (juga dipanggil F0F1 ATPase). ATP Synthase menyediakan cara untuk ion H+ untuk bergerak melalui membran thylakoid, turun kecerunan tumpuan mereka. Pergerakan ion H+ ke bawah kecerunan tumpuan mereka memacu pembentukan ATP dari ADP dan PI (fosfat bukan organik) oleh ATP Synthase. Sintesis ATP ditemui dalam bakteria, arcea, tumbuhan, alga, dan sel haiwan dan mempunyai peranan dalam kedua -dua pernafasan dan fotosintesis (https: // en.Wikipedia.org/wiki/atp_synthase).

Pemindahan elektron akhir Fotosystem II adalah pemindahan elektron ke molekul klorofil kekurangan elektron di pusat tindak balas fotosistem i. Elektron yang teruja (disebabkan oleh tenaga ringan) dari molekul klorofil di pusat reaksi fotosistem saya dipindahkan ke molekul yang dipanggil ferredoxin. Dari sana, elektron dipindahkan ke NADP+ untuk membuat NADPH.

Photophosphorylation noncyclic menghasilkan 1 molekul ATP dan 1 molekul NADPH per pasangan elektron; Walau bagaimanapun, penetapan karbon memerlukan 1.5 molekul ATP setiap molekul NADPH. Untuk menangani isu ini dan menghasilkan lebih banyak molekul ATP, beberapa spesies tumbuhan menggunakan proses yang dikenali sebagai Photophosphorylation kitaran. Photophosphorylation Cyclic melibatkan hanya Photosystem I, bukan Photosystem II, dan tidak membentuk NADPH atau O2. Dalam fosforilasi kitaran, elektron tenaga tinggi dari fotosistem saya dipindahkan ke sitokrom b6-f kompleks dan bukannya dipindahkan ke NADP+. Elektron kehilangan tenaga kerana mereka dilalui melalui sitokrom b6-f Kompleks Kembali ke klorofil Photosystem I dan H+ dipam di seluruh membran Thylakoid sebagai hasilnya. Ini meningkatkan kepekatan H+ di ruang thylakoid, yang mendorong pengeluaran ATP oleh ATP Synthase.

Tahap noncyclic versus photophosphorylation kitaran yang berlaku dalam sel fotosintesis yang diberikan dikawal berdasarkan keperluan sel. Dengan cara ini, sel dapat mengawal berapa banyak tenaga cahaya yang ditukar menjadi kuasa mengurangkan (didorong oleh NADPH) dan berapa banyak yang ditukar menjadi bon fosfat tenaga tinggi (ATP).