PHA SÁNG CỦA QUANG HỢP: CƠ CHẾ VÀ SẢN PHẨM - SINH HỌC - 2026

Các giai đoạn ánh sáng của quang hợp là một phần của quá trình quang hợp mà đòi hỏi sự hiện diện của ánh sáng. Do đó, ánh sáng bắt đầu các phản ứng dẫn đến biến đổi một phần năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học.

Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong các thylakoid của lục lạp, nơi các sắc tố quang hợp được tìm thấy bị kích thích bởi ánh sáng. Đó là chất diệp lục a, chất diệp lục b và các carotenoit.

Pha sáng và pha tối. Maulucioni, từ Wikimedia Commons

Một số yếu tố cần thiết để phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng xảy ra. Một nguồn sáng trong quang phổ khả kiến ​​là cần thiết. Tương tự như vậy, sự hiện diện của nước là cần thiết.

Sản phẩm cuối cùng của pha sáng của quang hợp là sự hình thành ATP (adenosine triphosphate) và NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate). Các phân tử này được sử dụng như một nguồn năng lượng để cố định CO ₂ trong pha tối. Tương tự như vậy, trong giai đoạn này, O ₂ được giải phóng , một sản phẩm của sự phân hủy phân tử H ₂ O.

Yêu cầu

Để xảy ra các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng trong quang hợp, cần phải hiểu biết về các tính chất của ánh sáng. Tương tự như vậy, cần biết cấu trúc của các sắc tố tham gia.

Ánh sáng

Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Năng lượng đến Trái đất từ ​​mặt trời dưới dạng sóng có độ dài khác nhau, được gọi là quang phổ điện từ.

Khoảng 40% ánh sáng chiếu tới hành tinh là ánh sáng nhìn thấy. Điều này được tìm thấy trong bước sóng giữa 380-760 nm. Nó bao gồm tất cả các màu của cầu vồng, mỗi màu có một bước sóng đặc trưng.

Các bước sóng hiệu quả nhất cho quang hợp là các bước sóng từ tím đến xanh lam (380-470 nm) và từ đỏ cam đến đỏ (650-780 nm).

Ánh sáng cũng có tính chất hạt. Những hạt này được gọi là photon và chúng liên kết với một bước sóng cụ thể. Năng lượng của mỗi photon tỷ lệ nghịch với bước sóng của nó. Bước sóng càng ngắn thì năng lượng càng cao.

Khi một phân tử hấp thụ một photon năng lượng ánh sáng, một trong các electron của nó được cung cấp năng lượng. Electron có thể rời khỏi nguyên tử và được nhận bởi một phân tử chất nhận. Quá trình này xảy ra trong pha sáng của quá trình quang hợp.

Sắc tố

Trong màng thylakoid (cấu trúc của lục lạp) có nhiều sắc tố khác nhau có khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy. Các sắc tố khác nhau hấp thụ các bước sóng khác nhau. Các sắc tố này là chất diệp lục, carotenoid và phycobilin.

Carotenoid tạo ra màu vàng và màu cam có trong thực vật. Phycobilins được tìm thấy trong vi khuẩn lam và tảo đỏ.

Chất diệp lục được coi là sắc tố quang hợp chính. Phân tử này có một đuôi hydrocacbon dài kỵ nước, giữ cho nó gắn với màng thylakoid. Ngoài ra, nó có một vòng porphyrin chứa một nguyên tử magiê. Năng lượng ánh sáng được hấp thụ trong vòng này.

Có nhiều loại diệp lục khác nhau. Chất diệp lục a là sắc tố can thiệp trực tiếp nhất vào các phản ứng ánh sáng. Chất diệp lục b hấp thụ ánh sáng ở bước sóng khác và truyền năng lượng này cho chất diệp lục a.

Trong lục lạp, lượng diệp lục a được tìm thấy nhiều hơn khoảng ba lần so với diệp lục b.

Cơ chế

-Hệ thống ảnh

Các phân tử diệp lục và các sắc tố khác được tổ chức trong thylakoid thành các đơn vị quang hợp.

Mỗi đơn vị quang hợp được tạo thành từ 200-300 phân tử diệp lục a, một lượng nhỏ diệp lục b, carotenoit và protein. Có một khu vực được gọi là trung tâm phản ứng, là nơi sử dụng năng lượng ánh sáng.

Hình ảnh: Pha sáng của quá trình quang hợp. Tác giả: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

Các sắc tố khác có mặt được gọi là phức ăng ten. Chúng có chức năng thu nhận và truyền ánh sáng đến trung tâm phản ứng.

Có hai loại đơn vị quang hợp, được gọi là hệ thống quang hợp. Chúng khác nhau ở chỗ trung tâm phản ứng của chúng liên kết với các protein khác nhau. Chúng gây ra một sự thay đổi nhỏ trong quang phổ hấp thụ của chúng.

Trong hệ thống quang học I, chất diệp lục a liên kết với trung tâm phản ứng có cực đại hấp thụ là 700 nm (P ₇₀₀ ). Trong hệ thống quang II, cực đại hấp thụ xảy ra ở bước sóng 680 nm (P ₆₈₀ ).

-Photolysis

Trong quá trình này xảy ra sự phân hủy của phân tử nước. Photosystem II tham gia. Một photon ánh sáng đập vào phân tử P ₆₈₀ và đẩy một electron lên mức năng lượng cao hơn.

Các điện tử bị kích thích được nhận bởi một phân tử pheophytin, là chất nhận trung gian. Sau đó, chúng vượt qua màng thylakoid nơi chúng được chấp nhận bởi một phân tử plastoquinone. Các electron cuối cùng được chuyển đến P ₇₀₀ của hệ thống quang I.

Các electron đã bị loại bỏ bởi P ₆₈₀ được thay thế bằng các electron khác từ nước. Cần có một protein chứa mangan (protein Z) để phá vỡ phân tử nước.

Khi H ₂ O bị phá vỡ , hai proton (H ⁺ ) và oxy được giải phóng. Hai phân tử nước cần được phân cắt để một phân tử O _{2 được giải phóng} .

-Photophosphoryl hóa

Có hai loại photophosphoryl hóa, tùy thuộc vào hướng của dòng electron.

Photophosphoryl hóa không theo chu kỳ

Cả hai hệ thống quang ảnh I và II đều tham gia vào nó. Nó được gọi là không tuần hoàn vì dòng electron chỉ đi theo một hướng.

Khi xảy ra kích thích các phân tử diệp lục, các điện tử di chuyển qua một chuỗi vận chuyển điện tử.

Nó bắt đầu trong hệ thống quang I khi một photon ánh sáng bị hấp thụ bởi một phân tử P ₇₀₀ . Điện tử bị kích thích được chuyển đến chất nhận sơ cấp (Fe-S) chứa sắt và sunfua.

Sau đó, nó chuyển sang một phân tử ferredoxin. Sau đó, electron đi đến một phân tử vận ​​chuyển (FAD). Điều này cung cấp cho nó một phân tử NADP ⁺ làm giảm nó thành NADPH.

Các điện tử được chuyển bởi hệ thống quang II trong quá trình quang phân sẽ thay thế các điện tử được chuyển bởi P ₇₀₀ . Điều này xảy ra thông qua một chuỗi vận chuyển được tạo thành từ các sắc tố chứa sắt (cytochromes). Ngoài ra, plastocyanins (protein có mặt đồng) cũng tham gia.

Trong quá trình này, cả hai phân tử NADPH và ATP đều được tạo ra. Để hình thành ATP, enzyme ATPsyntetase can thiệp.

Photophosphoryl hóa theo chu kỳ

Nó chỉ xảy ra trong hệ thống quang I. Khi các phân tử của trung tâm phản ứng P ₇₀₀ bị kích thích, một phân tử P _{430 nhận} electron .

Sau đó, các điện tử được kết hợp vào chuỗi vận chuyển giữa hai hệ thống quang học. Trong quá trình này, các phân tử ATP được tạo ra. Không giống như photophosphoryl hóa không theo chu kỳ, NADPH không được tạo ra và O ₂ không được giải phóng .

Khi kết thúc quá trình vận chuyển electron, chúng quay trở lại trung tâm phản ứng của hệ thống quang I. Vì lý do này, nó được gọi là quá trình photophosphoryl hóa theo chu kỳ.

Sản phẩm cuối cùng

Ở cuối pha sáng, O ₂ được giải phóng ra môi trường dưới dạng sản phẩm phụ của quá trình quang phân. Ôxy này đi ra ngoài khí quyển và được sử dụng trong quá trình hô hấp của các sinh vật hiếu khí.

Một sản phẩm cuối khác của pha sáng là NADPH, một coenzyme (một phần của enzyme không phải protein) sẽ tham gia vào quá trình cố định CO ₂ trong chu trình Calvin (pha tối của quang hợp).

ATP là một nucleotide được sử dụng để thu được năng lượng cần thiết trong quá trình trao đổi chất của cơ thể sống. Điều này được tiêu thụ trong quá trình tổng hợp glucose.

Người giới thiệu

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi và J Minagaza (2016) Cơ quan thụ cảm ánh sáng xanh làm trung gian điều hòa phản hồi của quá trình quang hợp. Tính chất 537: 563-566.
2. Salisbury F và C Ross (1994) Sinh lý thực vật. Grupo Editorial Iberoamérica. Mexico DF. 759 tr.
3. Solomon E, L Berg và D Martín (1999) Sinh học. Phiên bản thứ năm. MGraw-Hill Interamericana Editores. Mexico DF. 1237 tr.
4. Stearn K (1997) Giới thiệu sinh học thực vật. WC Brown Publishers. CÔNG DỤNG. 570 tr.
5. Yamori W, T Shikanai và A Makino (2015) Hệ thống quang I Dòng điện tử tuần hoàn qua phức hợp giống NADH dehydrogenase của lục lạp thực hiện vai trò sinh lý cho quá trình quang hợp ở ánh sáng yếu. Báo cáo Khoa học Tự nhiên 5: 1-12.