Quang: Vai trò của ánh sáng Trái tim của quang khi nó xảy ra ở hầu hết các sinh vật tự dưỡng bao gồm hai quá trình chính: việc loại bỏ các hydro (H) nguyên tử từ các phân tử nước việc giảm lượng khí carbon dioxide (CO 2 ) do các nguyên tử hydro để tạo thành phân tử hữu cơ . Quá trình thứ hai bao gồm một loạt các phản ứng có tên là cyclic (sau khi phát hiện ra nó) của Calvin Cycle . Nó sẽ được thảo luận tại Quang: Lộ trình của Carbon cố định . Các chi tiết của quá trình đầu tiên là chủ đề của chúng tôi ở đây. Một mô tả của một số các thí nghiệm đã dẫn sự hiểu biết của chúng ta về các quá trình này được mô tả trong Khám phá bí mật của Quang . Các điện tử (e - ) và proton (H + ) tạo nên các nguyên tử hydro được tách ra riêng biệt từ các phân tử nước. 2H 2 O -> 4e - + 4H + + O 2 Các điện tử phục vụ hai chức năng: Họ giảm NADP + để NADPH để sử dụng trong chu trình Calvin. Họ thiết lập một khoản phí điện cung cấp năng lượng để bơm proton từ stroma của lục lạp vào bên trong của thylakoid [Xem] . Các proton cũng phục vụ hai chức năng: Họ tham gia vào việc giảm NADP + để NADPH. Khi họ trở lại dòng chảy ra từ bên trong của thylakoid (bằng cách tạo điều kiện khuếch tán ), đi xuống gradient nồng độ của họ), năng lượng mà họ bỏ được khai thác để chuyển đổi của ADP cho ATP. Bởi vì nó là ổ đĩa bằng ánh sáng, quá trình này được gọi là photophosphorylation . ADP + P i -> ATP ATP cung cấp các thành phần thứ hai cần thiết cho việc chạy các chu trình Calvin. Việc loại bỏ các electron từ phân tử nước và chuyển giao của mình để NADP + đòi hỏi năng lượng. Các electron được chuyển từ một tiềm năng khử oxy hóa trong khoảng 0,82 volt trong nước để -0,32 volt trong NADPH. Như vậy đủ năng lượng phải có sẵn để chuyển chúng chống lại một tổng tiềm năng là 1,14 vôn. Trường hợp nào năng lượng cần thiết đến từ đâu? Câu trả lời: Light . Các màng Thylakoid Lạp lục chứa một hệ thống các màng thylakoid bao quanh bởi một chất lỏng stroma . Liên kết với trang trên cấu trúc lục lạp. Sáu khu phức hợp khác nhau của protein màng tế bào tách rời được nhúng vào trong màng thylakoid. Cơ cấu chính xác của các phức hợp khác nhau từ nhóm này sang nhóm (ví dụ, nhà máy so với tảo) và thậm chí trong một nhóm (ví dụ, chiếu sáng trên không, dưới nước). Nhưng, nói chung, có thể tìm thấy: 1. Tôi quang Cấu trúc của quang tôi trong cyanobacterium một ("màu xanh-màu xanh lá cây tảo") đã được hoàn toàn làm việc ra ngoài. Nó có lẽ gần giống với của nhà máy là tốt. Nó là một homotrimer với mỗi tiểu đơn vị trong chất tam phân có chứa: 12 phân tử protein khác nhau liên kết với 96 phân tử của chất diệp lục a o 2 phân tử của chất diệp lục trung tâm phản ứng P 700 o 4 phụ kiện phân tử liên kết chặt chẽ với họ o 90 phân tử phục vụ như là sắc tố anten 22 carotenoid phân tử 4 phân tử lipid 3 cụm của Fe 4 S 4 2 phylloquinones Xem cấu trúc của chất diệp lục a , b chất diệp lục , và beta-carotene, một chất carotenoid . 2. quang II Quang II cũng là một phức tạp của > 20 phân tử protein khác nhau liên kết với 50 hoặc nhiều hơn chất diệp lục một phân tử o 2 phân tử của chất diệp lục trung tâm phản ứng P 680 o 2 phụ kiện phân tử gần với họ o 2 phân tử của pheophytin (chất diệp lục mà không có sự Mg + + ) o các phân tử còn lại của chất diệp lục một phục vụ như là sắc tố ăng-ten . một số nửa tá carotenoid phân tử. Đây cũng phục vụ như là sắc tố ăng-ten. 2 phân tử của plastoquinone 3. Và 4. Thu hoạch ánh sáng phức hợp (LHC) LHC-I kết hợp với quang I LHC-II kết hợp với quang II Những LHCs cũng hoạt động như ăng-ten màu thu hoạch ánh sáng và truyền năng lượng của nó vào photosystems tương ứng. Các LHC-II của rau bina là một homotrimer, với mỗi monome chứa một polypeptide đơn 8 phân tử của chất diệp lục a 6 phân tử của chất diệp lục b 4 carotenoid phân tử 5. Cytochromes b 6 và f 6. ATP synthase Làm thế nào hệ thống các công trình Ánh sáng được hấp thụ bởi các sắc tố ăng ten của photosystems II và tôi . Năng lượng hấp thụ được chuyển giao cho trung tâm phản ứng các chất diệp lục, P 680 trong quang II, P 700 trong quang I. Hấp thu của 1 photon ánh sáng của quang II loại bỏ 1 electron từ P 680 . Với kết quả dương tính của mình, P 680 là đủ âm điện là nó có thể loại bỏ 1 electron từ một phân tử nước. Khi các bước này đã xảy ra 4 lần, yêu cầu 2 phân tử nước, phân tử 1 của oxy và 4 proton (H + ) được phát hành Các electron được chuyển giao (bằng cách plastoquinone - PQ trong hình) để các cytochrome b 6 / f phức tạp mà họ cung cấp năng lượng cho chemiosmosis . Kích hoạt của P 700 trong quang tôi cho phép nó để nhận các điện tử từ các cytochrome b 6 / f phức tạp (theo cách của plastocyanin - PC trong hình vẽ) và tăng lên đến một khử oxy hóa tiềm năng đầy đủ rằng, sau khi đi quaferredoxin ( Fd trong con số), họ có thể làm giảm NADP + để NADPH . Những thay đổi tiềm năng oxi hóa khử răng cưa trong khi các electron chuyển từ P 680 đến NADP + đã gây ra hệ thống này được gọi là Z- Scheme (mặc dù như tôi đã vẽ sơ đồ, nó trông giống như một "N"). Nó cũng được gọi noncyclic photophosphorylation bởi vì nó tạo ra ATP trong một quá trình một chiều (không giống như photophosphorylation vòngvà photophosphorylation pseudocyclic mô tả dưới đây). Xem thêm về tiềm năng khử oxy hóa và cách chúng được khai thác trong quang hợp. Liên kết tới trang phân tích những thay đổi năng lượng xảy ra trong quá trình quang. Chemiosmosis trong Lục lạp Năng lượng phát hành như là các điện tử đi xuống dốc giữa II quang và plastocyanin (PC) được khai thác bởi cytochrome các b 6 / f phức tạp để bơm proton ( H + ) với gradient nồng độ của họ từ stroma của lục lạp các thành phần bên trong của thylakoid (một ví dụ về vận chuyển tích cực ). Khi bên trong làm tăng nồng độ của họ (mà là giống như nói rằng độ pH của giảm nội thất), một gradient khuyếch tán mạnh mẽ được thiết lập. Các lối ra duy nhất cho các proton là thông qua ATP synthase phức tạp. Như trong ty thể , năng lượng phát hành như các dòng proton xuống dốc của họ được khai thác để tổng hợp ATP . Quá trình này được gọi là chemiosmosis và là một ví dụ về tạo điều kiện khuếch tán. Liên kết với một mô tả của hai bài kiểm tra thử nghiệm của chemiosmosis trong lục lạp . Cyclic Photophosphorylation Mỗi CO 2 được đưa lên bởi các chu trình Calvin ) yêu cầu: o 2 phân tử và NADPH o 3 phân tử ATP Mỗi phân tử oxy được phát hành bởi các phản ứng ánh sáng nguồn cung cấp trong 4 điện tử cần thiết để làm cho 2 phân tử NADPH. Các chemiosmosis thúc đẩy bởi những 4 electron khi đi qua cytochrome b 6 / f phức tạp chỉ giải phóng đủ năng lượng để bơm 12 proton vào bên trong của thylakoid này. Nhưng để làm 3 phân tử ATP, các ATPase trong lạp lục xuất hiện để có 14 proton (H + ) đi qua nó. Vì vậy, dường như có một mức thâm hụt của 2 proton. Làm thế nào là thâm hụt này được tạo thành? Một khả năng trả lời: vòng photophosphorylation . Trong photophosphorylation tuần hoàn, các điện tử bị trục xuất bằng năng lượng của ánh sáng hấp thu bởi quang tôi vượt qua, như bình thường, để ferredoxin (Fd). Nhưng thay vì đi vào để làm cho NADPH, họ vượt qua để plastoquinone (PQ) và về trở lại vào cytochrome b 6 phức tạp f /. Ở đây, năng lượng điện tử mỗi giải phóng bơm 2 proton (H + ) vào bên trong của thylakoid - đủ để bù đắp thâm hụt lại bởi photophosphorylation noncyclic. Quá trình này thực sự là vòng vì không có nguồn bên ngoài của các điện tử được yêu cầu. Cũng giống như các bào quang trong một đồng hồ đo ánh sáng, quang tôi chỉ đơn giản là sử dụng ánh sáng để tạo ra một dòng điện. Sự khác biệt duy nhất là thay vì sử dụng hiện nay để di chuyển các kim đồng hồ ánh sáng, lục lạp sử dụng hiện thời để giúp tổng hợp ATP. Pseudocyclic Photophosphorylation Một cách khác để làm tăng thâm hụt là do quá trình gọi là photophosphorylation pseudocyclic trong đó một số các electron đi qua để ferredoxin sau đó giảm oxy phân tử lại cho H 2 O thay vì giảm NADP +để NADPH. Thoạt nhìn, điều này có thể là một hoàn tác không hiệu quả của công việc tất cả các khó quang hợp. Nhưng nhìn lại. Mặc dù các chu trình điện tử từ các nước để ferredoxin và ngược lại, một phần của con đường của họ là thông qua việc tạo gốc chemiosmosis của cytochrome b 6 / f. Ở đây, sau đó, là một cách khác mà chỉ đơn giản bằng cách bật một ánh sáng, đủ năng lượng được truyền đến các điện tử mà họ có thể mang lại tổng hợp ATP. Antenna Thuốc màu Chất diệp lục a và b khác nhau chút ít ở các bước sóng của ánh sáng mà chúng hấp thụ tốt nhất (mặc dù cả hai màu đỏ và màu xanh hấp thụ tốt hơn nhiều so với màu vàng và xanh lá cây - Xem ). Carotenoids giúp điền vào các khoảng cách bởi mạnh hấp thụ ánh sáng màu xanh lá cây. Các phức tạp đảm bảo rằng hầu hết toàn bộ năng lượng của ánh sáng sẽ được giữ lại và chuyển cho các trung tâm phản ứng các chất diệp lục. . Quang: Vai trò của ánh sáng Trái tim của quang khi nó xảy ra ở hầu hết các sinh vật tự dưỡng bao gồm hai quá trình. phát hiện ra nó) của Calvin Cycle . Nó sẽ được thảo luận tại Quang: Lộ trình của Carbon cố định . Các chi tiết của quá trình đầu tiên là chủ đề của chúng tôi ở đây. Một mô tả của một số các thí. một đồng hồ đo ánh sáng, quang tôi chỉ đơn giản là sử dụng ánh sáng để tạo ra một dòng điện. Sự khác biệt duy nhất là thay vì sử dụng hiện nay để di chuyển các kim đồng hồ ánh sáng, lục lạp