光合作用的光阶段是需要光存在的光合作用过程的一部分。因此,光引发反应,导致部分光能转化为化学能。
生化反应发生在叶绿体类囊体中,在那里发现被光激发的光合色素。这些是叶绿素a,叶绿素b和类胡萝卜素。
亮相和暗相。Maulucioni,来自Wikimedia Commons
发生与光有关的反应需要几个元素。可见光谱内的光源是必需的。同样,需要水的存在。
光合作用的光相的最终产物是ATP(三磷酸腺苷)和NADPH(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)的形成。这些分子被用作在黑暗阶段固定CO 2的能源。同样,在此阶段,O 2被释放,这是H 2 O 分子分解的产物。
要求
为了在光合作用中发生光依赖性反应,需要了解光的性质。同样,有必要知道所涉及的颜料的结构。
灯
光既具有波属性又具有粒子属性。能量以不同长度的波的形式从太阳传到地球,这就是电磁频谱。
到达行星的光中约40%是可见光。发现在380-760nm之间的波长。它包括彩虹的所有颜色,每种颜色都有其特征波长。
光合作用的最有效波长是从紫色到蓝色(380-470 nm)和从橘红色到红色(650-780 nm)的波长。
光还具有粒子属性。这些粒子称为光子,它们与特定波长相关。每个光子的能量与其波长成反比。波长越短,能量越高。
当一个分子吸收光能的光子时,它的一个电子被激发。电子可以离开原子并被受体分子接收。该过程发生在光合作用的光期。
颜料
在类囊体膜(叶绿体的结构)中,存在着各种具有吸收可见光能力的色素。不同的颜料吸收不同的波长。这些色素是叶绿素,类胡萝卜素和藻胆素。
类胡萝卜素产生植物中存在的黄色和橙色。藻蓝蛋白存在于蓝细菌和红藻中。
叶绿素被认为是主要的光合色素。该分子具有长的疏水性碳氢化合物尾部,使其与类囊体膜保持连接。另外,它具有含有镁原子的卟啉环。在此环中吸收了光能。
叶绿素有不同类型。叶绿素a是最直接干预光反应的色素。叶绿素b吸收不同波长的光,并将该能量传递给叶绿素a。
在叶绿体中,发现的叶绿素a大约是叶绿素b的三倍。
机制
-光系统
叶绿素分子和其他色素在类囊体中组织成光合作用单元。
每个光合作用单元由200-300个叶绿素a分子,少量叶绿素b,类胡萝卜素和蛋白质组成。有一个称为反应中心的区域,该区域使用光能。
图像:光合作用的光相。作者:Somepics。https://es.m.wikipedia.org/wiki/文件:Thylakoid_membrane_3.svg
存在的其他颜料称为天线配合物。它们具有捕获光并将光传递到反应中心的功能。
有两种类型的光合作用单元,称为光系统。它们的区别在于它们的反应中心与不同的蛋白质相关。它们引起吸收光谱的轻微变化。
在光系统I中,与反应中心相关的叶绿素a的吸收峰为700 nm(P 700)。在光系统II中,吸收峰出现在680 nm(P 680)。
-光解
在此过程中,水分子发生分解。Photosystem II参加。光子撞击P 680分子并将电子驱动到更高的能级。
激发的电子被作为中间受体的脱镁叶绿素分子所接收。随后,它们穿过类囊体膜,并被质体醌分子接受。电子最终被转移到光系统I 的P 700中。
P 680释放的电子被水中的其他电子取代。需要含锰的蛋白质(蛋白质Z)来分解水分子。
当H 2 O 分解时,释放出两个质子(H +)和氧气。要释放一分子O 2,就需要裂解两分子水。
-光磷酸化
根据电子流的方向,有两种类型的光磷酸化作用。
非环状光磷酸化
光电系统I和II都参与其中。之所以称为非周期性的,是因为电子的流动仅沿一个方向进行。
当叶绿素分子被激发时,电子移动通过电子传输链。
它开始于光系统I时的光的光子由P吸收700分子。被激发的电子被转移到含有铁和硫化物的主受体(Fe-S)上。
然后进入铁氧还蛋白分子。随后,电子进入传输分子(FAD)。这使它成为一个NADP +分子,并将其还原为NADPH。
由光系统II在光解中转移的电子将替代P 700转移的电子。这是通过由含铁颜料(细胞色素)组成的运输链发生的。此外,还涉及质体蓝素(存在铜的蛋白质)。
在此过程中,会同时生成NADPH和ATP分子。对于ATP的形成,酶ATPsyntetase介入。
环状光磷酸化
它仅在光系统I中发生。当P 700反应中心的分子被激发时,电子被P 430分子接收。
随后,电子被结合到两个光系统之间的传输链中。在此过程中会产生ATP分子。与非环状光磷酸化不同,不会产生NADPH且不会释放O 2。
在电子传输过程结束时,它们返回到光系统I的反应中心。因此,这称为循环光磷酸化。
最终产品
在光相结束时,O 2作为光解的副产物释放到环境中。氧气释放到大气中,用于需氧生物的呼吸。
轻相的另一种最终产物是NADPH,一种辅酶(非蛋白质酶的一部分),它将在卡尔文循环(光合作用的暗相)过程中参与CO 2的固定。
ATP是一种核苷酸,用于获取生物代谢过程中所需的必要能量。这是在葡萄糖合成中消耗的。
参考文献
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