Przeczytaj
Fotosynteza
Najbardziej rozpowszechniona forma fotosyntezy związana jest z udziałem cząsteczki barwnika, chlorofilowej lub podobnej. Zachodzi poprzez „napędzany” światłem transport elektronów. Zarówno proces przeprowadzany przez organizmy tlenowe, produkujące tlen podczas fotosyntezy (rośliny, glony, sinice), jak i kilka typów bakterii beztlenowych opiera się na tej samej podstawowej zasadzie. Powyższe organizmy przeprowadzają fotosyntezę, w której kluczową cząsteczką jest chlorofilchlorofil. Istnieją jednak i takie organizmy, które fotosyntezę przeprowadzają dzięki rodopsynie. Wówczas cały proces jest odmienny od szlaku, w którym uczestniczą chlorofile i jest związany z izomeryzacją cis–trans cząsteczki, przeprowadzającej transport jonów w poprzek błony.
Słońce, najbliższa nam gwiazda, emituje szerokie spektrum promieniowania elektromagnetycznego, od promieni gamma do fal radiowych. Światło widzialne ( – ) dla organizmów zawierających chlorofil określa się mianem światła fotosyntetycznie czynnego.
Schemat fotosyntezy
Fotosynteza jest procesem dwuetapowym i obejmuje fazę jasną, która jest zależna od światła i zachodzi u roślin w granach, oraz fazę ciemną, która zachodzi w stromie i może przebiegać w całkowitej ciemności. Obie fazy są ze sobą sprzęgnięte, a produkty fazy jasnej są wykorzystywane jako substraty w fazie ciemnej.
Siła asymilacyjna
Wytworzenie jednej cząsteczki glukozy (posiadającej w cząsteczce sześć atomów węgla) wymaga związania sześciu cząsteczek i zużycia osiemnastu cząsteczek , z których sześć wykorzystywana jest do regeneracji .
Sumarycznie, reakcje fotosyntezy, prowadzące do powstania cząsteczki glukozy, można przedstawić następująco:
Faza jasna:
Faza ciemna:
Chlorofil a i b
Chlorofil a () to cząsteczka o wymiarach prawie na ( ). Centralny atom magnezu jest koordynowany przez cztery atomy azotu pierścienia tertrapirolowego. Oprócz tego cząsteczka chlorofilu ma długi łańcuch fitolowy, powstały z kondensacji czterech pięciowęglowych jednostek izoprenowych. Chemicznie cząsteczka chlorofilu podobna jest do porfiryn.
Chlorofil b różni się od chlorofilu a tylko jednym podstawnikiem przy siódmym atomie węgla pierścienia tetrapirolowego – grupa aldehydowa zastępuje w tym wypadku grupę metylową. To wystarczy, by przesunąć maksimum absorpcji cząsteczki w kierunku krótszych fal. Chlorofil b jest głównym składnikiem kompleksów antenowychkompleksów antenowych, nie występuje natomiast w składzie fotosyntetycznych centrów reakcji.
Poza tym chlorofile mają szereg innych funkcji: pełnią rolę fotoprotektantów (wygaszają tripletowe stany wzbudzone chlorofilu, które mogą prowadzić do powstania reaktywnych form tlenu), wygaszają nadmiar energii wzbudzenia w tzw. cyklu ksantofilowym, zabezpieczając przed uszkodzeniem fotoukładów, zmiatają wolne rodniki tlenowe, a także wpływają na płynność i strukturę błon fotosyntetycznych. Karotenoidy, ze względu na swoją budowę, a w szczególności ich oddalenie pierścieni cykloheksylowych, mają niezwykłe własności energetyczne – wzbudzone wchodzą natychmiast w drugi stan wzbudzony (z do ). Stan pierwszy jest wówczas niedozwolony (). Następnie zachodzi szybkie wytrącenie energii do i najczęściej bezpromieniste, do stanu podstawowego. Właściwości spektralne wszystkich barwników zmieniają się po ich związaniu w kompleksach białkowych. Istnieją dwa główne typy anten odbierających energię: wewnętrzne, sprzężone z centrami fotosyntetycznymi, i zewnętrzne, które mogą swobodnie przemieszczać się w błonie chloroplastowej.
Podsumowanie
Słownik
związek organiczny; zielony barwnik – główny składnik chloroplastów – umożliwiający wykorzystanie energii świetlnej w procesie fotosyntezy
składnik komórek roślin i glonów (samożywnych protistów), zawierający chlorofil, w którym zachodzi proces fotosyntezy
ciąg reakcji zachodzących w roślinach, który polega na przekształcaniu tlenku węgla() w glukozę, w ciemnej fazie fotosyntezy
układ absorbujący kwanty światła, kompleks barwnikowo–lipidowo–białkowy
kompleksy, które absorbują kwanty światła, a następnie przekazują energię do centrów reakcji fotoukładów; zbudowane są z białek i barwników fotosyntetycznych
Bibliografia
Gieczewska K., Napędzane światłem. Od fotosyntezy do fotoogniwa, „Kosmos” 2015, 64, Nr 3.