Perbedaan antara fotofosforilasi siklik dan non -siklik

Sebagian besar bahan organik yang dibutuhkan oleh organisme dibuat dari produk fotosintesis. Fotosintesis melibatkan konversi energi cahaya menjadi energi yang dapat digunakan oleh sel, terutama energi kimia. Pada tanaman dan ganggang, fotosintesis terjadi pada organel yang disebut kloroplas, yang mengandung membran luar, membran bagian dalam dan membran tylakoid (https: // en.Wikipedia.org/wiki/kloroplas).

Fotosintesis dapat dipecah menjadi dua bagian utama: (1) Reaksi transfer elektron fotosintesis ("reaksi cahaya") dan (2) reaksi fiksasi karbon ("reaksi gelap"). "Reaksi cahaya" melibatkan sinar matahari elektron energi dalam pigmen fotosintesis klorofil, yang kemudian berjalan di sepanjang rantai transportasi elektron dalam membran tilakoid, menghasilkan pembentukan ATP dan NADPH.  "Reaksi gelap" melibatkan produksi senyawa organik dari CO2 menggunakan ATP dan NADPH yang diproduksi oleh "reaksi cahaya" dan tidak akan dibahas lebih lanjut dalam artikel ini.

Fotosintesis melibatkan penggunaan dua fotosistem (Photosystem I dan Photosystem II) Untuk memanfaatkan energi cahaya menggunakan elektron untuk menghasilkan ATP dan NADPH, yang nantinya dapat digunakan oleh sel sebagai energi kimia untuk membuat senyawa organik. Fotosistem adalah kompleks protein besar yang berspesialisasi dalam mengumpulkan energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Fotosistem terdiri dari dua bagian: kompleks antena dan pusat reaksi fotokimia. Kompleks antena penting dalam menangkap energi cahaya dan mentransmisikan energi itu ke pusat reaksi fotokimia, yang kemudian mengubah energi menjadi bentuk yang dapat digunakan untuk sel.

Pertama, cahaya menggairahkan elektron dalam molekul klorofil di kompleks antena. Ini melibatkan foton cahaya yang menyebabkan elektron pindah ke orbital energi yang lebih tinggi. Ketika sebuah elektron dalam molekul klorofil tereksitasi, ia tidak stabil dalam orbital energi yang lebih tinggi, dan energi dengan cepat ditransfer dari satu molekul klorofil ke yang lain dengan transfer energi resonansi hingga mencapai molekul klorofil di daerah yang dikenal sebagai yang dikenal sebagai yang dikenal sebagai yang dikenal sebagai yang dikenal sebagai yang dikenal Pusat Reaksi Fotokimia. Dari sini, elektron tereksitasi diteruskan ke rantai akseptor elektron. Energi cahaya menyebabkan transfer elektron dari donor elektron yang lemah (memiliki afinitas yang kuat untuk elektron) ke donor elektron yang kuat dalam bentuknya yang dikurangi (membawa elektron berenergi tinggi). Donor elektron spesifik yang digunakan oleh organisme atau fotosistem tertentu dapat bervariasi dan akan dibahas lebih lanjut di bawah ini untuk fotosistem I dan II pada tanaman.

Pada tanaman, fotosintesis menghasilkan produksi ATP dan NADPH dengan proses dua langkah yang dikenal sebagai Fotofosforilasi non -siklik. Langkah pertama fotofosforilasi non -siklik melibatkan fotosistem II. Elektron berenergi tinggi (disebabkan oleh energi cahaya) dari molekul klorofil di pusat reaksi Fotosistem II ditransfer ke molekul kuinon (donor elektron yang kuat). Fotosistem II menggunakan air sebagai donor elektron yang lemah untuk menggantikan kekurangan elektron yang disebabkan oleh transfer elektron berenergi tinggi dari molekul klorofil ke molekul kuinon. Ini dicapai dengan enzim pemisahan air yang memungkinkan elektron dihilangkan dari molekul air untuk menggantikan elektron yang ditransfer dari molekul klorofil. Ketika 4 elektron dikeluarkan dari dua molekul H2O (sesuai dengan 4 foton), O2 dilepaskan. Molekul kuinon yang dikurangi kemudian meneruskan elektron berenergi tinggi ke pompa proton (H+) yang dikenal sebagai sitokrom B6-F kompleks. Sitokrom B6-F Pompa kompleks H+ ke dalam ruang tilakoid, menciptakan gradien konsentrasi melintasi membran tylakoid.

Gradien proton ini kemudian menggerakkan sintesis ATP oleh enzim ATP synthase (juga disebut F0F1 ATPase). ATP synthase menyediakan sarana bagi ion H+ untuk melakukan perjalanan melalui membran tylakoid, turun gradien konsentrasi mereka. Gerakan ion H+ ke bawah gradien konsentrasi mereka mendorong pembentukan ATP dari ADP dan PI (anorganik fosfat) oleh ATP synthase. ATP synthase ditemukan pada bakteri, archea, tanaman, alga, dan sel hewan dan memiliki peran dalam respirasi dan fotosintesis (https: // en.Wikipedia.org/wiki/atp_synthase).

Transfer elektron terakhir dari Fotosistem II adalah transfer elektron ke molekul klorofil yang kekurangan elektron di pusat reaksi fotosistem I. Elektron tereksitasi (disebabkan oleh energi cahaya) dari molekul klorofil di pusat reaksi fotosistem I dipindahkan ke molekul yang disebut ferredoxin. Dari sana, elektron ditransfer ke NADP+ untuk membuat NADPH.

Fotofosforilasi non -siklik menghasilkan 1 molekul ATP dan 1 molekul NADPH per pasangan elektron; Namun fiksasi karbon membutuhkan 1.5 molekul ATP per molekul NADPH. Untuk mengatasi masalah ini dan menghasilkan lebih banyak molekul ATP, beberapa spesies tanaman menggunakan proses yang dikenal sebagai Fotofosforilasi siklik. Fotofosforilasi siklik hanya melibatkan fotosistem I, bukan fotosistem II, dan tidak membentuk NADPH atau O2. Dalam fosforilasi siklik, elektron berenergi tinggi dari fotosistem I dipindahkan ke sitokrom B6-F kompleks alih -alih ditransfer ke NADP+. Elektron kehilangan energi saat mereka dilewatkan melalui sitokrom B6-F Kembali kompleks ke klorofil fotosistem I dan H+ dipompa melintasi membran tylakoid sebagai hasilnya. Ini meningkatkan konsentrasi H+ dalam ruang tilakoid, yang mendorong produksi ATP oleh ATP synthase.

Tingkat fotofosforilasi non -siklik versus siklik yang terjadi pada sel fotosintesis yang diberikan diatur berdasarkan kebutuhan sel. Dengan cara ini, sel dapat mengontrol berapa banyak energi cahaya yang diubah menjadi pengurangan daya (didorong oleh NADPH) dan berapa banyak yang dikonversi menjadi ikatan fosfat berenergi tinggi (ATP).