Avainero – syklinen vs ei-syklinen fotofosforylaatio
Fotofosforylaatio tai fotosynteettinen fosforylaatio on prosessi, jossa ATP:tä syntyy fotosynteesin valoriippuvaisten reaktioiden aikana. Fosfaattiryhmä lisätään ADP:hen ATP:n muodostamiseksi hyödyntäen fotosynteesin syklisten ja ei-syklisten elektronien kuljetusketjujen aikana syntyvää protonin liikevoimaa. Auringonvalo toimittaa energiaa prosessien käynnistämiseksi, ja ATP-synteesi tapahtuu ATPaasikomplekseissa, jotka sijaitsevat kloroplastien tylakoidikalvoissa. ATP-synteesi happipitoisen fotosynteesin syklisen elektronivirran aikana tunnetaan syklisenä fotofosforylaationa. ATP:n tuotanto happifotosynteesin ei-syklisen elektronivirran aikana tunnetaan ei-syklisenä fotofosforylaationa. Tämä on avainero syklisen ja ei-syklisen fotofosforylaation välillä.
Mitä on syklinen fotofosforylaatio?
Syklinen fosforylaatio on prosessi, joka tuottaa ATP:tä ADP:stä valosta riippuvaisen syklisen elektronien kuljetusketjun aikana fotosynteesin aikana. Photosystem I on mukana tässä prosessissa. Kun PS I:n klorofyllit absorboivat valoenergiaa, P700-reaktiokeskuksesta vapautuu korkean energian elektroneja. Ensisijainen elektronien vastaanottaja hyväksyy nämä elektronit, ja sitten ne kulkevat useiden elektronien vastaanottajien, kuten ferredoksiinin (Fd), plastokinonin (PQ), sytokromikompleksin ja plastosyaniinin (PC), kautta. Lopuksi nämä elektronit palaavat P700:aan käytyään läpi syklisen liikkeen. Kun elektronit kulkevat alamäkeen elektronien kantajien läpi, ne vapauttavat potentiaalienergiaa. Tätä energiaa käytetään ATP:n tuottamiseen ADP:stä ATP-syntaasientsyymin avulla. Tästä syystä tätä prosessia kutsutaan sykliseksi fotofosforylaatioksi.
PS II ei osallistu sykliseen fotofosforylaatioon. Näin ollen vesi ei ole mukana tässä prosessissa; tämän seurauksena syklinen fotofosforylaatio ei tuota sivutuotteena molekylaarista happea. Koska elektronit palaavat PS I:een, pelkistystehoa ei synny (ei NADPH:ta) syklisen fotofosforylaation aikana.
Kuva 01: Syklinen fotofosforylaatio
Mikä on ei-syklinen fotofosforylaatio?
Ei-syklinen fotofosforylaatio on ATP-synteesiprosessi, jossa käytetään valoenergiaa fotosynteesin ei-syklisen elektronien kuljetusketjun avulla. Tässä prosessissa on mukana kahden tyyppisiä valojärjestelmiä, PS I ja PS II. PS II käynnistää ei-syklisen fotofosforylaation. Se absorboi valoenergiaa ja vapauttaa korkean energian elektroneja. Vesimolekyylit halkeavat lähellä PS II:ta vapauttamalla protoneja (H+-ioneja) ja molekyylihappea absorboidun energian vuoksi. Primaarinen elektronien vastaanottaja hyväksyy korkean energian elektronit, ja ne kulkevat plastokinonin (PQ), sytokromikompleksin ja plastosyaniinin (PC) läpi. Sitten PS I ottaa vastaan nämä elektronit. PS I:n hyväksymät elektronit kulkevat jälleen elektronien vastaanottajien läpi ja saavuttavat NADP+ Nämä elektronit yhdistyvät H+ja NADP+ muodostavat NADPH:n ja päättävät elektroninkuljetusketjun. Elektronien kuljetusketjun aikana vapautunut energia käytetään ATP:n tuottamiseen ADP:stä. Koska elektroneja ei palauteta PS II:een, tätä prosessia kutsutaan ei-sykliseksi fotofosforylaatioksi.
Verrattuna sykliseen fotofosforylaatioon, ei-syklinen fotofosforylaatio on yleistä, ja sitä havaitaan laaj alti kaikissa vihreissä kasveissa, levissä ja syanobakteereissa. Se on virusprosessi eläville organismeille, koska tämä on ainoa prosessi, joka vapauttaa molekyylistä happea ympäristöön.
Kuva 02: Ei-syklinen fotofosforylaatio
Mitä eroa on syklisen ja ei-syklisen fotofosforylaation välillä?
Syklinen vs ei-syklinen fotofosforylaatio |
|
| Syklinen fotofosforylaatio viittaa prosessiin, joka tuottaa ATP:tä valosta riippuvan fotosynteesin syklisen elektroninkuljetusketjun aikana. | Ei-syklinen fotofosforylaatio viittaa prosessiin, joka tuottaa ATP:tä ei-syklisestä elektroninkuljetusketjusta fotosynteesin valoreaktioissa. |
| Photosystem | |
| Vain yksi valojärjestelmä (PS I) osallistuu sykliseen fotofosforylaatioon. | Photosystem I ja II osallistuvat ei-sykliseen fotofosforylaatioon. |
| Elektronin kuljetusketjun luonne | |
| Elektronit kulkevat syklisessä elektronien kuljetusketjussa ja palaavat PS I | Elektronit kulkevat ei-syklisissä ketjuissa. |
| Tuotteet | |
| Tässä prosessissa tuotetaan vain ATP:tä. | ATP, O2 ja NADPH. |
| Vesi | |
| Vesi ei hajoa tämän prosessin aikana. | Vesi halkeilee tai fotolysoituu. |
| Hapen sukupolvi | |
| Happea ei synny syklisen fotofosforylaation aikana | Molekulaarista happea syntyy ei-syklisessä fotofosforylaatiossa. |
| Ensimmäinen elektronin luovuttaja | |
| Ensimmäinen elektronin luovuttaja on PS I. | Vesi on ensimmäinen elektronien luovuttaja. |
| Ensimmäinen elektronien vastaanottaja | |
| Lopullinen elektronin vastaanottaja on PS I. | Lopullinen elektronin vastaanottaja on NADP+ |
| Organismit | |
| Tietyt bakteerit osoittavat syklistä fotofosforylaatiota. | Ei-syklinen fotofosforylaatio on yleistä vihreissä kasveissa, levissä ja syanobakteereissa. |
Yhteenveto – Syklinen vs ei-syklinen fotofosforylaatio
ATP:tä tuottaa fotosynteesin aikana absorboitunut valoenergia. Tämä prosessi tunnetaan nimellä fotofosforylaatio. Fotofosforylaatio voi tapahtua kahden reitin kautta, jotka tunnetaan nimellä syklinen ja ei-syklinen fotofosforylaatio. Syklisen fotofosforylaation aikana korkeaenergiset elektronit kulkevat elektronien vastaanottajien läpi syklisissä liikkeissä ja vapauttavat energiaa ATP:n tuottamiseksi. Ei-syklisen fotofosforylaation aikana korkeaenergiset elektronit virtaavat elektronien vastaanottajien läpi Z-muotoisina ei-syklisinä liikkeinä. Vapautuneet elektronit eivät palaa samoihin valojärjestelmiin ei-syklisessä fotofosforylaatiossa. Kuitenkin molemmissa prosesseissa ATP:tä tuotetaan samalla tavalla käyttämällä elektroninkuljetusketjun vapauttamaa potentiaalienergiaa. Ei-syklinen fotofosforylaatio tuottaa ATP:tä, O2 ja NADPH:ta, kun taas syklinen fotofosforylaatio tuottaa vain ATP:tä. Molemmat fotosysteemit osallistuvat ei-sykliseen fotofosforylaatioon, kun taas vain yksi fotosysteemi (PS I) osallistuu sykliseen fotofosforylaatioon. Tämä on ero syklisen ja ei-syklisen fotofosforylaation välillä.
