Informacja

Gdzie idą 2 elektrony i H⁺, gdy NADPH zamienia się w NADP⁺ podczas cyklu Calvina?

Gdzie idą 2 elektrony i H⁺, gdy NADPH zamienia się w NADP⁺ podczas cyklu Calvina?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Zastanawiałem się, gdzie 2 elektrony i H+ idź, gdy NADPH zostanie przekształcony w NADP+ podczas cyklu Calvina? Wiem, że podczas reakcji zależnej od światła 2 elektrony (z wody) i H+ połączyć z NADP+ (z cyklu Calvina), aby utworzyć NADPH, ale po użyciu NADPH i przekształceniu go w NADP+, gdzie te elektrony i H+ wybrać się?


Rozsądnym źródłem informacji o cyklu Calvina jest Berg i in., ale dla tej reakcji nie pokazano pełnych struktur. Dlatego pokazuję je poniżej na własnym schemacie:

Pokolorowałem atomy wodoru, aby pokazać, dokąd zmierzają redukując fosfoglicerynian (kwas) do aldehydu. Możesz pomyśleć o dwóch elektronach użytych do utworzenia dodatkowego wiązania kowalencyjnego.

(Wodorofosforan jest w rzeczywistości w równowadze z innymi formami fosforanu, ale nie jest to istotne dla twojego pytania i dlatego nie zostało pokazane).


Jak podczas niecyklicznej fotofosforylacji NADP+ staje się NADPH?

Wiem, że NADP+ zostaje zredukowany do NADPH, ale co dokładnie jest przekazywane? Czy są to dwa pojedyncze elektrony (z fotolizy lub cząsteczek chlorofilu) i jon wodorowy (proton)? Jeśli tak jest, czy podczas cyklu Calvina cząsteczki NADPH oddają te same dwa pojedyncze elektrony i proton wodoru z reakcji zależnych od światła, aby ponownie stać się NADP+? Dziękuję

1 odpowiedź

NADPH powstaje w wyniku fotolizy.

Wyjaśnienie:

Energia fotonów jest wykorzystywana do rozbijania wody na wodór i tlen.

Jony wodorowe #("H"^+)# są wychwytywane przez związek NADP tworząc NADPH.

Tlen jest podawany jako tlen cząsteczkowy #("O"_2)# .

Elektrony są używane do konwersji ADP(adenozynodifosforanu) do ATP(adenozynotrifosforanu) poprzez dodanie jednej grupy fosforanowej do ADP. Proces ten nazywa się fosforylacją (dodawanie fosforanów), a ponieważ energia pochodzi z fotonów, proces ten określa się mianem fotofosforylacji.

Tak, ten sam NADPH przekazuje swój wodór do połączenia z #"CO"_2#, aby utworzyć glukozę #("C"_6"H"_12"O"_6)#, aby ponownie stać się NADP.


Funkcja NADP

NADP + działa obok wielu enzymów, dostarczając energię do wielu reakcji w komórce. NADP + jest używaną formą NADPH i musi być zredukowany z większą ilością elektronów i wodoru. Odbywa się to zwykle podczas fotosyntezy w roślinach lub w ramach trawienia cukru u zwierząt. Uwolnienie energii z wiązań cukru, czyli doprowadzenie energii ze słońca, pozwala komórkom tych organizmów związać wodór dwoma elektronami z NADP+, tworząc NADPH, który może przenieść tę energię, elektrony i wodór do nowego reakcja w komórce.


Fotosynteza u prokariontów

Opisano dwie części fotosyntezy — reakcje zależne od światła i cykl Calvina — ponieważ zachodzą one w chloroplastach. Jednak prokariota, takie jak cyjanobakterie, nie mają organelli związanych z błoną. Prokariotyczne fotosyntetyczne organizmy autotroficzne mają pofałdowania błony plazmatycznej w celu przyłączenia chlorofilu i fotosyntezy (ryc. 4). To tutaj organizmy takie jak sinice mogą przeprowadzać fotosyntezę.

Rysunek 4. Fotosyntetyczny prokariota ma sfałdowane obszary błony komórkowej, które działają jak tylakoidy. Chociaż nie są one zawarte w organellach, takich jak chloroplast, wszystkie składniki niezbędne do przeprowadzenia fotosyntezy są obecne. (kredyt: dane w skali od Matta Russella)


Generowanie nośnika energii: ATP

W reakcjach zależnych od światła energia pochłonięta przez światło słoneczne jest magazynowana przez dwa rodzaje cząsteczek nośników energii: ATP i NADPH. Energia, którą niosą te cząsteczki, jest przechowywana w wiązaniu, które łączy pojedynczy atom z cząsteczką. Dla ATP jest to atom fosforanu, a dla NADPH jest to atom wodoru. NADH zostanie omówiony dalej w odniesieniu do oddychania komórkowego, które występuje w mitochondriach, gdzie przenosi energię z cyklu kwasu cytrynowego do łańcucha transportu elektronów. Kiedy te cząsteczki uwalniają energię do cyklu Calvina, każda z nich traci atomy, aby stać się cząsteczkami o niższej energii ADP i NADP + .

Gromadzenie się jonów wodorowych w przestrzeni tylakoidów tworzy gradient elektrochemiczny z powodu różnicy w stężeniu protonów (H + ) i różnicy ładunku w błonie, który tworzą. Ta potencjalna energia jest zbierana i magazynowana jako energia chemiczna w ATP poprzez chemiosmozę, ruch jonów wodorowych w dół ich gradientu elektrochemicznego przez enzym transbłonowy syntazę ATP, tak jak w mitochondriach.

Jony wodorowe przechodzą przez błonę tylakoidów przez osadzony kompleks białkowy zwany syntazą ATP. To samo białko generowało ATP z ADP w mitochondrium. Energia generowana przez strumień jonów wodorowych umożliwia syntazie ATP przyłączenie trzeciego fosforanu do ADP, który tworzy cząsteczkę ATP w procesie zwanym fotofosforylacją. Przepływ jonów wodorowych przez syntazę ATP nazywa się chemiosmozą, ponieważ jony przemieszczają się z obszaru o wysokim do niskiego stężenia przez półprzepuszczalną strukturę.


W jaki sposób NADP zostaje zredukowany do NADPH w reakcji zależnej od światła?

Czy też zarówno elektrony z łańcucha e-transportu, jak i protony z fotolizy wody.


W pytaniu egzaminacyjnym, które mówi, opisz, jak NADP jest redukowany w reakcji zależnej od światła.

Jest redukowany przez elektrony z fotolizy wody.

Nie to, czego szukasz? Wypróbuj&hellip

Tak, to zarówno elektrony z łańcucha transportu elektronów, które straciły większość swojej energii do syntezy ATP, jak i jon wodorowy (H^+) z fotolizy wody wiążą się z NADP tworząc zredukowany NADP

(Oryginalny post autorstwa James A)
Czy to protony z fotolizy wody?

Czy też zarówno elektrony z łańcucha e-transportu, jak i protony z fotolizy wody.


W pytaniu egzaminacyjnym, które mówi, opisz, jak NADP jest redukowany w reakcji zależnej od światła.

Jest redukowany przez elektrony z fotolizy wody.

ale jest redukowany przez elektrony.

NADP jest zdefiniowany jako końcowy akceptor elektronów w fotofosforylacji. 2 elektrony wytworzone podczas fotolizy wody zastępują 2 elektrony utracone w fotosystemie 2 i są wykorzystywane do redukcji NADP

Pomyślałem, że zadam tutaj pytanie, zamiast zaczynać nowy wątek:

Czy zredukowany NADP jest taki sam jak NADPH? Mój program nauczania (aqa) mówi o obniżonym NADP, jednak zawsze używałem terminu NADPH. Czy zostanie to zaakceptowane przez moich egzaminatorów w miejsce obniżonego NADP?

A co do starego oryginalnego pytania OP. rozumiem, że NADP sam w sobie jest pozytywny, z ładunkiem +1. Kiedy światło słoneczne uwalnia elektrony z chloroplastów, para elektronów jest wychwytywana przez cząsteczkę NADP, co daje jej ładunek -1. Dlatego pobiera proton, aby stać się NADPH. (protony zostały wygenerowane w wyniku fotolizy wody) Elektrony powstałe w wyniku fotolizy wody zastępują te, które zostały wzbudzone z chloroplastów, umożliwiając w ten sposób kontynuację procesu.


Jak działają reakcje zależne od światła

Ogólnym celem reakcji zależnych od światła jest przekształcenie energii słonecznej w energię chemiczną w postaci NADPH i ATP. Ta energia chemiczna zostanie wykorzystana w cyklu Calvina do napędzania zespołu cząsteczek cukru.

Reakcje zależne od światła rozpoczynają się w grupie cząsteczek pigmentu i białek zwanych a fotosystem. W błonach tylakoidów istnieją dwa fotosystemy (Fotosystem I i II). Oba fotosystemy mają tę samą podstawową strukturę: wiele białek antenowych, z którymi związane są cząsteczki chlorofilu, otacza centrum reakcji, w którym zachodzi fotochemia. Każdy fotosystem jest obsługiwany przez kompleks zbierający światło, który przekazuje energię ze światła słonecznego do centrum reakcji. Składa się z wielu białek antenowych, które zawierają mieszaninę 300-400 chlorofilu a oraz b cząsteczki, a także inne pigmenty, takie jak karotenoidy. Foton energii świetlnej przemieszcza się, aż dotrze do cząsteczki pigmentu chlorofilowego. Foton powoduje „wzbudzenie” elektronu w chlorofilu. Energia przekazana elektronowi pozwala na uwolnienie się od atomu cząsteczki chlorofilu. Dlatego mówi się, że chlorofil „oddaje” elektron (Rysunek 1). Absorpcja pojedynczego foton lub wyraźna ilość lub „pakiet” światła przez którykolwiek z chlorofilów popycha tę cząsteczkę do stanu wzbudzonego. Krótko mówiąc, energia świetlna została przechwycona przez cząsteczki biologiczne, ale nie jest jeszcze przechowywana w żadnej użytecznej formie. Energia jest przekazywana z chlorofilu do chlorofilu, aż w końcu (po około milionowej części sekundy) jest dostarczana do centrum reakcji. Do tego momentu między cząsteczkami przenoszona była tylko energia, a nie elektrony.

Aby zastąpić elektron w chlorofilu, cząsteczka wody jest rozszczepiana. To rozszczepienie uwalnia dwa elektrony i powoduje powstawanie tlenu (O2) i 2 jony wodorowe (H + ) w przestrzeni tylakoidów. Zastąpienie elektronu umożliwia chlorofilowi ​​odpowiedź na inny foton. Cząsteczki tlenu wytwarzane jako produkty uboczne opuszczają liść przez aparaty szparkowe i trafiają do otaczającego środowiska. Jony wodorowe odgrywają kluczową rolę w pozostałych reakcjach zależnych od światła.

Rysunek 1 Energia świetlna jest absorbowana przez cząsteczkę chlorofilu i przekazywana drogą do innych cząsteczek chlorofilu. Energia kulminuje w cząsteczce chlorofilu znajdującej się w centrum reakcji. Energia „wzbudza” jeden z jego elektronów na tyle, aby opuścić cząsteczkę i zostać przeniesiony do pobliskiego pierwotnego akceptora elektronów. Cząsteczka wody rozszczepia się, aby uwolnić elektron, który jest potrzebny do zastąpienia oddanego. Jony tlenu i wodoru powstają również podczas rozszczepiania wody.

Należy pamiętać, że celem reakcji zależnych od światła jest przekształcenie energii słonecznej w nośniki chemiczne (NADPH i ATP), które będą wykorzystywane w cyklu Calvina. U eukariontów i niektórych prokariontów istnieją dwa fotosystemy. Pierwszy nazywa się fotosystem II (PSII), który został nazwany od kolejności jego odkrycia, a nie od kolejności funkcji. Po tym, jak foton uderzy w centrum reakcji fotosystemu II (PSII), energia światła słonecznego jest wykorzystywana do ekstrakcji elektronów z wody. Elektrony przechodzą przez chloroplastowy łańcuch transportu elektronów do fotosystemu I (PSI), który redukuje NADP+ do NADPH (Rysunek 3). Gdy elektron przechodzi wzdłuż łańcucha transportu elektronów, energia z elektronów napędza protony pompujące w błonie, które aktywnie przemieszczają jony wodorowe wbrew ich gradiencie stężeń ze zrębu do przestrzeni tylakoidów. Łańcuch transportu elektronów przenosi protony przez błonę tylakoidów do światła (przestrzeni wewnątrz dysku tylakoidów). Jednocześnie rozszczepianie wody dodaje dodatkowe protony do światła, a redukcja NADPH usuwa protony ze zrębu (przestrzeni poza tylakoidami). Wynik netto to wysokie stężenie protonów (H+) w świetle tylakoidów i niskie stężenie protonów w zrębie. Syntaza ATP wykorzystuje ten gradient elektrochemiczny do wytwarzania ATP, tak jak w przypadku oddychania komórkowego. Zauważ, że wysokie stężenie protonów = kwaśne pH, więc światło tylakoidów ma znacznie bardziej kwaśne (niższe) pH niż zrąb.

Cały ten proces jest dość analogiczny do procesu, który zachodzi podczas oddychania komórkowego w mitochondriach. Przypomnijmy, że podczas CR energia niesiona przez NADH i FADH2 jest wykorzystywana do pompowania protonów przez wewnętrzną błonę mitochondrialną i do przestrzeni międzybłonowej, tworząc elektrochemiczny gradient protonów. Ten gradient jest używany do zasilania fosforylacji oksydacyjnej przez syntazę ATP w celu wytworzenia ATP.

Rysunek 3 Energia ze światła jest wykorzystywana przez łańcuch transportu elektronów chloroplastów do pompowania protonów przez błonę tylakoidów do światła tylakoidów. Tworzy to gradient protonowy, który jest wykorzystywany jako źródło energii przez syntazę ATP.


CYKL CALVINA

Cykl Calvina składa się z trzech głównych części: utrwalenia, redukcji i regeneracji. Podczas utrwalania RuBisCoenzyme katalizuje reakcję pomiędzy 3 CO2 cząsteczki i trzy cząsteczki dwufosforanu rybulozy (RuBP). Tworzy to sześć cząsteczek kwasu 3-fosfoglicerynowego (3-PGA). Cykl kończy się trzy razy, w każdym z nich jeden RuBP i jeden CO2 cząsteczka oddziałuje. Nazywa się to wiązaniem węgla. Podczas redukcji ATP i NADPH powstałe w pierwszym etapie fotosyntezy są wykorzystywane do konwersji 3-PGA do 3-fosforanu gliceraldehydu (PGAL). W tej reakcji ATP jest ponownie przekształcany w ADP, a NADPH jest przekształcany z powrotem w NADP+. Produkty te są poddawane recyklingowi w pierwszej fazie fotosyntezy – fazie zależnej od światła. W trakcie regeneracji PGAL eksportowany jest do produkcji produktów spożywczych, takich jak węglowodany. Dzieje się to w stosunku 1:5: na każdy obrót cyklu Calvina powstają dwie cząsteczki PGAL. Ponieważ do wykorzystania wszystkich cząsteczek RuBP potrzeba trzech tur cykli, powstaje sześć cząsteczek PGAL. Jeden jest eksportowany, a pięć do regeneracji RuBP. Wyrzucony PGAL gromadzi się w cytozolu. Po zebraniu kilku cząsteczek PGAL reagują z wytworzeniem cukru w ​​postaci sześciowęglowych fosforanów, które z kolei reagują z wytworzeniem sacharozy.

Na poniższym obrazku pokazano interakcję między reakcjami zależnymi od światła i niezależnymi od światła. Można zobaczyć produkty reakcji świetlnych stosowanych w cyklu Calvina, podobnie jak produkty cyklu Calvina, które są następnie ponownie wykorzystywane w reakcjach świetlnych.

Rysunek 2: Interakcja między zależną od światła i niezależną częścią fotosyntezy.

Przepływ elektronów przez fotosystemy I i II

Światło słoneczne jest pochłaniane przez pigmenty fotosyntetyczne, z których najobficiej występują w roślinach chlorofile. Absorpcja światła pobudza elektron do wyższego stanu energetycznego, przekształcając w ten sposób energię światła słonecznego w potencjalną energię chemiczną. Pigmenty fotosyntetyczne są zorganizowane w fotocentra w błonie tylakoidów, z których każda zawiera setki cząsteczek pigmentu (ryc. 10.20). Wiele cząsteczek pigmentu w każdym fotocentrum działa jak anteny absorbujące światło i przenoszące energię wzbudzonych elektronów na cząsteczkę chlorofilu, która służy jako centrum reakcji. Chlorofil z centrum reakcji przenosi następnie swój elektron o wysokiej energii do cząsteczki akceptorowej w łańcuchu transportu elektronów. Elektrony o wysokiej energii są następnie przenoszone przez szereg nośników błonowych, sprzężonych z syntezą ATP i NADPH.

Rysunek 10.20

Organizacja fotocentrum. Każde fotocentrum składa się z setek cząsteczek pigmentu antenowego, które absorbują fotony i przekazują energię do centrum reakcyjnego chlorofilu. Chlorofil z centrum reakcji przenosi następnie wzbudzony elektron do akceptora (więcej. )

Najlepiej scharakteryzowanym ośrodkiem reakcji fotosyntezy jest bakteria Rhodopseudomonas viridis, którego strukturę określili w 1985 roku Johann Deisenhofer, Hartmut Michel, Robert Huber i ich współpracownicy (ryc. 10.21). Centrum reakcji składa się z trzech transbłonowych polipeptydów związanych z C-typ cytochromu po zewnętrznej stronie membrany. Energia ze światła słonecznego jest wychwytywana przez parę cząsteczek chlorofilu, znaną jako para specjalna. Elektrony są następnie przenoszone ze specjalnej pary do innej pary chlorofilów, a stamtąd do innych grup protetycznych (feofityn i chinonów). Stamtąd elektrony są przenoszone do cytochromu pne kompleks, w którym transport elektronów jest sprzężony z generowaniem gradientu protonów. Elektrony są następnie przenoszone do cytochromu w centrum reakcyjnym i ostatecznie zwracane do specjalnej pary chlorofilu. Centrum reakcji przekształca zatem energię światła słonecznego w elektrony o wysokiej energii, których energia potencjalna jest przekształcana w gradient protonów przez cytochrom pne złożony.

Rysunek 10.21

Struktura fotosyntetycznego centrum reakcyjnego. Centrum reakcji R. viridis składa się z trzech białek transbłonowych (fioletowego, niebieskiego i beżowego) oraz a C-typ cytochrom (zielony). Chlorofile i inne grupy protetyczne mają kolor żółty. (Dzięki uprzejmości (więcej.)

Białka biorące udział w lekkich reakcjach fotosyntezy w roślinach są zorganizowane w pięć kompleksów w błonie tylakoidów (ryc. 10.22). Dwa z tych kompleksów to fotosystemy (fotosystemy I oraz II), w którym światło jest absorbowane i przenoszone do chlorofilów z centrum reakcji. Elektrony o wysokiej energii są następnie przenoszone przez szereg nośników w obu fotosystemach i w trzecim kompleksie białkowym, cytochrom bf złożony. Podobnie jak w mitochondriach, te transfery elektronów są sprzężone z transferem protonów do światła tylakoidów, ustanawiając w ten sposób gradient protonów przez błonę tylakoidów. Energia zmagazynowana w tym gradiencie protonów jest następnie zbierana przez czwarty kompleks białkowy w błonie tylakoidów, syntazę ATP, która (podobnie jak enzym mitochondrialny) łączy przepływ protonów z powrotem przez błonę do syntezy ATP.

Rysunek 10.22

Transport elektronów i synteza ATP podczas fotosyntezy. Pięć kompleksów białkowych w błonie tylakoidów działa w transporcie elektronów oraz syntezie ATP i NADPH. Fotony są absorbowane przez kompleksy cząsteczek pigmentu związanych z fotosystemami (więcej.)

Ważną różnicą między transportem elektronów w chloroplastach a mitochondriami jest to, że energia pochodząca ze światła słonecznego podczas fotosyntezy nie tylko jest przekształcana w ATP, ale także jest wykorzystywana do generowania NADPH wymaganego do późniejszej konwersji CO2 do węglowodanów. Osiąga się to dzięki zastosowaniu dwóch różnych fotosystemów w reakcjach świetlnych fotosyntezy, jednego do generowania ATP, a drugiego do generowania NADPH. Elektrony są przenoszone sekwencyjnie między dwoma fotosystemami, z fotosystemem I działającym w celu wygenerowania NADPH i fotosystemem II działającym w celu wygenerowania ATP.

Ścieżka przepływu elektronów rozpoczyna się w fotosystemie II, który jest homologiczny do centrum reakcji fotosyntezy r. viridis już opisane. Jednak w fotosystemie II energia pochodząca z absorpcji fotonów jest wykorzystywana do rozszczepiania cząsteczek wody na tlen cząsteczkowy i protony (patrz rysunek 10.22). Ta reakcja zachodzi w świetle tylakoidów, a więc uwalnianie protonów z H2O ustanawia gradient protonów przez błonę tylakoidów. Elektrony o wysokiej energii pochodzące z tego procesu są przenoszone przez szereg nośników do plastochinonu, rozpuszczalnego w tłuszczach nośnika podobnego do koenzymu Q (ubichinonu) mitochondriów. Plastochinon przenosi elektrony z fotosystemu II do cytochromu bf kompleks, w którym elektrony są przenoszone do plastocyjaniny, a dodatkowe protony są wpompowywane do światła tylakoidów. Transport elektronów przez fotosystem II jest zatem sprzężony z ustanowieniem gradientu protonowego, który napędza chemiosmotyczną syntezę ATP.

Z fotosystemu II elektrony są przenoszone przez plastocyjaninę (białko błony obwodowej) do fotosystemu I, gdzie absorpcja dodatkowych fotonów ponownie generuje elektrony o wysokiej energii. Fotosystem I nie działa jednak jak pompa protonowa, wykorzystuje te wysokoenergetyczne elektrony do redukcji NADP + do NADPH. Chlorofil w centrum reakcji fotosystemu I przenosi swoje wzbudzone elektrony przez szereg nośników do ferrodoksyny, małego białka po stronie zrębowej błony tylakoidów. Enzym reduktaza NADP następnie przenosi elektrony z ferrodoksyny do NADP+, generując NADPH. Przejście elektronów przez fotosystemy I i II generuje zatem zarówno ATP, jak i NADPH, które są wykorzystywane przez enzymy cyklu Calvina w zrębie chloroplastów do konwersji CO2 do węglowodanów (patrz Rysunek 2.39).


Cykl Calvina: budowanie życia z rzadkiego powietrza

W jaki sposób coś takiego jak powietrze staje się drewnem drzewa? Odpowiedź leży w tym, co tworzy powietrze.

Jak powietrze otaczające drzewo może zostać przekształcone w materiał drzewny? Poprzez złożony zestaw reakcji, które wykorzystują węgiel z powietrza do wytwarzania innych materiałów. Zdjęcie autorstwa André Karwatha.

Powietrze zawiera różne pierwiastki, takie jak tlen, węgiel i azot. Te pierwiastki tworzą cząsteczki, takie jak dwutlenek węgla (CO2). Dwutlenek węgla składa się z jednego atomu węgla i dwóch atomów tlenu. Rośliny pobierają atom węgla z dwutlenku węgla i wykorzystują go do budowy cukrów.

Odbywa się to za pomocą cyklu Calvina. Cykl Calvina zachodzi wewnątrz chloroplastów, ale poza tylakoidami (gdzie utworzono ATP). ATP i NADPH z reakcji zależnych od światła są stosowane w cyklu Calvina.

Części cyklu Calvina są czasami nazywane reakcjami niezależnymi od światła. Ale nie daj się zwieść nazwie. te reakcje wymagają do działania światła słonecznego.

Białko RuBisCO pomaga również w procesie przemiany węgla z powietrza w cukry. RuBisCO działa powoli, więc rośliny potrzebują go dużo. W rzeczywistości RuBisCO to najobfitsze białko na świecie!

Produkty cyklu Calvina są używane do wytwarzania glukozy z cukru prostego. Glukoza jest używana do budowy bardziej złożonych cukrów, takich jak skrobia i celuloza. Skrobia magazynuje energię dla rośliny, a celuloza jest materiałem, z którego zbudowane są rośliny.


Obejrzyj wideo: cykl CALVINA schemat w procesie fotosyntezy - KOREPETYCJE z BIOLOGII - 61 (Sierpień 2022).