Fotosintez: yorug‘lik bosqichi reaksiyalari haqida umumiy maʼlumot

Kirish
Barglardagi yorugʻlik yutuvchi pigment molekulalari tufayli oʻsimliklar va boshqa fotosintetik organizmlar quyosh energiyasini toʻplashga yaxshi moslashgan hisoblanadi. Lekin yutilgan energiya keyin nima boʻladi degan savol tugʻilishi tabiiy. Oʻsimliklar chiroqlarga oʻxshab yonmasligini, shuningdek, termodinamikaning birinchi qonuniga koʻra, energiya oʻz-oʻzidan yoʻq boʻlib ketmasligini ham yaxshi bilamiz.
Maʼlum boʻlishicha, barglardagi pigmentlar orqali yutilgan yorugʻlik energiyasi boshqa holatga, yaʼni kimyoviy energiyaga aylanadi. Yorugʻlik energiyasi yorugʻlik bosqichi reaksiyalari deb nomlanuvchi bir necha kimyoviy reaksiyalarni oʻz ichiga olgan fotosintez jarayonining birinchi bosqichida kimyoviy energiyaga aylanadi.
Bu maqolada biz oʻsimliklarda fotosintez jarayonida sodir boʻladigan yorugʻlik bosqichi reaksiyalarini oʻrganamiz. Biz pigment molekulalari yorugʻlik energiyasini qanday qilib yutishini, reaksiya markazi pigmentlari elektron transport zanjiriga qoʻzgʻalgan elektronlarni qanday qilib oʻtkazishini va elektronlarning “pastga” tomon oqimi qanday qilib ATF va NADF sinteziga sabab boʻlishini oʻrganamiz. Bu molekulalar fotosintezning keyingi bosqichi, yaʼni Kalvin siklida kerak boʻladigan energiyani saqlaydi.
[Oʻsimlik boʻlmagan organizmlarda ham fotosintez uchraydimi?]
Fotosintez: yorug‘lik bosqichi reaksiyalari haqida umumiy maʼlumot
Yorugʻlik bosqichi reaksiyalarini chuqurroq oʻrganishdan oldin orqaga biroz chekinib, muhim hisoblangan energiyani oʻzgartirish hodisasi haqida toʻxtalib oʻtsak.
Yorugʻlik bosqichi reaksiyalari fotosintezning keyingi bosqichida kerak boʻladigan ikki molekula – energiya saqlovchi ATF molekulasi va qaytarilgan elektron tashuvchi NADFHni hosil qilish uchun yorugʻlik energiyasidan foydalanadi. Oʻsimliklarda yorugʻlik reaksiyalari xloroplastlar deb ataluvchi tilakoid membranalarining ichida sodir boʻladi.
Fotosistemalar energiya yigʻishga optimallashtirilgan oqsillar va pigmentlar (yaʼni yorugʻlik yutuvchi molekulalar) kompleksi boʻlib, yorugʻlik reaksiyalarida muhim rol oʻynaydi. Fotosistemalarning ikkita turi bor: Fotosistema I (FS I) va fotosistema II (FS II).
Ikkala fotosistema ham yorugʻlik energiyasini yigʻishga yordam beruvchi koʻplab pigmentlardan, shuningdek, fotosistema markazida (yaʼni reaksiya markazida) joylashgan bir juft maxsus xlorofill molekulalaridan iborat. Fotosistema I dagi bu juftlik P700 deb atalsa, fotosistema II dagi bu juftlik P680 deb nomlanadi.

Nosiklik fotofosforlanish diagrammasi. Fotosistemalar va elektron transport zanjiri komponentlari tilakoid membranasi ichida joylashgan.
Fotosistema II dagi pigmentlarning biri yorugʻlikni yutganida energiya ichkariga reaksiya markaziga yetguniga qadar bir pigmentdan boshqa pigmentga oʻtadi. U yerda energiya P680 ga oʻtib, elektronni yuqori energiya darajasiga koʻtaradi (P680* hosil boʻladi). Yuqori energiyali elektron akseptor molekulaga oʻtib, suvdagi elektron bilan almashinadi. Suvning bunday parchalanishi biz nafas oladigan O2O2​start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript ni hosil qiladi. Suv parchalanishining asosiy tenglamasini quyidagicha yozish mumkin: H2O→12O2+2H+H2​O→21​O2​+2H+start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, right arrow, start fraction, 1, divided by, 2, end fraction, start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, plus, 2, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript. Suv tilakoid membranasining boʻshligʻi tomonida parchalanadi, shu sababdan tilakoid ichida protonlar ajralib chiqib, gradiyent hosil boʻlishiga hissa qoʻshadi.
Yuqori energiyali elektron esa elektron transport zanjiri tomon pastga harakatlanib, bora-bora energiyasini yoʻqotib boradi. Chiqarilgan energiyaning baʼzilari H+H+start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript ionlarining stromadan tilakoidga otilishini tezlashtirib, protonga qoʻshimcha gradiyent beradi. H+H+start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript ionlarining gradiyentlari tushib, stromaga qaytgani sari ATF hosil qiluvchi ATF sintetazadan oʻtadi. ATF tilakoid membranasining stroma tomonida hosil boʻladi, shu sababli u stromaga chiqariladi.
Elektron fotosistema I ga yetib kelib, reaksiya markazidagi xlorofill donachalarining P700 juftligiga qoʻshiladi. Pigmentlar yorugʻlik energiyasini yutib, reaksiya markaziga oʻtganida P700 dagi elektron juda yuqori energiya darajasiga koʻtarilib, akseptor molekulaga oʻtkaziladi. Bu juftlikning yoʻqotilgan elektroni fotosistema II dagi elektronga (elektron transport zanjiri orqali yetib kelganiga) almashtiriladi.
Yuqori energiyali elektron esa elektron transport zanjirining ikkinchi qisqa qismi tomon pastga harakatlanadi. Zanjirning oxirida elektron NADF++start superscript, plus, end superscript ga (ikkinchi elektron bilan) oʻtib, NADFH hosil qiladi. NADFH tilakoid membranasining stroma tomonida hosil boʻladi, shu sababdan u stromaga ajralib chiqadi.