Циклическое и нециклическое фосфорилирование кратко

Обновлено: 02.07.2024

Ключевое различие - циклическое и нециклическое фотофосфорилирование

Фотофосфорилирование или фотосинтетическое фосфорилирование - это процесс, в котором АТФ вырабатывается во время светозависимых реакций фотосинтеза. Фосфатная группа добавляется к АДФ для образования АТФ, используя протонную движущую силу, генерируемую во время циклических и нециклических цепей переноса электронов фотосинтеза. Энергия поступает от солнечного света для запуска процессов, и синтез АТФ происходит на АТФазных комплексах, расположенных в тилакоидных мембранах хлоропластов. Синтез АТФ во время циклического электронного потока аноксигенного фотосинтеза известен как циклическое фотофосфорилирование. Производство АТФ во время нециклического потока электронов кислородного фотосинтеза известно как нециклическое фотофосфорилирование.. Это ключевое различие между циклическим и нециклическим фотофосфорилированием.

СОДЕРЖАНИЕ
1. Обзор и основные отличия
2. Что такое циклическое фотофосфорилирование
3. Что такое нециклическое фотофосфорилирование
4. Параллельное сравнение - циклическое и нециклическое фотофосфорилирование
5. Резюме

Что такое циклическое фотофосфорилирование?

Циклическое фосфорилирование - это процесс, который производит АТФ из АДФ во время светозависимой цепи циклического переноса электронов фотосинтеза. Фотосистема I участвует в этом процессе. Когда хлорофиллы PS I поглощают световую энергию, высокоэнергетические электроны высвобождаются из реакционного центра P700. Эти электроны принимаются первичным акцептором электронов и затем перемещаются через несколько акцепторов электронов, такие как ферредоксин (Fd), пластохинон (PQ), комплекс цитохрома и пластоцианин (PC). Наконец, эти электроны возвращаются в P700 после циклического движения. Когда электроны движутся вниз через электронные носители, они выделяют потенциальную энергию. Эта энергия используется для производства АТФ из АДФ с помощью фермента АТФ-синтазы. Следовательно, этот процесс известен как циклическое фотофосфорилирование.

ФС II не участвует в циклическом фотофосфорилировании. Следовательно, вода в этом процессе не участвует; в результате циклическое фотофосфорилирование не приводит к образованию молекулярного кислорода в качестве побочного продукта. Поскольку электроны возвращаются в PS I, во время циклического фотофосфорилирования не генерируется восстанавливающая мощность (без НАДФН).

Что такое нециклическое фотофосфорилирование?

Нециклическое фотофосфорилирование - это процесс синтеза АТФ с использованием световой энергии посредством нециклической цепи переноса электронов фотосинтеза. В этом процессе задействованы два типа фотосистем, названные PS I и PS II. Нециклическое фотофосфорилирование инициируется ФС II. Он поглощает световую энергию и высвобождает электроны высокой энергии. Молекулы воды расщепляются возле PS II, высвобождая протоны (ионы H +) и молекулярный кислород за счет поглощенной энергии. Электроны с высокой энергией принимаются первичным акцептором электронов и проходят через пластохинон (PQ), комплекс цитохрома и пластоцианин (PC). Затем эти электроны захватываются PS I. Принятые электроны PS I снова проходят через акцепторы электронов и достигают NADP. + . Эти электроны соединяются с H + и НАДФ + с образованием НАДФН и обрыва цепи переноса электронов. Во время транспортной цепи электронов высвобождаемая энергия используется для производства АТФ из АДФ. Поскольку электроны не возвращаются в ФС II, этот процесс известен как нециклическое фотофосфорилирование.

По сравнению с циклическим фотофосфорилированием нециклическое фотофосфорилирование является обычным явлением и широко наблюдается у всех зеленых растений, водорослей и цианобактерий. Это вирусный процесс для живых организмов, поскольку это единственный процесс, который выделяет молекулярный кислород в окружающую среду.

В чем разница между циклическим и нециклическим фотофосфорилированием?

Циклическое и нециклическое фотофосфорилирование

Резюме - Циклическое и нециклическое фотофосфорилирование

АТФ производится световой энергией, поглощаемой во время фотосинтеза. Этот процесс известен как фотофосфорилирование. Фотофосфорилирование может происходить двумя путями, известными как циклическое и нециклическое фотофосфорилирование. Во время циклического фотофосфорилирования электроны с высокой энергией перемещаются через акцепторы электронов в циклических движениях и выделяют энергию для производства АТФ. Во время нециклического фотофосфорилирования электроны высокой энергии проходят через акцепторы электронов в Z-образных нециклических движениях. Освободившиеся электроны не возвращаются в одни и те же фотосистемы при нециклическом фотофосфорилировании. Однако в обоих процессах АТФ производится одинаковым образом с использованием потенциальной энергии, выделяемой цепью переноса электронов. Нециклическое фотофосфорилирование производит АТФ, O₂, и НАДФН, в то время как циклическое фотофосфорилирование производит только АТФ. Обе фотосистемы участвуют в нециклическом фотофосфорилировании, в то время как только одна фотосистема (ФС I) участвует в циклическом фотофосфорилировании. В этом разница между циклическим и нециклическим фотофосфорилированием.

Циклическое фотофосфорилирование производит только АТФ. Фосфорилирование — это механизм, с помощью которого фосфатная группа добавляется к соединению или молекуле. Это происходит во всех живых организмах, но фотофосфорилирование — это тип фосфорилирования, который имеет место только у растений и некоторых бактерий (но не у человека). После этого циклическое фотофосфорилирование — это процесс, который включает в себя циклический перенос электронов, тогда как нециклическое фотофосфорилирование — это процесс, который не включает циклический перенос электронов. Другое заметное различие между обоими этими процессами состоит в том, что циклическое фотофосфорилирование производит только АТФ, в то время как нециклическое производит оба, АТФ и НАДФ.

Сравнительная таблица

Циклическое фотофосфорилирование	Нециклическое фотофосфорилирование
Электронный транспорт	Циклическое фотофосфорилирование имеет циклический перенос электронов.	Нециклическое фотофосфорилирование имеет нециклический порядок электронного транспорта.
Активный центр	Активный центр P700	Активный центр P680
Производит	Циклическое фотофосфорилирование производит только АТФ.	Нециклическое фотофосфорилирование производит АТФ и НАДФ.
Происходит в	Циклическое фотофосфорилирование происходит преимущественно у бактерий.	Нециклическое фотофосфорилирование в основном происходит в зеленых растениях.

Что такое циклическое фотофосфорилирование?

Это процесс фотофосфорилирования, который включает в себя циклический транспорт электронов, его активный центр для реакции — фотосистема1 (P700), он не включает фотосистему2 (P680). В циклическом фотофосфорилировании участвует фотосистема1, в этом процессе электроны циклически перемещаются и возвращаются обратно в фотосистему1. В этом процессе образуется аденозинтрифосфат (АТФ), который используется растениями в качестве источника энергии, этот АТФ используется в цикле Кальвина. Процесс цикла Кальвина напрямую зависит от наличия АТФ, в случае отсутствия достаточного количества АТФ процесс дальше не продолжается. Циклическое фотофосфорилирование не связано с образованием кислорода, фотолиз (расщепление воды) в этом также отсутствует. Кроме того, этот процесс не производит НАДФ и кислород, но все же производит АТФ. Процесс циклического фотофосфорилирования происходит в основном у бактерий; он менее заметен у растений.

Что такое нециклическое фотофосфорилирование?

Это процесс фотофосфорилирования, который не имеет циклического транспорта электронов, его активным центром реакции является фотосистема 2 (P680), но он также участвует в фотосистеме 1 (P700). При нециклическом фотофосфорилировании. Транспорт электронов нециклический, эти электроны из фотосистемы1 (P700) принимаются НАДФ. При нециклическом фотофосфорилировании образуются АТФ и НАДФ, которые используются в качестве источника энергии (НАДФ является богатым источником энергии, поскольку 1 НАДФ дает энергию, эквивалентную 3 АТФ). При нециклическом фотофосфорилировании кислород выделяется как побочный продукт реакции и, наконец, выделяется в окружающую среду, в нем также происходит фотолиз или присутствует расщепление воды. Процесс нециклического фотофосфорилирования в основном наблюдается у зеленых растений.

Нециклическое фосфорилирование. Циклическое фотофосфорилирование.

Возбужденные электроны от P₆₈₀ (ФС1) и Р₇₀₀ (ФСП) восстанавливают, соответственно, акцепторы электронов X и Y и, таким образом, Р₆₈₀ и Р₇₀₀ становятся положительно заряженными (окисленными). Донором электронов, который обеспечивает восполнение электронов в Р₆₈₀ является вода. Вода расщепляется, высвобождая электроны, которые и проникают в Р₆₈₀. При этом высвобождаются также ионы кислорода и водорода. Кислород улетучивается в качестве побочного продукта.

Электроны перемещаются от X вдоль цепи переноса электронов, каждый раз теряя некоторое количество энергии при переходе от одного переносчика к другому. В конечном счете они насыщают положительные дыры, оставленные в Р₇₀₀ - Энергия потока используется для получения АТФ. Кроме того, электроны движугся вниз по градиенту энергии от Y к НАДФ вдоль цепи переноса электронов, взаимодействуют с ионами водорода (из воды), образуя восстановленный НАДФ-

Сравнение циклического и нециклического фотофосфорилирования

Циклическое фотофосфорилирование

При циклическом фотофосфорилировании электроны от Y возвращаются обратно к Р₇₀₀ по другой цепи переноса электронов. Как и при нециклическом фосфорилировании энергия возбуждения электронов, перемещающихся вдоль этой цепи, направляется на получение АТФ.

В таблице перечислены различия между циклическим и нециклическим фотофосфорилированием.

Суммарное уравнение для нециклического фотофосфорилирования выглядит так:

Дополнительное количество АТФ может образовываться при циклическом фотофосфорилировании. Эффективность превращения энергии в ходе световых реакций высока и составляет около 39%.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Фотосинтетическое фосфорилирование - образование АТФ в ходе реакций, активируемых светом в хлоропластах, может осуществляться циклическим и нециклическим путями.

Циклическое фотофосфорилирование (ЦФФ) является более простым и эволюционно более древним. При циклическом фотофосфорилировании функционирует только ФС1 и ее единственным продуктом является АТФ. Циклическое фотофосфорилирование было открыто в 1954 г. Аргоном, Алленом и Френкелем на изолированных хлоропластах шпината. Сущность циклического фотофосфорилирования заключается в следующем (рис.).

Рис. Схема циклического транспорта электронов.

При поглощении кванта света один их электронов пигмента РЦ (P₇₀₀) переходит на более высокий энергетический уровень. В этом состоянии он захватывается белком, содержащим Fe и S (Fe-S-центр), а затем передается на Fe-содержащий белок ферридоксин. Дальнейший путь электрона - поэтапный, его транспорт обратно к P₇₀₀ через ряд промежуточных переносчиков, среди которых имеются флавопротеиды и цитохромы. По мере транспорта электрона его энергия высвобождается и используется на присоединение Ф_н к АДФ с образованием АТФ.

Нециклическое фотофосфорилирование (НЦФФ). У высших растений в процессе эволюции появился более сложный путь, который осуществляется при участии двух ФС и обеспечивает восстановление НАДФ за счет фотоокисления воды. Причем восстановление НАДФ осуществляет ФС 1, а фотоокисление воды - ФС 2. Эти две системы функционируют одновременно и взаимосвязанно. Р. Хиллом и Ф. Бендаллом (1960) разработана схема последовательности реакций, которая получила название схемы нециклического транспорта электронов, или Z-схемы (рис.).

При возбуждении P₇₀₀в РЦ ФС1 электрон захватывается мономерной формой хлорофилла а и затем последовательно передается через железосерные белки, ферридоксин, флавопротеиды на восстановление НАДФ. P₇₀₀, не получив электрона обратно, как в случае ЦФФ, приобретает положительный заряд, который компенсируется электроном ФС2.

В ФС2 P₆₈₀, возбужденный квантом света, передает электрон феофитину. От феофитина электрон, теряя энергию, последовательно передается на пластохиноны, железосерный белок, цитохром f, пластоцианин и, наконец, на P₇₀₀ФС1. Энергия, освобождающаяся при транспорте электрона от возбужденной ФС2 на ФС1, используется для синтеза АТФ из АДФ и Фн.

P₆₈₀, оставшись без электрона, приобретает способность получать электрон от воды. Несмотря на активное исследование, детально механизм процесса фотоокисления воды не установлен. Показано участие белкового комплекса и переносчика электронов Z для функционирования которых необходимы Mn, Cl и Са.

Т.о., при НЦФФ происходит линейный или открытый (не замкнутый по циклу) транспорт электронов. Донором электронов является вода, конечным акцептором - НАДФ. Причем происходит одновременно двухэлектронный транспорт. Передача электронов осуществляется при участии двух ФС, поэтому для переноса каждого электрона расходуются два кванта света. На участке между ФС2 и ФС1 транспорт электрона идет по убывающему градиенту ОВП с высвобождением энергии и запасанием ее в АТФ.

Наряду с нециклическим в мембранах хлоропластов высших растений функционирует циклический транспорта электронов. Причем ферридоксин выполняет роль регулятора потока электронов. При возрастании потребности в АТФ часть электронов от ферридоксина через систему цитохромов возвращается к P₇₀₀с образованием АТФ. Восстановление НАДФ в этом случае не идет, и фотоокисления воды при участии ФС2 нетребуется.

Белковые комплексы, участвующие в фотохимических реакциях фотосинтеза, в мембранах хлоропластов распределены неравномерно. Наибольшие различия наблюдаются между теми мембранами, которые плотно состыкованы друг с другом в гранах и теми участками мембран, которые контактируют со стромой, - закругленные участки тилакоидов гран и мембраны тилакоидов стремы (рис.).

ФС2 и ССК находятся в основном в плотносостыкованных мембранах гран. ФС1 со своим ССК и АТФ-азный комплекс находятся на несостыкованных участках мембран. Взаимодействие между ними осуществляется с помощью легкоподвижного в липидной фазе пластохинона, а также благодаря перемещению водорастворимого пластоцианина вдоль внутренних поверхностей ламелл и водорастворимого ферридоксина вдаль наружных поверхностей.

К латеральным перемещениям способны пигментбелковые комплексы. Например, восстановление в избыточных количествах пластохинона ФС2 способствует перемещению ССК в стромальную область мембраны и возрастанию миграции поглощенной энергии света с ФС1. Возросшая фотохимическая активность ФС1 усиливает окисление пластохинона, что приводит к обратному перемещению ССК. Таким образом, система взаимной регуляции активности ФС1 и ФС2 включает латеральный транспорт белковых комплексов в мембранах хлоропластов.

Фотосинтез предполагает использование двух фотосистем (фотосистема I и фотосистема II) для использования энергии света с использованием электронов для получения АТФ и НАДФН, которые впоследствии могут быть использованы клеткой в качестве химической энергии для получения органических соединений. Фотосистемы представляют собой крупные белковые комплексы, которые специализируются на сборе световой энергии и превращении ее в химическую энергию. Фотосистемы состоят из двух частей: антенного комплекса и фотохимического реакционного центра. Антенный комплекс имеет важное значение для захвата световой энергии и передачи этой энергии в фотохимический реакционный центр, который затем преобразует энергию в пригодные для использования формы для ячейки.

Во-первых, свет возбуждает электрон в молекуле хлорофилла в антенном комплексе. Это связано с фотоном света, приводящим электрон к орбите более высокой энергии. Когда электрон в молекуле хлорофилла возбуждается, он неустойчив на орбите с более высокой энергией, и энергия быстро переносится из одной молекулы хлорофилла в другую посредством резонансной передачи энергии до тех пор, пока она не достигнет молекул хлорофилла в области, известной как фотохимический реакционный центр, Отсюда возбужденные электроны передаются на цепь электронных акцепторов. Световая энергия приводит к переносу электронов от слабого донора электронов (с сильным сродством к электронам) к сильному донору электронов в его восстановленной форме (несущей высокоэнергетический электрон). Конкретные доноры электронов, используемые данным организмом или фотосистемой, могут меняться и будут обсуждаться ниже для фотосистем I и II в растениях.

В растениях фотосинтез приводит к получению АТФ и НАДФН посредством двухстадийного процесса, известного как нециклическое фотофосфорилирование, Первый этап нециклического фотофосфорилирования включает фотосистему II. Высокоэнергетические электроны (вызванные световой энергией) от молекул хлорофилла в реакционном центре фотосистемы II переносятся на молекулы хинона (сильные доноры электронов). Фотосистема II использует воду как слабый донор электронов для замещения недостатков электронов, вызванных переносом электронов высоких энергий от молекул хлорофилла к молекулам хинона. Это осуществляется расщепляющим воду ферментом, который позволяет удалить электроны из молекул воды, чтобы заменить электроны, переносимые из молекулы хлорофилла. Когда 4 электрона удаляются из двух молекул H2O (что соответствует 4 фотонам), O2 высвобождается. Затем молекулы пониженного хинона пропускают высокоэнергетические электроны на протонный (H +) насос, известный как цитохром б6-f сложный. Цитохром б6-f комплексных насосов H + в пространство тилакоидов, создавая градиент концентрации через тилакоидную мембрану.

Конечным электронным переносом фотосистемы II является перенос электронов на молекулу хлорофилла с электронным дефицитом в реакционном центре фотосистемы I. Возбужденный электрон (вызванный световой энергией) из молекулы хлорофилла в реакционном центре фотосистемы I переносится на молекула, называемая ферредоксином. Оттуда электрон переносится в NADP + для создания NADPH.

Нециклическое фотофосфорилирование производит 1 молекулу АТФ и 1 молекулу НАДФН на электронную пару; однако для фиксации углерода требуется 1,5 молекулы АТФ на молекулу НАДФ. Для решения этой проблемы и получения большего количества молекул АТФ некоторые виды растений используют процесс, известный как циклическое фотофосфорилирование, Циклическое фотофосфорилирование включает только фотосистему I, а не фотосистему II, и не образует NADPH или O2. При циклическом фосфорилировании высокоэнергетические электроны из фотосистемы I переносятся на цитохром б6-f вместо того, чтобы быть переведены в NADP +. Электроны теряют энергию, когда они проходят через цитохром б6-f комплекс обратно к хлорофиллу фотосистемы I и Н + накачивается через тилакоидную мембрану. Это увеличивает концентрацию H + в тилакоидном пространстве, что приводит к производству АТФ с помощью АТФ-синтазы.

Уровень нециклического или циклического фотофосфорилирования, который происходит в данной фотосинтетической клетке, регулируется в зависимости от потребностей клетки. Таким образом, ячейка может контролировать, сколько световой энергии она преобразует в уменьшающуюся мощность (подпитывается NADPH) и сколько превращается в высокоэнергетические фосфатные связи (АТФ).

Читайте также: