FOTOSISTEMES: COMPONENTS, FUNCIONAMENT I TIPUS - BIOLOGIA - 2025

Els fotosistemes són unitats funcionals de l'procés fotosintètic. Són definits per les seves formes d'associació i organització particular de pigments fotosintètics i complexos proteics capaços d'absorbir i transformar l'energia lumínica, en un procés que implica la transferència d'electrons.

Es coneixen dos tipus de fotosistemes, denominats fotosistemes I i II a causa de l'ordre en què van ser descoberts. El fotosistema I presenta quantitats molt elevades de clorofil·la a en comparació amb la quantitat de clorofil·la b, mentre que el fotosistema II posseeix quantitats molt similars de tots dos pigments fotosintètics.

Diagrama de l'fotosistema I. Presa i editada de: Pisum.

Els fotosistemes es situen en les membranes tilacoides dels organismes fotosintètics com plantes i algues. També poden trobar-se en els cianobacteris.

els cloroplasts

Els cloroplasts són orgànuls esfèrics o allargats d'uns 5 micres de diàmetre que contenen pigments fotosintètics. En el seu interior ocorre la fotosíntesi en les cèl·lules vegetals.

Estan envoltats de dues membranes externes i en el seu interior contenen unes estructures en forma de sac, també envoltades de dues membranes, anomenades tilacoides.

Els tilacoides es troben apilats formant un conjunt que rep el nom de grana, mentre que el fluid que envolta els tilacoides rep el nom d'estroma. Addicionalment, els tilacoides estan envoltats per una membrana anomenada lumen que delimita l'espai intratilacoidal.

La conversió d'energia lumínica en energia química durant la fotosíntesi passa a l'interior de les membranes dels tilacoides. D'altra banda, la producció i emmagatzematge d'hidrats de carboni producte de la fotosíntesi ocorre en els estromas.

Els pigments fotosintètics

Són proteïnes capaces d'absorbir l'energia lumínica per emprar-la durant el procés fotosintètic, es troben total o parcialment units a la membrana dels tilacoides. El pigment involucrat directament amb les reaccions lluminoses de la fotosíntesi és la clorofil·la.

A les plantes hi ha dos tipus principals de clorofil·la, anomenats clorofil·les ai b. No obstant això, en algunes algues poden presentar altres tipus de clorofil·la com són la ci la d, aquesta última present només en algunes algues vermelles.

Hi ha altres pigments fotosintètics com són els carotens i les xantofil·les que junts conformen els carotenoides. Aquests pigments són isoprenoides compostos generalment per quaranta àtoms de carboni. Els carotens són caroteinoides no oxigenats, mentre que les xantofil·les són pigments oxigenats.

A les plantes només la clorofil·la a està involucrada directament en les reaccions lluminoses. Els restants pigments no absorbeixen directament l'energia lluminosa, sinó que actuen com pigments accessoris a l'transmetre l'energia capturada de la llum a la clorofil·la a. D'aquesta manera es captura més energia de la que pogués capturar la clorofil·la a per si sola.

la fotosíntesi

La fotosíntesi és un procés biològic que permet a les plantes, algues i alguns bacteris aprofitar l'energia provinent de la llum de el sol. Mitjançant aquest procés, les plantes fan servir l'energia lumínica per transformar el diòxid de carboni atmosfèric i l'aigua obtinguda de terra, en glucosa i oxigen.

La llum provoca una sèrie complexa de reaccions d'oxidació i reducció que permeten la transformació de l'energia lumínica en energia química necessària per completar el procés de fotosíntesi. Els fotosistemes són les unitats funcionals d'aquest procés.

Components dels fotosistemes

complex antena

Està format per gran quantitat de pigments, incloent centenars de molècules de clorofil·la ai quantitats encara més grans de pigments accessoris, així com ficobilinas. El complex antena permet que s'absorbeixi gran quantitat d'energia.

Funciona com un embut o com una antena (d'allí el seu nom) que captura l'energia provinent de el sol i la transforma en energia química, la qual es transfereix cap al centre de reacció.

Gràcies a la transferència d'energia, la molècula de clorofil·la a de el centre de reacció rep molta més energia lluminosa que la que hagués adquirit pel seu compte. A més, si la molècula de clorofil·la rep massa il·luminació podria fotooxidarse i la planta moriria.

Centre de reacció

És un complex format per molècules de clorofil·la a, una molècula coneguda com a receptor primari d'electrons i nombroses subunitats proteiques envoltant.

funcionament

Generalment la molècula de clorofil·la a present al centre de reacció, i que inicia les reaccions lluminoses de la fotosíntesi, no rep directament els fotons. Els pigments accessoris, així com algunes molècules de clorofil·la a presents en el complex antena reben l'energia lluminosa, però no l'empren directament.

Aquesta energia absorbida pel complex antena es fa arribar als clorofil·la a de el centre de reacció. Cada vegada que s'activa una molècula de clorofil·la a, aquesta allibera un electró energitzat que és després absorbit pel receptor primari d'electrons.

Com a conseqüència, l'acceptor primari queda reduït, mentre que la clorofil·la a recupera el seu electró gràcies a l'aigua, que actua com a alliberador final d'electrons i s'obté l'oxigen com a subproducte.

tipus

fotosistema I

Es troba a la superfície exterior de la membrana tilacoide i posseeix poca quantitat de clorofil·la b, a més de clorofil·la ai carotenoides.

La clorofil·la a de el centre de reacció absorbeix millor les longituds d'ona de 700 nanòmetres (nm), per la qual cosa rep el nom de P700 (pigment 700).

En el fotosistema I, un grup de proteïnes de el grup ferrodoxina - sulfur de ferro - actuen com a acceptors finals d'electrons.

fotosistema II

Actua primer en el procés de transformació de la llum en fotosíntesi, però va ser descoberta després del primer fotosistema. Es troba a la superfície interna de la membrana tilacoide i posseeix major quantitat de clorofil·la b que el fotosistema I. També conté clorofil·la a, ficobilinas i xantofilas.

En aquest cas, la clorofil·la a de el centre de reacció absorbeix millor la longitud d'ona de 680 nm (P680) i no la de 700 nm com en el cas anterior. El acceptor final d'electrons en aquest fotosistema és una quinona.

Diagrama de l'fotosistema II. Presa i editada de: Original work was by Kaidor..

Relació entre els fotosistemes I i II

El procés fotosintètic reuiere ambdós fotosistemes. El primer fotosistema a actuar és el II, el qual absorbeix llum i pel que els electrons en la clorofil·la de el centre de reacció s'exciten i els acceptadors primaris d'electrons dels capten.

Els electrons excitats per la llum viatgen a fotosistema I a través d'una cadena de transport d'electrons situada a la membrana tilacoide. Aquest desplaçament ocasiona una caiguda d'energia que permet el transport d'ions hidrogen (H +) a través de la membrana, cap al lumen dels tilacoides.

El transport d'ions d'hidrogen proporciona un diferencial d'energia entre l'espai de l'lumen dels tilacoides i l'estroma de l'cloroplast, el qual serveix per generar ATP.

La clorofil·la de centre de reacció de l'fotosistema I rep l'electró que ve de l'fotosistema II. L'electró poden continuar en un transport cíclic d'electrons al voltant de l'fotosistema I, o ser usat per a formar NADPH, el qual és transportat després a el cicle de Calvin.

referències

1. MW Nabors (2004). Introduction to Botany. Pearson Education, Inc.
2. Photosystem. En Wikipedia. Recuperat de en.wikipedia.org.
3. Photosystem I, En Wikipedia. Recuperat de en.wikipedia.org.
4. Photosynthesis - Photosystems I and II. Recuperat de britannica.com.
5. B. Andersson & LG Franzen (1992). The photosystems of oxygenic Photosynthesis. En: L. Ernster (Ed.). Molecular mechanisms in Bioenergetics. Elvieser Science Publishers.
6. EM Yahia, A. Carrillo-López, GM Barrera, H. Suzan-Azpiri & MQ Bolaños (2019). Chapter 3 - Photosynthesis. Postharvest physiology and biochemistry of fruits and vegetables.