فتوسیستم چیست؟ – به زبان ساده

فتوسیستم‌ها کمپلکس‌هایی بزرگ و ساخته شده از رنگدانه‌های زیستی و پروتئین‌های گوناگون هستند که در فرآیند فتوسنتز با به دام انداختن نور خورشید نقشی کلیدی دارند. این کمپلکس‌ها به نحوی ساخته می‌شوند که بیشترین بازده را برای به دام انداختن نور خورشید و به پیش بردن واکنش‌های نوری فتوسنتز داشته باشند. در این مطلب از مجله فرادرس یاد می‌گیریم که فتوسیستم چیست و با ساختار و فعالیت فتوسیستم‌های مختلفی که در موجودات فتوسنتز کننده وجود دارند، آشنا می‌شویم.

فتوسیستم چیست؟

فتوسیستم ساختاری پیچیده و متشکل از چندین زیرواحد است که در غشای تیلاکوئید‌های کلروپلاست سلول‌های گیاهان و جلبک‌ها وجود دارد. در باکتری‌های فتوسنتز کننده، فتوسیستم در غشا سلولی جا گرفته است. این ساختار برای انجام فتوسنتز در این جاندارانی که نام بردیم، اهمیت بسیار زیادی دارد؛ زیرا فتوسیستم توانایی به دام انداختن نور و شروع واکنش‌های اکسایش-کاهش مورد نیاز برای فتوسنتز را دارد.

در ساختار فتوسیستم‌ها رنگدانه‌های زیستی و پروتئین‌های گوناگونی وجود دارد، ازجمله رنگدانه‌های موجود در ساختار فتوسیستم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• کلروفیل a
• کلروفیل b
• کاروتنوئیدها

زمانی که رنگدانه‌ها فوتون‌های نور را جذب می‌کنند، از حالت عادی به حالت برانگیخته می‌روند. منظور از حالت برانگیخته این است که یک الکترون از اوربیتالی با انرژی کم‌تر به اوربیتالی با انرژی بالاتر می‌رود. در حقیقت بیشتر رنگدانه‌ها مانند یک قیف عمل می‌کنند که انرژی دریافت‌شده را به مرکز اصلی واکنش می‌رساند. هنگامی که یکی از رنگدانه‌های موجود در ساختار فتوسیستم به وسیله نور برانگیخته می‌شود، انرژی دریافتی را از طریق ارتباطات الکترومغناطیسی به رنگدانه کناری می‌دهد. به این فرآیند انتقالی «انتقال انرژی رزونانس» (Resonance Energy Transfer) می‌گوییم.

رنگدانه کناری، انرژی را به رنگدانه دیگری می‌دهد و این انتقال انرژی بین رنگدانه‌ها چندین بار تکرار می‌شود. برای این انتقالات صورت گرفته بین مولکول‌ها یک قانون وجود دارد، در اصل رنگدانه دریافت‌کننده انرژی برای تحریک شدن به حد مشخصی انرژی نیاز دارد و باید توجه داشت که مولکول دریافت‌کننده نباید نسبت به مولکول اهداکننده به میزان انرژی بیشتری برای تحریک شدن نیاز داشته باشد. این انتقال انرژی تا جایی ادامه پیدا می‌کند که انرژی جذب شده توسط رنگدانه اول به مرکز واکنش برسد که در وسط کمپلکس فتوسیستم قرار دارد.

انواع فتوسیستم‌ چیست و چه تفاوتی دارند؟

در واکنش‌های وابسته به نور فتوسنتز، دو نوع مختلف فتوسیستم وجود دارد که به صورت زیر نام‌گذاری شده‌اند.

• «فتوسیستم ۱» (Photosystem I | PSI)
• «فتوسیستم ۲» (Photosystem II | PSII)

فتوسیستم ۲ در ابتدای مسیر جریان الکترون قرار گرفته‌ است، اما به دلیل این که پس از فتوسیستم ۱ کشف شد با عنوان «فتوسیستم ۲» شناخته می‌شود. بین این دو نوع فتوسیستم سه تفاوت وجود دارد که در ادامه آن‌ها را توضیح می‌دهیم.

• جفت ویژه: با وجود آن که هر دو فتوسیستم در ساختار خود تعداد زیادی کلروفیل دارند، در مرکز واکنش آن‌ها دو کلروفیل a در کنار هم قرار گرفته‌اند که آن‌ها را با عنوان «جفت ویژه» می‌شناسیم. جفت ویژه در هر دو فتوسیستم وجود دارد اما نور با طول موج‌های متفاوتی را جذب می‌کند، به طوری که فتوسیستم ۲ بیشترین جذب را در طول موج ۶۸۰ نانومتر و فتوسیستم ۱ در طول موج ۷۰۰ نانومتر دارد. به دلیل همین بهینه جذب نور، به جفت کلروفیل موجود در مرکز واکنش آن‌ها «P۶۸۰» و «P۷۰۰» می‌گوییم.
• اولین پذیرنده الکترون: اولین پذیرنده الکترون فتوسیستم‌ها با یکدیگر متفاوت است. در فتوسیستم ۲، اولین مولکول پذیرنده الکترون «فئوفیتین» (Pheophytin) است که به کلروفیل شباهت دارد. در فتوسیستم۱، اولین پذیرنده الکترون نوعی کلروفیل است که با نام $$A_0^{7,8}$$ شناخته می‌شود.
• منبع الکترون: زمانی که یک الکترون به جریان می‌افتد، نیاز است که فتوسیستم دوباره شارژ شده و ظرفیت الکترونی آن پر شود. فتوسیستم ۲ از تجزیه آب الکترون مورد نیاز خود را تامین می‌کند، اما فتوسیستم ۱ به وسیله الکترون رسیده از فتوسیستم ۲ خود را شارژ می‌کند.

در طی واکنش‌های نوری فتوسنتز، الکترون برانگیخته شده در فتوسیستم ۲ از این فتوسیستم با از دست دادن انرژی در مسیر حرکت خود به فتوسیستم ۱ منتقل می‌شود. در فتوسیستم ۱، الکترون به کمک انرژی نور دوباره برانگیخته می‌شود تا دومین بخش مسیر زنجیره انتقال الکترون را طی کند و به گیرنده نهایی الکترون برسد. برای درک بهتر این مسیر و واکنش‌ها بهتر است با این دو فتوسیستم بیشتر آشنا شویم، بنابراین در بخش‌های بعد به سراغ هر یک از آن‌ها می‌رویم تا متوجه شویم که دلیل اهمیت هر فتوسیستم چیست.

ساختار فتوسیستم چیست؟

تا اینجا یاد گرفتیم که فتوسیستم چیست و انواع آن را شناختیم، در این بخش قصد آشنایی بیشتر با ساختار فتوسیستم‌ها را داریم. در ساختار هر فتوسیستمی دو بخش اصلی وجود دارد.

1. کمپلکس برداشت نور یا کمپلکس آنتن
2. مرکز واکنش

کمپلکس آنتن محل به دام انداختن نور است و در مرکز واکنش نیز انرژی نور جمع شده توسط کمپلکس آنتن به انرژی شیمیایی منتقل می‌شود. در مرکز واکنش تعداد زیادی پلی‌پپتیدی وجود دارند که توسط رنگدانه‌ها احاطه شده‌اند و در مرکز این ساختار نیز کلروفیل‌های سازنده جفت ویژه قرار دارند.

در فتوسیستم ۲ حدود ۸ کمپلکس برداشت نور وجود دارند که هر کدام از آن‌ها به طور میانگین ۱۴ کلروفیل a و کلروفیل b و حدود ۴ کاروتنوئید در ساختار خود دارند. در ادامه این مطلب با بررسی هر فتوسیستم با ساختار آن‌ها نیز بیشتر آشنا خواهیم شد.

یادگیری گیاه‌شناسی با فرادرس

علم گیاه‌شناسی که یکی از زیرشاخه‌های زیست‌شناسی به حساب می‌آید، به مطالعه گیاهان و محیط زندگی آن‌ها می‌پردازد. مواردی از قبیل اختلالات رشد گیاهان، خصوصیات ظاهری آن‌ها و نقش‌های مختلف گیاهان در اکوسیستم از مسائلی هستند که در گیاه‌شناسی مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرند.

با پیدایش علوم سلولی و مولکولی، گیاهان نیز هدف مطالعات این شاخه قرار گرفتند و ساختارهای ژنتیکی و سلولی آن‌ها بررسی شدند. اهمیت این مطالعات را می‌توان در تولید گیاهانی که اصلاح ژنتیکی شده‌اند مشاهده کرد. با اصلاحاتی که در ژنوم گیاهان انجام می‌شود می‌توان به محصولاتی با کیفیت بالاتر دست پیدا کرد.

فتوسنتز واکنشی است که در راس واکنش‌های گیاهی قرار گرفته است، در این مطلب از مجله فرادرس یاد گرفتیم که فتوسیستم چیست و چه اهمیتی در فتوسنتز دارد، بسیاری از گیاهانی که از لحاظ ژنتیکی اصلاح می‌شوند قابلیت فتوسنتز خود را افزایش می‌دهند، بنابراین شناخت هرچه بهتر مولکول‌های موثر در این سلسله واکنش‌ها اهمیت به سزایی دارد. فرادرس در زمینه‌های مختلف گیاه‌شناسی فیلم‌های متنوعی تهیه و منتشر کرده است که به کمک آن‌ها می‌توانید اطلاعات خود را در مورد این شاخه از زیست‌شناسی افزایش دهید، در ادامه تعدادی از این فیلم‌های آموزشی را معرفی می‌کنیم.

• فیلم آموزش گیاه شناسی کاربردی به همراه مفاهیم کلیدی فرادرس
• فیلم آموزش ریخت شناسی و تشریح گیاهی فرادرس
• فیلم آموزش جامع بیماری شناسی گیاهی فرادرس
• فیلم آموزش زیست شناسی تکوینی گیاهی فرادرس
• فیلم آموزش ویروس شناسی گیاهی مقدماتی فرادرس

فرادرس دوره‌های متنوع و جامعی برای دروس مختلف متوسطه دوم نیز منتشر کرده است که در صفحه مجموعه فیلم‌های آموزش دروس متوسطه دوم و کنکور می‌توانید به لیستی کاملی از آن‌ها دسترسی داشته باشید.

• صفحه مجموعه فیلم‌های آموزش دروس متوسطه دوم و کنکور فردارس

فتوسیستم ۲

فتوسیستم ۲ را با نام «آب-پلاستوکوئینون اکسیدوردوکتاز» نیز می‌شناسیم. این فتوسیستم کمپلکس پروتئینی عرض غشایی است که در غشای تیلاکوئید قرار دارد و وظیفه جذب فوتون و شروع واکنش‌های نوری فتوسنتز را برعهده دارد.

فیلم فتوسنتز چیست؟ + فرایند و انواع (فیلم آموزش رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

هنگامی که نور به زوج کلروفیل موجود در مرکز فتوسیستم ۲ که آن‌ها را به عنوان «جفت ویژه» (Special Pair) یا «P۶۸۰» می‌شناسیم، برخورد می‌کند، این مولکول‌ها برانگیخته می‌شوند. P۶۸۰ توانایی آن را دارد که الکترونی را از ساختار خود به اولین مولکول پذیرنده الکترون اهدا کند. اولین مولکول پذیرنده الکترون در این مسیر «فئوفیتین» نام دارد. الکترون دریافتی از P۶۸۰ در طی یک‌سری واکنش‌های اکسایش-کاهش یا واکنش‌های انتقال الکترون اولین مرحله از زنجیره انتقال الکترون را طی می‌کند.

زمانی که جفت ویژه، الکترونی را به فئوفیتین می‌دهند، خود تبدیل به مولکول‌هایی با بار مثبت می‌شوند که نیاز به دریافت الکترون دارند، بنابراین با شکستن مولکول آب، نیاز خود به الکترون را تامین می‌کنند. وظیفه شکستن مولکول آب با یکی از پروتئین‌های موجود در فتوسیستم ۲ است که آن را با نام «مرکز منگناز» (Manganese Center) می‌شناسیم.

مرکز منگناز زمانی که قصد تجزیه مولکول آب را داشته باشد، هم‌زمان به دو مولکول آب متصل می‌شود و فعالیت خود را آغاز می‌کند. بنابراین ۲ مولکول آب شکسته شده و ۴ یون هیدروژن، ۴ الکترون و یک مولکول $$\text{O}_2$$ آزاد می‌شوند. حدود ۱۰ درصد اکسیژن تولیدی در این فرآیند توسط میتوکندری در طی فرآیند فسفریلاسیون اکسیداتیو مصرف می‌شود و باقی‌مانده به اتمسفر آزاد می‌شود تا توسط موجودات هوازی برای تنفس استفاده شود.

با توجه به توضیحات داده شده می‌توان برای فعالیت فتوسیستم ۲ یک معادله شیمیایی نوشت که به شرح زیر است.

$$2\text{PQ} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{O}_2 + 2\text{PQH}_2$$

ساختار فتوسیستم ۲

در ساختار فتوسیستم‌ها یک کمپلکس مرکزی و یک مرکز واکنش وجود دارد. مرکز فتوسیستم ۲، یک هترودایمر است که از دو پروتئین همولوگ به نام‌های «D1» و «D2» تشکیل شده است. مرکز واکنش نیز جایگاهی است که واکنش‌های فوتوشیمیایی رخ می‌دهند.

در سیانوباکترها و جلبک‌های سبز فتوسیستم ۲ از اجزایی که در ادامه نام می‌بریم تشکیل شده است.

• ۲۰ زیرواحد
• مولکول‌های جانبی
• پروتئین‌های برداشت نور

اما اگر بخواهیم هر فتوسیستمی را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم به موارد زیر می‌رسیم.

• حداقل ۹۹ کوفاکتور
• ۳۵ کلروفیل A
• ۲ فئوفیتین
• ۱۲ بتا-کاروتن
• ۲ مولکول هِم
• ۲ پلاستوکوئینون
• ۱ بی‌کربنات
• خوشه $$\text{Mn}_4\text{CaO}_5$$
• ۲۰ لیپید
• ۱ یون $$\text{Fe}^{2+}$$4 غیرهمی
• ۲ یون $$\text{Ca}^{2+}$$

فتوسیستم ۱

فتوسیستم یک مرحله نهایی واکنش‌های نوری را بر عهده دارد. این پروتئین از دو جز اصلی تشکیل شده است که آن‌ها را با نام‌های زیر می‌شناسیم.

• psaA
• psaB

این زیرواحدها کمی بزرگتر از اجزای تشکیل‌دهنده فتوسیستم ۲ و فتوسیستم باکتریایی هستند. برای درک بهتر نحوه قرارگیری این دو بخش در عرض غشا تیلاکوئید به تصویر زیر دقت کنید. در تصویر psaA و psaB با رنگ زرد نشان‌داده شده‌اند، برای مشخص کردن بخش‌هایی که همولوگ فتوسیستم ۲ هستند نیز از رنگ آبی استفاده شده است.

در ساختار فتوسیستم ۱ نیز مانند فتوسیستم ۲، دو کلروفیل به صورت زوج ویژه وجود دارند، اما تفاوت زوج ویژه این فتوسیستم با فتوسیستم ۲ این است که در طول موج ۷۰۰ نانومتر تحریک می‌شود و به همین دلیل این زوج ویژه را با عنوان «P۷۰۰» می‌شناسیم. در تصویر زیر پتانسیل واکنش اکسایش کاهش روند انتقال الکترون بین دو فتوسیستم را می‌توانید ببینید.

زنجیره انتقال الکترون و فعالیت فتوسیستم ۱

حالا که یاد گرفتیم فتوسیستم چیست و با ساختار هر دو فتوسیستم آشنا شدیم، قصد داریم زنجیره انتقال الکترون را دنبال کنیم تا به فتوسیستم ۱ برسیم و یاد بگیریم که فعالیت این فتوسیستم چیست. الکترون از فتوسیستم ۲ به مولکول کوچکی به نام «پلاستوکوئینون» (Plastoquinone | Pq) تحویل داده می‌شود. سپس الکترون از این مولکول به مولکول‌های دیگری منتقل می‌شود که در ادامه آن‌ها را به ترتیب دریافت الکترون نام می‌بریم.

1. «کمپلکس سیتوکروم» (Cytochrome Complex | Cyt)
2. پلاستوسیانین» (Plastocyanin | Pc)

مطالعات فیزیولوژی گیاهی باعث به دست آوردن شناخت بیشتر از گیاهان و بخش‌های مختلف آن‌ها می‌شود، به کمک این اطلاعات بشر می‌تواند گیاهان را به نحوی تغییر دهد که محصولات تولیدی آن‌ها کیفیت بالاتری داشته باشد. در فیلم‌ آموزشی فیزیولوژی گیاهی ۲ که لینک دسترسی به آن را در کادر زیر درج کرده‌ایم، می‌توانید به کامل‌ترین اطلاعات در این زمینه دست پیدا کنید.

الکترون در حین جابه‌جایی در زنجیره انتقال انرژی از دست می‌دهد. مقداری از این انرژی آزاد شده صرف انتقال پروتون‌ها ($$\text{H}^+$$) از استرومای کلروپلاست به درون لومن تیلاکوئید می‌شود. انتقال $$\text{H}^+$$ هم‌زمان با تجزیه آب و آزاد شدن $$\text{H}^+$$های بیشتر، شیب غلظت پروتون را ایجاد می‌کند که برای تولید ATP استفاده می‌شود.

در صورتی که تمایل دارید تا اطلاعات کامل‌تر و بهتری راجع به زنجیره انتقال الکترون و بازده تولید ATP در طی آن به دست آورید، مطالعه مطلب «زنجیره انتقال الکترون چیست؟ | زبان ساده» از مجله فرادرس را به شما پیشنهاد می‌دهیم.

زمانی‌که الکترون مرحله اول زنجیره انتقال الکترون را پشت سر بگذارد، وارد فتوسیستم ۱ شده و به زوج ویژه موجود در این فتوسیستم (P۷۰۰) ملحق می‌شود. از آن‌جایی که الکترون در مسیر انرژی خود را از دست داده است، نیاز است که در این فوتوسیستم دوباره افزایش انرژی را تجربه کند، بنابراین P۷۰۰ موجود در فتوسیستم ۱ با جذب فوتون نور تحریک می‌شود تا الکترونی پرانرژی را به اولین مولکول پذیرنده فتوسیستم ۱ تحویل دهد.

آزادسازی الکترون از P۷۰۰ باعث شروع مرحله دوم زنجیره انتقال الکترون می‌شود که نسبت به مرحله اول کوتاه‌تر است. در این مرحله الکترون به ترتیب به مولکول‌های زیر تحویل داده می‌شود.

1. «فرودوکسین» (Ferredoxin | Fd)
2. «$$\text{NADP}^+$$ ردوکتاز» (reductase $$\text{NADP}^+$$»

$$\text{NADP}^+$$ ردوکتاز آنزیمی است که الکترون دریافتی را به مولکول حامل الکترون، $$\text{NADP}^+$$ منتقل می‌کند و NADPH تولید می‌شود. سپس NADPH به محل واکنش‌های چرخه کربس می‌رود تا از الکترون‌های این مولکول برای ساخت قند از کربن دی‌اکسید استفاده شود.

ATP مولکول دیگری است که برای پیش رفتن چرخه کربس مورد نیاز است. ATP نیز همان‌طور که پیش‌تر به آن اشاره کردیم در حین واکنش‌های نوری تولید می‌شود. گفتیم که با ورود پروتون‌ها به لومن تیلاکوئید شیب غلطت $$\text{H}^+$$ ایجاد می‌شود، یعنی غلظت این یون در داخل تیلاکوئید بیشتر از غلظت آن در استرومای کلروپلاست خواهد بود، بنابراین $$\text{H}^+$$ تمایل دارد که از تیلاکوئید خارج شده و به سمتی برود که غلظت کمتری دارد.

تنها راه خروج $$\text{H}^+$$ از تیلاکوئید، عبور از مسیر داخلی آنزیم به نام «ATP سنتاز» (ATP Synthase) است. این آنزیم از عبور پروتون‌ها برای تبدیل ADP به ATP استفاده می‌کند.

کمپلکس برداشت نور چیست؟

«کمپلکس برداشت نور» (Light-Harvesting Complex | LHC) از تعدادی «کروموفور» (Chromophores) تشکیل شده است. کروموفورها نیز از صدها مولکول رنگدانه تشکیل شده‌اند که به پروتئین‌ها متصل می‌شوند و ممکن است جزوی از ابرکمپلکس فوتوسیستم باشند. گیاهان و باکتری‌های فتوسنتز کننده از این کمپلکس برای بهینه‌سازی میزان جذب نور استفاده می‌کنند.

در این مطلب از مجله فرادرس یاد گرفتیم که مرکز واکنش فتوسنتزی توانایی جذب نور را دارد، در حقیقت کمپلکس‌های برداشت نور برای بیشینه‌سازی توان مرکز واکنش در جانداران فتوسنتز کننده حضور دارند. کلروفیل‌های موجود در کمپلکس برداشت نور، انرژی جذب شده از فوتون را به کلروفیل موجود در مرکز واکنش‌ فتوسیستم (زوج ویژه) منتقل می‌کنند، بنابراین احتمال جذب انرژی نور بالاتر می‌رود.

فئوفیتین موجود در فتوسیستم چیست؟

در بخش مربوط به فتوسیستم ۲ گفتیم که به محض جذب فوتون و برانگیخته شدن P۶۸۰، الکترون پر انرژی به فئوفیتین منتقل می‌شود، این فئوفیتین «فئوفیتین A» نام دارد که نوعی کلروفیل a است، با این تفاوت که منیزیم ساختاری آن با دو پروتون عوض شده است.

مرکز منگناز موجود در فتوسیستم چیست؟

در بخش‌های ابتدایی، زمانی که داشتیم یاد می‌گرفتیم فتوسیستم چیست، از مولکولی صحبت کردیم که توانایی تجزیه آب را داشت؛ در این بخش قصد داریم به این آنزیم بپردازیم. «مرکز منگناز» آنزیمی است که در فتوسیستم ۲ وجود دارد و می‌تواند به دو مولکول آب متصل شده و برای تامین الکترون مورد نیاز P680  برانگیخته شده، آب را بشکند. در ساختار این مولکول اجزای زیر را می‌بینیم.

• ۴ یون منگنز
• ۱ یون کلسیم
• ۱ یون کلرید
• ۱ رادیکال تیروزین

منگنز جز اصلی این مرکز اکسایش-کاهش است، زیرا دارای ۴ حالت پایدار اکسیداسیون است. منظور از این ۴ حالت موارد زیر هستند.

1. $$\text{Mn}^{۲+}$$
2. $$\text{Mn}^{۳+}$$
3. $$\text{Mn}^{۴+}$$
4. $$\text{Mn}^{۵+}$$

منگنز‌های موجود در این مرکز ارتباط بسیار محکمی با گونه‌های دارای اکسیژن دارند. هر بار که P۶۸۰ برانگیخته می‌شود و الکترون آزاد می‌کند، زوج ویژه که دارای بار مثبت شده است از مرکز منگناز برای برگشتن به حالت عادی الکترون می‌گیرد.

$$2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{O}_2 + 4e^-$$

همان‌طور که در فرمول شیمیایی فوق مشخص است، حاصل عمل مرکز منگناز ایجاد ۴ الکترون است. این چهار الکترون باید به ۲ مولکول پلاستوکوئینون به منظور اکسیداسیون مولکول $$\text{H}_2\text{O}$$ منتقل شوند.

مرکز منگناز ۴ حالت اکسیداسیون دارد که آن‌ها را از $$\text{S}_۰$$ تا $$\text{S}_۴$$ نام‌گذاری می‌کنیم. در هر مرحله از فعالیت مرکز منگناز که واکنش آن را با نام «واکنش فتوشیمیایی» می‌شناسیم، یک الکترون و یک پروتون از این مرکز آزاد می‌شود، با رسیدن به چهارمین مرحله ($$\text{S}_۴$$) یک مولکول $$\text{O}_2$$ آزاد می‌شود و ۲ مولکول آب جدید به مرکز منگناز متصل می‌شود.

بازسازی فتوسیستم

حالا که یاد گرفتیم فتوسیستم چیست، در این بخش قصد داریم به این بپردازیم که فتوسیستم‌ها آسیب می‌بینند یا خیر. هنگامی که شدت نور زیاد باشد، بسیاری از گیاهان از روش‌های مختلفی برای جلوگیری از آسیب دیدن فتوسیستم‌های خود استفاده می‌کنند. آن‌ها مقداری از انرژی نور را به شکل گرما آزاد می‌کنند، اما نور شدید می‌تواند باعث تولید گونه‌های فعال اکسیژن شود.

بعضی از گونه‌های فعال اکسیژن توسط آنتی‌اکسیدان‌ها سم‌زدایی می‌شوند، اما مقداری از این مولکول‌ها به شدت آسیب‌زا باقی می‌ماند که می‌توانند صدمات زیادی به فتوسیستم‌ها وارد کنند. به طور خاص زیر واحد D۱ که در مرکز واکنش فتوسیستم ۲ وجود دارد هدف قرار می‌گیرد و برای از سر گرفته شدن فعالیت فتوسیستم ۲ نیاز است که این زیرواحد دوباره ساخته شده و جایگزین D۱ آسیب‌دیده شود.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس یاد گرفتیم که فتوسیستم چیست و چطور در فتوسنتز نقشی مهم دارد. دو نوع فتوسیستم وجود دارد که به شکل ابرکمپلکس‌هایی متشکل از صدها پروتئين، رنگدانه، کوفاکتور و یون‌های مختلف هستند، این دو را با نام‌های زیر می‌شناسیم.

1. فتوسیستم ۲
2. فتوسیستم ۱

فتوسیستم‌ها مسئول انجام واکنش‌های نوری فتوسنتز هستند و در غشای تیلاکوئید‌ها قرار دارند. فعالیت این کمپلکس‌های بزرگ به یکدیگر مرتبط است؛ به همین دلیل، ترتیب قرارگیری آن‌ها در غشای تیلاکوئید اهمیت دارد. فتوسیستم ۲ شروع کننده واکنش‌های نوری است، بنابراین پیش از فتوسیستم ۱ در عرض غشای تیلاکوئید قرار می‌گیرد.

همان‌طور که گفتیم در ساختار فتوسیستم‌ها تعداد زیادی رنگدانه وجود دارد که مهم‌ترین آن‌ها را می‌توان کلروفیل‌هایی دانست که به صورت یک زوج ویژه در مرکز واکنش هر فتوسیستم قرار دارند و با جذب فوتون‌های نور به حالت برانگیخته وارد می‌شوند. شاید برای شما سوال باشد که نتیجه برانگیخته شدن کلروفیل‌های مرکز واکنش فتوسیستم چیست؟

با برانگیخته شدن این رنگدانه‌ها، الکترونی از ساختار آن‌ها جدا می‌شود و وارد زنجیره انتقال الکترون می‌شود تا به فتوسیستم ۱ رسیده و در نهایت تحویل آنزیم $$\text{NADP}^+$$ ردوکتاز داده شود. با جدا شدن الکترون از کلروفیل‌ها این مولکول‌ها دارای بار مثبت می‌شوند، بنابراین برای تامین نیاز آن‌ها آنزیمی به نام «مرکز منگناز» دو مولکول آب را می‌شکند و ۴ الکترون، ۴ یون هیدروژن و یک مولکول $$\text{O}_2$$ تولید می‌کند. با این توضیحات می‌توان گفت که مولکول‌های زیر حاصل فعالیت فتوسیستم‌ها هستند.

• ATP
• NADPH
• گاز اکسیژن

ATP به دلیل شیب غلظت یون هیدروژن تولید می‌شود. در اصل با شکسته شدن آب و آزاد شدن یون هیدروژن و ورود این یون در جریان انتقال الکترون از استروما به لومن تیلاکوئید، غلظت یون هیدروژن درون لومن تیلاکوئید بسیار بیشتر از غلظت آن در استرومای کلروپلاست است. تنها راه خروج یون‌های هیدروژن از لومن تیلاکوئید نیز گذشت از میان آنزیمی به نام «ATP سنتاز» است. این آنزیم از عبور این یون‌ها برای تولید ATP استفاده می‌کند.