La différence entre la photophosphorylation cyclique et non cyclique

La plupart des matériaux organiques requis par les organismes sont créés à partir des produits de la photosynthèse. La photosynthèse implique la conversion de l'énergie lumineuse en énergie qui peut être utilisée par la cellule, notamment l'énergie chimique. Dans les plantes et les algues, la photosynthèse se produit dans un organite appelé le chloroplaste, qui contiennent une membrane externe, une membrane intérieure et une membrane thylakoïde (https: // en.Wikipédia.org / wiki / chloroplast).

La photosynthèse peut être décomposée en deux parties principales: (1) les réactions de transfert d'électrons photosynthétiques («réactions légères») et (2) les réactions de fixation du carbone («réactions sombres»). Les «réactions légères» impliquent des électrons dynamiques de la lumière du soleil dans la chlorophylle pigmentaire photosynthétique, qui voyage ensuite le long d'une chaîne de transport d'électrons dans la membrane thylakoïde, entraînant la formation d'ATP et de NADPH.  Les «réactions sombres» impliquent la production de composés organiques de CO2 en utilisant l'ATP et le NADPH produit par les «réactions légères» et ne seront pas discutées plus loin dans cet article.

La photosynthèse implique l'utilisation de deux photosystèmes (Photosystème I et Photosystème II) pour exploiter l'énergie de la lumière à l'aide d'électrons pour produire de l'ATP et du NADPH, qui peuvent ensuite être utilisés par la cellule comme énergie chimique pour fabriquer des composés organiques. Les photosystèmes sont de grands complexes de protéines spécialisés dans la collecte d'énergie lumineuse et la convertir en énergie chimique. Les photosystèmes se composent de deux parties: un complexe d'antennes et un centre de réaction photochimique. Le complexe d'antenne est important pour capturer l'énergie lumineuse et transmettre cette énergie au centre de réaction photochimique, qui convertit ensuite l'énergie en formes utilisables pour la cellule.

Tout d'abord, la lumière excite un électron dans une molécule de chlorophylle dans le complexe d'antenne. Cela implique un photon de lumière provoquant un set d'électron à une orbitale d'énergie plus élevée. Lorsqu'un électron dans une molécule de chlorophylle est excité, il est instable dans l'orbitale d'énergie supérieure et l'énergie est rapidement transférée d'une molécule de chlorophylle à une autre par transfert d'énergie de résonance jusqu'à ce qu'elle atteigne les molécules de chlorophylle dans une zone connue sous le nom de la résonance centre de réaction photochimique. De là, les électrons excités sont transmis à une chaîne d'accepteurs d'électrons. L'énergie lumineuse provoque le transfert d'électrons d'un donneur d'électrons faible (ayant une forte affinité pour les électrons) à un donneur d'électrons fort sous sa forme réduite (portant un électron à haute énergie). Les donateurs d'électrons spécifiques utilisés par un organisme ou un photosystème donné peuvent varier et seront discutés plus loin pour les photosystèmes I et II dans les plantes.

Dans les plantes, la photosynthèse entraîne la production d'ATP et de NADPH par un processus en deux étapes appelé Photophosphorylation non cyclique. La première étape de la photophosphorylation non cyclique implique le photosystème II. Les électrons à haute énergie (causés par l'énergie lumineuse) des molécules de chlorophylle dans le centre de réaction du photosystème II sont transférés sur des molécules de quinone (donneurs d'électrons forts). Photosystem II utilise l'eau comme un donneur d'électrons faible pour remplacer les carences électroniques causées par le transfert d'électrons à haute énergie des molécules de chlorophylle aux molécules de quinone. Ceci est accompli par une enzyme qui perturbe l'eau qui permet d'éliminer les électrons des molécules d'eau pour remplacer les électrons transférés de la molécule de chlorophylle. Lorsque 4 électrons sont retirés de deux molécules H2O (correspondant à 4 photons), O2 est libéré. Les molécules de quinone réduites passent ensuite les électrons à haute énergie à une pompe Proton (H +) connue sous le nom de cytochrome b6-F complexe. Le cytochrome b6-F pompes complexes h + dans l'espace thylakoïde, créant un gradient de concentration à travers la membrane thylakoïde.

Ce gradient de proton entraîne ensuite la synthèse d'ATP par l'enzyme ATP synthase (également appelée F0F1 ATPase). ATP synthase fournit un moyen pour les ions H + de voyager à travers la membrane thylakoïde, en baisse de leur gradient de concentration. Le mouvement des ions H + dans leur gradient de concentration entraîne la formation d'ATP à partir de l'ADP et du PI (phosphate inorganique) par l'ATP synthase. L'ATP synthase se trouve dans les bactéries, les archéa, les plantes, les algues et les cellules animales et a un rôle à la fois dans la respiration et la photosynthèse (https: // en.Wikipédia.org / wiki / atp_synthase).

Le transfert final d'électrons du photosystème II est le transfert d'électrons vers une molécule de chlorophylle déficiente en électrons dans le centre de réaction du photosystème I. Un électron excité (causé par l'énergie lumineuse) de la molécule de chlorophylle dans le centre de réaction du photosystème I est transféré dans une molécule appelée ferredoxine. De là, l'électron est transféré à NADP + pour créer NADPH.

Photophosphorylation non cyclique produit 1 molécule d'ATP et 1 molécule de NADPH par paire d'électrons; Cependant, la fixation du carbone nécessite 1.5 molécules d'ATP par molécule de NADPH. Pour résoudre ce problème et produire plus de molécules d'ATP, certaines espèces végétales utilisent un processus appelé Photophosphorylation cyclique. La photophosphorylation cyclique implique uniquement le photosystème I, pas le photosystème II, et ne forme pas NADPH ou O2. En phosphorylation cyclique, les électrons à haute énergie du photosystème I sont transférés au cytochrome b6-F complexe au lieu d'être transféré au NADP+. Les électrons perdent de l'énergie lorsqu'ils passent par le cytochrome b6-F Retour complexe à la chlorophylle du photosystème I et H + est pompé à travers la membrane thylakoïde en conséquence. Cela augmente la concentration de H + dans l'espace thylakoïde, qui entraîne la production d'ATP par l'ATP synthase.

Le niveau de photophosphorylation non cyclique versus cyclique qui se produit dans une cellule photosynthétique donnée est régulé en fonction des besoins de la cellule. De cette façon, la cellule peut contrôler la quantité d'énergie lumineuse qu'elle convertit en puissance de réduction (alimentée par NADPH) et la quantité de converti en liaisons phosphates à haute énergie (ATP).