光合作用的光反应。光反应发生在两个光系统(叶绿素分子单位)中。光系统II吸收的光能(用波形箭头表示)导致高能电子的形成,这些电子沿着电子传输链中的一系列受体分子转移到光系统I。光系统II从水分子中获得替换电子,导致其分裂为氢离子(H+)和氧原子。氧原子结合形成分子氧(O2),释放到大气中。氢离子被释放到管腔中。
额外的氢离子被电子受体分子泵入管腔。这会在管腔内产生高浓度的离子。氢离子在光合膜上的回流提供了驱动富含能量的分子三磷酸腺苷(ATP)合成所需的能量。当光系统I吸收光能时释放的高能电子被用来驱动尼古丁腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)的合成。光系统I从电子传输链中获得替换电子。ATP提供能量,NADPH提供驱动后续光合暗反应或卡尔文循环所需的氢原子。
光系统I(PSI,或质体蓝蛋白铁氧还蛋白氧化还原酶)是藻类、植物和蓝藻光合光反应中的两个光系统之一。光系统I是一种完整的膜蛋白复合物,利用光能催化电子通过类囊体膜从质体蓝素转移到铁氧还蛋白。最终,被光系统I转移的电子被用来产生高能载体NADPH。整个光合电子传递链的联合作用也会产生质子动力,用于生成ATP。PSI由110多个辅因子组成,明显多于光系统II。
光系统II(或水-质体醌氧化还原酶)是产氧光合作用光依赖反应中的第一个蛋白质复合体。它位于植物、藻类和蓝藻的类囊体膜中。在光系统中,酶捕获光子以激发电子,然后电子通过各种辅酶和辅因子转移,从而将塑性醌还原为塑性醌。被激发的电子被氧化水取代,形成氢离子和分子氧。
光系统II通过用水分裂产生的电子补充丢失的电子,为所有光合作用的发生提供电子。水氧化产生的氢离子(质子)有助于形成质子梯度,ATP合成酶利用质子梯度生成ATP。转移到塑性醌的通电电子最终用于将NADP+还原为NADPH或用于非循环电子流。DCMU是一种常用于实验室环境中抑制光合作用的化学物质。当存在时,DCMU抑制从光系统II到塑性醌的电子流。
比较基础 | 光系统I | 光系统II |
描述 | 光系统I位于类囊体膜朝向基质的外表面。 | 光系统II位于类囊体膜的内表面。 |
在场 | 光系统I存在于未堆叠的类囊体膜中,导致光诱导的NADP+减少。 | 光类囊体膜主要存在于光类囊体系统中。 |
反应中心型 | 光系统I有一个铁硫型反应中心。 | 光系统II有一个奎宁型反应中心。 |
光磷酸化 | 光系统I同时参与环磷酸化和非环磷酸化。 | 光系统II只参与循环光磷酸化。 |
水的光解 | 在光系统I中,分子氧不被释放,水也不发生光解 | 在光系统II中,分子氧被释放,水发生光解。 |
电子置换 | 释放的高能电子被光解释放的能量所取代。 | 释放的高能电子被光系统II释放的电子所取代。 |
主要功能 | 光系统I的主要功能是NADPH合成。 | 光系统II的主要功能是ATP的合成和水的水解。 |
反应中心 | 光系统I的反应中心由P700组成。 | 光系统II的反应中心由P680组成。 |
果心 | 光系统I的核心由psaA和psaB亚基组成。 | 光系统II的核心由D1和D2亚基组成。 |
叶绿素 | 光系统I包含叶绿素B、叶绿素A-670、叶绿素A-680、叶绿素A-695、叶绿素A-700和类胡萝卜素。 | 光系统II包含叶绿素B、叶绿素A-660、叶绿素A-670、叶绿素A-680、叶绿素A-695、叶绿素A-700、藻胆素和叶黄素。 |
颜料 | 光系统I中的色素吸收波长较长的光,即700纳米(P700)。 | 光系统II中的色素吸收较短波长的光,即680 nm(P680)。 |
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