A diferença entre a fotofosforilação cíclica e não cíclica

A maioria dos materiais orgânicos exigidos pelos organismos é criada a partir dos produtos da fotossíntese. A fotossíntese envolve a conversão da energia luminosa em energia que pode ser usada pela célula, principalmente a energia química. Nas plantas e nas algas, a fotossíntese ocorre em uma organela chamada cloroplasto, que contém uma membrana externa, uma membrana interna e uma membrana tilacóide (https://en.wikipedia.org/wiki/Chloroplast).

A fotossíntese pode ser dividida em duas partes principais: (1) as reações fotossintéticas de transferência de elétrons ("reações de luz") e (2) as reações de fixação de carbono ("reações escuras"). As "reações da luz" envolvem elétrons energizadores da luz solar na clorofila pigmentada fotossintética, que depois viajam ao longo de uma cadeia de transporte de elétrons na membrana tilacóide, resultando na formação de ATP e NADPH. As "reações escuras" envolvem a produção de compostos orgânicos a partir de CO2 usando o ATP e o NADPH produzidos pelas "reações leves" e não serão discutidas mais neste artigo..

A fotossíntese envolve o uso de dois fotossistemas (fotossistema I e fotossistema II) para aproveitar a energia da luz usando elétrons para produzir ATP e NADPH, que mais tarde podem ser usados ​​pela célula como energia química para produzir compostos orgânicos. Os fotossistemas são grandes complexos de proteínas especializados em coletar energia luminosa e convertê-la em energia química. Os fotossistemas consistem em duas partes: um complexo de antenas e um centro de reação fotoquímico. O complexo da antena é importante na captura de energia luminosa e na transmissão dessa energia ao centro de reação fotoquímico, que depois converte a energia em formas utilizáveis ​​para a célula..

Primeiro, a luz excita um elétron dentro de uma molécula de clorofila no complexo da antena. Isso envolve um fóton de luz fazendo com que um elétron se mova para um orbital de energia mais alta. Quando um elétron em uma molécula de clorofila é excitado, é instável no orbital de energia mais alta e a energia é rapidamente transferida de uma molécula de clorofila para outra por transferência de energia de ressonância até atingir moléculas de clorofila em uma área conhecida como centro de reação fotoquímico. A partir daqui, os elétrons excitados são passados ​​para uma cadeia de aceitadores de elétrons. A energia luminosa causa a transferência de elétrons de um doador de elétrons fraco (com forte afinidade por elétrons) para um doador de elétrons forte em sua forma reduzida (carregando um elétron de alta energia). Os doadores de elétrons específicos usados ​​por um determinado organismo ou fotossistema podem variar e serão discutidos mais adiante para os fotossistemas I e II em plantas.

Nas plantas, a fotossíntese resulta na produção de ATP e NADPH por um processo de duas etapas conhecido como fotofosforilação não cíclica. O primeiro passo da fotofosforilação não cíclica envolve o fotossistema II. Os elétrons de alta energia (causados ​​pela energia da luz) das moléculas de clorofila no centro de reação do fotossistema II são transferidos para moléculas de quinona (doadores fortes de elétrons). O Photosystem II usa a água como um doador fraco de elétrons para substituir as deficiências elétricas causadas pela transferência de elétrons de alta energia das moléculas de clorofila para moléculas de quinona. Isso é realizado por uma enzima que divide a água que permite que os elétrons sejam removidos das moléculas de água para substituir os elétrons transferidos da molécula de clorofila. Quando 4 elétrons são removidos de duas moléculas de H2O (correspondentes a 4 fótons), o O2 é liberado. As moléculas reduzidas de quinona passam os elétrons de alta energia para uma bomba de prótons (H +) conhecida como citocromo b6-f complexo. O citocromo b6-f bombas complexas H + para o espaço tilacóide, criando um gradiente de concentração através da membrana tilacóide.

Esse gradiente de prótons impulsiona a síntese de ATP pela enzima ATP sintase (também chamada F0F1 ATPase). A ATP sintase fornece um meio para os íons H + viajarem através da membrana tilacóide, diminuindo seu gradiente de concentração. O movimento dos íons H + no gradiente de concentração leva à formação de ATP a partir de ADP e Pi (fosfato inorgânico) pela ATP sintase. A ATP sintase é encontrada em bactérias, archea, plantas, algas e células animais e tem um papel na respiração e na fotossíntese (https://en.wikipedia.org/wiki/ATP_synthase).

A transferência final de elétrons do fotossistema II é a transferência de elétrons para uma molécula de clorofila com deficiência de elétrons no centro de reação do fotossistema I. Um elétron excitado (causado pela energia da luz) da molécula de clorofila no centro de reação do fotossistema I é transferido para um molécula chamada ferredoxina. A partir daí, o elétron é transferido para o NADP + para criar o NADPH.

Fotofosforilação não cíclica produz 1 molécula de ATP e 1 molécula de NADPH por par de elétrons; no entanto, a fixação de carbono requer 1,5 moléculas de ATP por molécula de NADPH. Para resolver esse problema e produzir mais moléculas de ATP, algumas espécies de plantas usam um processo conhecido como fotofosforilação cíclica. A fotofosforilação cíclica envolve apenas o fotossistema I, não o fotossistema II, e não forma NADPH ou O2. Na fosforilação cíclica, elétrons de alta energia do fotossistema I são transferidos para o citocromo b6-f complexo em vez de ser transferido para o NADP +. Os elétrons perdem energia à medida que passam pelo citocromo b6-f Como resultado, o complexo volta ao clorofila do fotossistema I e H + é bombeado através da membrana do tilacoide. Isso aumenta a concentração de H + no espaço tilacóide, o que impulsiona a produção de ATP pela ATP sintase.

O nível de fotofosforilação não cíclica versus cíclica que ocorre em uma determinada célula fotossintética é regulado com base nas necessidades da célula. Dessa maneira, a célula pode controlar quanta energia luminosa é convertida em energia redutora (alimentada por NADPH) e quanto é convertida em ligações fosfato de alta energia (ATP).