تفاوت بین فتوسیستم 1 و فتوسیستم 2 چیست

تفاوت اصلی – فتوسیستم I در مقایسه با فتوسیستم II

فتوسیستم 1 (PS I) و فتوسیستم 2 (PS II) دو مجموعه غشایی-پروتئینی چند زیر واحدی (multi-subunit membrane-protein complexes) هستند که در فتوسنتز اکسیژن‌زا (oxygenic photosynthesis) نقش دارند. کلروفیل رنگدانه ای است که در جذب انرژی نور نقش دارد. فتوسیستم 1 حاوی کلروفیل B، کلروفیل A-670، کلروفیل A-680، کلروفیل A-695، کلروفیل A-700 و کاروتنوئیدها است. کلروفیل A-700 مرکز واکنش فعال فتوسیستم 1 است. فتوسیستم 2 حاوی کلروفیل B، کلروفیل A-660، کلروفیل A-670، کلروفیل A-680، کلروفیل A-695، کلروفیل A-700 و xphyllobills است. کلروفیل A-680 مرکز واکنش فعال فتوسیستم 2 است. تفاوت اصلی بین فتوسیستم 1 و فتوسیستم 2 این است که فتوسیستم 1 طول موج‌های نور بیشتری (بیش از 680 نانومتر) را جذب می‌کند اما فتوسیستم 2 طول موج‌های کوتاه‌تری از نور (<680 نانومتر) را جذب می‌کند. 

فتوسیستم 1 چیست؟

PS I مجموعه ای از رنگدانه‌های کلروفیل است که بیشتر طول موج نور را در 700 نانومتر جذب می‌کند. مرحله نهایی واکنش‌های وابسته به نور توسط PS I کاتالیز می‌شود. مرکز واکنش PS I از کلروفیل A-700 تشکیل شده است. هسته PS I از زیرواحدهای psaA و psaB تشکیل شده است. زیر واحدهای هسته PS I بزرگتر از زیرواحدهای هسته PS II هستند. PS I از کلروفیل A-670، کلروفیل A-680، کلروفیل A-695، کلروفیل A-700، کلروفیل B و کاروتنوئیدها تشکیل شده است. فوتون‌های نور توسط رنگدانه‌های جانبی جذب شده و به مرکز واکنش منتقل می‌شوند. مرکز واکنش خود قادر به جذب فوتون است. انرژی فوتون‌های جذب شده از مرکز واکنش به صورت الکترون‌های پر انرژی آزاد می‌شود. این الکترون‌ها از طریق یک سری حامل‌های الکترون منتقل می‌شوند و در نهایت توسط ردوکتاز ⁺NADP گرفته می‌شوند. آنزیم ⁺NADP ردوکتاز، NADPH را از این الکترون‌ها تولید می‌کند. نمودار شماتیک یک فتوسیستم در شکل 1 نشان داده شده است. 

شکل ۱- یک فتوسیستم (1- نور خورشید، 2- رنگدانه‌ها، 3- مرکز واکنش، 4- شارش الکترون پر انرژی، 5- فتوسیستم) 

فتوسیستم 2 چیست؟

PS II مجموعه ای از رنگدانه‌های کلروفیل است که بیشتر طول موج 680 نانومتر نور را جذب می‌کند. مرحله اول واکنش‌های وابسته به نور توسط PS II کاتالیز می‌شود. مرکز واکنش PS II از کلروفیل A-680 تشکیل شده است. PS II یک پروتئین غشایی یکپارچه است که هسته آن از زیر واحدهای D1 و D2 تشکیل شده است. PS II شامل بسیاری از پروتئین‌ها و رنگدانه‌های دیگر است که در فتوسیستم آرایش یافته‌اند. رنگدانه‌های آن شامل کلروفیل A-660، کلروفیل A-670، کلروفیل A-680، کلروفیل A-695، کلروفیل A-700، کلروفیل B و فیکوبیلین‌ها و زانتوفیل‌ها هستند. PS II انرژی را از جذب فوتون‌ها یا رنگدانه‌های جانبی مرتبط در مجموعه آنتن‌های گیرنده نور به دست می‌آورد. الکترون‌های پر انرژی از انرژی فوتون‌های جذب شده تولید می‌شوند. این الکترون‌ها از یک زنجیره انتقال الکترون عبور می کنند. در طول زنجیره انتقال الکترون، PS II الکترون‌ها را به پلاستوکینون (PQ) منتقل می‌کند. سپس PQ، الکترون‌ها را به کمپلکس سیتوکروم bf می‌برد. در PS II، فتولیز آب (تجزیه نوری آب) به منظور جایگزینی الکترون های آزاد شده از PS II اتفاق می‌افتد. برای هر مولکول آبی که هیدرولیز می شود، دو مولکول PQH2 تشکیل می‌شود. این واکنش کلی در PS II در زیر نشان داده شده است.

2PQ (Plastoquinone) + 2H₂O → O2 + 2PQH₂ (Plastoquinol)

شکل 2: فتوسیستم 2

تفاوت بین فتوسیستم 1 و 2

جایگاه

فتوسیستم 1: فتوسیستم 1 در سطح بیرونی غشای تیلاکوئید قرار دارد.

فتوسیستم 2: فتوسیستم 2 در سطح داخلی غشای تیلاکوئید قرار دارد.

مرکز واکنش

فتوسیستم 1: مرکز نوری فتوسیستم 1 P700 است.

فتوسیستم 2: مرکز نوری فتوسیستم 2 P680 است.

جذب طول موج

فتوسیستم 1: رنگدانه‌ها طول موج‌های بلندتری از نور (بیش از 680 نانومتر) را جذب می‌کنند.

فتوسیستم 2: رنگدانه‌ها طول موج‌های کوتاه‌تری از نور (<680 نانومتر) را جذب می‌کنند.

فتوفسفوریلاسیون

فتوسیستم 1: فتوسیستم 1 هم در فتوفسفوریلاسیون حلقوی و هم غیرحلقوی دخیل است.

فتوسیستم 2: فتوسیستم 2 فقط در فتوفسفوریلاسیون حلقوی دخیل است.

فوتولیز

فتوسیستم 1: هیچگونه فوتولیز آب در فتوسیستم 1 رخ نمی‌دهد.

فتوسیستم 2: فوتولیز آب در فتوسیستم 2 رخ می‌دهد.

عملکرد اصلی

فتوسیستم 1: عملکرد اصلی فتوسیستم 1 سنتز NADPH است.

فتوسیستم 2: عملکرد اصلی فتوسیستم 2 سنتز ATP و هیدرولیز آب است.

جبران کمبود الکترون

فتوسیستم 1: الکترون‌های پرانرژی آزاد شده با انرژی آزاد کننده فوتولیز جایگزین می‌شوند.

فتوسیستم 2: الکترون‌های پر انرژی آزاد شده با الکترون‌های آزاد شده از فتوسیستم II جایگزین می‌شوند.

رنگدانه‌ها

فتوسیستم 1: PS 1 حاوی کلروفیل B، کلروفیل A-670، کلروفیل A-680، کلروفیل A-695، کلروفیل A-700 و کاروتنوئیدها است.

فتوسیستم 2: PS 2 حاوی کلروفیل B، کلروفیل A-660، کلروفیل A-670، کلروفیل A-680، کلروفیل A-695، کلروفیل A-700، فیکوبیلین‌ها و زانتوفیل‌ها است.

ترکیب هسته

فتوسیستم 1: هسته PS I از زیر واحدهای psaA و psaB تشکیل شده است.

فتوسیستم 2: هسته PS II از زیر واحدهای D1 و D2 تشکیل شده است.

نتیجه

PS I و PS II دو فتوسیستم هستند که واکنش‌های نوری فتوسنتز را هدایت می‌کنند. مرحله اول واکنش نوری در PS II رخ می‌دهد در حالی که مرحله نهایی واکنش نوری در PS I رخ می‌دهد. هر یک از دو سامانه فتوسیستمی از مجموعه ای از پروتئین‌ها و رنگدانه‌ها تشکیل شده اند. کلروفیل‌ها رنگدانه‌های اصلی موجود در فتوسیستم‌ها هستند. مرکز واکنش PS I از کلروفیل A-700 و مرکز واکنش PS II از کلروفیل A-680 تشکیل شده است. به غیر از کلروفیل‌ها، کاروتنوئیدها نیز در فتوسیستم‌ها وجود دارند. هسته PS I از زیر واحدهای بزرگ پروتئین psaA و psaB تشکیل شده است. هسته PS II از زیر واحدهای نسبتاً کوچکی از D1 و D2 تشکیل شده است. مولکول‌های آب در PS II هیدرولیز می‌شوند تا جایگزین الکترون‌های آزاد شده از هر دو فتوسیستم شوند. الکترون‌های آزاد شده از PS I توسط ردوکتاز ⁺NADP استفاده می‌شوند تا NADPH تولید کند. اما تفاوت اصلی فتوسیستم 1 و 2 در طول موج نور خورشید است که توسط هر یک از مراکز واکنش فتوسیستم‌ها جذب می‌شود.

طرحی از فتوسیستم‌ها و انتقال الکترون در واکنش‌های نوری