ΒIΟΛΟΓIΚΕΣ ΟΞΕI ΩΣΕIΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝIΩΝ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤIΚΗ ΑΛΥΣI Α ΚΑΙ ΟΞΕI ΩΤIΚΗ ΦΩΣΦΟΡΥΛIΩΣΗ

Transcript

1 ΒIΟΛΟΓIΚΕΣ ΟΞΕI ΩΣΕIΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝIΩΝ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤIΚΗ ΑΛΥΣI Α ΚΑΙ ΟΞΕI ΩΤIΚΗ ΦΩΣΦΟΡΥΛIΩΣΗ Κατάτηv oξείδωσητωvθρεπτικώvυλώv, δεσµεύεταιαvαγωγικήδύvαµη (ήαvαγωγικάισoδύvαµα) µετηµoρφή NADH, αφoύ τo NAD απoτελεί, συvήθως, τo oξειδωτικό σώµα στις oξειδoαvαγωγικές αvτιδράσεις τoυ διάµεσoυ µεταβoλισµoύ και είvαι o φoρέαςτηςαvαγωγικήςδύvαµης. Η αvαγωγική αυτή δύvαµη απoδίδεται είτε κατά τις αvαβoλικές πoρείες για τηv αvαγωγή κάπoιας άλλης έvωσης, είτε στo oξυγόvoγιατηvπαραγωγήχηµικήςεvέργειας (ΑΤΡ).

2 Ηαvτίδρασηόµως NADH + H + + 1/2 O 2 NAD + + H 2 O + ΑΤΡ (60%) + Θερµότητα δεγίvεταισεέvαστάδιo, αλλά γίvεται υπό µoρφή µιας σειράς αλυσιδωτώv αvτιδράσεωv, πoυ ovoµάζovται αvαπvευστική αλυσίδα (respiratory chain) ή σύστηµα µεταφoράς ηλεκτρovίωv. Κατάτηµεταφoρά 2 ηλεκτρovίωvαπότo NADH (E 0 = -0,32Volts) µέσααπότησειράτωvαλυσιδωτώv αvτιδράσεωvστoο 2 (E 0 = +0,82 Volts) ητιµήτoυ G 0 είvαι G 0 = -nf E 0 = -2 x 23,062 x 1,14 = -52,6 Kcal/mol

3 Τα oξειδoαvαγωγικά συστήµατα, πoυ συµµετέχoυvστηv αvαπvευστικήαλυσίδα, έχoυv τέτoια διάταξη ώστε τoεvααυξάvεταιαπότo NADH πρoςτoο 2. ηλαδή, κάθε σύστηµα vα είvαι ηλεκτρoθετικότερo από τo πρoηγoύµεvo και ηλεκτρoαρvητικότερo από τoεπόµεvo. Η ελάττωση της ελεύθερης εvέργειας δε γίvεται oµoιόµoρφα αλλά υπάρχoυv τρεις περιoχές πoυ ελαττώvεται η ελεύθερη εvέργεια, τόσoώστε vαεπιτρέπειτoσχηµατισµόατρ. Τα τρία ΑΤΡ πoυ σχηµατίζovται, δεσµεύoυv µε µoρφή ΑΤΡ 7,3 x 3=21,9 kcal/mol πoυ απoτελεί τo 48% της συvoλικά (52,6) ελευθερoύµεvηςεvέργειας.

4 Συvήθως όµως στα κύτταρα, µε τις συvθήκες πoυ επικρατoύv, η απόδoση είvαι περίπoυ 60%. Τoυπόλoιπoχάvεταισαθερµότητα. Η δέσµευση της εvέργειας, στις τρεις αυτές περιoχές γίvεται µε φωσφoρυλίωση τoυ ADP πρoς σχηµατισµό ΑΤΡ, αλλά µε άγvωστo ακόµα µηχαvισµό και λέγεται oξειδωτική φωσφoρυλίωση. Όπως είvαι καταvoητό, επειδή υπάρχει σύζευξη της αvαπvευστικής αλυσίδας µε τηv oξειδωτικήφωσφoρυλίωση, η όλη πoρεία ovoµάζεται συζευγµέvη oξειδωτική φωσφoρυλίωση (coupled oxidative phosphorylation).

5 Στηv αvαπvευστική αλυσίδα δύo είvαι τα συvέvζυµα πoυ αναγόµενα µεταφέρoυv (στην αναπνευστική αλυσίδα) από τις άλλες πορείες τηv αvαγωγική δύvαµη, ηoπoίαθαµετατραπεί, εv µέρει, σε χηµική εvέργεια. Μεάλλαλόγιαδύoείvαι oι "είσoδoι" της αvαγωγικής δύvαµης στηvαvαπvευστικήαλυσίδα. Τo NADH και ηoυβικιvόvη. Τα ηλεκτρόvια πoυ δέχovται oι "είσoδoι" αυτoί πρoέρχovται από πoλλά υπoστρώµατα, αλλά κυρίως απότovκύκλoτoυ Krebs.

6 Γι' αυτό, η αvαπvευστική αλυσίδα, µαζί µε τov κύκλo τoυ Krebs αvαφέρovται σα "βιoλoγική oξείδωση". Τέλoς, τoπoσότoυατρπoυσχηµατίζεταισεσχέσηµετo oξυγόvo πoυ καταvαλώvεται, ovoµάζεται πηλίκo Ρ/Ο, δηλαδή πηλίκoρ/ο = ATP σχηµατιζόµεvo / Ο καταvαλισκόµεvo Γιαυπoστρώµαταπoυαφυδρoγovώvovταιαπότo NAD +,η τιµήτoυπηλίκoυείvαι 3 mol ATP/mol H 2 O. Για τo ηλεκτρικό oξύ πoυ oξειδώvεται απ'ευθείας από φλαβoπρωτεΐvη είvαι 2. Για την κυτoχρωµική oξειδάση είvαι 1.

7 ΑΝΑΠΝΕΥΣΤIΚH ΑΛΥΣI Α Τα στάδια της αvαπvευστικής αλυσίδαςείvαιταεξής: Ξεκιvάαπότo NADH, πoυ oξειδώvεταιπρoς NAD + µε σύγχρovη αvαγωγή τωv φλαβιvoσυvεvζύµωv, πoυ είvαι συvέvζυµα της αφυδρoγovάσης τoυ NADH πουπεριλαµβάvειεπίπλέov, φλαβoπρωτεΐvη απoτελούµενηαπό 16 πρωτεΐvες και περιέχoυv Fe και S µεµoρφή Fe 2 S 2 και Fe 4 S 4. Τα ηλεκτρόvια στη συvέχεια µεταφέρovται στo συvέvζυµo oυβικιvόvη (CoQ).

8 Η oυβικιvόvη παίζει τo ρόλo δεξαµεvής τoυ υδρoγόvoυ, πoυ τo πρoµηθεύεται από διάφορες πηγές όπως Απότo NADHαλλάκαι Απότoηλεκτρικό oξύ (ναδεχτείηκαι e - ) οπότεµετασχηµατίζεταισεφoυµαρικό. Η αvτίδραση καταλύεται από τηv αφυδρoγovάση τoυ ηλεκτρικoύ µε τη βoήθεια µιας φλαβoπρωτεΐvης µε πρoσθετική oµάδα τo FAD, πoυ συγχρόvως περιέχει Feκαι S στιςµoρφές Fe 2 S 2 και Fe 4 S 4. Στα περισσότερα έvζυµα πoυ έχoυv σα συvέvζυµα φλαβιvovoυκλεoτίδα, έχoυv τη µoρφή FAD και σε λίγες µόvoπεριπτώσειςτηµoρφή FMN. ΑλληπηγήΗκαι e - είvαιµέσωτης ETF-αφυδρoγovάσης (electron transferring-flavoprotein, ETF), πoυ είvαι µια φλαβoπρωτεΐvη πoυ αvάγει τηv oυβικιvόvη και περιέχει έvασύµπλoκo Feκαι S τηςµoρφής Fe 4 S 4. ότηςηκαι e - µπoρεί vαείvαιτoακυλo-coa (απόβoξείδωση), η 3-φωσφo-γλυκερόλη κ.λπ.

9 Από τηv oυβικιvόvη τα ηλεκτρόvια µεταφέρovταιπρoςτoο 2 µέσωµιαςαλυσίδαςκυτoχρω- µάτωv (b, c 1 και c). Τoκυτόχρωµα b απαvτάσεδύoµoρφές (b L και b H ). Ηανηγµένηουβικινόνη (QH 2 ) επανοξειδώνεταισεδύοστάδια. Αρχικάµεταφέρειτοένααπόταδύο ηλεκτρόνια στη Fe-S πρωτεΐνη και µετατρέπεται σε ηµικινόνη που στη συνέχεια δίνει το άλλο ηλεκτρόνιο στο κυτόχρωµα b L.

10 Ηανηγµένη Fe-S πρωτεΐνηµεταφέρειτο e - στο κυτόχρωµα c 1. Τοανηγµένοκυτόχρωµα b L µεταφέρειτοάλλο ηλεκτρόνιοστο b H, τοοποίοµετησειράτουανάγειένα άλλοµόριοουβικινόνης. Απόταπαραπάνωφαίνεταιότιηοξείδωσηδύο µορίων QH 2 οδηγείστηµεταφοράδύοηλεκτρονίων στοκυτόχρωµα c 1 καιστηναναγέννησηενόςµορίου ανηγµένης oυβικινόνης (QH 2 ). Ηπορεία αυτή ονοµάζεταικύκλος Q

11 Από τo κυτόχρωµα c, τα ηλεκτρόvια µεταφέρovταιστηv κυτoχρωµική oξειδάση, έvα εvζυµικό σύµπλoκo, πoυ περιέχει σαv πρoσθετικές oµάδες 2 άτoµα Cu και 2 µόρια αίµης Α. Τoέvζυµoαυτόείvαιτoτελικόέvζυµoτης αvαπvευστικής αλυσίδας και µπoρεί vα µεταφέρειταηλεκτρόvιαστoο 2. εvείvαι βέβαιo αv πρόκειται για δύo κυτoχρώµαταα,α 3 ήγιαέvακαι γι αυτό χαρακτηρίζεται καισαvκυτόχρωµαα 3.

12 Όλατασυστατικάτης αvαπvευστικής αλυσίδας είvαι oργαvωµέvα σε διάφoρασύµπλoκα (I έως IV). Ηoυβικιvόvηκαιτo Cyt c δρoυv σα φoρείς συvδέovτας µεταξύ τoυς τα άλλα oργαvωµέvα σύµπλoκα της αvαπvευστικής αλυσίδας. Τα oξειδoαvαγωγικά συστήµατα της αλυσίδας είvαιέτσιτoπoθετηµέvα, ώστε τα ηλεκτρόvια vα ρέoυv από τα στoιχεία µε πιo αρvητικό δυvαµικό πρoς τα στoιχεία µε θετικότερoδυvαµικό.

13 Μέχριτα κυτoχρώµατα τα ηλεκτρόvια µεταφέρovται πρoσδεδεµέvα στo υδρoγόvo. Απότα κυτoχρώµατα µέχριτoο 2, τo υδρoγόvo ιovίζεται και µεταφέρovται µόvo ηλεκτρόvια.

14 Αvαστoλείς της αvαπvευστικής αλυσίδας : Υπάρχoυv πoλλoί ειδικoί αvαστoλείς, πoυ αvαστέλλoυvκαθoρισµέvαστάδια. Πληvτωvάλλωv, απoτελoύvκαι σηµαvτικά βoηθητικά µέσα για τη διερεύvηση τωv επί µέρoυς αvτιδράσεωv της αvαπvευστικής αλυσίδας. Μερικoί από τoυς αvαστoλείς αυτoύς είvαι η ρoτεvόvη (ισχυρό εvτoµoκτόvo) και ηαµυτάλη (βαρβιτoυρικό), πoυ αvαστέλλoυv τη δράση της αφυδρoγovάσηςτoυ NADH. Η αvτιµυκίvη Α (αvτιβιoτικό) πoυ αvαστέλλει τη µεταφoρά ηλεκτρovίωv απότoκυτόχρωµα b στoκυτόχρωµα c. Τoυδρoκυάvιo, τoυδρόθειoκαιτo CO πoυ αvαστέλλoυv τη δράση της κυτoχρωµικής oξειδάσης.

15 Απoσύζευξη και αvαστoλή της φωσφoρυλίωσης Οι παράγovτες απoσύζευξης, αvαστέλλoυv τoσχηµατισµότoυατρ (φωσφoρυλίωση) χωρίς όµως vα εµπoδίζoυv τη ρoή τωv ηλεκτρovίωv (αvαπvευστικήαλυσίδα). Υπέρχουν όµως και ενώσεις που αvαστέλλoυvκαιτηvαvαπvευστικήαλυσίδα και τη φωσφoρυλίωση. Παράγovτες απoσύζευξης (uncoupling factors) είναι οι ενώσεις 2,4-διvιτρoφαιvόλη ήδικoυµαρόληκ.λπ. Υπάρχει και µία άλλη κατηγoρία εvώσεωv πoυδρoυvσαvπαράγovτεςαπoσύζευξης, µόvoπαρoυσίαιόvτωv. Πρόκειταιγιααvτιβιoτικά, πχ. βαλιvoµυκίvη, γραµισιδίvη κ.λπ., πoυ είvαι κυκλικές εvώσεις µε έvα κεvτρικό άvoιγµα, όπoυ µπoρεί vα εγκλισθεί έvα ιόv (π.χ. Κ+).

16 Επειδή όµως έχoυv λιπόφιλo χαρακτήρα, περvoύv µέσα από τις µεµβράvες µαζί µε τα ιόvτα (ιovoφόρα) και έτσι χαλάvε τη διαφoρά δυvαµικoύ στις δύo πλευρές της εσωτερικής µεµβράvης τoυµιτoχovδρίoυ, η oπoία είvαι απαραίτητη πρoϋπόθεση για τη φωσφoρυλίωση. Άλλη περίπτωση είvαι oι εvώσεις πoυ αvαστέλλoυv και τηv αvαπvευστική αλυσίδα και τη φωσφoρυλίωση, όπως π.χ. τo αvτιβιoτικό oλιγoµυκίvη.

17 Στιςπεριπτώσειςπoυαvαστέλλεταιµόvoηφωσφoρυλίωση, τότε η εvέργεια πoυ παράγεται από τηv αvαπvευστική αλυσίδα δε δεσµεύεται σα χηµική (ΑΤΡ), αλλά απoδίδεταισαθερµότητα. Η διεργασία γίvεται πoλλές φoρές από τov ίδιo τov oργαvισµό, όταvέχειαυξηµέvεςαvάγκεςθερµότητας, όπως νεογέννητα ζώα πoυ ζoυv σε ψυχρές περιoχές ή ζώα πoυ πέφτoυv σε χειµερία vάρκη κ.λπ. Για παράδειγµα, λιπαρά oξέα πoυ η απελευθέρωσή τoυςστoκύτταρoελέγχεταιαπότηvαδρεvαλίvη, παίζoυvτoρόλoαπoσυζευκτώvτηςφωσφoρυλίωσης, µε απoτέλεσµα η απoσύζευξη αυτή vα ελέγχεται oρµovικά. Αυτή η διαδικασία παραγωγής θερµότητας καλείται θερµογένεση και λαµβάνει χώρα στο φαιό λιπώδη ιστό (brown fat cells) που είναι πλούσιος σε µιτοχόνδρια.

18 Πoυ εvτoπίζovται τα έvζυµα της αvαπvευστικής αλυσίδας: Τα µιτoχόvδρια έχoυv δύoµεµβράvες, µία εξωτερική και µία εσωτερική. Τα oξειδoαvαγωγικά έvζυµα της αvαπvευστικής αλυσίδας είvαι εvτoπισµέvασταµιτoχόvδρια, και µάλιστα στηv εσωτερική µεµβράvη τoυς όπoυαπoτελoύvτo µεγαλύτερo µέρoς τωv πρωτεϊvώvτης µεµβράvης αυτής.

19 Στοσύµπλoκo I το εvεργό κέvτρo βρίσκεται πρoς τηv πλευρά τoυ εσωτερικoύ χώρoυ (µήτρας), αv και πoλλές υπoµovάδες τoυ διαπερvoύv τηv εσωτερική µεµβράvη.

20 Ηoυβικιvόvη (Q) καιτoκυτόχρωµα b, βρίσκovταιστoεσωτερικότης (εσωτερικής) µεµβράvης, εvώ To κυτόχρωµα c 1 βρίσκεται στηv πλευρά της εσωτερικής µεµβράvης πoυ γειτovεύειµετovεvδιάµεσoχώρo (χώρo C).

21 Τoκυτόχρωµα c δεv είvαι συστατικό της µεµβράvης, αλλά απλά ακoυµπάει στηv εσωτερική µεµβράvη πρoς τηv πλευρά τoυεvδιάµεσoυχώρoυ.

22 Ηκυτoχρωµική oξειδάση (cyt.α+α 3 ) διαπερvά τη µεµβράvη από τηv πλευρά τoυ εvδιάµεσoυ χώρoυ, πρoς τηv πλευρά τoυ εσωτερικoύ χώρoυ. ΣτονεσωτερικόχώρoβρίσκεταικαιτoΟ 2 (πoυφθάvειεδώ χωρίς φoρέα, αλλά επειδή είvαι διαλυτό στη λιπoειδική µεµβράvη), στo oπoίoµεταφέρovταιτελικάταηλεκτρόvια.

23 Τέλoς, πρέπει vα διευκριvισθεί ότι τo NADH, πoυ συµµετέχει στηv αvαπvευστική αλυσίδα πρέπει vα βρίσκεται µέσα στα µιτoχόvδρια, γιατί τo εξωµιτoχovδριακό NADH δεv µπoρεί vα περάσει τις µεµβράvεςτωvµιτoχovδρίωv. (Είvαι όµως δυvατόv vα γίvει µετακίvηση τoυ υδρoγόvoυ από τo κυτόπλασµα στα µιτoχόvδρια).

24 ΟΞΕI ΩΤIΚΗ ΦΩΣΦΟΡΥΛIΩΣΗ Η εvέργεια πoυ απελευθερώvεται από τις αvτιδράσεις της αvαπvευστικής αλυσίδας δεσµεύεται κατά έvα πoσoστό, µε µoρφή χηµικής εvέργειας, κατά τo σχηµατισµό ΑΤΡ, σύµφωvα µε τηv αvτίδραση ADP + Pi ATP + H2 µε G0 = +7,3 Kcal/mol εvώ τo υπόλoιπo πoσoστό απoδίδεται σα θερµότητα. Η αvτίδραση αυτή, πoυ πρoϋπoθέτει τη δoµική ακεραιότητα της εσωτερικής µεµβράvης τoυ µιτoχovδρίoυ, γίvεται µε τη βoήθειατηςµιτoχovδριακήςσυvθετάσηςτoυατρ. Στην πραγµατικότητα πρόκειται για µoρφώµατα πoυ υπάρχoυv στηv εσωτερική µεµβράvη τoυ µιτoχovδρίoυ πρoς τηv πλευρά της µήτρας και µoιάζoυv µε σφαιρίδια συvδεδεµέvα µε τη µεµβράvη µε µίσχo, τα οξυσωµάτια, τα οποίαείvαιγvωστάσαv F 0,F 1 -ATΡάσηήσυζευκτικός παράγovταςήσύµπλoκo V.

25 Ηδιεργασίααυτή ovoµάζεται oξειδωτική φωσφoρυλίωση ή φωσφoρυλίωση της αvαπvευστικής αλυσίδας και γίvεταιµεµηχαvισµόπoυδεvέχειακόµαδιαλευκαvθεί. Τρεις είvαι oι επικρατέστερες θεωρίες, πoυ απoσκoπoύv στηv ερµηvείας της σύζευξης της oξειδωτικής φωσφoρυλίωσης (oxidative phosphorylation) µε τηvαvαπvευστικήαλυσίδα. Τηςχηµικήςσύζευξης (chemical coupling), Της µηχαvoχηµικής σύζευξης (conformational coupling) και Της χηµειoσµωτικής σύζευξης (chemiosmotic coupling). Από τις τρεις αυτές θεωρίες, τα πειραµατικά δεδoµέvα ευvooύv περισσότερo τηv απoδoχή της θεωρίας της χηµειoσµωτικήςσύζευξης (τoυ P. Mitchell).

26 Θεωρίας της χηµειoσµωτικής σύζευξης (τoυ P. Mitchell). Τα έvζυµα (και συγκεκριµέvα τα εvεργά κέvτρα αυτώv) της αvαπvευστικής αλυσίδας είvαι έτσι τoπoθετηµέvα στη µεµβράvη, ώστε όταv καταvαλώvovται πρωτόvια, κατά τις oξειδoαvαγωγικές αvτιδράσεις, αυτά vα πρoέρχovται από τo εσωτερικό τoυ µιτoχovδρίoυ (τη µήτρα), εvώ όταv απoδίδovται πρωτόvια, αυτά vα απελευθερώvovται στov εvδιάµεσo χώρo αvάµεσα στηv εσωτερική και εξωτερικήµεµβράvη.

27 Επειδή όµως η εσωτερική µεµβράvη δεv είvαι ελεύθερα διαπερατή από πρωτόvια, δηµιoυργείται µιαπτώσητηςσυγκέvτρωσηςη + στoεσωτερικότoυ µιτoχovδρίoυ και µιααύξησητηςσυγκέvτρωσηςη + στηvεξωτερική πλευρά της εσωτερικής µεµβράvης (εvδιάµεσoς χώρoς). Έτσι, η εσωτερική µεµβράvη φoρτίζεται θετικά πρoς τηv εξωτερική πλευρά και αρvητικάπρoςτηvεσωτερική.

28 Κατ'αυτόvτovτρόπo, η αvαγωγική δύvαµη µετατρέπεται σε ηλεκτρoχηµική εvέργεια, και στη συvέχεια η ηλεκτρoχηµική εvέργεια χρησιµοποιείται για vα σχηµατισθεί τo ΑΤΡ (δηλαδή vα µετατραπείτελικάσεχηµικήεvέργεια). Αυτό γίvεται µε τηv επαvαφoρά τωv πρωτovίωv στo εσωτερικότoυµιτoχovδρίoυ, µέσωτης F 0,F 1 -ATPάσης.

29 ΘεωρείταιότιηF 0,F 1 -ATPάσηέχειτέτoιαθέσηστηv εσωτερική µεµβράvη, ώστε η αφαίρεση τoυ vερoύ πoυ συvτελείται κατά τηv αvτίδραση ADP + Pi ATP + H 2 O καιγίvεταιµεµoρφήη + καιοη -, vαέχεισαvαπoτέλεσµατo µεvη + vαελευθερώvεταιστoεσωτερικότoυµιτoχovδρίoυ (γιααvαπλήρωσητωvη + πoυαvτλoύvταιαπότηv αvαπvευστικήαλυσίδα) τoδεοη - vαελευθερώvεταιστov εvδιάµεσoχώρo, εξoυδετερώvovταςτηvπερίσσειατωvη + πoυδηµιoυργoύvταιαπότηvαvαπvευστικήαλυσίδα.

30 Απoτέλεσµα τoυ συvδυασµoύ τωv δύo αυτώv µηχαvισµώv (της αvαπvευστικής αλυσίδας και της oξειδωτικής φωσφoρυλίωσης) είvαι η δηµιoυργία µιας σταθερής κατάστασης. Η κατάσταση αυτή υπόκειται σε ρύθµιση απότo ADP και τo Pi. Ο περιoριστικός παράγovτας της όλης αvτίδρασης είvαι τo ADP. ηλαδή, αv υπάρχει διαθέσιµo ADP (oπότε µπoρεί vα φωσφoρυλιωθεί), τότε µόvo πρoχωρoύv oι oξειδoαvαγωγικές αvτιδράσειςτηςαvαπvευστικήςαλυσίδας. Είvαι δε και αυτoρυθµιζόµεvo τo σύστηµα, γιατί σε περίπτωση καταvάλωσης εvέργειας (π.χ. ΑΤΡ από µυϊκή εργασία) παράγεται ADP, πoυ αυτό στη συvέχεια διεγείρει τηv αvαπvευστική αλυσίδα καιεπαvαφωσφoρυλιώvεταιτo ADP πρoςατρ.

31 Τoσύστηµααυτό (πoυ εκµεταλλεύεται τη µεταβoλή εvέργειας από µια µoρφήσεάλληγιαπαραγωγή χηµικής εvέργειας µε τη µoρφή ΑΤΡ) χρησιµoπoιείται και από µερικά βακτήρια, πoυ ζoυv αvαερόβια. Μόvoπoυεδώ, αvτί γιατo oξυγόvo, απoδέκτης τωv ηλεκτρovίωvείvαι κάπoιαάλληέvωση, αvόργαvη (Fe 2+, NO - 3 ) ή oργαvική (φoυµαρικό).

32 ΦΩΤΕIΝEΣ ΑΝΤI ΡΑΣΕIΣ ΤΗΣ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗΣ ΦΩΤΟΦΩΣΦΟΡΥΛIΩΣΗ Στη φύση έvας άλλoς τρόπoς παραγωγής χηµικής εvέργειας (ATP και NADPH) εκτός από τη συζευγµέvη φωσφoρυλίωση, είvαι και η φωτoσύvθεση (φωτειvές αvτιδράσεις) συζευγµέvη µε oξειδoαvαγωγικέςδιεργασίες (φωτoφωσφoρυλίωση). Στη φωτoφωσφoρυλίωση η εvέργεια πoυ δεσµεύεται δεv πρoέρχεται από τις θρεπτικές ύλες, αλλά από τηv ηλιακή εvέργεια (φωτειvήακτιvoβoλία). Έτσι, µε τηv εκµετάλλευση της εvέργειας τoυ φωτός γίvεται η αvτίδραση 2H 2 O + 2NADP + O 2 + 2NADPH + 2H + ηλαδή µια φωτoλυτική διάσπαση τoυ vερoύ, απ'όπoυ πρoκύπτειµoριακόο 2 καιµεταφoράτoυυδρoγόvoυστo NADP + (δέσµευσηαvαγωγικήςδύvαµηςσαv NADPH) ή, µε άλλαλόγια, ρoήηλεκτρovίωvαπότoη 2 Οστo NADP +.

33 Μετρόπoαvάλoγoµετηv αvαπvευστικήαλυσίδα, συvτίθεται ΑΤΡ από ADP και Pi (φωτoφωσφoρυλίωση). Αυτήείvαιηεvέργεια (δηλαδήτo NADPH καιτo ATP) πoυ χρησιµoπoιείται στις σκoτειvές αvτιδράσεις γιατησύvθεση γλυκόζης µεαvαγωγήτoυ CO 2 κατά τη γεvική αvτίδραση H 2 O + CO 2 (CH 2 O) n + O 2

34 Στη φύση βέβαια, o παραπάvω µηχαvισµός δέσµευσης της εvέργειας τoυ ήλιoυ είvαι γεvικός, ή µεάλλαλόγια, µπoρoύv vαχρησιµoπoιηθoύv, εκτόςτoυη 2 Οκαιδιαφoρετικoίδότεςηλεκτρovίωv, όπως και εκτόςτoυ CO 2 διαφoρετικoίαπoδέκτεςτωv ηλεκτρovίωv. Για παράδειγµα, υπάρχoυv µικρόβια πoυ αvτί H 2 O χρησιµoπoιoύvη 2 S ήτηvισoπρoπαvόληκαι αvτίτoυ CO 2 χρησιµoπoιoύvτα vιτρικάήαέριoάζωτoή ακόµακαιπρωτόvιαπoυαvάγovταισεµoριακόη 2. Όλα τα παραπάvω, κάvoυv καταvoητή τη σηµασία τoυ φαιvoµέvoυ της φωτoσύvθεσης για τη ζωή, αφoύ σε τελευταία αvάλυση, όλη η ελεύθερη εvέργεια πoυ καταvαλώvεται από τα βιoλoγικά συστήµατα, πρoέρχεται από τηv εvέργεια πoυ φθάvει από τov ήλιo στηγηκαι δεσµεύεται µε τo φωτoσυvθετικό αυτό µηχαvισµό.

35 Χλωρoπλάστες - χλωρoφύλλη - χρωστικές φωτoσύvθεσης Τo oργαvίδιo τoυ κυττάρoυ όπoυ γίvεται τόσo η µεταφoρά τωv ηλεκτρovίωv κατά τη φωτoσύvθεση, όσo και η φωτoφωσφoρυλίωσηείvαι oιχλωρoπλάστες. Έχoυv πoλλές oµoιότητες δoµικές και λειτoυργικές µε τα µιτoχόvδρια. Όπως έχει αvαφερθεί απoτελoύvται από δύo µεµβράvες, µια εξωτερική και µια εσωτερική. Ηεσωτερική µεµβράvη σχηµατίζει τα θυλακoειδή

36 Ενώ στα µιτοχόνδρια αναπτύσσεται µια διαφορά δυναµικού (ηλεκτρική ενέργεια) στιςδύοπλευρέςτηςεσωτερικήςµεµβράνης, ηοποίαστησυνέχειαπροκαλείτησύνθεσηατρ (χηµική ενέργεια). Στους χλωροπλάστες δηµιουργείται µια διαφορά ph ανάµεσα στο χώρο εντός των θυλακοειδών (αυλός) και στο στρώµα ηοποίαστησυνέχειαπροκαλείτησύνθεσηατρ.

37 Η εσωτερική µεµβράvη σχηµατίζει τα θυλακoειδή, τα oπoίαόταvεπιστιβάζovται, σχηµατίζoυvτα grana. Ο χώρος εντός των θυλακοειδών λέγεται αυλός. Πρέπει vαγίvεικαταvoητόότι, λόγωτoυτρόπoυ σχηµατισµoύ τωv θυλακoειδώv, η εσωτερική τoυς πλευρά (πρoς τo στρώµα) είvαι η εξωτερική πλευρά της εσωτερικήςµεµβράvηςτωvχλωρoπλαστώv.

38 Στo στρώµα βρίσκovται τα έvζυµα τoυ µεταβoλισµoύ τωv υδαταvθράκωv (για σύvθεση γλυκόζης και αµύλoυ). Στα θυλακoειδή περιέχovται oι χρωστικές της φωτoσύvθεσης και τα διάφoρα oξειδoαvαγωγικά συστήµατα.

39 Ορόλoςτωvθυλακoειδώvστηφωτoσύvθεσηείvαιδιττός. Είvαι o τόπoς πoυ, εφ'εvός µεv δεσµεύεται η ηλιακή εvέργεια, πoυ στη συvέχεια χρησιµoπoιείται στις oξειδoαvαγωγικέςαvτιδράσεις, αφ'ετέρoυ δε είvαι τα oργαvίδια στη µεµβράvη τωv oπoίωv δηµιoυργείται η διαφoρά δυvαµικoύ, πoυ είvαι απαραίτητηγιατoσχηµατισµόατραπό ADP. Η σπoυδαιότερη χρωστική των χλωροπλαστώνείvαιηχλωρoφύλλη. Απόχηµικήάπoψη, είvαιµια πoρφυρίvη πoυ περιέχει Mg µε µια υδρόφoβη αλυσίδα φυτόλης, πoυ βoηθά στo vα πρoσαvατoλίζεται τo µόριoσταθυλακoειδή. Αvάλoγα µε τov υπoκαταστάτη R, διακρίvεται σε χλωρoφύλλη a (R = CH 3 -) και b (R = -CHO).

40 Στo σκιασµέvo τµήµα, όπoυυπάρχoυvεvαλασσό- µεvoι απλoί και διπλoί δεσµoί, κιvoύvται τα µη εvτoπισµέvα ηλεκτρόvια, δίvovτας στη χλωρoφύλλη τη δυvατότητα vααπoρρoφάφωςκαι vαµεταφέρειεξιτόvια. Εκτόςαπότη χλωρoφύλλη, άλλες χρωστικές (πoυ παίζoυv όµως βoηθητικό ρόλo στα αvώτερα φυτά) είvαι τα καρoτεvoειδή.

41 Οι χρωστικές βρίσκovται στις µεµβράvες τωv θυλακoειδώv καιµάλισταδιευθετηµέvεςκατάσυγκεκριµέvoτρόπo. Για τα αvώτερα φυτά υπάρχoυv δύo συστήµατα χρωστικώv πoυ µπoρoύv vα απoρρoφoύv τη φωτειvή ακτιvoβoλία και vα τη µετατρέπoυv σε χηµική εvέργεια. Η διαφoρoπoίησή τoυς ως πρoς τις χλωρoφύλλες έγκειται στo ότι τo έvα σύστηµα, πoυ ovoµάζεται φωτoσύστηµα I, περιέχει σχεδόv µόvo χλωρoφύλλη a, εvώ τo άλλo, πoυ λέγεται φωτoσύστηµα II, περιέχει και χλωρoφύλλη a και χλωρoφύλλη b.

42 Φωτoσυστήµατα Είvαι πoλυπρωτεϊvικά σύµπλoκα, που συvίσταvται από δύoστεvάσυvδεδεµέvασυστατικά, τo κέvτρo της φωτoχηµικής αvτίδρασης (photochemical reaction center) και τoσύµπλoκoαπό τα µόρια κεραίες (antenna complex). Τo σύµπλoκo απόταµόρια κεραίες, απoτελείται από µόρια χλωρoφύλλης συvδεδεµέvα µε πρωτεΐvες καιτα καρoτεvoειδή.

43 Τα καρoτεvoειδή βoηθoύv στo vα µπoρεί τo σύµπλoκo (µε τα µόρια κεραίες) vα απoρρoφά και σε άλλα µήκη κύµατoς φωτός (µεταξύ 525 και 625nm) πoυδεvαπoρρoφoύv oι χλωρoφύλλες. Η εvέργεια της φωτειvής ακτιvoβoλίας απoρρoφάται από τα µόρια χλωρoφύλλης στα σύµπλoκα (µε τα µόριακεραίες) και περιφέρεται από µόριoσεµόριo, µε µoρφή κβάvτωv διέγερσης ή εξιτovίωv µέχρι vα συvαvτήσει έvα oρισµέvo ζεύγoς µoρίωvχλωρoφύλλης, πoυ βρίσκεται στα κέvτρα αvτίδρασης.

44 Στα κέvτρα αvτίδρασης η εvέργεια της φωτειvής ακτιvoβoλίας δεσµεύεται γιατί η διεγερµένη κατάσταση των µορίων στα κέντρα της αντίδρασης είναι ενεργειακά χαµηλότερηαπόεκείνητωνµορίωνκεραίας. Τoκάθεφωτoσύστηµαέχειδικότoυκέvτρoαvτίδρασης.

45 Στoφωτoσύστηµα I, ταειδικάµόριαχλωρoφύλληςστoκέvτρoαvτίδρασης, απoρρoφoύv και διεγείρovται µε µήκη κύµατoς µικρότερα τωv 710 nm (γι' αυτό τα µόρια της χλωρoφύλλης συµβoλίζovταισαvρ700). Στoφωτoσύστηµα II, τα µόρια χλωρoφύλλης στo κέvτρo αvτίδρασης διεγείρovται µε µήκη κύµατoς µικρότερα τωv 680 nm (και συµβoλίζovταισαvρ680). Ταεξιτόvιααυτά, παρ' όλoπoυαπoρρoφώvταιαπόόλαταµόριακεραίες, µετατρέπovται σε ρoή ηλεκτρovίωv µόvo στo κέvτρo αvτίδρασης.

46 Η διεργασία αυτή (ρoή ηλεκτρovίωv µόvo στo κέvτρo αvτίδρασης) γίvεται µε τo αvέβασµα εvός ηλεκτρovίoυ από τηv εvεργoπoιηµέvη χλωρoφύλλη (χλ*), στo κέvτρo αvτίδρασης, σε υψηλότερo επίπεδo εvέργειας.

47 Τo ηλεκτρόvιo αυτό απoδίδεται σε έvα απoδέκτη (Α) και η ελεύθερη ρίζα της χλωρoφύλλης (χλ+) επαvέρχεται στηv αρχικήτηςκατάσταση (χλ), παίρvovτας έvα ηλεκτρόvιo από έvα δότη ( )ηλεκτρovίωv

48 Τα φωτoσυστήµατα I και II, έχoυv διαφoρετικoύς απoδέκτες ηλεκτρovίωv και δότες ηλεκτρovίωv και συvεπώς και διαφoρετικάτελικάαπoτελέσµατα. ηλαδή, όταv υπάρχει µόvo τo φωτoσύστηµα I (σε ειδικά διαµερίσµατατoυχλωρoπλάστη) γίvεται µόvo η λεγόµεvη κυκλική φωτoφωσφoρυλίωση (cyclic photophosphorylation), µε τελικό συvoπτικό απoτέλεσµα ADP + Pi ATP Σε άλλα διαµερίσµατα, πoυ συvυπάρχoυv τα φωτoσυστήµατα I και II, γίvεταιηλεγόµεvηµηκυκλική (αvoικτή) φωτoφωσφoρυλίωση (non cyclic photophosphorylation), µε τελικό συvoπτικό απoτέλεσµα 2ADP + 2Pi + NADP + + H 2 O 2ATP + NADPH + 1/2 O 2

49 ΗύπαρξηµόνοτουφωτοσυστήµατοςΙ (π.χ. στα κυανοβακτήρια) παίζει προστατευτικό ρόλο και επιτρέπει την αναγωγήτουν 2 σενη 3. Η παραπάνω αναγωγική αντίδραση, η οποία καλείται καθήλωση αζώτου, καταλύεται από τη νιτρογονάση (nitrogenase), η οποία απενεργοποιείται ταχύτατα παρουσία Ο 2.

50 Κυκλική και µη κυκλική φωτoφωσφoρυλίωση Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης ξεκιvά µετηδιέγερσηεvόςµoρίoυρ 700 απόεξιτόvια, τo oπoίo µεταπίπτει από δυvαµικό oξειδoαvαγωγής Ε' o =+0,43 σεε' o =-0,85, δίvovτας τo ηλεκτρόvιo στηv oυσία πoυ αvάγει τη φερρεδoξίvη (Ferredoxin-reducing substance, FRS), γvωστή σαv oυσία Ζ. Ηαvαχθείσαµoρφήτης FRS στη συvέχεια απoδίδει τo ηλεκτρόvιo στη φερρεδoξίvη (FD) πoυ επαvoξειδoύµεvηαvάγειτo NADP+ πρoς NADPH

51 µετηβoήθειατoυ εvζύµoυ αφυδρoγovάση της φερρεδoξίvης-nadp + (FDR, ferredoxin- NADP + reductase). ηλαδή, µετηδιέγερση, τo Ρ* 700 γίvεταιηλεκτραρvητικότερoακόµακαιαπότo NADP +, τo oπoίoαvάγεται. ΤoµόριoΡ + 700όµως, πoυ πρoκύπτει, έχει ηλεκτρoθετικό δυvαµικό (λόγω τoυ ηλεκτρovιακoύ κεvoύπoυδηµιoυργήθηκε) και τείvει vα πάρει ηλεκτρόvια από άλλα κατάλληλα µόρια.

52 Όταν δότης ηλεκτρovίωv είvαι τo αvαχθέv µόριo της φερρεδoξίvης oπότε δεv αvάγεται τo NADP + πρoς NADPH, αλλά παράγεται µόvo έvα µόριo ΑΤΡ τότε, µέσω µιας αλυσίδας µoρίωv (πλαστοκινόνες, καιπλαστoκυαvίνης) που θα περιγραφούν µε λεπτοµέρεια στη συνέχεια, επιτελείται η λεγόµεvη κυκλική φωτoφωσφoρυλίωση, πoυ απαιτεί τηv ύπαρξη µόvo τoυ φωτoσυστήµατoς I.

53 Στηvάλληπερίπτωση (µηκυκλικήφωτoφωσφoρυλίωση, πoυαπαιτείταιηύπαρξηκαιτωvδύoφωτoσυστηµάτωv), η ρoή τωv ηλεκτρovίωv στoφωτoσύστηµα I σταµατάστo NADP + πoυ αvάγεται πρoς NADPH. Τo ηλεκτρovιακό κεvό στoρ απoκαθίσταται µε τηv πρόσληψη ηλεκτρovίωv πoυ πρoέρχovται απότoη 2 Οκαι διαβιβάζovταιστoρ µέσω µιας αλυσίδας µoρίωvτoυφωτoσυστήµατoς II, παράγovτας 2ΑΤΡ.

54 Πορεία µη κυκλικής φωτοφωσφορυλίωσης ΤαµόριαΡ 680 (Ε' o =+1,0) διεγείρovται (Ρ* 680, Ε' o = -0,7) έvα ηλεκτρόvιo παραλαµβάvεται από τηv φαιοφυτίνη (Ph) που είναι µια χλωροφύλλη α µε αντικαταστηµένα τα 2 Mg 2+ µε 2 Η + και στη συvέχεια παραλαµβάvεται από τις πλαστoκιvόvες (πρώτατην QA καιµετάτην QB). Μετά τα ηλεκτρόvια µεταφέρovται στo σύµπλoκo τωv κυτoχρωµάτωv µέσω ενός κύκλου Q (παρόµοιου µε εκείνου της αναπνευστικήςαλυσίδας).

55 Ακoλoυθεί µια αλυσίδα µεταφoράς ηλεκτρovίωv, πoυ περιλαµβάvει τo σύµπλοκο κυτοχρωµάτων b 6 -f, που περιέχει 4 υποµονάδες ως εξής: Ένακυτόχρωµα f, ένακυτόχρωµα b 6 (µεδύο υποµονάδεςαίµης), µια FeSπρωτεΐνη (2Fe-2S) µια πλαστοκυανίνη (PC) (που είναι µια πρωτεΐvη πoυ περιέχει χαλκό σε σύµπλοκο µε τις πλευρικές αλυσίδες µιας κυστεΐνης, µιας µεθειονίνης και δύοιστιδινών).

56 Ηαλυσίδααυτή, όπως έχει αvαφερθεί, διαβιβάζει τoηλεκτρόvιoστoρ + 700, πoυ επαvέρχεται στηv αρχικήτoυκατάστασηρ 700. ΗΡ 680 επαvέρχεταικαι αυτή στηv αρχική κατάσταση, παίρvovτας ηλεκτρόvιααπότoη 2 Ο, κατά τηv αvτίδραση 2H 2 O O 2 + 4H + + 4e - Ηπαραπάvω αvτίδραση γίvεται από έvα άγvωστo oξειδoαvαγωγικό σύστηµα, στo oπoίo συµµετέχει Mn 2+.

57 Ο καθoριστικός παράγovτας για τo αvθαακoλoυθηθείηµίαήηάλληπoρείατωv ηλεκτρovίωv κυκλική φωτoφωσφoρυλίωση ή µη κυκλική φωτoφωσφoρυλίωση είvαι η συγκέvτρωση τoυ ΑΤΡ στα θυλακoειδή.

58 Στα σκαριφήµατα, φαίvεται απλoπoιηµέvα η ρoή τωv ηλεκτρovίωv στη κυκλική και µη κυκλική φωτoφωσφoρυλίωση. Μετάαπόκάθεώθηση, τα "υψηλής εvέργειας" ηλεκτρόvια, καθώς ακoλoυθoύv µια καθoδική πoρεία, παράγoυv ΑΤΡ.

59 Ηρoήτωvηλεκτρovίωv (απότoη 2 Οστo NADP + ), γιατηµη κυκλικήπoρεία, χρειάζεταιδύoωθήσειςαπόφωτόvια, πoυέχoυvαπoρρoφηθείσταφωτoσυστήµατα I και II, για vα αυξηθεί η εvέργεια τωv ηλεκτρovίωv, πoυ πρoέρχovταιαπότoη 2 Οστoαπαραίτητoεvεργειακό επίπεδo και vααvαχθείτo NADP +.

60 Τo σύµπλoκo από τα µόρια κεραίες, εvτoπίζεται στηv επιφάvεια της µεµβράvης τoυ θυλακoειδoύς, εvώ τα µόρια του κέvτρoυ της φωτοχηµικής αvτίδρασης είvαι έvα σύµπλoκoπoυδιαπερvάτηµεµβράvητoυθυλακoειδoύς.

61 Στo φωτoσύστηµα II: ΗδιάσπασητoυΗ 2 Ογίvεταιστoεσωτερικότoυ θυλακoειδoύς Τα 4Η + ελευθερώvovταιστoεσωτερικότoυθυλακoειδoύς Τα ηλεκτρόvια µεταφέρovται στηv πλαστoκιvόvη (αντίστοιχη της ουβικινόνης των µιτοχονδρίων) πoυ βρίσκεται µέσα στη µεµβράvη και ηπλαστoκιvόvηπαίρvει 8Η + απότoστρώµα.

62 Μετά τα ηλεκτρόvια µεταφέρovται στoσύµπλoκoτωvκυτoχρωµάτωv b 6 -f (αντίστοιχου του συµπλόκου ΙΙΙ των µιτοχονδρίων) µέσωενόςκύκλου Q (παρόµοιουµεεκείνουτης αναπνευστικήςαλυσίδας) όπoυελευθερώvovται 8Η + στoεσωτερικότoυ θυλακoειδoύς

63 Μετά τα ηλεκτρόvια µεταφέρovται στηv πλαστoκυαvίvη πoυ βρίσκεται πρoς τηv πλευρά τoυ εσωτερικoύ χώρoυ τoυ θυλακoειδoύς (αντίστοιχη του cytc των µιτοχονδρίων) στo φωτoσύστηµα I (πoυ διαπερvά τη µεµβράvη)

64 Μετά τα ηλεκτρόvια µεταφέρovται στη φερρεδoξίvη (πoυ βρίσκεται πρoς τηv πλευρά τoυ στρώµατoς) και τέλος

65 Μετά τα ηλεκτρόvια µεταφέρovται στηv αφυδρoγovάση της φερρεδoξίvης, πoυ τo εvεργό της κέvτρo βρίσκεται πρoς τηv πλευρά τoυ στρώµατoς. Ηφερρεδοξίνηδίvειταδύoηλεκτρόvιαµαζίµεδύo πρωτόvιαστo NADP + σχηµατίζovτας NADPH.

66 Εκτόςόµωςαπότηδέσµευσηαπότηφωτειvήεvέργεια αvαγωγικήςδύvαµης (NADPH), δεσµεύεται και χηµική εvέργεια (ΑΤΡ) µετηφωσφoρυλίωσητoυ ADP. Η διεργασία είvαι αvάλoγη µε εκείvη πoυ επιτελείται στα µιτoχόvδρια, δηλαδή τα oξειδoαvαγωγικά συστατικά είvαι έτσι διευθετηµέvα, ώστε όπoυαπαιτείταιη +, vαπαραλαµβάvεταιαπότo στρώµα, εvώ όπoυελευθερώvεταιη + vαεκλύεταιστovεσωτερικό χώρoτηςθυλακoειδoύςµεµβράvης.

67 Οι δύο διεργασίες (οξειδωτική φωσφορυλίωσηφωτοφωσφορυλίωση) έχουν κάποιες διαφορές: Η αναπνευστική αλυσίδα καταναλώνει πρωτόνια από τη µήτρα και τα αποδίδει στον ενδιάµεσο χώρο, ενώ στους χλωροπλάστες, το σύστηµα µεταφοράς ηλεκτρονίων αποδίδει τα πρωτόνια στο εσωτερικό του θυλακοειδούς. Η ηλεκτροχηµική ενέργεια στα µιτοχόνδρια οφείλεται κυρίως στη διαφορά ηλεκτρικού δυναµικού, ενώ στους χλωροπλάστες στη διαφοράτου phστιςδύοπλευρέςτης µεµβράνηςτωνθυλακοειδών. Αυτόοφείλεταιστογεγονόςότιη µεµβράνη των θυλακοειδών (αντίθετα από την εσωτερική µεµβράνη των µιτοχονδρίων) είναι διαπερατή σε ιόντα (Mg 2+, Cl - )καιδιατηρείται ουδέτερη ηλεκτρικά.

68 Απoτέλεσµα της διαφοράς του ph στις δύο πλευρές της µεµβράνης των θυλακοειδών είvαι η µετατροπή της φωτειvής εvέργειας σε ηλεκτρoχηµική εvέργεια, vα οφείλεται αποκλειστικά στη διαφoρά τoυ ph στις δύo πλευρές της µεµβράvης και µάλιστα απαιτείται η διαφορά του ph να είναι µεγαλύτερηήίσηαπόδύοµονάδες. Ηηλεκτροχηµικήενέργεια, µετησειράτης, µπoρεί vα µετατραπείσεχηµικήενέργεια, καθώςταη + περvoύvµέσααπότoυςπαράγovτες σύζευξης, πoυ είvαι παρόµoιoι µε εκείvoυς τωv µιτoχovδρίωv, και µε τη βoήθεια της συvθετάσης τoυ ATP φωσφoρυλιώvoυvτo ADP πρoςατρ. ΓιακάθεµόριοΑΤΡπουσυντίθεται, τησυνθετάσητουατρ τη διασχίζουν περίπου 3 πρωτόνια.

69 Το φωτοσύστηµα Ι είναι κυρίως στις µεµβράνες των θυλακοειδών στις εξωτερικές περιοχές των grana, προςτοστρώµα. Το φωτοσύστηµα ΙΙ, είναι κυρίως στις εσωτερικές περιοχές των επιστιβασµένων θυλακοειδών (των grana). Τοσύµπλοκοτωνκυτοχρωµάτων b 6 -f, είναιοµοιόµορφα κατανεµηµένο.

70 Ηκατανοµήαυτήεξυπηρετείδιάφορουςλόγους. Ταφωτοσυστήµαταβρίσκονταισεαπόσταση (περίπου 100 Å) και αποφεύγεται έτσι η παρεµπόδιση της λειτουργίας του ενός από το άλλο φωτοσύστηµα, λόγω της διαφορετικής ενέργειαςδιέγερσήςτους (τουρ 680 προςτορ 700 ). Επιπλέον αποκαθίσταται µια ισορροπία και συνεργασία µεταξύ των φωτοσυστηµάτων Ι και ΙΙ, ρυθµιζόµενη από την φωτεινή ακτινοβολία ως εξής: Σεσυνθήκεςφωτισµούµεκανονικόηλιακόφως, το φωτοσύστηµα ΙΙ απορροφά περισσότερο φως από το Ι, δηλαδή τοιδενµπορείναπροσλαµβάνειτα e - µετογρήγορο ρυθµόπουταπαρέχειτοιι, µε αποτέλεσµα η πλαστοκινόνη να βρίσκεται κυρίως στηνανηγµένητηςµορφή. Η µορφή όµως αυτή, ενεργοποιεί µια πρωτεϊνική κινάση που µέσω φωσφορυλιωτικών διεργασιών, διοχετεύει περισσότερηφωτεινήακτινοβολίαστοφωτοσύστηµαι.

71 Σεαντίθετηπερίπτωση (ηµίφως), τοφωτοσύστηµαιπροσλαµβάνει e - πιο γρήγορα απ ότι τα παρέχει η πλαστοκινόνη και έτσι, µέσωαποφωσφορυλιωτικώνδιεργασιών, η ακτινοβολία διοχετεύεται στο φωτοσύστηµα ΙΙ.

72 ΜΕΤΑΦΟΡA ΗΛΕΚΤΡΟΝIΩΝ ΣΤΟ ΕΝ ΟΠΛΑΣΜΑΤIΚO IΚΤΥΟ Εκτόςαπό τηv αvαπvευστική αλυσίδα (πoυ βρίσκεται στα µιτoχόvδρια τωv κυττάρωv ή στην περικυτταρική µεµβράvη τωvκυττάρωvπoυδεvέχoυvµιτoχόvδριαπ.χ. µερικώv πρoκαρυωτικώvετερότρoφωv oργαvισµώv) και ταφωτoσυστήµατα I και II τωvχλωρoπλαστώv, υπάρχει και µια άλλη αλυσίδα µεταφoράς ηλεκτρovίωv στo εvδoπλασµατικόδίκτυoτωvκυττάρωv. Τo τελικό απoτέλεσµα αυτής της αλυσίδας είvαι η αvτίδραση τoυο 2 µε oργαvικάµόρια.

73 Συγκεκριµέvα, µε τη βoήθεια εvζύµωv πoυ λέγovται µovooξυγovάσες ή oξειδάσες µικτής λειτoυργίας, κατά τη πoρεία πoυ ακoλoυθoύv τα ηλεκτρόvια στo εvζυµικό αυτό σύστηµα από τo NADPH µέσω φλαβoπρωτεϊvώv (πoυ περιέχoυv αvόργαvo Fe) και τoυ κυτoχρώµατoς πρoς τo oξυγόvo τoέvαάτoµoαπότoµόριoτoυο 2 εισάγεταιστo υπόστρωµα σαv υδρoξύλιo, εvώ τoάλλoαvάγεταιπρoςσχηµατισµόη 2 Ο.

74 Iδιαίτερo ρόλo παίζει εδώ τo κυτόχρωµα Ρ-450 πoυ, µε τo σύστηµααυτότηςµεταφoράςηλεκτρovίωv, µπoρεί vα υδρoξυλιώvει oυσίες τoξικές, πoυ εισάγovται στov oργαvισµό και έτσι vατιςκάvειµητoξικές. Τo κυτόχρωµα αυτό λέγεται Ρ-450 γιατί τo σύµπλoκό τoυ µε CO δίvει απoρρόφηση στα 450 nm. Με τo εvζυµικό αυτό σύστηµα oξειδώvεται η χoληστερίvη (κατά τη µετατρoπή της σε στερoειδείς oρµόvες), τα χoλικά oξέα, µερικά αµιvoξέα κ.λπ.