דוח מעבדה בנושא פוטוסינתזה ופיגמנטים מגישות:
מבוא
במעבדה זו עסקנו בנושא פיגמנטים ופוטוסינתזה. פוטוסינתזה הינה ריאקציה שבה מולקולות פחמן דו חמצני ומים הופכים, בנוכחות אור, לסוכרים וחמצן. זוהי למעשה הריאקציה היחידה בטבע שבה מחמצנים את החמצן. תהליך הפוטוסינתזה מתחיל בריאקציה הנקראת ריאקציית האור בה נלכדת אנרגיה מהשמש המומרת דרך שרשרת מעבר אלקטרונים בממברנות של התילקואידים לאנרגיה כימית. התהליך מתאפשר בזכות נוכחותם של הפיגמנטים המסוגלים לבלוע אור. כל פיגמנט מעוגן עם חלבון לממברנה של התילקואיד כאשר החלבון משפיע על רמת הבליעה של הפיגמנט. לכל הפיגמנטים הבולעים אור, בתחום האור הנראה יש מערכות של קשרים כפולים מצומדים מאחר ורזוננס הכרחי ליכולת לבלוע אור.
הפיגמנטים מאורגנים ביחידות הנקראות Photosystem (PS) כאשר כל PS מכיל אנטנות ומרכזי ריאקציה. הפיגמנטים מרכיבים את מולקולות האנטנות האוספות את שטף הפוטונים ומעבירות אותו למרכבי הריאקציה סוג אחד של פיגמנט הינו הכלורופיל והוא בעל מבנה מאוד דומה ל-Heme בהמוגלובין אך בנוסף הוא מכיל טבעת חמישית. הוא בעל מגנזיום בטבעת הפורפירינית ובנוסף הוא בעל זנב שומני המאפשר לו להיות מעוגן לממברנה. ספקטרום הבליעה של כלורופיל הוא בעל שני פיקים- פיק ראשון בערך ב-660nm (אדום) ופיק שני בערך ב-428nm (כחול). זו הסיבה לכך שפיגמנט הכלורופיל נראה בצבע ירוק. כשפוגע אור יש קפיצת אלקטרון לרמה גבוה יותר, כלומר לרמה מעוררת, האלקטרון מסוגל לקלוט פוטון רק בטווח האור האדום או הכחול. כמו שהאנרגיה נכנסת היא גם יכולה לצאת.
הריאקציה נקראת פלואורסנציה, כאשר האלקטרון חוזר למצב היציב הוא מחזיר אור. הוא תמיד יחזיר אורך גל ארוך יותר אשר מכיל פחות אנרגיה עקב איבוד חום. ישנם שני סוגים עיקריים של כלורופילים- כלורופיל a וכלורופיל b והם בעלי טווח בליעה שונה ויש ביניהם הסטה של 20nm לכל כיוון, כך למעשה הצמחים יכולים לנצל טווח רחב יותר של ספקטרום האור. פיגמנט נוסף הינו הקרטנואיד. גם לו, כמו לכלורופיל יש מערכות של קשרים כפולים מצומדים אך ההבדל הגדול בין המבנים הוא שלקרטנואיד אין טבעת. הקרטנואיד הוא בעל דרגות חופש רבות ולכן כאשר נקלטת אנרגיה הוא מבצע ויברציות. ליד כל כלורופיל מצוי קרטנואיד שתפקידו הוא "שסתום ביטחון", כלומר, מונע כניסה של אור עודף על ידי פיזורו כחום ולכן אינו מחזיר אור פלואורסנטי.
במערכת קיימים שני מרכזי ריאקציה הנקראים PSII ו-PSI בהם מתרחשת הפעילות הפוטוכימית. כל האנרגיה מגיעה לשם בצורה רנדומלית. ישנה מערכת של אנטנות במצב יציב, האור פוגע והאלקטרון עובר עירור. העירור עובר בין האנטנות עד למרכז הריאקציה וזאת מאחר והמרכז יציב יותר מהאנטנות. מרכז הריאקציה מסוגל להוציא אלקטרון מהכלורופיל, דבר שהאנטנות לא מסוגלות לעשות. כעת מתחילה שרשרת העברת האלקטרונים הכוללת תהליכי חמצון חיזור. הקומפלקס הראשון שמתחיל את התהליך הינו PSII ומקור האלקטרונים לתהליך הוא מולקולת מים, מכל שתי מולקולות מים משתחררת מולקולת חמצן אחת.
האלקטרונים מועברים לקומפלקס נוסף בממברנה של התילקואיד והוא נקרא ציטוכרום b6f  ולבסוף למרכז הריאקציה השני PSI.
בסך הכל מארבעה אלקטרונים המועברים בתהליך משתחררים עשרה פרוטונים ללומן של התילקואיד ושתי מולוקלות NADPH. גרדיאנט הפרוטונים שנוצר מאפשר את סינתזת ה-ATP.
בסוף ריאקציית האור מתקבלות מולקולות ATP ו-NADPH המפעילות את מעגל קלווין. תהליך זה מתרחש בסטרומה של הכלורופלסט ומתחלק לשלושה שלבים. השלב הראשון הוא קיבוע הפחמן שפירושו הפיכת תרכובת אי אורגנית לתרכובת אורגנית.
התהליך מתבצע על ידי האנזים רוביסקו. שלב זה נקרא קרבוקסילציה במהלכו נקלט הפחמן הדו חמצני מהאוויר ויחד עם סוכר בעל חמישה פחמנים (ריבולוז-1,5-ביספוספט) הם יוצרים תוצר ביניים ששה פחמני העובר ביקוע על ידי מים לשתי מולקולות אורגניות תלת פחמניות. תהליך זה אינו דורש אנרגיה. לרוביסקו יש אפיניות גם לחמצן ובתהליך האוקסיגנציה הוא מבקע את מולקולת החמישה פחמנים בעזרת חמצן ומים לקבלת שתי מולקולות, אחת בעלת שני פחמנים ושניה בעלת שלושה פחמנים. כלומר, הריאקציות קרבוקסילציה ואוקסיגנציה הינן ריאקציות מתחרות כאשר החמצן הינו מעכב תחרותי לריאקציית הקרבוקסילציה.
מולקולת השני פחמנים פוספוגליקולט שהתקבלה בתהליך האוקסיגנציה הינה רעילה לצמח לכן קיימת ריאקציה הנקראת פוטורספירציה. בריאקציה זו מחברים שתי …