Фотофосфорилација

Фотофосфорилација − производство на ATP со помош на енергијата од сончевата светлина. Во глобала, постојат само два извори на енергија за живите организми: сончева светлина и оксидационо-редукциони (редокс) реакции. Сите организми произведуваат АTP, кој е универзална енергетска валута на животот.

При фотофосфорилацијата, светлосната енергија се користи за да се создаде високо енергетски електронски дарител и ниско енергетски електронски примател. Потоа електроните се движат спонтано од дарителот кон примателот преку електрон-пренесувачки ланец.

Основни процеси

АTP се создава од страна на ензим наречен АТФ-синтаза. Градбата на овој ензим и неговиот соодветен ген е забележливо слична кај сите форми на живот.

АТФ-синтазата е поттикната од трансмембрански електрохемиски потенцијален градиент, кој обично е во форма на протонски градиент. Функцијата на електрон-пренесувачкиот ланец е да го произведе овој градиент. Кај сите живи организми се користат серии на редокс реакции за да се создаде трансмембрански електрохемиски потенцијален градиент, т.н. протонска движечка сила (ПДС).

Редокс реакциите се хемиски реакции при кои електрони се пренесуваат од молекула-дарител на молекула-примател. Соодветната сила која ги движи овие реакции е Гибсовата слободна енергија на реактантите и производите. Таа претставува енергија достапна (“слободна”) за да се врши работа. Секоја реакција која ја намалува целосната Гибсова слободна енергија на даден систем ќе продолжи спонтано да тече.

Преносот на електрони од високо енергетска молекула (дарител) на ниско енергетска молекула (примател) може делумно да се оддели на серии од интермедиерни редокс реакции. Ова е електрон-пренесувачкиот ланец.

Самиот факт што една реакција е термодинамички можна, не значи дека всушност ќе тече. Смеса од водороден гас и кислороден гас не се запалува спонтано. Прво е потребно да се обезбеди активациона енергија или да се намали внатрешната активациона енергија на системот со цел повеќето биохемиски реакции да течат во поволен правец. Живите системи користат макромолекулски структури за да ги намалат активационите енергии на биохемиските реакции.

Можно е да се спари термодинамички поволна реакција (преодна фаза од високо енергетска до ниско енергетска состојба) со термодинамички неповолна реакција (како на пример, одделување на електрични полнежи или создавање на осмотски градиент), на начин со кој целосната слободна енергија на системот ќе се намалува (правејќи го термодинамички можен) додека се врши корисната работа во исто време. Биолошките макромолекули кои катализираат термодинамички поволна реакција ако и само ако термодинамички неповолна реакција се одвива симултано се присутни кај сите познати форми на живот.

Електрон-пренесувачките ланци (ЕПЛ) произведуваат енергија во форма на трансмембрански електрохемиски потенцијален градиент. Оваа енергија се употребува за вршење на корисна работа. Градиентот може да се користи и за пренесување на молекули преку мембрана. Може да се користи за вршење механичка работа, како при ротирањето на бактериските камшичиња. Се користи и за производство на АТР и NADPH, високо енергетски молекули кои се неопходни за раст.