Vad händer med vätejonerna som finns i ljusreaktionen av fotosyntesen?
Hej! Jag håller just nu på att lära mig om ljusreaktionen av fotosyntesen och har en fråga angående vätejonerna som används i den. Det tillförs vätejoner till tylakoidlumen när vattenmolekyler spjälkas i fotosystem II. Men vart tar alla vätejoner som tillförs vägen? Jag vet att en del av vätejonerna i stroma används för att bilda NADPH som behövs i calvincykeln. Men bildas det tillräckligt med glukos i calvincykeln så att mängden vätejoner hålls konstant kring området eller kommer antalet vätejoner att öka så länge växten kan utföra fotosyntes? Hade det ens påverkat processen på någon sätt?
Kolla längst till höger i bilden, där sker ett flöde av protoner, fast åt motsatt håll i ATP-syntaset.
De ljusberoende reaktionerna i PSI och PSII leder till att protonkoncentrationen i lumen ökar (pH sjunker). På så sätt bildas en elektrokemisk gradient mellan membranet på lumensidan och på stromasidan. Det är i princip en koncentrationsskillnad av vätejonerna, som ger en koncentrationsgradent av vätejoner (men man brukar beskriva det som en "elektro-" "kemisk-" gradient, då vätejonerna också har en laddning, men detta är nog överkurs för Bi2).
Skillnaden i koncentrationen av vätejoner tillåts att delvis utjämnas i ATP-syntaset, under kontrollerade former. Det finns i princip en potentiell energi lagrad (högt konc. inne i lumen, och lägre i stroman), och denna energi/skillnad gör att protoner gärna rör sig mot den lägre koncentrationen för att utjämna skillnaden. Och det är precis vad ATP-syntaset gör, i samband med att ADP och Pi kombineras till ATP - energin som används för denna reaktion tas ifrån utjämningen av protonkoncentrationen.
PSI och PSII bygger upp en koncentrationsskillnad ("potentiell energi") och när protoner "släpps tillbaka" av APT-syntaset används denna energi för att skapa ATP.
Jag känner att jag förstår hur själva ljusreaktionen sker och att vätejoner rör sig genom membranet från stroma till lumen och tvärttom. Men jag tänker mera att spjälkningen av vattenmolekyler alltid tillför vätejoner till lumen. Lämnar de tillförda vätejonerna någonsin det här kretsloppet? Kan det finnas för många vätejoner i den här processen?
Tänker typ att om vätejonkoncentrationen är för hög för att det alltid tillförs vätejoner så sänks pH i cellen och kanske förstör processen på något sätt. Jag vet att många kemiska processer i kroppen behöver ett särskilt pH-värde för att fungera som de ska.
Ja PSI och PSII ser till att protoner importeras, med följden att koncentrationen ökar i lumen. Men, ATP-syntaset gör precis motsatsen - det låter vätejoner strömma ut ur lumen. Vatten kan röra sig in/ut, och syrgas också. Så det blir ingen nettoökning av antalet vätejoner, utan allt är i balans. Fotosystemen ökar antalet vätejoner och ATP-syntaset ger en motsvarande minskning.
pH i lumen är lägre än i resten av cellen, speciellt under förhållanden med mycket ljus. Och att denna organell kan hålla ett lägre pH än resten av cellen, är en förutsättning för att kunna driva ATP-syntaset.
Miljön i cellernas organeller skiljer sig från miljön i cellens cytosol, det är lite av poängen med organellerna - att det i organellerna kan ske saker/reaktioner som inte går att göra i cytosolen, samt reaktioner (t.ex. fotosyntes och bildande av kolhydrater i kloroplaster) som behöver hållas åtskilda från andra reaktioner (oxidation av ämnen i mitokondrien).
Aa okej det låter ju rimligt. Så om jag har fattat rätt är enda sättet som vätejoner lämnar området kring membranet är genom bildning av ATP som sedan används i calvincykeln?
Vätejoner som släpps ut i stroma av ATP-syntaset förbrukas i samband med att NADP+ reduceras till NADPH. Och dessa väten (egentligen hydridjoner i NADHP, alltså ett väte men med två elektroner (H-)) förbrukas i sin tur under bildandet av bl.a. glukos och andra biokemiska reaktioner i cellen. Så de vätejoner som bildas av PSII förbrukas sedan i andra reaktioner.
(Det finns dessutom transportproteiner som kan utjämna vätejonkoncentrationerna, och därmed reglera pH, mellan de olika sidorna av membranen, men detta sker endast för att finjustera. )
Okej, då förstår jag bättre. Tack så mycket för hjälpen!
En sak till som jag kom på nu i efterhand. Det finns en möjlighet att kompensera för att pH ökar eller minskar i växtceller, där vätejoner kan transporteras in/ut ur vakuolerna. På så vis kan det när vätejonkoncentrationen ökar, ske ett flöde av vätejoner från kloroplast => cytoplasma => vakuol. Och omvänt när vätejonkoncentrationen minskar i cytoplasman (t.ex. p.g.a. att joner tas upp i kloroplast) kan vätejoner transporteras tillbaka från vakuolerna.
