Photosynthesis - The Light Reactions - Glenn Wolkenfeld

Photosynthesis : part A - The Light Reactions
Amusical Lecture by Glenn Wolkenfeld

A music Lecture by Glenn Wolkenfeld
Boys and girls tell me what you think of this,
Time for a lesson ‘bout photosynthesis
Cells use light to combine water carbon dioxide.
Gonna see electrons going for a wild ride.
Making sugar, making sweet O¬2.
But why should photosynthesis matter to you?
Food on your table.
O2 rich atmosphere.
Without photosynthesis you simple wouldn’d be here.

( Part I, The Big Picture)
Photosynthesis is a redox reaction.
Powered by light using enzymatic action.
Water’s oxidized, CO2’s re duced
The sugar that results you drink in orange juice.
The overall reaction has two phases.
First is the light reactions which has as its basis.
Light powered production of ATP.
O2 is the by – product and you will see.
Production of electron carrier NADPH
Which provides reducing power needed in the second phase
‘Cause NADPH, during phase 2
Provides what’s needed for reducing CO2
NADPH ia made by a reduction of NADP+, whose function
Is to absorb electrons and pick up H,
Gaining energy and making NADPH.
Phase 2 is the Calvin Cycle makes carbohydrate,
Like sugar and starches and fibers on your lunch plate.
It’s how plants make food animals eat.
Photosynthesis, it’s so sweet!

(Part II: Chloroplasts, Thylakoids, Light, and Chlorophyll)
In a lesf there’s mesophyllic tissue
And cells with chloroplasts key to the issue.
Chloroplasts are almost like cells in every way,
With their own ribosomes and their own DNA.
They even reproduce themselves, splitting into half.
A clue for this organelle’s independent past.
This theory has a name endosymbiosis,
Developed in the 60s by Lynn Margulis.
Inside the chloroplast is the fluid stroma.
It’s true in Tokyo.
It’s true in Roma.
Stroma syrrounds little thylakoids.
Each one has a hollow space inside.
The thylakoid’s membrane is loaded with protein.
‘Cause it’s the light reactions’ scene.
It’s all about using light for powering electrons,
All about grabbing the power in photons.
The photons needed are are those from light,
Which has the energy to make the world bright.
The highest frequency that we can see,
Is violet light with wavelength 380.
380 nanometers, sounds small,
But next to gamma rays it’s rather tall.
Red light shines at 750.
Isn’t the visible spectrum nifty?
Photons are packets of light energy,
Both a wave and a particle, you see.
Phootins get adsorbed by pigments.
It’s real, it’s true, it ain’t no figment!
Most important are green chlorophylls.
Orange carotenoids, and yellow xanthophylls.
Together they absorb light, mostly red and blue.
The green is not absorbed it reflects back to you.
In chlorophyll see the porphyrin ring.
See the magnesium, which makes you want to sing,
Magnesium, metal with valence two.
You’ll see those electrons rocketing through.
Notice the tail, a hydrocarbon chain.
Which anchors chlorophyll into the thylakoid membrane.
A molecule with style, so pretty,
In the thylakoid it makes electricity!

( Part III)
Englemann showed us the action spectrum.
Used a prism to break the sun’s
Light into its frequencies.
Shone it on spirogyra, filamentous algae.
The O2 algae make will stimulate bacteria.
Which will grow in any oxygen – rich area.
Bacteria loved it over blue and red,
But hardly grew over green, they might as well be dead!
The line of growth is a refection, of photosynthesis’ action spectrum.
Note this won’t match, exactly,
The absorption spectra of chlorophyll a or b.
‘Cause the cartenoids and xanthophylls we’ve met,
Absorb light frequencies the chlorophylls can’t get.
And in the thylakoid they all cooperate,
In using light to synthesize carbohydrate.
Consider chlorophyll in isolation,
Shine some light upon it (call it photoexcitation)
The valence electrons in magnessium
Jump to an excited state, it’s so fun!
But once up at that level, they can only fall.
Back to where they started, like a bouncing ball.
These falling alectrons, release energy,
Fluorescing as red light, as you can see.
But in thylakoids, chlorophyll’s not alone,
Instesd a photosystem is chlorophyll’s home.
The photosystem’s parts can take photons,
And use their energy to move electrons.
The system’s antenna complex does the first capture,
Changing photon anergy into electron rapture.
The energized electrons bounce like a ball,
At the reaction center, they jump but do not fall.
A primary electron acceotor grabs them from on top,
And yanks them with a force reaction center cannot stop.
To this oxidized reaction center we’ll return,
But the details of electron flow it now is time to learn.

( Part IV) ATP Synthesis in Non – Cyclic Electron Flow.
Non - cycle flow is the main pathway.
Much confustion relates to the way
Hootoystm II precedes photosystem I.
It’s a fct to memorize, just get it done!
PS II’s antenna captures a photon,
Generates a flow of electrons.
All around the world, even n Haiti,
They flow to reaction center P680.
There electrons do not hover,
Electron acceptor passes them over.
To the electron transport chain,
In the thylakoid membrane.
This chain’s like a bucket brigade.
Each molecule has a similar trade.
They take energized electrons,
And use their energy for pumping protons.
From stroma to the thylakoid space.
Packing protons into that place.
This makes a gradient across the thylkoid membrane
The protons want “out” or they’ll go insane.
But the protons can’t permeate.
The membrane won’t allow escape.
There’s only one port through which they travel.
It’s the ATP Synthase channel.
The “-ase” tells you this is an enzyme.
Which makes ATP all the time.
It has binding sites for ADP and Pi,
And channels for diffusing protons whose knetic energy.
Changes the binding sites’ conformation.
Fusing ADP with Pi which for your information.
Is how thylakoids make ATP.
Life’s key form of energy.
From respiration this might feel familiar.
ATP is made this way in mitochondria.
Chemiosomosis is the name
ATP production is the game.

( Part V: NADPH Synthesis in Non – Cyclic Elecron Flow)
Back to our electons moved by the sun.
Flowing from Photosystem II to System I.
They get to PS I lke a used up battery.
The transport chain used up their energy.
But when light hits PS I’s antenna
Electrons boune to reaction center.
This one’s P700,
That wavelength makes electrons go!
PS T’s electron acceptor grabs them away,
Leaving P700 in an oxidized way.
And P700 with its oxidized blues accepts the alectrons from PS II.
Bak to electron from PS I.
It now gose for a ride, having its own fun.
But powering proton pumps ain’t its fate.
It travels to NADP+ reductase.
An enzyme plant cells count upon.
To pass some H and electrons.
To NADP+ which gets reduced.
It’s how NADPH get produced.

(Part VI: Oxygen Production in Non – Cycli Electron Flow)
The by – product of these light reactions
Is oxygen here’s how it happens.
Back PS II, it came to arise,
That P680 got oxidized
To replace lost electrons P680 liberates.
Electrons from water which dissociates.
Into one oxygen and protons two,
The single O will meet anoher forming O2.
These protons are formed in the thylakoid space.
Increasing proton concentration in that place.
So we see a side effect of water’s oxidation.
Is enhancement of ATP creation.

Quang hợp: phần A- Các phản ứng sáng
Một bài giảng bằng nhạc của Glenn Wolkenfeld

Các bé trai và các bé gái hãy nói cho thầy biết các em nghĩ thế nào về điều này,
Đến lúc chúng ta cùng học một bài về quang hợp
Các tế bào dùng ánh sáng để hoá hợp nước và cạc-bon-đi-ô-xit
Chúng ta sẽ thấy các điện tử nhào lên du hí rộn ràng (một cuộc đua bạt mạng)
Tạo nên đường, tạo ra khí O2 thân thương
Nhưng vì sao quang hợp lại \\\"thành vấn đề\\\" với các em nhỉ?
Thực phẩm bày trên bàn ăn của các em
Bầu không khí giàu O2 các em thở
Nếu như không có quá trình quang hợp thì, đơn giản là, các em sẽ không thể ngồi đây

(Phần I, Bức tranh tổng thế)
Quang hợp là một phản ứng oxi hoá khử
Được cung cấp năng lượng bởi ánh sáng dưới tác động của enzim
Nước bị oxi hoá, CO2 bị khử
Thành quả tạo ra đường trong nước cam các em uống
Toàn bộ quá trình phản ứng có hai pha (giai đoạn)
Đầu tiên là các phản ứng quang, cần phải có để làm nền tảng
Ánh sáng cung cấp năng lượng cho vệc sản xuất ATP
O2 là phụ phẩm và các em sẽ thấy
việc tạo ra chất mang điện NADPH, chất này sẽ cung cấp năng lượng khử cần thiết pha 2 (pha tối).
Bởi NADPH, trong suốt pha 2
Cung cấp những gì cần thiết để khử CO2
NADPH lại được tạo ra trong quá trình khử NADP+, chất mà chức năng của nó
Là hút các điện tử và \\\"tóm\\\" lấy H,
Thu năng lượng và tạo ra NADPH
Pha 2 là chu trình Canvin tạo ra cạc-bon-hi-đrát,
Như đường và tinh bột và chất xơ trên dĩa đồ ăn trưa của mấy em
Đó là cách thực vật tạo ra đồ ăn để động vật xơi
Quá trình quang hợp thật tuyệt vời!

(Phần II: Lục lạp, Thy-la-cô-ít, ánh sáng, và chất diệp lục)
Trong một cái lá có các mô diệp nhục [nói trắng ra là thịt lá^^]
Và các tế bào với các hạt diệp lục, chìa khóa của vấn đề
Các hạt diệp lục gần như y hệt các tế bào theo mọi phương diện,
Với các ri-bô-xôm của riêng mình và ADN của riêng mình,
Chúng thậm chí còn tự sinh sản được, bằng cách phân đôi.
Một manh mối cho thấy cái quá khứ từng sống độc lập của nội bào quan này
Giả thuyết này mang tên là endosymbiosis –cộng sinh trong(*)
Được phát triển vào thập niên 60 bởi Lynn Margulis
Trong lục lạp và chất dịch [nền] strô-ma.
Đó là sự thực ở Tô-ky-ô
Đó là sự thực ở Rôma [2 câu này hình như nói cho có vần]
Strô-ma bao bọc những thy-la-cô-ít bé nhỏ
Mỗi cái túi lại có những khoang rỗng bên trong [nên gọi là túi thy-la-cô-ít]
Màng của thy-la-cô-ít có khảm prô-tê-in
Bởi nó là nơi xảy ra các phản ứng sáng
Nó “chuyên” dùng ánh sáng để “tiếp sức” cho các điện tử,
“Chuyên” “thâu tóm” sức mạnh trong các phôton
Các phôton cần thiết là những phôton được lấy từ ánh sáng
Mà có năng lượng để thắp sáng thế giới này
Tần số cao nhất ta thấy được,
Là ánh sáng tím với bước sóng 380.
380 na-nô-mét, nghe thì nhỏ xíu,
Nhưng nếu so với tia gam-ma thì nó khá cao đấy
Ánh sáng đỏ tỏa ra tại con số 750
Phải chăng quang phổ nhìn thấy được là có ích?
Các phôton là các túi chứa quang năng,
Vừa là sóng, vừa là hạt, các em thấy đó.
Photon được hấp thụ bởi các sắc tố
Điều đó là thật, là đúng là không phải bịa!
Quan trọng nhất la diệp lục tố (clo-ro-phin _màu xanh lục)
Ca-rô-ten-nô-ít màu cam, hoàng diệp tố (Xan-to-phin_màu vàng)
Cùng nhau, chúng hấp thu ánh sáng, chủ yếu là đỏ và xanh dương.
Ánh sáng xanh lục không được hấp thu và phản xạ lại các em
Trong diệp lục tố ta thấy các vòng poc-phi-rin
Thấy Magiê, thứ sẽ làm các em “yêu đời phơi phới”, muốn hát ca nhảy múa
Magiê, kim loại hóa trị hai.
Các em sẽ thấy các điện tử lao như tên bắn qua đó
Chú ý cái “đuôi”, một chuỗi hi-đrô-các-bon
Mà dùng để giữ chặt diệp lục trong màng thy-la-cô-ít
Một phân tử có phong cách, có cá tính, quá dễ thương
Trong thy-la-cô-ít nó tạo ra điện!

(Phần III)
Englemann đã cho chúng ta thấy quang phổ tác động (?)
Dùng một lăng kính “bẻ” ánh sáng mặt trời ra từng tần số khác nhau của nó lên tảo xoắn, tảo sợi (?)
Oxi tảo tạo ra sẽ kích thích vi khuẩn
Thứ sinh vật sẽ phát triển ở bất cứ vùng giàu oxi nào
Vi khuẩn khoái được phơi dưới ánh sáng xanh dương và đỏ,
Nhưng khó lòng mà phát triển nổi dưới ánh sáng xanh, thậm chí chúng sẽ “ngủm” luôn!
Đường biểu diễn sự phát triển là một sự phản ánh, của tác động của quang phổ đến quang hợp
Chú ý rằng [biểu đồ] sẽ không “khớp” một cách tuyệt đối
Với việc hấp thụ các quang phổ của diệp lục tố loại a hay b
Bởi ca-rô-ten-nô-ít và xan-tho-phin chúng ta đã đề cập,
Hấp thu được các tần số ánh sáng mà diệp lục tố không lấy được.
Và trong thy-la-cô-ít thì chúng đều “bắt tay”
Trong việc dùng ánh sáng tổng hợp cạc-bon-hi-đrát.
Giả sử cô lập diệp lục tố,
Rồi chiếu ánh sáng lên nó (gọi là sự quang kích thích)
Các điện tử tạo nên hóa trị trong ma-giê
Nhảy sang trạng thái kích thích, vui lắm cơ!
Nhưng một khi đã đạt tới mức đó, chúng chỉ còn có thể rớt tụt xuống thôi
Trở về điểm xuất phát, như một quả banh đang tưng
Những điện tử rớt xuống giải phóng năng lượng,
Phát huỳnh quang như ánh sáng đỏ, như các em thấy đó.
Nhưng trong thy-la-cô-ít, diệp lục không ở một mình
Thay vào đó nguyên một hệ thống quang hóa là “mái ấm” của diệp lục tố
Các “thành viên” (các thành phần của hệ thống quang hợp) có thể nhận phô-ton,
Và dùng năng lượng của chúng di chuyển các điện tử
Phức hợp “ăng ten” của hệ thống sẽ “ra quân” đi tóm đầu tiên
Chuyển đổi năng lượng phô-ton thành sự kích thích [như mới phê thuốc] của các điện tử
Các điện tử đã được “sạc” đầy nảy tưng tưng một quả banh,
Ở trung tâm của phản ứng, chúng nhảy ào ra nhưng không té xuống
Một chất nhận electron đầu tiên ở trên đỉnh sẽ chụp lấy chúng,
Và kéo mạnh chúng với một lực mà trung tâm phản ứng không thể ngừng được
Chúng ta sẽ quay về phản ứng oxi hóa này,
Nhưng chi tiết về luồng điện tử thì giờ đến lúc tìm hiểu rồi đây

(Phần IV) Tổng hợp ATP ở con đường chuyển hóa điện tử không vòng
Còn đường chuyển hóa điện tử không vòng là con đường chính
Có rất nhiều người mơ hồ về cái cách mà hệ quang hóa II lại đứng trước hệ quan hóa I.
Đó là một sự thật cần phải ghi nhớ, cứ biết vậy đi!
“Ăng ten”(**) của hệ quang hóa (PS) II tóm được một phô-ton,
Sinh ra một luồng điện tử.
Trên khắp thế giới, thậm chí ở Haiti,
Thì chúng vẫn phải chạy đến trung tâm phản ứng P680
Ở đó điện tử không thể tung tăng lang thang,
Mà chất nhận điện tử sẽ đẩy chúng đến chuỗi truyền điện tử,
Trong màng thy-la-cô-ít
Chuỗi này giống như một đoàn tàu chứa
Mỗi phân tử đều có “công ăn chuyện làm” tương tự nhau
Là chúng nhận những điện tử đã “sạc” năng lượng,
Và dùng năng lượng của chúng để bơm prồ-ton
Từ strô-ma đến khoang thy-la-cô-ít
“Nhồi” lũ prồ-ton vào trong đó
Điều này tạo ra một sự biến thiên từ bên này sang bên kia của màng thy-la-cô-ít
Các prồ-ton muốn “chuồn” hoặc chúng sẽ phát điên lên
Nhưng prồ-ton không thấm (đi xuyên)qua được
Màng không cho phép “vượt ngục”
“Cổng thành” duy nhất ra được”
Là kênh ATP synthaza
Đuôi “-aza” cho các em biết đây là một enzim
Luôn luôn tạo ra ATP.
Nó có các vùng liên kết giữa ADP và Phốt pho (i để ở chỉ số chân nghĩa là vô cơ)
Và các kênh khuếch tán prồ-ton mà động năng của nó
Thay đổi cấu tạo của các vùng liên kết
Hợp nhất ADP với phốt pho, nói vậy đế cho các em biết,
Đó là cách mà thy-la-cô-ít tạo ra ATP [a đề nô sin đi (nghĩa là 2) phốt phát mà cộng thêm một phốt pho(?) thì thành tri (3) phốt phát]
Dạng năng lượng chìa khóa của sự sống
Xét từ hô hấp thì điều này có vẻ rất thân thuộc rồi
ATP cũng được sản xuất kiểu này ở ty lạp thể
Hoá thẩm thấu là tên gọi
Việc sản xuất ATP là cuộc chơi

(Phần V: Tổng hợp NADPH trong con đường vận chuyển điện tử không vòng)
Trở lại với các điện tử bị chuyển dịch bới mặt trời
“Chạy” từ hệ quang hóa II về hệ I
Chúng đến PSI như là một cục pin đã cạn
Chuỗi truyền đã vắt kiệt năng lượng của chúng
Nhưng khi ánh sáng chiếu tới ăng ten của PS I
Điện tử phóng vụt đến trung tâm phản ứng
Cái này là P700,
Bước sóng đó làm điện tử “lên đường”!
Chất nhận điện tử của PS1 gom chúng đem đi
Bỏ lại P700 đã bị oxi hóa
Và P700 với màu xanh dương do đã bị oxi hóa nhận thêm điện tử từ PSII.
Trở lại với điện tử ở PSI.
Giờ nó đã đi du hí, hưởng niềm vui riêng
Nhưng việc “tiếp sức” cho các bơm prồ-ton chẳng phải “sứ mệnh” của nó
Nó đi đến men khử NADP+
Một enzim mà các tế bào thực vật vô cùng tín nhiệm
Giao việc chuyển vài H và điện tử
Đến NADP+ đã bị khử
Đó là cách NADPH hình thành.

(Phần VI: việc tạo Oxi trong con đường vận chuyển điện tử không vòng)
Phụ phẩm của các phản ứng quang này
Là oxi, còn sau đây là cách việc đó xảy ra
Trở lại PSII, xuất hiện một điều,
Là P680 bị oxi hóa
Để bù vào các điện tử P680 đã phóng thích ra
Các điện tử từ nước tách ra
Thành một nguyên tử oxi và hai prồ-ton
O lẻ loi đó sẽ “se duyên” với một “con” khác tạo nên O2
Các prồ-ton này được hình thành trong khoang thy-la-cô-ít
Tăng nồng độ prồ-ton ở nơi đó
Nên ta sẽ thấy một “tác dụng phụ” của việc oxi hoá nước
Là tăng cường việc tạo ATP.

Dốt nát còn nhiều sai sót, có ai biết nhiều sửa giúp ^^

(*)google: An endosymbiont is any organism that lives within the body or cells of another organism, i.e. forming an endosymbiosis (Greek: ἔνδον endon \\\"within\\\", σύν syn \\\"together\\\" and βίωσις biosis \\\"living\\\"). ...

Một endosymbiont là bất cứ SV nào sống trong cơ thể này tế bào của 1 Sv khác, nghĩa là tạo nên 1 sự cộng sinh trong (tiếng HY Lạp: ἔνδον endon là trong, σύν syn \\\"together cùng nhau, βίωσις biosis \\\"living\\\" sống
(**) nguồn: holan ^^:là một phức hợp thu ánh sáng, tạo bởi một cặp phân tử diệp lục tố a - dimer=trung tâm phản ứng quang hóa - với vài trăm phân tử sắc tố phụ như dlt b, carotenoid...