Фотосинтез – сложный процесс, включающий целую систему химических реакций. Он растягивается во времени и состоит из двух фаз. Первая фаза протекает только на свету и называется световой фазой. Вторая, темная, фаза не зависит от энергии света и протекает как на свету, так и в темноте.
На свету
Световая фаза начинается с попадания квантов света в молекулы хлорофилла, расположенные внутри тилакоидов – плоских дискообразных мембранных цистерн.
При этом молекулы хлорофилла переходят в возбужденное состояние и теряют электроны. Вместо потерянных электронов они приобретают электроны от молекул H₂O или ионов OH¯.
Происходит разложение воды (фотолиз) и выделение газообразного кислорода, инициируемое хлорофиллом. Одна молекула кислорода образуется из двух молекул воды.
2Н₂О → 4Н⁺ + 4е¯ + О₂
Свободные электроны и водород проходят через сложную цепь веществ-переносчиков и закрепляются в молекулах НАДФН₂.
За счет энергии возбужденных электронов происходит также синтез молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.
Если кислород считается побочным продуктом световой фазы, то АТФ может считаться основным, т к его энергия будет затрачена на образование органических веществ из СО₂ в темновой фазе.
Таким образом, энергия света становится энергией химических связей АТФ.
На свету и в темноте
Темнофазные реакции происходят вне тилакоидов, в строме хлоропласта, который по своим свойствам является биоколлоидом.
Суть процессов этой фазы заключается в превращении углекислого газа атмосферы в различные органические вещества.
С₃ и С₄ растения
Существуют два пути фотосинтеза, характерные для разных видов растений. Большинство видов относятся к растениям C₃. Это означает, что на первой стадии темной фазы образуются трехатомные углеводороды:
CO₂ + рибулозодифосфат (РДФ) + H2O → 2 молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК).
РДФ: 5 атомов С. ФГК: 3 атома С.
Органические вещества образуются не путём сложения молекул СО₂, а при присоединении СО₂ к уже имеющимся углеводам.
Таким образом, CO₂ как бы участвует во внутриклеточном обмене веществ растения.
В растениях C₄ образуются четырехатомные кислоты:
- яблоко;
- щавеуксусная кислота;
- аспарагиновая.
С₄ – растения тропического происхождения и очень светолюбивы. Это сорго, просо, кукуруза, сахарный тростник и др.
Продукты первого этапа проходят цикл реакций, образуя множество веществ, используемых клеткой.
У всех растений темная фаза заканчивается образованием глюкозы, фруктозы и других шестиатомных углеводов.
Доказано, что фотосинтез также синтезирует белки и другие продукты.
Знаки фаз фотосинтеза, а также результаты процессов, протекающих в обеих фазах, представлены в таблице:
|
Свет |
Темный |
|
|
Отношение |
Хлорофилл, тилакоиды, свет, вода, углекислый газ |
Строма хлоропластов, наличие АТФ и материнских углеводородов (рибулозодифосфата) |
|
Процессы |
Фотолиз воды, перенос электронов и протонов, синтез АТФ |
Связывание CO₂ с углеводородами с использованием энергии АТФ |
|
Полученные результаты |
Кислород, АТФ, НАДФН₂ |
Органический материал |
Что мы узнали?
Охарактеризовав две фазы фотосинтеза в сравнении, мы решили, что световая фаза является подготовительной. Во время световой фазы: образуется кислород, запасается энергия в виде АТФ, накапливается водород. Темная фаза использует ресурсы, полученные в светлой фазе, и заканчивается образованием ряда органических соединений.
Комментирование закрыто