- синтез на органични вещества от въглероден диоксид и вода със задължително използване на светлинна енергия:
6CO 2 + 6H 2 O + Q светлина → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.
При висшите растения органът на фотосинтезата е листът, органелите на фотосинтезата са хлоропластите (строежът на хлоропластите е лекция No 7). Тилакоидните мембрани на хлоропластите съдържат фотосинтетични пигменти: хлорофили и каротеноиди. Има няколко различни вида хлорофил ( a, b, c, d), основният е хлорофилът а. В молекулата на хлорофила може да се различи порфиринова "глава" с магнезиев атом в центъра и фитолова "опашка". Порфириновата „глава“ е плоска структура, хидрофилна е и следователно лежи върху повърхността на мембраната, която е обърната към водната среда на стромата. Фитоловата "опашка" е хидрофобна и по този начин задържа хлорофилната молекула в мембраната.
Хлорофилът абсорбира червената и синьо-виолетовата светлина, отразява зелената и поради това придава на растенията техния характерен зелен цвят. Молекулите на хлорофила в тилакоидните мембрани са организирани в фотосистеми. Растенията и синьо-зелените водорасли имат фотосистема-1 и фотосистема-2; фотосинтезиращите бактерии имат фотосистема-1. Само фотосистема-2 може да разлага водата с освобождаване на кислород и да взема електрони от водорода на водата.
Фотосинтезата е сложен многоетапен процес; реакциите на фотосинтезата се делят на две групи: реакции светлинна фазаи реакции тъмна фаза.
светлинна фаза
Тази фаза протича само при наличие на светлина в тилакоидните мембрани с участието на хлорофил, протеини-носители на електрони и ензима АТФ синтетаза. Под действието на квант светлина електроните на хлорофила се възбуждат, напускат молекулата и навлизат във външната страна на тилакоидната мембрана, която в крайна сметка става отрицателно заредена. Окислените хлорофилни молекули се възстановяват чрез вземане на електрони от водата, разположена в интратилакоидното пространство. Това води до разлагане или фотолиза на водата:
H 2 O + Q светлина → H + + OH -.
Хидроксилните йони отдават своите електрони, превръщайки се в реактивни радикали.
OH - → .OH + e - .
Радикалите.OH се комбинират, за да образуват вода и свободен кислород:
4НЕ. → 2H 2 O + O 2.
В този случай кислородът се отстранява във външната среда и протоните се натрупват вътре в тилакоида в "протонния резервоар". В резултат на това тилакоидната мембрана, от една страна, е положително заредена поради Н +, от друга, отрицателно поради електрони. Когато потенциалната разлика между външната и вътрешната страна на тилакоидната мембрана достигне 200 mV, протоните се изтласкват през каналите на АТФ синтетазата и АДФ се фосфорилира до АТФ; атомарният водород се използва за възстановяване на специфичния носител NADP + (никотинамид аденин динуклеотид фосфат) до NADP H 2:
2H + + 2e - + NADP → NADP H 2.
По този начин фотолизата на водата се случва в светлинната фаза, която е придружена от три критични процеси: 1) синтез на АТФ; 2) образуването на NADP·H 2; 3) образуването на кислород. Кислородът дифундира в атмосферата, ATP и NADP·H 2 се транспортират до стромата на хлоропласта и участват в процесите на тъмната фаза.
1 - строма на хлоропласта; 2 - грана тилакоид.
тъмна фаза
Тази фаза протича в стромата на хлоропласта. Реакциите му не изискват енергията на светлината, така че протичат не само на светло, но и на тъмно. Реакциите на тъмната фаза са верига от последователни трансформации на въглероден диоксид (идва от въздуха), водещи до образуването на глюкоза и други органични вещества.
Първата реакция в тази верига е фиксирането на въглероден диоксид; акцепторът на въглероден диоксид е захар с пет въглерода рибулоза бифосфат(RiBF); ензимът катализира реакцията рибулоза бифосфат карбоксилаза(RiBP-карбоксилаза). В резултат на карбоксилиране на рибулозния бифосфат се образува нестабилно шествъглеродно съединение, което веднага се разлага на две молекули фосфоглицеринова киселина(FGK). След това има цикъл от реакции, в които чрез серия от междинни продукти фосфоглицериновата киселина се превръща в глюкоза. Тези реакции използват енергиите на ATP и NADP·H 2, образувани в светлинната фаза; Цикълът на тези реакции се нарича цикъл на Калвин:
6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.
В допълнение към глюкозата, по време на фотосинтезата се образуват и други мономери на сложни органични съединения - аминокиселини, глицерол и мастни киселини, нуклеотиди. Понастоящем има два вида фотосинтеза: C 3 - и C 4 - фотосинтеза.
С 3 -фотосинтеза
Това е вид фотосинтеза, при която тривъглеродните (C3) съединения са първият продукт. С3-фотосинтезата е открита преди С4-фотосинтезата (М. Калвин). Това е C3-фотосинтезата, която е описана по-горе, под заглавието "Тъмна фаза". Характеристики на С3 фотосинтезата: 1) RiBP е акцептор на въглероден диоксид, 2) RiBP карбоксилазата катализира реакцията на карбоксилиране на RiBP, 3) в резултат на карбоксилирането на RiBP се образува съединение с шест въглерода, което се разлага на две FHA. FHA се възстановява до триозофосфати(TF). Част от TF се използва за регенериране на RiBP, част се превръща в глюкоза.
1 - хлоропласт; 2 - пероксизома; 3 - митохондрия.
Това е зависимо от светлината поглъщане на кислород и освобождаване на въглероден диоксид. Дори в началото на миналия век беше установено, че кислородът инхибира фотосинтезата. Както се оказа, не само въглеродният диоксид, но и кислородът може да бъде субстрат за RiBP карбоксилаза:
O 2 + RiBP → фосфогликолат (2С) + FHA (3С).
Ензимът се нарича RiBP-оксигеназа. Кислородът е конкурентен инхибитор на фиксирането на въглероден диоксид. Фосфатната група се отцепва и фосфогликолатът става гликолат, който растението трябва да използва. Попада в пероксизомите, където се окислява до глицин. Глицинът навлиза в митохондриите, където се окислява до серин, със загуба на вече фиксиран въглерод под формата на CO2. В резултат на това две молекули гликолат (2C + 2C) се превръщат в една FHA (3C) и CO 2. Фотодишането води до намаляване на добива на С 3 -растения с 30-40% ( C 3 -растения- растения, които се характеризират с С 3 -фотосинтеза).
C 4 -фотосинтеза - фотосинтеза, при която първият продукт е четиривъглеродни (C 4) съединения. През 1965 г. е установено, че в някои растения (захарна тръстика, царевица, сорго, просо) първите продукти на фотосинтезата са четиривъглеродни киселини. Такива растения се наричат С 4 растения. През 1966 г. австралийските учени Hatch и Slack показват, че C 4 растенията практически нямат фотодишане и абсорбират въглеродния диоксид много по-ефективно. Пътят на въглеродните трансформации в С 4 растенията започна да се нарича от Hatch-Slack.
С 4 растенията се характеризират със специална анатомична структура на листа. Всички проводящи снопове са заобиколени от двоен слой клетки: външният е мезофилни клетки, вътрешният е облицовъчни клетки. Въглеродният диоксид се фиксира в цитоплазмата на мезофилните клетки, акцепторът е фосфоенолпируват(PEP, 3C), в резултат на карбоксилирането на PEP се образува оксалоацетат (4C). Процесът се катализира PEP карбоксилаза. За разлика от RiBP карбоксилазата, PEP карбоксилазата има висок афинитет към CO 2 и, най-важното, не взаимодейства с O 2 . В мезофилните хлоропласти има много грани, където активно протичат реакции на светлинната фаза. В хлоропластите на обвивните клетки протичат реакции на тъмната фаза.
Оксалоацетатът (4C) се превръща в малат, който се транспортира през плазмодесмата до клетките на лигавицата. Тук той се декарбоксилира и дехидратира, за да образува пируват, CO 2 и NADP·H 2 .
Пируватът се връща в клетките на мезофила и се регенерира за сметка на енергията на АТФ в PEP. CO 2 отново се фиксира от RiBP карбоксилаза с образуването на FHA. Регенерирането на PEP изисква енергията на АТФ, така че е необходима почти два пъти повече енергия, отколкото при С3 фотосинтезата.
Значението на фотосинтезата
Благодарение на фотосинтезата всяка година от атмосферата се абсорбират милиарди тонове въглероден диоксид, отделят се милиарди тонове кислород; фотосинтезата е основният източник на образуване на органични вещества. Озоновият слой се образува от кислород, който предпазва живите организми от късовълнова ултравиолетова радиация.
По време на фотосинтезата зеленото листо използва само около 1% от слънчевата енергия, която пада върху него, производителността е около 1 g органична материя на 1 m 2 повърхност на час.
Хемосинтеза
Синтезът на органични съединения от въглероден диоксид и вода, извършван не за сметка на светлинната енергия, а за сметка на енергията на окисление на неорганичните вещества, се нарича хемосинтеза. Хемосинтезиращите организми включват някои видове бактерии.
Нитрифициращи бактерииокисляват амоняка до азотна и след това до азотна киселина (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).
железни бактериипревръщат двувалентното желязо в оксид (Fe 2+ → Fe 3+).
Серни бактерииокисляват сероводорода до сяра или сярна киселина (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).
В резултат на окислителните реакции на неорганичните вещества се освобождава енергия, която се съхранява от бактериите под формата на високоенергийни връзки на АТФ. АТФ се използва за синтеза на органични вещества, който протича подобно на реакциите на тъмната фаза на фотосинтезата.
Хемосинтетичните бактерии допринасят за натрупването на минерали в почвата, подобряват плодородието на почвата, насърчават пречистването на отпадъчни води и др.
Отидете на лекции №11„Концепцията за метаболизма. Биосинтеза на протеини"
Отидете на лекции №13"Методи на делене на еукариотни клетки: митоза, мейоза, амитоза"
фотосинтеза- синтез на органични съединения от неорганични поради светлинна енергия (hv). Общото уравнение на фотосинтезата е:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Фотосинтезата протича с участието на фотосинтетични пигменти, които имат уникалното свойство да преобразуват енергията на слънчевата светлина в енергия на химичната връзка под формата на АТФ. Фотосинтетичните пигменти са вещества, подобни на протеини. Най-важният от тях е пигментът хлорофил. При еукариотите фотосинтетичните пигменти са вградени във вътрешната мембрана на пластидите; при прокариотите те са вградени в инвагинациите на цитоплазмената мембрана.
Структурата на хлоропласта е много подобна на тази на митохондриите. Вътрешната мембрана на грана тилакоидите съдържа фотосинтетични пигменти, както и протеини на веригата за транспортиране на електрони и молекули на ензима ATP синтетаза.
Процесът на фотосинтеза се състои от две фази: светла и тъмна.
светлинна фаза Фотосинтезата се извършва само при наличие на светлина в мембраната на тилакоидната грана. В тази фаза се случва поглъщането на светлинни кванти от хлорофила, образуването на АТФ молекула и фотолизата на водата.
Под действието на светлинен квант (hv) хлорофилът губи електрони, преминавайки във възбудено състояние:
Chl → Chl + e —
Тези електрони се пренасят от носители към външния, т.е. повърхността на тилакоидната мембрана, обърната към матрицата, където се натрупват.
В същото време вътре в тилакоидите се случва фотолиза на водата, т.е. разлагането му под въздействието на светлина
2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e -
Получените електрони се пренасят от носители към хлорофилните молекули и ги възстановяват: хлорофилните молекули се връщат в стабилно състояние.
Водородните протони, образувани по време на фотолизата на водата, се натрупват вътре в тилакоида, създавайки Н + -резервоар. В резултат на това вътрешната повърхност на тилакоидната мембрана е заредена положително (поради H +), а външната повърхност е заредена отрицателно (поради e -). Тъй като противоположно заредените частици се натрупват от двете страни на мембраната, потенциалната разлика се увеличава. Когато се достигне критичната стойност на потенциалната разлика, силата на електрическото поле започва да изтласква протоните през АТФ синтетазния канал. Освободената в този случай енергия се използва за фосфорилиране на ADP молекули:
ADP + F → ATP
Образуването на АТФ по време на фотосинтезата под въздействието на светлинна енергия се нарича фотофосфорилиране.
Водородните йони, веднъж на външната повърхност на тилакоидната мембрана, срещат електрони там и образуват атомен водород, който се свързва с молекулата на водородния носител NADP (никотинамид аденин динуклеотид фосфат):
2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2
Така по време на светлинната фаза на фотосинтезата се случват три процеса: образуването на кислород поради разлагането на водата, синтеза на АТФ, образуването на водородни атоми под формата на NADP H 2 . Кислородът дифундира в атмосферата, ATP и NADP H 2 участват в процесите на тъмната фаза.
тъмна фазафотосинтезата се извършва в матрицата на хлоропласта както на светлина, така и на тъмно и представлява серия от последователни трансформации на CO 2, идващ от въздуха в цикъла на Калвин. Реакциите на тъмната фаза се извършват благодарение на енергията на АТФ. В цикъла на Калвин CO 2 се свързва с водород от NADP H 2, за да образува глюкоза.
В процеса на фотосинтезата освен монозахаридите (глюкоза и др.) се синтезират и мономери на други органични съединения - аминокиселини, глицерин и мастни киселини. По този начин, благодарение на фотосинтезата, растенията осигуряват себе си и целия живот на Земята с необходимите органични вещества и кислород.
Сравнителна характеристикафотосинтезата и дишането на еукариотите е дадено в таблицата:
| знак | фотосинтеза | Дъх |
|---|---|---|
| Уравнение на реакцията | 6CO 2 + 6H 2 O + Светлинна енергия → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 | C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6H 2 O + енергия (ATP) |
| изходни материали | въглероден диоксид, вода | |
| реакционни продукти | органична материя, кислород | въглероден диоксид, вода |
| Значение в кръговрата на веществата | Синтез на органични вещества от неорганични | Разлагане на органични вещества до неорганични |
| Трансформация на енергия | Превръщането на светлинната енергия в енергията на химичните връзки на органичните вещества | Превръщането на енергията на химичните връзки на органичните вещества в енергията на макроергичните връзки на АТФ |
| Важни етапи | Светла и тъмна фаза (включително цикъла на Калвин) | Непълно окисление (гликолиза) и пълно окисление (включително цикъла на Кребс) |
| Място на процеса | Хлоропласт | Хиалоплазма (непълно окисление) и митохондрии (пълно окисление) |
Как да обясним кратко и ясно такъв сложен процес като фотосинтезата? Растенията са единствените живи организми, които могат да произвеждат собствена храна. Как го правят? За растеж и получаване на всички необходими вещества от околен свят: въглероден диоксид - от въздуха, водата и - от почвата. Те също се нуждаят от енергия от слънчева светлина. Тази енергия задейства определени химични реакции, по време на които въглеродният диоксид и водата се превръщат в глюкоза (хранене) и фотосинтезата. Кратко и ясно същността на процеса може да бъде обяснена дори на деца в училищна възраст.
"Заедно със светлината"
Думата "фотосинтеза" произлиза от две гръцки думи - "снимка" и "синтеза", комбинация, която в превод означава "заедно със светлината". Слънчевата енергия се преобразува в химическа енергия. Химично уравнение на фотосинтезата:
6CO 2 + 12H 2 O + светлина \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.
Това означава, че 6 молекули въглероден диоксид и дванадесет водни молекули се използват (заедно със слънчевата светлина) за производството на глюкоза, което води до шест кислородни молекули и шест водни молекули. Ако представим това под формата на устно уравнение, получаваме следното:
Вода + слънце => глюкоза + кислород + вода.
Слънцето е много мощен източник на енергия. Хората винаги се опитват да го използват за генериране на електричество, изолация на къщи, затопляне на вода и т.н. Растенията са „измислили“ как да използват слънчевата енергия преди милиони години, защото това е било необходимо за тяхното оцеляване. Фотосинтезата може да бъде обяснена накратко и ясно по следния начин: растенията използват светлинната енергия на слънцето и я превръщат в химическа енергия, резултатът от което е захар (глюкоза), чийто излишък се съхранява като нишесте в листата, корените, стъблата и семената на растението. Енергията на слънцето се предава на растенията, както и на животните, които тези растения ядат. Когато едно растение се нуждае от хранителни вещества за растеж и други жизнени процеси, тези резерви са много полезни.
Как растенията абсорбират слънчевата енергия?
Говорейки за фотосинтезата накратко и ясно, струва си да се докоснем до въпроса как растенията успяват да абсорбират слънчевата енергия. Това се дължи на специалната структура на листата, която включва зелени клетки - хлоропласти, които съдържат специално вещество, наречено хлорофил. Това е, което придава зеления цвят на листата и е отговорно за усвояването на енергията на слънчевата светлина.
Защо повечето листа са широки и плоски?
Фотосинтезата се извършва в листата на растенията. Изненадващият факт е, че растенията са много добре приспособени да улавят слънчевата светлина и да абсорбират въглероден диоксид. Благодарение на широката повърхност ще бъде уловена много повече светлина. Поради тази причина слънчевите панели, които понякога се монтират на покривите на къщите, също са широки и плоски. Колкото по-голяма е повърхността, толкова по-добра е абсорбцията.
Какво друго е важно за растенията?
Точно като хората, растенията също се нуждаят от хранителни вещества и хранителни вещества, за да останат здрави, да растат и да работят добре. Те получават минерали, разтворени във вода от почвата чрез корените си. Ако в почвата липсват минерални хранителни вещества, растението няма да се развива нормално. Фермерите често тестват почвата, за да се уверят, че има достатъчно хранителни вещества за растежа на културите. В противен случай прибягвайте до използването на торове, съдържащи основни минерали за хранене и растеж на растенията.
Защо фотосинтезата е толкова важна?
Обяснявайки фотосинтезата накратко и ясно за децата, си струва да споменем, че този процес е една от най-важните химични реакции в света. Какви са причините за такова гръмко изявление? Първо, фотосинтезата захранва растенията, които от своя страна хранят всички други живи същества на планетата, включително животни и хора. Второ, в резултат на фотосинтезата кислородът, необходим за дишането, се отделя в атмосферата. Всички живи същества вдишват кислород и издишват въглероден диоксид. За щастие растенията правят обратното, поради което те са много важни за дишането на хората и животните.
Удивителен процес
Оказва се, че растенията също знаят как да дишат, но за разлика от хората и животните те абсорбират въглероден диоксид от въздуха, а не кислород. Растенията също пият. Ето защо трябва да ги поливате, иначе ще умрат. С помощта на кореновата система водата и хранителните вещества се транспортират до всички части на тялото на растението, а въглеродният диоксид се абсорбира през малки дупки в листата. Задействайте за стартиране химическа реакцияе слънчева светлина. Всички получени метаболитни продукти се използват от растенията за хранене, кислородът се отделя в атмосферата. Ето как можете кратко и ясно да обясните как протича процесът на фотосинтеза.
Фотосинтеза: светла и тъмна фаза на фотосинтезата
Разглежданият процес се състои от две основни части. Има две фази на фотосинтезата (описание и таблица - по-долу). Първата се нарича светлинна фаза. Възниква само при наличие на светлина в тилакоидните мембрани с участието на хлорофил, протеини-носители на електрони и ензима АТФ синтетаза. Какво още крие фотосинтезата? Светят и се заменят един с друг, когато денят и нощта настъпят (цикли на Калвин). По време на тъмната фаза се получава производството на същата глюкоза, храна за растенията. Този процес се нарича още светлиннонезависима реакция.
| светлинна фаза | тъмна фаза |
1. Реакциите, протичащи в хлоропластите, са възможни само при наличие на светлина. Тези реакции превръщат светлинната енергия в химическа енергия. 2. Хлорофилът и другите пигменти абсорбират енергия от слънчевата светлина. Тази енергия се прехвърля към фотосистемите, отговорни за фотосинтезата. 3. Водата се използва за електрони и водородни йони, а също така участва в производството на кислород 4. Електроните и водородните йони се използват за създаване на АТФ (молекула за съхранение на енергия), която е необходима в следващата фаза на фотосинтезата | 1. Реакциите на цикъла на изключване на светлината протичат в стромата на хлоропластите 2. Въглеродният диоксид и енергията от АТФ се използват под формата на глюкоза |
Заключение
От всичко казано по-горе могат да се направят следните изводи:
- Фотосинтезата е процес, който прави възможно получаването на енергия от слънцето.
- Светлинната енергия на слънцето се превръща в химическа енергия от хлорофила.
- Хлорофилът придава на растенията техния зелен цвят.
- Фотосинтезата се извършва в хлоропластите на листата на растенията.
- Въглеродният диоксид и водата са от съществено значение за фотосинтезата.
- Въглеродният диоксид навлиза в растението през малки дупчици, устицата, а кислородът излиза през тях.
- Водата се абсорбира в растението през неговите корени.
- Без фотосинтеза нямаше да има храна в света.
Със или без светлинна енергия. Характерно е за растенията. Нека по-нататък разгледаме какво представляват тъмната и светлата фаза на фотосинтезата.
Главна информация
Органът на фотосинтезата при висшите растения е листът. Хлоропластите действат като органели. Мембраните на техните тилакоиди съдържат фотосинтетични пигменти. Те са каротеноиди и хлорофили. Последните съществуват в няколко форми (a, c, b, d). Основният е а-хлорофилът. Молекулата му съдържа порфиринова "глава" с магнезиев атом, разположен в центъра, както и фитолова "опашка". Първият елемент е представен като плоска конструкция. "Главата" е хидрофилна, следователно се намира върху тази част от мембраната, която е насочена към водната среда. Фитолът "опашка" е хидрофобен. Благодарение на това той задържа молекулата на хлорофила в мембраната. Хлорофилът абсорбира синьо-виолетовата и червената светлина. Те също отразяват зеленото, придавайки характерния цвят на растенията. В тилактичните мембрани хлорофилните молекули са организирани във фотосистеми. Синьо-зелените водорасли и растенията се характеризират със системи 1 и 2. Фотосинтезиращите бактерии имат само първата. Втората система може да разложи H 2 O и да освободи кислород.
Светлинна фаза на фотосинтезата
Процесите, протичащи в растенията, са сложни и многоетапни. По-специално се разграничават две групи реакции. Те са тъмната и светлата фаза на фотосинтезата. Последният протича с участието на ензима АТФ, електронтранспортните протеини и хлорофила. Светлинната фаза на фотосинтезата протича в мембраните на тилактоидите. Електроните на хлорофила се възбуждат и напускат молекулата. След това те падат върху външната повърхност на тилактичната мембрана. Тя от своя страна е заредена негативно. След окисляването започва възстановяването на хлорофилните молекули. Те вземат електрони от водата, която присъства в интралакоидното пространство. По този начин светлинната фаза на фотосинтезата протича в мембраната по време на разпадане (фотолиза): H 2 O + Q светлина → H + + OH -
Хидроксилните йони се превръщат в реактивни радикали чрез даряване на техните електрони:
OH - → .OH + e -
OH радикалите се свързват и образуват свободен кислород и вода:
4НЕ. → 2H 2 O + O 2.
В този случай кислородът се отстранява в околната (външна) среда и протоните се натрупват вътре в тилактоида в специален "резервоар". В резултат на това, където протича светлинната фаза на фотосинтезата, тилактичната мембрана получава положителен заряд, дължащ се на Н + от една страна. В същото време, поради електроните, той се зарежда отрицателно.
Фосфирилиране на ADP
Там, където протича светлинната фаза на фотосинтезата, има потенциална разлика между вътрешната и външната повърхност на мембраната. Когато достигне 200 mV, протоните се изтласкват през каналите на АТФ синтетазата. По този начин светлинната фаза на фотосинтезата възниква в мембраната, когато ADP се фосфорилира до ATP. В този случай атомният водород се насочва към редукция на специален носител на никотинамид аденин динуклеотид фосфат NADP+ до NADP.H2:
2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2
Следователно светлинната фаза на фотосинтезата включва фотолизата на водата. То от своя страна е придружено от три основни реакции:
- Синтез на АТФ.
- Образование NADP.H 2 .
- Образуването на кислород.
Светлинната фаза на фотосинтезата е придружена от освобождаването на последния в атмосферата. NADP.H2 и ATP се преместват в стромата на хлоропласта. Това завършва светлинната фаза на фотосинтезата.
Друга група реакции
Тъмната фаза на фотосинтезата не изисква светлинна енергия. Той отива в стромата на хлоропласта. Реакциите са представени като верига от последователни трансформации на въглероден диоксид, идващ от въздуха. В резултат на това се образуват глюкоза и други органични вещества. Първата реакция е фиксация. RiBF действа като акцептор на въглероден диоксид. Катализаторът в реакцията е рибулоза бифосфат карбоксилаза (ензим). В резултат на карбоксилиране на RiBP се образува нестабилно съединение с шест въглерода. Той почти моментално се разгражда на две молекули FHA (фосфоглицеринова киселина). Това е последвано от цикъл от реакции, където се трансформира в глюкоза чрез няколко междинни продукта. Те използват енергиите на NADP.H 2 и ATP, които са били преобразувани, когато е протичала светлинната фаза на фотосинтезата. Цикълът на тези реакции се нарича "цикъл на Калвин". Тя може да бъде представена по следния начин:
6CO 2 + 24H+ + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O
В допълнение към глюкозата по време на фотосинтезата се образуват и други мономери на органични (комплексни) съединения. Те включват по-специално мастни киселини, глицерол, аминокиселини, нуклеотиди.
C3 реакции
Те са вид фотосинтеза, при която като първи продукт се образуват тривъглеродни съединения. Именно той е описан по-горе като цикъл на Калвин. Характерните особености на C3 фотосинтезата са:
- RiBP е акцептор на въглероден диоксид.
- Реакцията на карбоксилиране се катализира от RiBP карбоксилаза.
- Образува се вещество с шест въглерода, което впоследствие се разлага на 2 FHA.
Фосфоглицериновата киселина се редуцира до TF (триозофосфати). Част от тях се изпращат за регенериране на рибулозен бифосфат, а останалата част се превръща в глюкоза.
C4 реакции
Този тип фотосинтеза се характеризира с появата на четиривъглеродни съединения като първи продукт. През 1965 г. е установено, че C4 веществата се появяват първи в някои растения. Така например е установено за просо, сорго, захарна тръстика, царевица. Тези култури станаха известни като С4 растения. На следващата година, 1966 г., Слак и Хач (австралийски учени) установяват, че при тях почти напълно липсва фотодишане. Установено е също, че такива C4 растения са много по-ефективни при абсорбирането на въглероден диоксид. В резултат на това пътят на въглеродна трансформация в такива култури се нарича път на Hatch-Slack.
Заключение
Значението на фотосинтезата е много голямо. Благодарение на него въглеродният диоксид се абсорбира от атмосферата всяка година в огромни количества (милиарди тонове). Вместо това се отделя по-малко кислород. Фотосинтезата действа като основен източник на образуване на органични съединения. Кислородът участва в образуването на озоновия слой, който предпазва живите организми от въздействието на късовълновата UV радиация. По време на фотосинтезата листът абсорбира само 1% от цялата енергия на светлината, падаща върху него. Производителността му е в рамките на 1 g органично съединение на 1 кв. m повърхност на час.