Kur vyksta tamsioji fotosintezės fazė. Šviesioji fotosintezės fazė. Kurioje fotosintezės fazėje vyksta ATP sintezė?

- organinių medžiagų sintezė iš anglies dioksido ir vandens, naudojant privalomą šviesos energiją:

6CO 2 + 6H 2 O + Q šviesa → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Aukštesniuose augaluose fotosintezės organas yra lapas, o fotosintezės organelės – chloroplastai (chloroplastų struktūra – paskaita Nr. 7). Chloroplastų tilakoidų membranose yra fotosintetinių pigmentų: chlorofilų ir karotinoidų. Yra keletas skirtingų chlorofilo tipų ( a, b, c, d), pagrindinis yra chlorofilas a. Chlorofilo molekulėje galima išskirti porfirino „galvą“ su magnio atomu centre ir fitolio „uodegą“. Porfirino „galva“ yra plokščia struktūra, yra hidrofilinė, todėl yra ant membranos paviršiaus, nukreipto į stromos vandeninę aplinką. Fitolio „uodega“ yra hidrofobinė ir dėl to išlaiko chlorofilo molekulę membranoje.

Chlorofilai sugeria raudoną ir mėlynai violetinę šviesą, atspindi žalią šviesą ir todėl suteikia augalams jiems būdingą žalią spalvą. Chlorofilo molekulės tilakoidinėse membranose yra suskirstytos į fotosistemos. Augalai ir melsvadumbliai turi fotosistemą-1 ir fotosistemą-2, o fotosintetinės bakterijos turi fotosistemą-1. Tik fotosistema-2 gali skaidyti vandenį, kad išsiskirtų deguonis ir paimtų elektronus iš vandens vandenilio.

Fotosintezė yra sudėtingas kelių etapų procesas; fotosintezės reakcijos skirstomos į dvi grupes: reakcijas šviesos fazė ir reakcijos tamsi fazė.

Šviesos fazė

Ši fazė vyksta tik esant šviesai tilaoidinėse membranose, dalyvaujant chlorofilui, elektronų transportavimo baltymams ir fermentui ATP sintetazei. Šviesos kvanto įtakoje chlorofilo elektronai sužadinami, palieka molekulę ir patenka į išorinę tilakoidinės membranos pusę, kuri galiausiai tampa neigiamai įkrauta. Oksiduotos chlorofilo molekulės redukuojamos, paimdamos elektronus iš vandens, esančio intratilakoidinėje erdvėje. Tai veda prie vandens skilimo arba fotolizės:

H 2 O + Q šviesa → H + + OH - .

Hidroksilo jonai atiduoda savo elektronus, tapdami reaktyviais radikalais.OH:

OH - → .OH + e - .

OH radikalai susijungia ir sudaro vandenį ir laisvą deguonį:

4NE. → 2H 2 O + O 2.

Tokiu atveju deguonis pašalinamas į išorinę aplinką, o protonai kaupiasi tilakoido viduje „protonų rezervuare“. Dėl to tilakoidinė membrana, viena vertus, yra įkraunama teigiamai dėl H +, o kita vertus, dėl elektronų – neigiamai. Kai potencialų skirtumas tarp išorinės ir vidinės tilakoidinės membranos pusių pasiekia 200 mV, ATP sintetazės kanalais stumiami protonai ir ADP fosforilinamas iki ATP; Atominis vandenilis naudojamas atstatyti specifinį nešiklį NADP + (nikotinamido adenino dinukleotido fosfatą) į NADPH 2:

2H + + 2e - + NADP → NADPH 2.

Taigi šviesos fazės metu vyksta vandens fotolizė, kurią lydi trys svarbiausi procesai: 1) ATP sintezė; 2) NADPH 2 susidarymas; 3) deguonies susidarymas. Deguonis difunduoja į atmosferą, ATP ir NADPH 2 pernešami į chloroplasto stromą ir dalyvauja tamsiosios fazės procesuose.

1 - chloroplasto stroma; 2 - grana tilakoidas.

Tamsi fazė

Ši fazė vyksta chloroplasto stromoje. Jo reakcijos nereikalauja šviesos energijos, todėl vyksta ne tik šviesoje, bet ir tamsoje. Tamsiosios fazės reakcijos – tai nuoseklių anglies dioksido (ateinančio iš oro) virsmų grandinė, dėl kurios susidaro gliukozė ir kitos organinės medžiagos.

Pirmoji reakcija šioje grandinėje yra anglies dioksido fiksavimas; Anglies dioksido akceptorius yra penkių anglies cukrus. ribulozės bifosfatas(RiBF); fermentas katalizuoja reakciją Ribulozės bifosfato karboksilazė(RiBP karboksilazės). Dėl riboliozės bisfosfato karboksilinimo susidaro nestabilus šešių anglies junginys, kuris iš karto skyla į dvi molekules. fosfoglicerino rūgštis(FGK). Tada vyksta reakcijų ciklas, kurio metu fosfoglicerino rūgštis per daugybę tarpinių produktų paverčiama gliukoze. Šiose reakcijose naudojama šviesos fazėje susidariusių ATP ir NADPH 2 energija; Šių reakcijų ciklas vadinamas „Kalvino ciklu“:

6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.

Be gliukozės, fotosintezės metu susidaro ir kiti kompleksinių organinių junginių monomerai – aminorūgštys, glicerolis ir riebalų rūgštys, nukleotidai. Šiuo metu yra dviejų tipų fotosintezė: C 3 - ir C 4 fotosintezė.

C 3-fotosintezė

Tai fotosintezės tipas, kai pirmasis produktas yra trijų anglies (C3) junginiai. C 3 fotosintezė buvo atrasta anksčiau nei C 4 fotosintezė (M. Calvin). Būtent C 3 fotosintezė aprašyta aukščiau, antraštėje „Tamsioji fazė“. Būdingi C 3 fotosintezės bruožai: 1) anglies dioksido akceptorius yra RiBP, 2) RiBP karboksilinimo reakciją katalizuoja RiBP karboksilazė, 3) RiBP karboksilinant susidaro šešių anglies junginys, kuris skyla į du PGA. FGK atkuriamas į triozės fosfatai(TF). Dalis TF yra naudojama RiBP regeneracijai, o dalis paverčiama gliukoze.

1 - chloroplastas; 2 - peroksisomas; 3 - mitochondrijos.

Tai nuo šviesos priklausomas deguonies įsisavinimas ir anglies dioksido išsiskyrimas. Praėjusio amžiaus pradžioje buvo nustatyta, kad deguonis slopina fotosintezę. Kaip paaiškėjo, RiBP karboksilazės substratas gali būti ne tik anglies dioksidas, bet ir deguonis:

O 2 + RiBP → fosfoglikolatas (2C) + PGA (3C).

Fermentas vadinamas RiBP oksigenaze. Deguonis yra konkurencingas anglies dioksido fiksavimo inhibitorius. Fosfatų grupė atsiskiria ir fosfoglikolatas virsta glikolatu, kurį augalas turi panaudoti. Jis patenka į peroksisomas, kur oksiduojasi iki glicino. Glicinas patenka į mitochondrijas, kur oksiduojamas į seriną, prarandant jau fiksuotą anglį CO 2 pavidalu. Dėl to dvi glikolato molekulės (2C + 2C) paverčiamos viena PGA (3C) ir CO 2. Dėl fotokvėpavimo C3 augalų derlius sumažėja 30-40% ( Su 3 augalais- augalai, kuriems būdinga C 3 fotosintezė).

C 4 fotosintezė yra fotosintezė, kurios pirmasis produktas yra keturių anglies (C 4) junginiai. 1965 metais buvo nustatyta, kad kai kuriuose augaluose (cukranendrių, kukurūzų, sorgų, sorų) pirmieji fotosintezės produktai yra keturių anglies rūgštys. Šie augalai buvo vadinami Su 4 augalais. 1966 metais Australijos mokslininkai Hatchas ir Slackas įrodė, kad C4 augalai praktiškai nekvėpuoja fotokvėpavimu ir daug efektyviau sugeria anglies dioksidą. Pradėtas vadinti anglies virsmo keliu C 4 augaluose pateikė Hatch-Slack.

C 4 augalai pasižymi ypatinga lapo anatomine struktūra. Visi kraujagyslių pluoštai yra apsupti dvigubu ląstelių sluoksniu: išorinis sluoksnis yra mezofilo ląstelės, vidinis sluoksnis yra apvalkalo ląstelės. Anglies dioksidas fiksuojamas mezofilo ląstelių citoplazmoje, akceptorius yra fosfenolpiruvatas(PEP, 3C), dėl PEP karboksilinimo susidaro oksaloacetatas (4C). Procesas katalizuojamas PEP karboksilazė. Skirtingai nuo RiBP karboksilazės, PEP karboksilazė turi didesnį afinitetą CO 2 ir, svarbiausia, nesąveikauja su O 2 . Mezofilo chloroplastai turi daug grūdelių, kuriuose aktyviai vyksta šviesos fazės reakcijos. Tamsiosios fazės reakcijos vyksta apvalkalo ląstelių chloroplastuose.

Oksaloacetatas (4C) paverčiamas malatu, kuris per plazmodesmatas pernešamas į apvalkalo ląsteles. Čia jis dekarboksilinamas ir dehidrogenuojamas, kad susidarytų piruvatas, CO 2 ir NADPH 2 .

Piruvatas grįžta į mezofilo ląsteles ir yra regeneruojamas naudojant PEP esančią ATP energiją. CO 2 vėl fiksuojamas RiBP karboksilaze, kad susidarytų PGA. PEP regeneracijai reikalinga ATP energija, todėl reikia beveik dvigubai daugiau energijos nei C 3 fotosintezei.

Fotosintezės prasmė

Dėl fotosintezės kasmet iš atmosferos sugeriama milijardai tonų anglies dvideginio ir išsiskiria milijardai tonų deguonies; fotosintezė yra pagrindinis organinių medžiagų susidarymo šaltinis. Deguonis sudaro ozono sluoksnį, kuris apsaugo gyvus organizmus nuo trumpųjų bangų ultravioletinės spinduliuotės.

Fotosintezės metu žalias lapas sunaudoja tik apie 1% ant jo krentančios saulės energijos, produktyvumas – apie 1 g organinių medžiagų 1 m2 paviršiaus per valandą.

Chemosintezė

Organinių junginių sintezė iš anglies dioksido ir vandens, vykdoma ne dėl šviesos energijos, o dėl neorganinių medžiagų oksidacijos energijos, vadinama. chemosintezė. Chemosintetiniai organizmai apima kai kurias bakterijų rūšis.

Nitrifikuojančios bakterijos amoniakas oksiduojamas iki azoto, o vėliau į azoto rūgštį (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

Geležies bakterijos juodąją geležį paverčia geležies oksidu (Fe 2+ → Fe 3+).

Sieros bakterijos oksiduoti vandenilio sulfidą iki sieros arba sieros rūgšties (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

Dėl neorganinių medžiagų oksidacijos reakcijų išsiskiria energija, kurią bakterijos kaupia didelės energijos ATP jungčių pavidalu. ATP naudojamas organinių medžiagų sintezei, kuri vyksta panašiai kaip tamsiosios fotosintezės fazės reakcijos.

Chemosintetinės bakterijos prisideda prie mineralinių medžiagų kaupimosi dirvožemyje, gerina dirvožemio derlingumą, skatina nuotekų valymą ir kt.

Eiti į paskaitos Nr.11„Metabolizmo samprata. Baltymų biosintezė"

Eiti į paskaitos Nr.13„Eukariotinių ląstelių dalijimosi metodai: mitozė, mejozė, amitozė“

Fotosintezė- organinių junginių sintezė iš neorganinių naudojant šviesos energiją (hv). Bendra fotosintezės lygtis yra tokia:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Fotosintezė vyksta dalyvaujant fotosintetiniams pigmentams, kurie turi unikalią savybę paversti saulės šviesos energiją cheminių ryšių energija ATP pavidalu. Fotosintetiniai pigmentai yra į baltymus panašios medžiagos. Svarbiausias iš jų – pigmentas chlorofilas. Eukariotuose fotosintezės pigmentai yra įterpti į vidinę plastidų membraną, prokariotuose jie yra įterpti į citoplazminės membranos invaginacijas.

Chloroplasto struktūra labai panaši į mitochondrijos struktūrą. Grana tilakoidų vidinėje membranoje yra fotosintetinių pigmentų, taip pat elektronų transportavimo grandinės baltymų ir ATP sintetazės fermentų molekulių.

Fotosintezės procesas susideda iš dviejų fazių: šviesios ir tamsios.

Šviesos fazė Fotosintezė vyksta tik šviesoje grana tilakoido membranoje. Šioje fazėje chlorofilas sugeria šviesos kvantus, gamina ATP molekulę ir fotolizuoja vandenį.

Veikiamas šviesos kvanto (hv), chlorofilas praranda elektronus ir pereina į sužadinimo būseną:

Chl → Chl + e -

Šiuos elektronus nešikliai išneša į išorę, t.y. tilakoidinės membranos paviršius, nukreiptas į matricą, kur jie kaupiasi.

Tuo pačiu metu tilakoidų viduje vyksta vandens fotolizė, t.y. jo skilimas veikiant šviesai

2H 2O → O 2 +4H + + 4e —

Susidarę elektronai nešikliais perkeliami į chlorofilo molekules ir jas atkuria: chlorofilo molekulės grįžta į stabilią būseną.

Vandenilio protonai, susidarę vandens fotolizės metu, kaupiasi tilakoido viduje, sukurdami H + rezervuarą. Dėl to tilakoidinės membranos vidinis paviršius įkraunamas teigiamai (dėl H +), o išorinis – neigiamai (dėl e -). Kadangi priešingai įkrautos dalelės kaupiasi abiejose membranos pusėse, potencialų skirtumas didėja. Kai potencialų skirtumas pasiekia kritinę vertę, elektrinio lauko jėga ima stumti protonus per ATP sintetazės kanalą. Šiuo atveju išsiskirianti energija naudojama ADP molekulėms fosforilinti:

ADP + P → ATP

ATP susidarymas fotosintezės metu, veikiant šviesos energijai, vadinamas fotofosforilinimas.

Vandenilio jonai, patekę į išorinį tilakoidinės membranos paviršių, ten susitinka elektronus ir sudaro atominį vandenilį, kuris jungiasi prie vandenilio nešiklio molekulės NADP (nikotinamido adenino dinukleotido fosfatas):

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

Taigi šviesos fotosintezės fazės metu vyksta trys procesai: deguonies susidarymas dėl vandens irimo, ATP sintezė ir vandenilio atomų susidarymas NADP H2 pavidalu. Deguonis difunduoja į atmosferą, ATP ir NADP H2 dalyvauja tamsiosios fazės procesuose.

Tamsi fazė fotosintezė vyksta chloroplastų matricoje tiek šviesoje, tiek tamsoje ir atspindi nuoseklias CO 2 transformacijas, gaunamas iš oro Calvin ciklo metu. Tamsiosios fazės reakcijos vykdomos naudojant ATP energiją. Kalvino cikle CO 2 jungiasi su vandeniliu iš NADP H 2 ir susidaro gliukozė.

Fotosintezės procese, be monosacharidų (gliukozės ir kt.), sintetinami ir kitų organinių junginių monomerai – aminorūgštys, glicerolis ir riebalų rūgštys. Taigi fotosintezės dėka augalai aprūpina save ir visus gyvius Žemėje reikalingomis organinėmis medžiagomis ir deguonimi.

Lyginamosios charakteristikos eukariotų fotosintezė ir kvėpavimas pateiktas lentelėje:

Kaip trumpai ir aiškiai paaiškinti tokį sudėtingą procesą kaip fotosintezė? Augalai yra vieninteliai gyvi organizmai, galintys patys gaminti maistą. Kaip jie tai padaro? Augimui ir gauti visas reikalingas medžiagas iš aplinką: anglies dioksidas – iš oro, vandens ir – iš dirvožemio. Jiems taip pat reikia energijos, kurią jie gauna iš saulės spindulių. Ši energija sukelia tam tikras chemines reakcijas, kurių metu anglies dioksidas ir vanduo paverčiami gliukoze (maistu) ir yra fotosintezė. Proceso esmę galima trumpai ir aiškiai paaiškinti net mokyklinio amžiaus vaikams.

„Kartu su šviesa“

Žodis „fotosintezė“ kilęs iš dviejų graikų kalbos žodžių – „foto“ ir „sintezė“, kurių derinys reiškia „kartu su šviesa“. Saulės energija paverčiama chemine energija. Cheminė fotosintezės lygtis:

6CO 2 + 12H 2 O + šviesa = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

Tai reiškia, kad gliukozei gaminti (kartu su saulės šviesa) naudojamos 6 anglies dioksido molekulės ir dvylika molekulių vandens, todėl susidaro šešios deguonies ir šešios vandens molekulės. Jei tai pateikiate kaip žodinę lygtį, gausite:

Vanduo + saulė => gliukozė + deguonis + vanduo.

Saulė yra labai galingas energijos šaltinis. Žmonės visada stengiasi jį panaudoti gamindami elektrą, apšiltindami namus, šildydami vandenį ir pan. Augalai „suprato“, kaip panaudoti saulės energiją prieš milijonus metų, nes tai buvo būtina jų išlikimui. Fotosintezę galima trumpai ir aiškiai paaiškinti taip: augalai naudoja saulės šviesos energiją ir paverčia ją chemine energija, kurios rezultatas – cukrus (gliukozė), kurio perteklius kaupiamas kaip krakmolas lapuose, šaknyse, stiebuose. ir augalo sėklos. Saulės energija perduodama augalams, taip pat gyvūnams, kurie minta šiais augalais. Kai augalui reikia maistinių medžiagų augimui ir kitiems gyvenimo procesams, šios atsargos yra labai naudingos.

Kaip augalai sugeria saulės energiją?

Trumpai ir aiškiai kalbant apie fotosintezę, verta atkreipti dėmesį į klausimą, kaip augalai sugeba įsisavinti saulės energiją. Taip nutinka dėl ypatingos lapų struktūros, į kurią įeina žaliosios ląstelės – chloroplastai, kuriuose yra specialios medžiagos, vadinamos chlorofilu. Būtent tai suteikia lapams žalią spalvą ir yra atsakinga už saulės šviesos energijos sugėrimą.

Kodėl dauguma lapų yra platūs ir plokšti?

Fotosintezė vyksta augalų lapuose. Nuostabus faktas yra tai, kad augalai yra labai gerai prisitaikę gaudyti saulės šviesą ir sugerti anglies dioksidą. Dėl plataus paviršiaus bus užfiksuota daug daugiau šviesos. Būtent dėl ​​šios priežasties saulės baterijos, kurios kartais įrengiamos ant namų stogų, taip pat yra plačios ir plokščios. Kuo didesnis paviršius, tuo geriau sugeriama.

Kas dar svarbu augalams?

Kaip ir žmonėms, augalams taip pat reikia naudingų maistinių medžiagų, kad jie išliktų sveiki, augtų ir gerai atliktų savo gyvybines funkcijas. Vandenyje ištirpintus mineralus jie gauna iš dirvožemio per savo šaknis. Jei dirvoje trūksta mineralinių maisto medžiagų, augalas normaliai vystysis. Ūkininkai dažnai išbando dirvožemį, kad įsitikintų, jog jame yra pakankamai maistinių medžiagų pasėliams augti. Priešingu atveju naudokite trąšas, kuriose yra būtinų mineralų augalų mitybai ir augimui.

Kodėl fotosintezė tokia svarbi?

Norint trumpai ir aiškiai paaiškinti vaikams fotosintezę, verta pasakyti, kad šis procesas yra viena iš svarbiausių cheminių reakcijų pasaulyje. Kokios yra tokio garsaus pareiškimo priežastys? Pirma, fotosintezė maitina augalus, kurie savo ruožtu maitina visus kitus planetos gyvius, įskaitant gyvūnus ir žmones. Antra, dėl fotosintezės į atmosferą patenka kvėpavimui reikalingas deguonis. Visi gyvi daiktai įkvepia deguonį ir iškvepia anglies dioksidą. Laimei, augalai elgiasi priešingai, todėl yra labai svarbūs žmonėms ir gyvūnams, nes suteikia jiems galimybę kvėpuoti.

Nuostabus procesas

Augalai, pasirodo, irgi moka kvėpuoti, tačiau, skirtingai nei žmonės ir gyvūnai, iš oro sugeria anglies dvideginį, o ne deguonį. Augalai taip pat geria. Štai kodėl reikia juos laistyti, kitaip jie mirs. Šaknų sistemos pagalba vanduo ir maisto medžiagos pernešamos į visas augalo kūno dalis, o anglies dvideginis absorbuojamas per mažas lapų skylutes. Paleidiklis pradėti cheminė reakcija yra saulės šviesa. Visus gautus medžiagų apykaitos produktus augalai naudoja mitybai, deguonis išleidžiamas į atmosferą. Taip galite trumpai ir aiškiai paaiškinti, kaip vyksta fotosintezės procesas.

Fotosintezė: šviesioji ir tamsioji fotosintezės fazės

Nagrinėjamas procesas susideda iš dviejų pagrindinių dalių. Yra dvi fotosintezės fazės (aprašas ir lentelė toliau). Pirmasis vadinamas šviesos faze. Jis atsiranda tik esant šviesai tilaoidinėse membranose, dalyvaujant chlorofilui, elektronų transportavimo baltymams ir fermentui ATP sintetazei. Ką dar slepia fotosintezė? Dienos ir nakties eigoje apšvieskite ir pakeiskite vienas kitą (Calvin ciklai). Tamsiosios fazės metu susidaro ta pati gliukozė, maistas augalams. Šis procesas dar vadinamas nuo šviesos nepriklausoma reakcija.

Išvada

Iš viso to, kas išdėstyta pirmiau, galima padaryti tokias išvadas:

• Fotosintezė yra procesas, kurio metu gaunama energija iš saulės.
• Saulės šviesos energiją chlorofilas paverčia chemine energija.
• Chlorofilas suteikia augalams žalią spalvą.
• Fotosintezė vyksta augalų lapų ląstelių chloroplastuose.
• Anglies dioksidas ir vanduo yra būtini fotosintezei.
• Anglies dioksidas į augalą patenka per mažytes skylutes, stomatas, o pro jas išeina deguonis.
• Vanduo į augalą įsigeria per jo šaknis.
• Be fotosintezės pasaulyje nebūtų maisto.

Naudojant arba nenaudojant šviesos energijos. Tai būdinga augalams. Toliau panagrinėkime, kas yra tamsioji ir šviesioji fotosintezės fazės.

Bendra informacija

Aukštesniųjų augalų fotosintezės organas yra lapas. Chloroplastai veikia kaip organelės. Fotosintetinių pigmentų yra jų tilakoidų membranose. Jie yra karotinoidai ir chlorofilai. Pastarosios egzistuoja keliomis formomis (a, c, b, d). Pagrindinis yra a-chlorofilas. Jo molekulėje yra porfirino „galva“ su magnio atomu, esančiu centre, taip pat fitolio „uodega“. Pirmasis elementas pateikiamas kaip plokščia konstrukcija. „Galva“ yra hidrofilinė, todėl yra toje membranos dalyje, kuri nukreipta į vandeninę aplinką. Fitolio „uodega“ yra hidrofobinė. Dėl šios priežasties jis išlaiko chlorofilo molekulę membranoje. Chlorofilai sugeria mėlynai violetinę ir raudoną šviesą. Jie taip pat atspindi žalią spalvą, suteikdami augalams būdingą spalvą. Tilaktoidinėse membranose chlorofilo molekulės yra suskirstytos į fotosistemas. Melsvadumbliams ir augalams būdingos 1 ir 2 sistemos. Fotosintetinės bakterijos turi tik pirmąją. Antroji sistema gali skaidyti H 2 O ir išleisti deguonį.

Šviesioji fotosintezės fazė

Augaluose vykstantys procesai yra sudėtingi ir daugiapakopiai. Visų pirma išskiriamos dvi reakcijų grupės. Tai yra tamsioji ir šviesioji fotosintezės fazės. Pastarasis vyksta dalyvaujant fermentui ATP, elektronų perdavimo baltymams ir chlorofilui. Šviesioji fotosintezės fazė vyksta tilaktoidinėse membranose. Chlorofilo elektronai susijaudina ir palieka molekulę. Po to jie atsiduria ant išorinio tilaktoidinės membranos paviršiaus. Jis, savo ruožtu, tampa neigiamai įkrautas. Po oksidacijos prasideda chlorofilo molekulių redukcija. Jie paima elektronus iš vandens, esančio intralakoidinėje erdvėje. Taigi irimo (fotolizės) metu membranoje vyksta šviesioji fotosintezės fazė: H 2 O + Q šviesa → H + + OH -

Hidroksilo jonai virsta reaktyviais radikalais, paaukodami savo elektronus:

OH - → .OH + e -

OH radikalai susijungia ir sudaro laisvą deguonį ir vandenį:

4NE. → 2H 2 O + O 2.

Tokiu atveju deguonis pašalinamas į supančią (išorinę) aplinką, o protonai kaupiasi tilaktoido viduje specialiame „rezervuare“. Dėl to ten, kur vyksta šviesi fotosintezės fazė, tilaktoidinė membrana gauna teigiamą krūvį dėl H + vienoje pusėje. Tuo pačiu metu dėl elektronų jis įkraunamas neigiamai.

ADP fosforilinimas

Ten, kur vyksta šviesos fotosintezės fazė, yra potencialų skirtumas tarp vidinio ir išorinio membranos paviršių. Kai jis pasiekia 200 mV, protonai pradeda stumti per ATP sintetazės kanalus. Taigi šviesos fotosintezės fazė vyksta membranoje, kai ADP fosforilinamas į ATP. Šiuo atveju atominis vandenilis siunčiamas, kad atkurtų specialų nešiklį nikotinamido adenino dinukleotido fosfatą NADP+ į NADP.H2:

2Н + + 2е — + NADP → NADP.Н 2

Taigi šviesos fotosintezės fazė apima vandens fotolizę. Tai, savo ruožtu, lydi trys svarbiausios reakcijos:

1. ATP sintezė.
2. NADP.H susidarymas 2.
3. Deguonies susidarymas.

Šviesiąją fotosintezės fazę lydi pastarųjų išmetimas į atmosferą. NADP.H2 ir ATP persikelia į chloroplasto stromą. Tai užbaigia šviesos fotosintezės fazę.

Kita reakcijų grupė

Tamsioji fotosintezės fazė nereikalauja šviesos energijos. Jis patenka į chloroplasto stromą. Reakcijos pateikiamos nuoseklių anglies dioksido virsmų iš oro grandinės forma. Dėl to susidaro gliukozė ir kitos organinės medžiagos. Pirmoji reakcija yra fiksacija. Ribulozės bifosfatas (penkių anglies cukrus) RiBP veikia kaip anglies dioksido akceptorius. Reakcijos katalizatorius yra ribulozės bifosfato karboksilazė (fermentas). Dėl RiBP karboksilinimo susidaro nestabilus šešių anglies junginių junginys. Jis beveik akimirksniu skyla į dvi PGA (fosfoglicerino rūgšties) molekules. Po to įvyksta reakcijų ciklas, kai per kelis tarpinius produktus ji virsta gliukoze. Jie naudoja NADP.H 2 ir ATP energiją, kurios buvo paverstos fotosintezės šviesos fazės metu. Šių reakcijų ciklas vadinamas „Kalvino ciklu“. Jis gali būti pavaizduotas taip:

6CO2 + 24H+ + ATP → C6H12O6 + 6H2O

Be gliukozės, fotosintezės metu susidaro ir kiti organinių (sudėtingų) junginių monomerai. Tai visų pirma riebalų rūgštys, glicerolis, aminorūgštys ir nukleotidai.

C3 reakcijos

Tai yra fotosintezės rūšis, kurios metu kaip pirmasis produktas susidaro trijų anglies junginiai. Būtent tai aukščiau aprašyta kaip Kalvino ciklas. Būdingos C3 fotosintezės ypatybės yra šios:

1. RiBP yra anglies dioksido akceptorius.
2. Karboksilinimo reakciją katalizuoja RiBP karboksilazė.
3. Susidaro šešių anglies medžiaga, kuri vėliau suskaidoma į 2 FHA.

Fosfoglicerino rūgštis redukuojama iki TP (triozės fosfatų). Kai kurie iš jų naudojami ribuliozės bifosfato regeneracijai, o likusi dalis paverčiama gliukoze.

C4 reakcijos

Šio tipo fotosintezei būdingas keturių anglies junginių atsiradimas kaip pirmasis produktas. 1965 m. buvo nustatyta, kad kai kuriuose augaluose pirmiausia atsiranda C4 medžiagų. Pavyzdžiui, tai nustatyta soroms, sorgai, cukranendriems ir kukurūzams. Šie augalai tapo žinomi kaip C4 augalai. Kitais, 1966 m., metais Slackas ir Hatchas (Australijos mokslininkai) išsiaiškino, kad jiems beveik visiškai trūksta fotokvėpavimo. Taip pat buvo nustatyta, kad tokie C4 augalai daug efektyviau sugeria anglies dvideginį. Dėl to tokių pasėlių anglies transformacijos kelias buvo pradėtas vadinti Hatch-Slack keliu.

Išvada

Fotosintezės svarba yra labai didelė. Jo dėka kasmet iš atmosferos sugeriamas didžiulis kiekis (milijardai tonų) anglies dioksidas. Vietoje to deguonies išsiskiria ne mažiau. Fotosintezė veikia kaip pagrindinis organinių junginių susidarymo šaltinis. Deguonis dalyvauja formuojant ozono sluoksnį, kuris apsaugo gyvus organizmus nuo trumpųjų bangų UV spindulių poveikio. Fotosintezės metu lapas sugeria tik 1% visos ant jo krentančios šviesos energijos. Jo produktyvumas yra 1 g organinis junginys už 1 kv. m paviršiaus per valandą.