Kur notiek fotosintēzes tumšā fāze? Fotosintēzes gaismas fāze. Kurā fotosintēzes fāzē notiek ATP sintēze?

- organisko vielu sintēze no oglekļa dioksīda un ūdens ar obligātu gaismas enerģijas izmantošanu:

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

Augstākajos augos fotosintēzes orgāns ir lapa, fotosintēzes organoīdi ir hloroplasti (hloroplastu struktūra ir lekcija Nr. 7). Hloroplastu tilakoīdu membrānas satur fotosintēzes pigmentus: hlorofilus un karotinoīdus. Ir vairāki dažādi hlorofila veidi ( a, b, c, d), galvenais ir hlorofils a. Hlorofila molekulā var atšķirt porfirīna “galvu” ar magnija atomu centrā un fitola “asti”. Porfirīna “galva” ir plakana struktūra, tā ir hidrofila un tāpēc atrodas uz membrānas virsmas, kas ir vērsta pret stromas ūdens vidi. Fitola "aste" ir hidrofoba un tādējādi saglabā hlorofila molekulu membrānā.

Hlorofils absorbē sarkano un zili violeto gaismu, atstaro zaļo un tādējādi piešķir augiem raksturīgo zaļo krāsu. Hlorofila molekulas tilakoīdu membrānās ir sakārtotas fotosistēmas. Augiem un zilaļģēm ir fotosistēma-1 un fotosistēma-2; fotosintētiskajām baktērijām ir fotosistēma-1. Tikai fotosistēma-2 var sadalīt ūdeni ar skābekļa izdalīšanos un ņemt elektronus no ūdens ūdeņraža.

Fotosintēze ir sarežģīts daudzpakāpju process; fotosintēzes reakcijas iedala divās grupās: reakcijas gaismas fāze un reakcijas tumšā fāze.

gaismas fāze

Šī fāze notiek tikai gaismas klātbūtnē tilakoīdu membrānās, piedaloties hlorofilam, elektronu nesējproteīniem un enzīmam ATP sintetāzei. Gaismas kvanta iedarbībā hlorofila elektroni tiek ierosināti, atstāj molekulu un nonāk tilakoīda membrānas ārējā pusē, kas galu galā kļūst negatīvi uzlādēta. Oksidētās hlorofila molekulas tiek atjaunotas, ņemot elektronus no ūdens, kas atrodas intratilakoīdā telpā. Tas noved pie ūdens sadalīšanās vai fotolīzes:

H 2 O + Q gaismas → H + + OH -.

Hidroksiljoni nodod savus elektronus, pārvēršoties reaktīvos radikāļos. OH:

OH - → .OH + e - .

Radikāļi.OH apvienojas, veidojot ūdeni un brīvo skābekli:

4NĒ. → 2H 2 O + O 2.

Šajā gadījumā skābeklis tiek izvadīts uz ārējo vidi, un protoni uzkrājas tilakoīda iekšpusē "protonu rezervuārā". Tā rezultātā tilakoīda membrāna, no vienas puses, ir pozitīvi uzlādēta H +, no otras puses, negatīvi elektronu dēļ. Kad potenciālu starpība starp tilakoīda membrānas ārējo un iekšējo pusi sasniedz 200 mV, protoni tiek izspiesti pa ATP sintetāzes kanāliem un ADP tiek fosforilēts līdz ATP; atomu ūdeņradi izmanto, lai atjaunotu specifisko nesēju NADP + (nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfātu) uz NADP H 2:

2H + + 2e - + NADP → NADP H 2.

Tādējādi gaismas fāzē notiek ūdens fotolīze, ko pavada trīs kritiskie procesi: 1) ATP sintēze; 2) NADP·H 2 veidošanās; 3) skābekļa veidošanās. Skābeklis izkliedējas atmosfērā, ATP un NADP·H 2 tiek transportēti uz hloroplasta stromu un piedalās tumšās fāzes procesos.

1 - hloroplasta stroma; 2 - grana tilakoīds.

tumšā fāze

Šī fāze notiek hloroplasta stromā. Tās reakcijām nav nepieciešama gaismas enerģija, tāpēc tās notiek ne tikai gaismā, bet arī tumsā. Tumšās fāzes reakcijas ir oglekļa dioksīda (nāk no gaisa) secīgu transformāciju ķēde, kas izraisa glikozes un citu organisko vielu veidošanos.

Pirmā reakcija šajā ķēdē ir oglekļa dioksīda fiksācija; oglekļa dioksīda akceptors ir piecu oglekļa cukurs ribulozes bisfosfāts(RiBF); enzīms katalizē reakciju ribulozes bisfosfāta karboksilāze(RiBP-karboksilāze). Ribulozes bisfosfāta karboksilēšanas rezultātā veidojas nestabils sešu oglekļa savienojums, kas nekavējoties sadalās divās molekulās. fosfoglicerīnskābe(FGK). Pēc tam notiek reakciju cikls, kurā, izmantojot virkni starpproduktu, fosfoglicerīnskābe tiek pārveidota par glikozi. Šajās reakcijās tiek izmantotas gaismas fāzē izveidotās ATP un NADP·H 2 enerģijas; Šo reakciju ciklu sauc par Kalvina ciklu:

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

Papildus glikozei fotosintēzes laikā veidojas arī citi sarežģītu organisko savienojumu monomēri - aminoskābes, glicerīns un taukskābes, nukleotīdi. Pašlaik ir divu veidu fotosintēze: C 3 - un C 4 - fotosintēze.

C 3 -fotosintēze

Šis ir fotosintēzes veids, kurā pirmais produkts ir trīs oglekļa (C3) savienojumi. C 3 -fotosintēze tika atklāta pirms C 4 -fotosintēzes (M. Calvin). Tā ir C3-fotosintēze, kas ir aprakstīta iepriekš sadaļā "Tumšā fāze". C 3 fotosintēzes raksturīgās pazīmes: 1) RiBP ir oglekļa dioksīda akceptors, 2) RiBP karboksilāze katalizē RiBP karboksilēšanas reakciju, 3) RiBP karboksilēšanas rezultātā veidojas sešu oglekļa savienojums, kas sadalās divās FHA. FHA ir atjaunota triozes fosfāti(TF). Daļa TF tiek izmantota RiBP reģenerācijai, daļa tiek pārveidota par glikozi.

1 - hloroplasts; 2 - peroksisoms; 3 - mitohondrijs.

Tā ir no gaismas atkarīga skābekļa uzņemšana un oglekļa dioksīda izdalīšanās. Pat pagājušā gadsimta sākumā tika konstatēts, ka skābeklis kavē fotosintēzi. Kā izrādījās, ne tikai oglekļa dioksīds, bet arī skābeklis var būt RiBP karboksilāzes substrāts:

O 2 + RiBP → fosfoglikolāts (2С) + FHA (3С).

Fermentu sauc par RiBP-oksigenāzi. Skābeklis ir konkurētspējīgs oglekļa dioksīda fiksācijas inhibitors. Fosfātu grupa tiek atdalīta, un fosfoglikolāts kļūst par glikolātu, kas augam ir jāizmanto. Tas nonāk peroksisomās, kur tiek oksidēts līdz glicīnam. Glicīns nonāk mitohondrijās, kur tas tiek oksidēts par serīnu, zaudējot jau fiksēto oglekli CO 2 veidā. Rezultātā divas glikolāta molekulas (2C + 2C) tiek pārvērstas vienā FHA (3C) un CO 2. Fotoelpošana izraisa C 3 -augu ražas samazināšanos par 30-40% ( C 3 -augi- augi, kuriem raksturīga C 3 -fotosintēze).

C 4 -fotosintēze - fotosintēze, kurā pirmais produkts ir četru oglekļa (C 4) savienojumi. 1965. gadā tika konstatēts, ka dažos augos (cukurniedru, kukurūzas, sorgo, prosa) pirmie fotosintēzes produkti ir četroglekļa skābes. Tādus augus sauc Ar 4 augiem. 1966. gadā Austrālijas zinātnieki Hatch un Slack parādīja, ka C 4 augiem praktiski nav fotoelpošanas un tie daudz efektīvāk absorbē oglekļa dioksīdu. Sāka saukt oglekļa transformāciju ceļu C 4 augos autors Hatch-Slack.

C 4 augiem raksturīga īpaša lapas anatomiska struktūra. Visus vadošos saišķus ieskauj dubults šūnu slānis: ārējais ir mezofila šūnas, iekšējais ir oderējuma šūnas. Oglekļa dioksīds tiek fiksēts mezofila šūnu citoplazmā, akceptors ir fosfoenolpiruvāts(PEP, 3C), PEP karboksilēšanas rezultātā veidojas oksaloacetāts (4C). Process tiek katalizēts PEP karboksilāze. Pretstatā RiBP karboksilāzei PEP karboksilāzei ir augsta afinitāte pret CO 2 un, pats galvenais, tā nesadarbojas ar O 2 . Mezofila hloroplastos ir daudz granātu, kurās aktīvi notiek gaismas fāzes reakcijas. Apvalka šūnu hloroplastos notiek tumšās fāzes reakcijas.

Oksaloacetāts (4C) tiek pārveidots par malātu, kas caur plazmodesmātu tiek transportēts uz oderes šūnām. Šeit tas tiek dekarboksilēts un dehidrēts, veidojot piruvātu, CO 2 un NADP·H 2 .

Piruvāts atgriežas mezofila šūnās un atjaunojas uz PEP ATP enerģijas rēķina. CO 2 atkal tiek fiksēts ar RiBP karboksilāzi, veidojot FHA. PEP reģenerācijai nepieciešama ATP enerģija, tāpēc ir nepieciešams gandrīz divreiz vairāk enerģijas nekā C 3 fotosintēzei.

Fotosintēzes nozīme

Pateicoties fotosintēzei, no atmosfēras katru gadu tiek absorbēti miljardi tonnu oglekļa dioksīda, izdalās miljardiem tonnu skābekļa; fotosintēze ir galvenais organisko vielu veidošanās avots. Ozona slānis veidojas no skābekļa, kas pasargā dzīvos organismus no īsviļņu ultravioletā starojuma.

Fotosintēzes laikā zaļa lapa izmanto tikai aptuveni 1% no uz tās krītošās saules enerģijas, produktivitāte ir aptuveni 1 g organisko vielu uz 1 m 2 virsmas stundā.

Ķīmijsintēze

Organisko savienojumu sintēzi no oglekļa dioksīda un ūdens, kas tiek veikta nevis uz gaismas enerģijas, bet gan uz neorganisko vielu oksidācijas enerģijas rēķina, sauc. ķīmiskā sintēze. Ķīmisintētiskie organismi ietver dažus baktēriju veidus.

Nitrificējošās baktērijas oksidē amonjaku līdz slāpekļskābei un pēc tam par slāpekļskābi (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

dzelzs baktērijas pārvērš melno dzelzi oksīdā (Fe 2+ → Fe 3+).

Sēra baktērijas oksidē sērūdeņradi par sēru vai sērskābi (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

Neorganisko vielu oksidācijas reakciju rezultātā izdalās enerģija, ko baktērijas uzglabā augstas enerģijas ATP saišu veidā. ATP izmanto organisko vielu sintēzei, kas norit līdzīgi fotosintēzes tumšās fāzes reakcijām.

Ķīmisintētiskās baktērijas veicina minerālvielu uzkrāšanos augsnē, uzlabo augsnes auglību, veicina notekūdeņu attīrīšanu u.c.

Iet uz lekcijas №11“Vielmaiņas jēdziens. Olbaltumvielu biosintēze"

Iet uz lekcijas №13"Eukariotu šūnu dalīšanas metodes: mitoze, mejoze, amitoze"

Fotosintēze- organisko savienojumu sintēze no neorganiskiem gaismas enerģijas ietekmē (hv). Kopējais fotosintēzes vienādojums ir:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Fotosintēze notiek, piedaloties fotosintēzes pigmentiem, kuriem ir unikāla īpašība pārvērst saules gaismas enerģiju ķīmiskās saites enerģijā ATP formā. Fotosintētiskie pigmenti ir olbaltumvielām līdzīgas vielas. Vissvarīgākais no tiem ir pigmenta hlorofils. Eikariotos fotosintētiskie pigmenti ir iestrādāti plastidu iekšējā membrānā, prokariotos tie ir iestrādāti citoplazmas membrānas invaginācijās.

Hloroplasta struktūra ir ļoti līdzīga mitohondriju struktūrai. Grana tilakoīdu iekšējā membrāna satur fotosintēzes pigmentus, kā arī elektronu transportēšanas ķēdes proteīnus un ATP sintetāzes enzīmu molekulas.

Fotosintēzes process sastāv no divām fāzēm: gaišā un tumšā.

gaismas fāze Fotosintēze notiek tikai gaismas klātbūtnē tilakoīda grana membrānā. Šajā fāzē notiek hlorofila gaismas kvantu absorbcija, ATP molekulas veidošanās un ūdens fotolīze.

Gaismas kvanta (hv) iedarbībā hlorofils zaudē elektronus, nonākot ierosinātā stāvoklī:

Chl → Chl + e —

Šos elektronus nesēji pārnes uz ārējo, t.i. tilakoīda membrānas virsma, kas vērsta pret matricu, kur tie uzkrājas.

Tajā pašā laikā tilakoīdu iekšpusē notiek ūdens fotolīze, t.i. tā sadalīšanās gaismas ietekmē

2H 2O → O 2 + 4H + + 4e -

Iegūtos elektronus nesēji pārnes uz hlorofila molekulām un atjauno tās: hlorofila molekulas atgriežas stabilā stāvoklī.

Ūdeņraža protoni, kas veidojas ūdens fotolīzes laikā, uzkrājas tilakoīda iekšpusē, veidojot H + -rezervuāru. Rezultātā tilakoīda membrānas iekšējā virsma ir pozitīvi uzlādēta (sakarā ar H +), bet ārējā virsma ir negatīvi uzlādēta (sakarā ar e -). Tā kā abās membrānas pusēs uzkrājas pretēji lādētas daļiņas, potenciālā atšķirība palielinās. Kad tiek sasniegta potenciāla starpības kritiskā vērtība, elektriskā lauka stiprums sāk virzīt protonus caur ATP sintetāzes kanālu. Šajā gadījumā atbrīvotā enerģija tiek izmantota ADP molekulu fosforilēšanai:

ADP + F → ATP

ATP veidošanos fotosintēzes laikā gaismas enerģijas ietekmē sauc fotofosforilēšana.

Ūdeņraža joni, nonākuši uz tilakoīda membrānas ārējās virsmas, satiekas ar elektroniem un veido atomu ūdeņradi, kas saistās ar ūdeņraža nesējmolekulu NADP (nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfāts):

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

Tādējādi fotosintēzes gaismas fāzē notiek trīs procesi: skābekļa veidošanās ūdens sadalīšanās rezultātā, ATP sintēze, ūdeņraža atomu veidošanās NADP H 2 formā. Skābeklis izkliedējas atmosfērā, tumšās fāzes procesos piedalās ATP un NADP H 2.

tumšā fāze fotosintēze notiek hloroplastu matricā gan gaismā, gan tumsā, un tā ir secīgu CO 2 transformāciju sērija, kas nāk no gaisa Kalvina ciklā. Tumšās fāzes reakcijas tiek veiktas ATP enerģijas dēļ. Kalvina ciklā CO 2 saistās ar ūdeņradi no NADP H 2, veidojot glikozi.

Fotosintēzes procesā papildus monosaharīdiem (glikozei u.c.) tiek sintezēti arī citu organisko savienojumu monomēri - aminoskābes, glicerīns un taukskābes. Tādējādi, pateicoties fotosintēzei, augi nodrošina sevi un visu dzīvību uz Zemes ar nepieciešamajām organiskajām vielām un skābekli.

Salīdzinošās īpašības eikariotu fotosintēze un elpošana ir dota tabulā:

Kā īsi un skaidri izskaidrot tik sarežģītu procesu kā fotosintēze? Augi ir vienīgie dzīvie organismi, kas var ražot savu pārtiku. Kā viņi to dara? Izaugsmei un saņemt visas nepieciešamās vielas no vidi: oglekļa dioksīds - no gaisa, ūdens un - no augsnes. Viņiem nepieciešama arī saules gaismas enerģija. Šī enerģija izraisa noteiktas ķīmiskas reakcijas, kuru laikā oglekļa dioksīds un ūdens tiek pārvērsti glikozē (barojumā) un notiek fotosintēze. Īsi un skaidri procesa būtība ir izskaidrojama pat skolas vecuma bērniem.

"Kopā ar gaismu"

Vārds "fotosintēze" cēlies no diviem grieķu vārdiem - "foto" un "sintēze", kombinācija, kas tulkojumā nozīmē "kopā ar gaismu". Saules enerģija tiek pārvērsta ķīmiskajā enerģijā. Fotosintēzes ķīmiskais vienādojums:

6CO 2 + 12H 2 O + gaišs \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

Tas nozīmē, ka glikozes ražošanai tiek izmantotas 6 oglekļa dioksīda molekulas un divpadsmit ūdens molekulas (kopā ar saules gaismu), kā rezultātā tiek iegūtas sešas skābekļa molekulas un sešas ūdens molekulas. Ja mēs to attēlojam verbālā vienādojuma veidā, mēs iegūstam sekojošo:

Ūdens + saule => glikoze + skābeklis + ūdens.

Saule ir ļoti spēcīgs enerģijas avots. Cilvēki vienmēr cenšas to izmantot elektrības ražošanai, māju siltināšanai, ūdens sildīšanai utt. Augi pirms miljoniem gadu "izdomāja", kā izmantot saules enerģiju, jo tas bija nepieciešams to izdzīvošanai. Fotosintēzi var īsi un uzskatāmi izskaidrot šādi: augi izmanto saules gaismas enerģiju un pārvērš to ķīmiskajā enerģijā, kā rezultātā veidojas cukurs (glikoze), kura pārpalikums kā ciete uzkrājas lapās, saknēs, kātos. un auga sēklas. Saules enerģija tiek nodota augiem, kā arī dzīvniekiem, kurus šie augi ēd. Kad augam nepieciešamas barības vielas augšanai un citiem dzīvības procesiem, šīs rezerves ir ļoti noderīgas.

Kā augi absorbē saules enerģiju?

Īsi un skaidri runājot par fotosintēzi, ir vērts pieskarties jautājumam par to, kā augiem izdodas absorbēt saules enerģiju. Tas ir saistīts ar lapu īpašo struktūru, kurā ietilpst zaļās šūnas - hloroplasti, kas satur īpašu vielu, ko sauc par hlorofilu. Tas dod lapām zaļo krāsu un ir atbildīgs par saules gaismas enerģijas absorbciju.

Kāpēc lielākā daļa lapu ir platas un plakanas?

Fotosintēze notiek augu lapās. Pārsteidzošs ir fakts, ka augi ir ļoti labi pielāgoti saules gaismas uztveršanai un oglekļa dioksīda absorbēšanai. Plašās virsmas dēļ tiks uztverts daudz vairāk gaismas. Tieši šī iemesla dēļ arī saules paneļi, kas dažkārt tiek uzstādīti uz māju jumtiem, ir plati un plakani. Jo lielāka virsma, jo labāka uzsūkšanās.

Kas vēl ir svarīgi augiem?

Tāpat kā cilvēkiem, arī augiem ir vajadzīgas barības vielas un barības vielas, lai tie būtu veseli, augtu un labi darbotos. Viņi caur saknēm iegūst ūdenī izšķīdinātas minerālvielas no augsnes. Ja augsnē trūkst minerālvielu, augs neattīstīsies normāli. Lauksaimnieki bieži pārbauda augsni, lai pārliecinātos, ka tajā ir pietiekami daudz barības vielu ražas augšanai. Pretējā gadījumā izmantojiet mēslojumu, kas satur augu barošanai un augšanai nepieciešamās minerālvielas.

Kāpēc fotosintēze ir tik svarīga?

Īsi un skaidri bērniem izskaidrojot fotosintēzi, ir vērts pieminēt, ka šis process ir viena no svarīgākajām ķīmiskajām reakcijām pasaulē. Kādi ir iemesli tik skaļam paziņojumam? Pirmkārt, fotosintēze baro augus, kas savukārt baro visas citas dzīvās būtnes uz planētas, tostarp dzīvniekus un cilvēkus. Otrkārt, fotosintēzes rezultātā atmosfērā izdalās elpošanai nepieciešamais skābeklis. Visas dzīvās būtnes ieelpo skābekli un izelpo oglekļa dioksīdu. Par laimi, augi rīkojas pretēji, tāpēc cilvēkiem un dzīvniekiem ir ļoti svarīgi elpot.

Apbrīnojams process

Arī augi, izrādās, prot elpot, taču atšķirībā no cilvēkiem un dzīvniekiem no gaisa uzsūc ogļskābo gāzi, nevis skābekli. Augi arī dzer. Tāpēc tie ir jālaista, pretējā gadījumā viņi nomirs. Ar sakņu sistēmas palīdzību ūdens un barības vielas tiek transportētas uz visām augu ķermeņa daļām, un oglekļa dioksīds tiek absorbēts caur maziem caurumiem lapās. Sprūda palaišanai ķīmiskā reakcija ir saules gaisma. Visus iegūtos vielmaiņas produktus augi izmanto uzturā, atmosfērā izdalās skābeklis. Tādā veidā jūs varat īsi un skaidri izskaidrot, kā notiek fotosintēzes process.

Fotosintēze: gaismas un tumšās fotosintēzes fāzes

Aplūkojamais process sastāv no divām galvenajām daļām. Ir divas fotosintēzes fāzes (apraksts un tabula - zemāk). Pirmo sauc par gaismas fāzi. Tas notiek tikai gaismas klātbūtnē tilakoīdu membrānās, piedaloties hlorofilam, elektronu nesējproteīniem un enzīmam ATP sintetāzei. Ko vēl slēpj fotosintēze? Apgaismojiet un nomainiet viens otru, kad ieslēdzas diena un nakts (Kalvina cikli). Tumšajā fāzē notiek tās pašas glikozes, augu barības, ražošana. Šo procesu sauc arī par gaismas neatkarīgu reakciju.

Secinājums

No visa iepriekš minētā var izdarīt šādus secinājumus:

• Fotosintēze ir process, kas ļauj iegūt enerģiju no saules.
• Saules gaismas enerģiju hlorofils pārvērš ķīmiskajā enerģijā.
• Hlorofils piešķir augiem to zaļo krāsu.
• Fotosintēze notiek augu lapu hloroplastos.
• Oglekļa dioksīds un ūdens ir nepieciešami fotosintēzei.
• Oglekļa dioksīds iekļūst augā caur sīkiem caurumiem, stomām, un skābeklis iziet caur tiem.
• Ūdens iesūcas augā caur tā saknēm.
• Bez fotosintēzes pasaulē nebūtu pārtikas.

Ar gaismas enerģiju vai bez tās. Tas ir raksturīgs augiem. Ļaujiet mums sīkāk apsvērt, kas ir fotosintēzes tumšās un gaišās fāzes.

Galvenā informācija

Augstāko augu fotosintēzes orgāns ir lapa. Hloroplasti darbojas kā organellas. To tilakoīdu membrānas satur fotosintēzes pigmentus. Tie ir karotinoīdi un hlorofili. Pēdējie pastāv vairākos veidos (a, c, b, d). Galvenais no tiem ir a-hlorofils. Tās molekulā ir porfirīna "galva" ar magnija atomu, kas atrodas centrā, kā arī fitola "aste". Pirmais elements ir attēlots kā plakana konstrukcija. "Galva" ir hidrofila, tāpēc tā atrodas tajā membrānas daļā, kas ir vērsta uz ūdens vidi. Fitola "aste" ir hidrofoba. Pateicoties tam, tas saglabā hlorofila molekulu membrānā. Hlorofils absorbē zili violeto un sarkano gaismu. Tie arī atspoguļo zaļo krāsu, piešķirot augiem raksturīgo krāsu. Tilaktiskajās membrānās hlorofila molekulas tiek sakārtotas fotosistēmās. Zilaļģēm un augiem raksturīga 1. un 2. sistēma. Fotosintētiskajām baktērijām ir tikai pirmā. Otrā sistēma var sadalīt H 2 O un atbrīvot skābekli.

Fotosintēzes gaismas fāze

Augos notiekošie procesi ir sarežģīti un daudzpakāpju. Jo īpaši izšķir divas reakciju grupas. Tās ir fotosintēzes tumšās un gaišās fāzes. Pēdējais notiek, piedaloties ATP enzīmam, elektronu transporta proteīniem un hlorofilam. Fotosintēzes gaismas fāze notiek tilaktoīdu membrānās. Hlorofila elektroni tiek satraukti un atstāj molekulu. Pēc tam tie nokrīt uz tilaktiskās membrānas ārējās virsmas. Viņa savukārt ir negatīvi uzlādēta. Pēc oksidēšanās sākas hlorofila molekulu atjaunošana. Viņi ņem elektronus no ūdens, kas atrodas intralakoid telpā. Tādējādi fotosintēzes gaismas fāze norisinās membrānā sabrukšanas (fotolīzes) laikā: H 2 O + Q gaisma → H + + OH -

Hidroksiljoni tiek pārveidoti par reaktīviem radikāļiem, ziedojot savus elektronus:

OH - → .OH + e -

OH radikāļi savienojas un veido brīvo skābekli un ūdeni:

4NĒ. → 2H 2 O + O 2.

Šajā gadījumā skābeklis tiek noņemts apkārtējā (ārējā) vidē, un protoni tiek uzkrāti tilaktoīda iekšpusē īpašā "rezervuārā". Rezultātā, kur notiek fotosintēzes gaismas fāze, no vienas puses, tilaktiskā membrāna saņem pozitīvu lādiņu H + dēļ. Tajā pašā laikā elektronu dēļ tas ir negatīvi uzlādēts.

ADP fosforilēšana

Tur, kur notiek fotosintēzes gaismas fāze, pastāv potenciāla atšķirība starp membrānas iekšējo un ārējo virsmu. Kad tas sasniedz 200 mV, protoni tiek izspiesti pa ATP sintetāzes kanāliem. Tādējādi fotosintēzes gaismas fāze notiek membrānā, kad ADP tiek fosforilēts līdz ATP. Šajā gadījumā atomu ūdeņradis tiek novirzīts uz īpaša nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfāta NADP+ nesēja reducēšanu uz NADP.H2:

2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2

Tādējādi fotosintēzes gaismas fāze ietver ūdens fotolīzi. To savukārt pavada trīs galvenās reakcijas:

1. ATP sintēze.
2. Izglītība NADP.H 2 .
3. Skābekļa veidošanās.

Fotosintēzes gaismas fāzi pavada pēdējās izdalīšanās atmosfērā. NADP.H2 un ATP pārvietojas hloroplasta stromā. Tas pabeidz fotosintēzes gaismas fāzi.

Vēl viena reakciju grupa

Fotosintēzes tumšajai fāzei nav nepieciešama gaismas enerģija. Tas nonāk hloroplasta stromā. Reakcijas tiek parādītas kā secīgu oglekļa dioksīda transformāciju ķēde, kas nāk no gaisa. Tā rezultātā veidojas glikoze un citas organiskās vielas. Pirmā reakcija ir fiksācija. RiBF darbojas kā oglekļa dioksīda akceptors. Reakcijas katalizators ir ribulozes bisfosfāta karboksilāze (enzīms). RiBP karboksilēšanas rezultātā veidojas sešu oglekļa nestabils savienojums. Tas gandrīz acumirklī sadalās divās FHA (fosfoglicerīnskābes) molekulās. Tam seko reakciju cikls, kurā tā tiek pārveidota par glikozi caur vairākiem starpproduktiem. Tie izmanto NADP.H 2 un ATP enerģijas, kas tika pārveidotas, kad notika fotosintēzes gaismas fāze. Šo reakciju ciklu sauc par "Kalvina ciklu". To var attēlot šādi:

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

Papildus glikozei fotosintēzes laikā veidojas arī citi organisko (komplekso) savienojumu monomēri. Tie jo īpaši ietver taukskābes, glicerīnu, aminoskābes, nukleotīdus.

C3 reakcijas

Tie ir fotosintēzes veids, kurā kā pirmais produkts veidojas trīs oglekļa savienojumi. Tas ir tas, kurš iepriekš aprakstīts kā Kalvina cikls. C3 fotosintēzes raksturīgās iezīmes ir:

1. RiBP ir oglekļa dioksīda akceptors.
2. Karboksilēšanas reakciju katalizē RiBP karboksilāze.
3. Izveidojas sešu oglekļa viela, kas pēc tam sadalās 2 FHA.

Fosfoglicerīnskābe tiek reducēta līdz TF (triozes fosfātiem). Daži no tiem tiek nosūtīti uz ribulozes bifosfāta reģenerāciju, bet pārējais tiek pārveidots par glikozi.

C4 reakcijas

Šāda veida fotosintēzi raksturo četru oglekļa savienojumu parādīšanās kā pirmais produkts. 1965. gadā tika konstatēts, ka C4 vielas dažos augos parādās pirmās. Piemēram, tas ir noteikts prosai, sorgo, cukurniedrēm, kukurūzai. Šīs kultūras kļuva pazīstamas kā C4 augi. Nākamajā, 1966. gadā, Sleks un Hečs (Austrālijas zinātnieki) atklāja, ka viņiem gandrīz pilnībā trūkst fotoelpošanas. Ir arī konstatēts, ka šādi C4 augi daudz efektīvāk absorbē oglekļa dioksīdu. Rezultātā oglekļa transformācijas ceļš šādās kultūrās tika saukts par Hatch-Slack ceļu.

Secinājums

Fotosintēzes nozīme ir ļoti liela. Pateicoties viņam, oglekļa dioksīds katru gadu tiek absorbēts no atmosfēras milzīgos apjomos (miljardos tonnu). Tā vietā izdalās mazāk skābekļa. Fotosintēze darbojas kā galvenais organisko savienojumu veidošanās avots. Skābeklis ir iesaistīts ozona slāņa veidošanā, kas aizsargā dzīvos organismus no īsviļņu UV starojuma iedarbības. Fotosintēzes laikā lapa absorbē tikai 1% no visas uz tās krītošās gaismas enerģijas. Tā produktivitāte ir 1 g organiskā savienojuma uz 1 kv. m virsmas stundā.