Kde prebieha temná fáza fotosyntézy. Svetelná fáza fotosyntézy. Počas ktorej fázy fotosyntézy prebieha syntéza ATP?

- syntéza organických látok z oxidu uhličitého a vody s povinným využitím svetelnej energie:

6C02 + 6H20 + Q svetlo → C6H1206 + 602.

U vyšších rastlín je orgánom fotosyntézy list a organelami fotosyntézy sú chloroplasty (štruktúra chloroplastov - prednáška č. 7). Membrány chloroplastových tylakoidov obsahujú fotosyntetické pigmenty: chlorofyly a karotenoidy. Existuje niekoľko rôznych typov chlorofylu ( a B C d), hlavným je chlorofyl a. V molekule chlorofylu možno rozlíšiť porfyrínovú „hlavu“ s atómom horčíka v strede a fytolovým „chvostom“. Porfyrínová „hlava“ je plochá štruktúra, je hydrofilná, a preto leží na povrchu membrány, ktorá je obrátená k vodnému prostrediu strómy. Fytolový „chvost“ je hydrofóbny a vďaka tomu zadržiava molekulu chlorofylu v membráne.

Chlorofyly absorbujú červené a modrofialové svetlo, odrážajú zelené svetlo, a preto dodávajú rastlinám ich charakteristickú zelenú farbu. Molekuly chlorofylu v tylakoidných membránach sú organizované do fotosystémy. Rastliny a modrozelené riasy majú fotosystém-1 a fotosystém-2, zatiaľ čo fotosyntetické baktérie majú fotosystém-1. Iba fotosystém-2 dokáže rozložiť vodu, aby uvoľnil kyslík a odobral elektróny z vodíka vody.

Fotosyntéza je komplexný viacstupňový proces; reakcie fotosyntézy sa delia do dvoch skupín: reakcie svetelná fáza a reakcie tmavá fáza.

Svetelná fáza

Táto fáza prebieha iba za prítomnosti svetla v tylakoidných membránach za účasti chlorofylu, proteínov transportujúcich elektróny a enzýmu ATP syntetázy. Pod vplyvom kvanta svetla sa excitujú elektróny chlorofylu, opúšťajú molekulu a vstupujú na vonkajšiu stranu tylakoidnej membrány, ktorá sa nakoniec nabije negatívne. Oxidované molekuly chlorofylu sa redukujú a odoberajú elektróny z vody umiestnenej v intratylakoidnom priestore. To vedie k rozpadu alebo fotolýze vody:

H20 + Q svetlo → H + + OH -.

Hydroxylové ióny sa vzdávajú svojich elektrónov a stávajú sa reaktívnymi radikálmi.OH:

OH - → .OH + e-.

OH radikály sa spájajú a vytvárajú vodu a voľný kyslík:

4NO. → 2H20 + 02.

V tomto prípade je kyslík odstránený do vonkajšieho prostredia a protóny sa hromadia vo vnútri tylakoidu v „zásobníku protónov“. Výsledkom je, že tylakoidná membrána je na jednej strane nabitá kladne vďaka H + a na druhej strane vďaka elektrónom je nabitá záporne. Keď potenciálny rozdiel medzi vonkajšou a vnútornou stranou tylakoidnej membrány dosiahne 200 mV, protóny sa pretlačia cez kanály ATP syntetázy a ADP sa fosforyluje na ATP; Atómový vodík sa používa na obnovenie špecifického nosiča NADP + (nikotínamid adenín dinukleotid fosfát) na NADPH 2:

2H++ 2e - + NADP → NADPH 2.

Počas svetelnej fázy teda dochádza k fotolýze vody, ktorá je sprevádzaná tromi najdôležitejšie procesy: 1) syntéza ATP; 2) tvorba NADPH 2; 3) tvorba kyslíka. Kyslík difunduje do atmosféry, ATP a NADPH 2 sú transportované do strómy chloroplastu a podieľajú sa na procesoch tmavej fázy.

1 - stróma chloroplastu; 2 - grana tylakoid.

Tmavá fáza

Táto fáza sa vyskytuje v stróme chloroplastu. Jeho reakcie nevyžadujú svetelnú energiu, preto sa vyskytujú nielen vo svetle, ale aj v tme. Reakcie v tmavej fáze sú reťazcom postupných premien oxidu uhličitého (prichádzajúceho zo vzduchu), čo vedie k tvorbe glukózy a iných organických látok.

Prvou reakciou v tomto reťazci je fixácia oxidu uhličitého; Akceptor oxidu uhličitého je päťuhlíkový cukor. ribulóza bifosfát(RiBF); enzým katalyzuje reakciu Ribulóza bifosfát karboxyláza(RiBP karboxyláza). V dôsledku karboxylácie ribulózabisfosfátu vzniká nestabilná šesťuhlíková zlúčenina, ktorá sa okamžite rozpadá na dve molekuly kyselina fosfoglycerová(FGK). Potom nastáva cyklus reakcií, v ktorom sa kyselina fosfoglycerová premieňa prostredníctvom série medziproduktov na glukózu. Tieto reakcie využívajú energiu ATP a NADPH 2 vytvorenú vo fáze svetla; Cyklus týchto reakcií sa nazýva „Calvinov cyklus“:

6C02 + 24H + + ATP -> C6H1206 + 6H20.

Okrem glukózy vznikajú pri fotosyntéze aj ďalšie monoméry komplexných organických zlúčenín – aminokyseliny, glycerol a mastné kyseliny, nukleotidy. V súčasnosti existujú dva typy fotosyntézy: C 3 - a C 4 fotosyntéza.

C 3-fotosyntéza

Ide o typ fotosyntézy, pri ktorej sú prvým produktom trojuhlíkové (C3) zlúčeniny. C 3 fotosyntéza bola objavená pred C 4 fotosyntézou (M. Calvin). Je to C3 fotosyntéza, ktorá je opísaná vyššie pod nadpisom „Fáza tmy“. Charakteristické znaky C 3 fotosyntézy: 1) akceptorom oxidu uhličitého je RiBP, 2) karboxylačnú reakciu RiBP katalyzuje RiBP karboxyláza, 3) v dôsledku karboxylácie RiBP vzniká šesťuhlíková zlúčenina, ktorá sa rozkladá na dve PGA. FGK sa obnoví na fosforečnany triózy(TF). Časť TF sa používa na regeneráciu RiBP a časť sa premieňa na glukózu.

1 - chloroplast; 2 - peroxizóm; 3 - mitochondrie.

Ide o absorpciu kyslíka závislú od svetla a uvoľňovanie oxidu uhličitého. Začiatkom minulého storočia sa zistilo, že kyslík potláča fotosyntézu. Ako sa ukázalo, pre karboxylázu RiBP môže byť substrátom nielen oxid uhličitý, ale aj kyslík:

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

Enzým sa nazýva RiBP oxygenáza. Kyslík je kompetitívny inhibítor fixácie oxidu uhličitého. Fosfátová skupina sa odštiepi a z fosfoglykolátu sa stane glykolát, ktorý musí rastlina využiť. Vstupuje do peroxizómov, kde sa oxiduje na glycín. Glycín vstupuje do mitochondrií, kde sa oxiduje na serín, pričom dochádza k strate už fixovaného uhlíka vo forme CO2. V dôsledku toho sa dve molekuly glykolátu (2C + 2C) premenia na jednu PGA (3C) a CO2. Fotorespirácia vedie k zníženiu úrody C3 rastlín o 30-40% ( S 3 rastlinami- rastliny charakterizované C 3 fotosyntézou).

C4 fotosyntéza je fotosyntéza, pri ktorej prvým produktom sú štvoruhlíkové (C4) zlúčeniny. V roku 1965 sa zistilo, že v niektorých rastlinách (cukrová trstina, kukurica, cirok, proso) sú prvými produktmi fotosyntézy štvoruhlíkové kyseliny. Tieto rastliny boli tzv So 4 rastlinami. V roku 1966 austrálski vedci Hatch a Slack ukázali, že rastliny C4 nemajú prakticky žiadnu fotorespiráciu a oveľa efektívnejšie absorbujú oxid uhličitý. Cesta uhlíkových premien v C 4 rastlinách sa začala nazývať od Hatch-Slack.

Rastliny C 4 sa vyznačujú špeciálnou anatomickou stavbou listu. Všetky cievne zväzky sú obklopené dvojitou vrstvou buniek: vonkajšia vrstva sú mezofylové bunky, vnútorná vrstva sú bunky puzdra. Oxid uhličitý je fixovaný v cytoplazme mezofylových buniek, akceptor je fosfoenolpyruvát(PEP, 3C), ako výsledok karboxylácie PEP, vzniká oxalacetát (4C). Proces je katalyzovaný PEP karboxyláza. Na rozdiel od RiBP karboxylázy má PEP karboxyláza väčšiu afinitu k CO 2 a čo je najdôležitejšie, neinteraguje s O 2 . Mezofilné chloroplasty majú veľa zŕn, kde aktívne prebiehajú reakcie v svetelnej fáze. Reakcie tmavej fázy sa vyskytujú v chloroplastoch buniek puzdra.

Oxalacetát (4C) sa premieňa na malát, ktorý je transportovaný cez plazmodesmatu do buniek puzdra. Tu sa dekarboxyluje a dehydrogenuje za vzniku pyruvátu, C02 a NADPH2.

Pyruvát sa vracia do mezofylových buniek a regeneruje sa pomocou energie ATP v PEP. C02 je opäť fixovaný RiBP karboxylázou za vzniku PGA. Regenerácia PEP vyžaduje energiu ATP, takže vyžaduje takmer dvakrát toľko energie ako fotosyntéza C3.

Význam fotosyntézy

Vďaka fotosyntéze sa z atmosféry každý rok absorbujú miliardy ton oxidu uhličitého a uvoľnia sa miliardy ton kyslíka; fotosyntéza je hlavným zdrojom tvorby organických látok. Kyslík tvorí ozónovú vrstvu, ktorá chráni živé organizmy pred krátkovlnným ultrafialovým žiarením.

Počas fotosyntézy využíva zelený list len ​​asi 1 % slnečnej energie, ktorá naň dopadá, produktivita je asi 1 g organickej hmoty na 1 m2 povrchu za hodinu.

Chemosyntéza

Syntéza organických zlúčenín z oxidu uhličitého a vody, ktorá sa neuskutočňuje v dôsledku energie svetla, ale v dôsledku energie oxidácie anorganických látok, sa nazýva chemosyntéza. Chemosyntetické organizmy zahŕňajú niektoré typy baktérií.

Nitrifikačné baktérie amoniak sa oxiduje na dusný a potom na kyselinu dusičnú (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

Železné baktérie premieňa železité železo na oxidové železo (Fe 2+ → Fe 3+).

Sírne baktérie oxidujú sírovodík na síru alebo kyselinu sírovú (H 2 S + ½ O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

V dôsledku oxidačných reakcií anorganických látok sa uvoľňuje energia, ktorú ukladajú baktérie vo forme vysokoenergetických väzieb ATP. ATP sa používa na syntézu organických látok, ktorá prebieha podobne ako reakcie tmavej fázy fotosyntézy.

Chemosyntetické baktérie prispievajú k hromadeniu minerálov v pôde, zlepšujú úrodnosť pôdy, podporujú čistenie odpadových vôd atď.

Ísť do prednášky č.11„Koncept metabolizmu. Biosyntéza bielkovín"

Ísť do prednášky č.13"Metódy delenia eukaryotických buniek: mitóza, meióza, amitóza"

Fotosyntéza- syntéza organických zlúčenín z anorganických pomocou svetelnej energie (vv). Celková rovnica pre fotosyntézu je:

6CO2 + 6H20 → C6H1206 + 602

Fotosyntéza prebieha za účasti fotosyntetických pigmentov, ktoré majú jedinečnú vlastnosť premieňať energiu slnečného žiarenia na energiu chemickej väzby vo forme ATP. Fotosyntetické pigmenty sú látky podobné bielkovinám. Najdôležitejším z nich je pigment chlorofyl. U eukaryotov sú fotosyntetické pigmenty vložené do vnútornej membrány plastidov, u prokaryotov sú vložené do invaginácií cytoplazmatickej membrány.

Štruktúra chloroplastu je veľmi podobná štruktúre mitochondrií. Vnútorná membrána grana tylakoidov obsahuje fotosyntetické pigmenty, ako aj proteíny elektrónového transportného reťazca a molekuly enzýmu ATP syntetázy.

Proces fotosyntézy pozostáva z dvoch fáz: svetla a tmy.

Svetelná fáza Fotosyntéza prebieha iba vo svetle v membráne grana tylakoidu. V tejto fáze chlorofyl absorbuje svetelné kvantá, produkuje molekulu ATP a fotolýzu vody.

Pod vplyvom svetelného kvanta (hv) chlorofyl stráca elektróny a prechádza do excitovaného stavu:

Chl → Chl + e -

Tieto elektróny sú prenášané nosičmi smerom von, t.j. povrch tylakoidnej membrány smerujúci k matrici, kde sa hromadia.

Zároveň vo vnútri tylakoidov dochádza k fotolýze vody, t.j. jeho rozklad pod vplyvom svetla

2H20 →02 + 4H + + 4e —

Výsledné elektróny sú prenášané nosičmi na molekuly chlorofylu a obnovujú ich: molekuly chlorofylu sa vracajú do stabilného stavu.

Vodíkové protóny vznikajúce pri fotolýze vody sa hromadia vo vnútri tylakoidu a vytvárajú tak rezervoár H +. Výsledkom je, že vnútorný povrch tylakoidnej membrány je nabitý kladne (v dôsledku H +) a vonkajší povrch je nabitý záporne (v dôsledku e -). Keď sa opačne nabité častice hromadia na oboch stranách membrány, potenciálny rozdiel sa zvyšuje. Keď potenciálny rozdiel dosiahne kritickú hodnotu, sila elektrického poľa začne tlačiť protóny cez kanál ATP syntetázy. Energia uvoľnená v tomto prípade sa používa na fosforyláciu molekúl ADP:

ADP + P → ATP

Vznik ATP pri fotosyntéze pod vplyvom svetelnej energie je tzv fotofosforylácia.

Vodíkové ióny, ktoré sa nachádzajú na vonkajšom povrchu tylakoidnej membrány, sa tam stretávajú s elektrónmi a vytvárajú atómový vodík, ktorý sa viaže na molekulu nosiča vodíka NADP (nikotínamid adenín dinukleotid fosfát):

2H+ + 4e - + NADP + → NADP H 2

Počas svetelnej fázy fotosyntézy teda nastávajú tri procesy: tvorba kyslíka v dôsledku rozkladu vody, syntéza ATP a tvorba atómov vodíka vo forme NADP H2. Kyslík difunduje do atmosféry, ATP a NADP H2 sa podieľajú na procesoch tmavej fázy.

Tmavá fáza fotosyntéza prebieha v matrici chloroplastov na svetle aj v tme a predstavuje sériu postupných premien CO 2 prichádzajúceho zo vzduchu v Calvinovom cykle. Reakcie v tmavej fáze sa uskutočňujú pomocou energie ATP. V Calvinovom cykle sa CO 2 viaže s vodíkom z NADP H 2 za vzniku glukózy.

V procese fotosyntézy sa okrem monosacharidov (glukóza atď.) syntetizujú monoméry iných organických zlúčenín - aminokyseliny, glycerol a mastné kyseliny. Rastliny tak vďaka fotosyntéze poskytujú sebe a všetkému živému na Zemi potrebné organické látky a kyslík.

Porovnávacie charakteristiky fotosyntéza a dýchanie eukaryotov je uvedené v tabuľke:

Ako stručne a jasne vysvetliť taký zložitý proces, akým je fotosyntéza? Rastliny sú jediné živé organizmy, ktoré si dokážu produkovať vlastnú potravu. Ako to robia? Pre rast a príjem všetkých potrebných látok z životné prostredie: oxid uhličitý - zo vzduchu, vody a - z pôdy. Potrebujú aj energiu, ktorú získavajú zo slnečných lúčov. Táto energia spúšťa určité chemické reakcie, počas ktorých sa oxid uhličitý a voda premieňajú na glukózu (potravu) a dochádza k fotosyntéze. Podstatu procesu je možné stručne a zrozumiteľne vysvetliť aj deťom v školskom veku.

"Spolu so svetlom"

Slovo "fotosyntéza" pochádza z dvoch gréckych slov - "foto" a "syntéza", ktorých kombinácia znamená "spolu so svetlom". Slnečná energia sa premieňa na chemickú energiu. Chemická rovnica fotosyntézy:

6C02 + 12H20 + svetlo = C6H1206 + 602 + 6H20.

To znamená, že 6 molekúl oxidu uhličitého a dvanásť molekúl vody sa používa (spolu so slnečným žiarením) na výrobu glukózy, výsledkom čoho je šesť molekúl kyslíka a šesť molekúl vody. Ak to predstavíte ako verbálnu rovnicu, dostanete nasledovné:

Voda + slnko => glukóza + kyslík + voda.

Slnko je veľmi silný zdroj energie. Ľudia sa ho vždy snažia využiť na výrobu elektriny, zatepľovanie domov, ohrev vody a pod. Rastliny „prišli na to“, ako využiť slnečnú energiu už pred miliónmi rokov, pretože to bolo nevyhnutné na ich prežitie. Fotosyntéza sa dá stručne a zrozumiteľne vysvetliť takto: rastliny využívajú svetelnú energiu slnka a premieňajú ju na chemickú energiu, výsledkom čoho je cukor (glukóza), ktorej prebytok sa ukladá ako škrob v listoch, koreňoch, stonkách a semená rastliny. Slnečná energia sa prenáša na rastliny, ako aj na zvieratá, ktoré tieto rastliny požierajú. Keď rastlina potrebuje živiny pre rast a iné životné procesy, tieto zásoby sú veľmi užitočné.

Ako rastliny absorbujú energiu zo slnka?

Keď hovoríme o fotosyntéze stručne a jasne, stojí za to venovať sa otázke, ako rastliny dokážu absorbovať slnečnú energiu. K tomu dochádza v dôsledku špeciálnej štruktúry listov, ktorá zahŕňa zelené bunky - chloroplasty, ktoré obsahujú špeciálnu látku nazývanú chlorofyl. Práve ten dáva listom zelenú farbu a je zodpovedný za pohlcovanie energie zo slnečného žiarenia.

Prečo je väčšina listov široká a plochá?

Fotosyntéza prebieha v listoch rastlín. Úžasným faktom je, že rastliny sú veľmi dobre prispôsobené na zachytávanie slnečného žiarenia a absorbovanie oxidu uhličitého. Vďaka širokej ploche sa zachytí oveľa viac svetla. Práve z tohto dôvodu sú aj solárne panely, ktoré sa niekedy inštalujú na strechy domov, široké a ploché. Čím väčší povrch, tým lepšia absorpcia.

Čo je ešte dôležité pre rastliny?

Rovnako ako ľudia, aj rastliny potrebujú prospešné živiny, aby zostali zdravé, rástli a dobre plnili svoje životné funkcie. Cez korene získavajú minerály rozpustené vo vode z pôdy. Ak v pôde chýbajú minerálne živiny, rastlina sa nebude vyvíjať normálne. Poľnohospodári často testujú pôdu, aby sa uistili, že má dostatok živín na pestovanie plodín. V opačnom prípade sa uchýlite k použitiu hnojív obsahujúcich základné minerály pre výživu a rast rastlín.

Prečo je fotosyntéza taká dôležitá?

Aby sme deťom stručne a jasne vysvetlili fotosyntézu, stojí za to povedať, že tento proces je jednou z najdôležitejších chemických reakcií na svete. Aké sú dôvody na také hlasné vyhlásenie? Po prvé, fotosyntéza živí rastliny, ktoré zase živia všetky ostatné živé bytosti na planéte, vrátane zvierat a ľudí. Po druhé, v dôsledku fotosyntézy sa do atmosféry uvoľňuje kyslík potrebný na dýchanie. Všetky živé veci vdychujú kyslík a vydychujú oxid uhličitý. Rastliny to našťastie robia naopak, preto sú pre ľudí a zvieratá veľmi dôležité, keďže im dávajú schopnosť dýchať.

Úžasný proces

Ukazuje sa, že rastliny tiež vedia dýchať, ale na rozdiel od ľudí a zvierat absorbujú oxid uhličitý zo vzduchu, nie kyslík. Aj rastliny pijú. Preto ich treba polievať, inak odumrú. Pomocou koreňového systému sa voda a živiny dopravia do všetkých častí rastlinného tela a cez malé otvory na listoch sa absorbuje oxid uhličitý. Spustite spustenie chemická reakcia je slnečné svetlo. Všetky získané metabolické produkty využívajú rastliny na výživu, kyslík sa uvoľňuje do atmosféry. Takto môžete stručne a jasne vysvetliť, ako prebieha proces fotosyntézy.

Fotosyntéza: svetlé a tmavé fázy fotosyntézy

Uvažovaný proces pozostáva z dvoch hlavných častí. Existujú dve fázy fotosyntézy (popis a tabuľka nižšie). Prvá sa nazýva svetelná fáza. Vyskytuje sa len za prítomnosti svetla v tylakoidných membránach za účasti chlorofylu, proteínov transportujúcich elektróny a enzýmu ATP syntetázy. Čo ešte skrýva fotosyntéza? Zapaľujte sa a nahradzujte sa navzájom ako deň a noc postupujú (Calvinove cykly). Počas temnej fázy dochádza k produkcii tej istej glukózy, potravy pre rastliny. Tento proces sa tiež nazýva reakcia nezávislá na svetle.

Záver

Zo všetkého vyššie uvedeného možno vyvodiť tieto závery:

• Fotosyntéza je proces, ktorý vyrába energiu zo slnka.
• Svetelná energia zo slnka sa chlorofylom premieňa na chemickú energiu.
• Chlorofyl dáva rastlinám zelenú farbu.
• Fotosyntéza prebieha v chloroplastoch buniek listov rastlín.
• Oxid uhličitý a voda sú nevyhnutné pre fotosyntézu.
• Oxid uhličitý vstupuje do rastliny cez drobné otvory, prieduchy a cez ne vystupuje kyslík.
• Voda sa vstrebáva do rastliny cez jej korene.
• Bez fotosyntézy by na svete nebolo žiadne jedlo.

S alebo bez použitia svetelnej energie. Je charakteristická pre rastliny. Pozrime sa ďalej, aké sú tmavé a svetlé fázy fotosyntézy.

Všeobecné informácie

Orgánom fotosyntézy vyšších rastlín je list. Chloroplasty pôsobia ako organely. Fotosyntetické pigmenty sú prítomné v membránach ich tylakoidov. Sú to karotenoidy a chlorofyly. Posledne menované existujú v niekoľkých formách (a, c, b, d). Hlavným je a-chlorofyl. Jeho molekula obsahuje porfyrínovú „hlavu“ s atómom horčíka umiestneným v strede, ako aj fytolový „chvost“. Prvý prvok je prezentovaný ako plochá štruktúra. „Hlava“ je hydrofilná, preto sa nachádza na tej časti membrány, ktorá smeruje do vodného prostredia. Fytolový "chvost" je hydrofóbny. Vďaka tomu zadržiava molekulu chlorofylu v membráne. Chlorofyly absorbujú modrofialové a červené svetlo. Odrážajú aj zelenú farbu a dodávajú rastlinám ich charakteristickú farbu. V tylaktoidných membránach sú molekuly chlorofylu organizované do fotosystémov. Modrozelené riasy a rastliny sa vyznačujú systémom 1 a 2. Fotosyntetické baktérie majú len prvý. Druhý systém môže rozkladať H 2 O a uvoľňovať kyslík.

Svetelná fáza fotosyntézy

Procesy prebiehajúce v rastlinách sú zložité a viacstupňové. Rozlišujú sa najmä dve skupiny reakcií. Sú to tmavé a svetlé fázy fotosyntézy. Ten sa vyskytuje za účasti enzýmu ATP, proteínov prenosu elektrónov a chlorofylu. Svetelná fáza fotosyntézy prebieha v tylaktoidných membránach. Elektróny chlorofylu sa excitujú a opúšťajú molekulu. Potom skončia na vonkajšom povrchu tylaktoidnej membrány. Na druhej strane sa stáva záporne nabitým. Po oxidácii začína redukcia molekúl chlorofylu. Odoberajú elektróny z vody, ktorá je prítomná v intralakoidnom priestore. Svetelná fáza fotosyntézy teda prebieha v membráne pri rozpade (fotolýze): H 2 O + Q svetlo → H + + OH -

Hydroxylové ióny sa premenia na reaktívne radikály, ktoré darujú svoje elektróny:

OH - → .OH + e -

OH radikály sa spájajú a vytvárajú voľný kyslík a vodu:

4NO. → 2H20 + 02.

V tomto prípade sa kyslík odstraňuje do okolitého (vonkajšieho) prostredia a protóny sa hromadia vo vnútri tylaktoidu v špeciálnom „rezervoári“. Výsledkom je, že tam, kde sa vyskytuje svetelná fáza fotosyntézy, tylaktoidná membrána dostáva kladný náboj v dôsledku H + na jednej strane. Zároveň sa v dôsledku elektrónov nabíja negatívne.

Fosfyrylácia ADP

Tam, kde sa vyskytuje svetelná fáza fotosyntézy, existuje potenciálny rozdiel medzi vnútorným a vonkajším povrchom membrány. Keď dosiahne 200 mV, protóny sa začnú tlačiť cez kanály ATP syntetázy. Svetelná fáza fotosyntézy sa teda vyskytuje v membráne, keď je ADP fosforylovaný na ATP. V tomto prípade sa posiela atómový vodík, aby obnovil špeciálny nosič nikotínamid adenín dinukleotid fosfát NADP+ na NADP.H2:

2Н + + 2е — + NADP → NADP.Н 2

Svetelná fáza fotosyntézy teda zahŕňa fotolýzu vody. To je zase sprevádzané tromi najdôležitejšími reakciami:

1. Syntéza ATP.
2. Vznik NADP.H 2.
3. Tvorba kyslíka.

Svetelná fáza fotosyntézy je sprevádzaná uvoľňovaním fotosyntézy do atmosféry. NADP.H2 a ATP sa presúvajú do strómy chloroplastu. Tým sa dokončí svetelná fáza fotosyntézy.

Ďalšia skupina reakcií

Temná fáza fotosyntézy nevyžaduje svetelnú energiu. Ide do strómy chloroplastu. Reakcie sú prezentované vo forme reťazca postupných premien oxidu uhličitého pochádzajúceho zo vzduchu. V dôsledku toho sa tvorí glukóza a iné organické látky. Prvou reakciou je fixácia. Ribulóza bifosfát (päťuhlíkový cukor) RiBP pôsobí ako akceptor oxidu uhličitého. Katalyzátorom v reakcii je ribulózabifosfátkarboxyláza (enzým). V dôsledku karboxylácie RiBP sa vytvorí šesťuhlíková nestabilná zlúčenina. Takmer okamžite sa rozpadá na dve molekuly PGA (kyselina fosfoglycerová). Potom nastáva cyklus reakcií, kde sa premieňa na glukózu prostredníctvom niekoľkých medziproduktov. Využívajú energiu NADP.H 2 a ATP, ktoré sa premenili počas svetelnej fázy fotosyntézy. Cyklus týchto reakcií sa nazýva „Calvinov cyklus“. Môže byť reprezentovaný nasledovne:

6CO2 + 24H+ + ATP → C6H1206 + 6H20

Okrem glukózy vznikajú pri fotosyntéze aj ďalšie monoméry organických (komplexných) zlúčenín. Patria sem najmä mastné kyseliny, glycerol, aminokyseliny a nukleotidy.

C3 reakcie

Sú typom fotosyntézy, pri ktorej ako prvý produkt vznikajú trojuhlíkové zlúčeniny. Práve to je opísané vyššie ako Calvinov cyklus. Charakteristické znaky C3 fotosyntézy sú:

1. RiBP je akceptorom oxidu uhličitého.
2. Karboxylačná reakcia je katalyzovaná RiBP karboxylázou.
3. Vznikne šesťuhlíková látka, ktorá sa následne rozkladá na 2 FHA.

Kyselina fosfoglycerová sa redukuje na TP (triózafosfáty). Niektoré z nich sa používajú na regeneráciu bifosfátu ribulózy a zvyšok sa premieňa na glukózu.

C4 reakcie

Tento typ fotosyntézy sa vyznačuje tým, že sa ako prvý produkt objavujú štvoruhlíkové zlúčeniny. V roku 1965 sa zistilo, že látky C4 sa objavujú najskôr v niektorých rastlinách. Toto bolo zavedené napríklad pre proso, cirok, cukrovú trstinu a kukuricu. Tieto plodiny sa stali známymi ako rastliny C4. Nasledujúci rok, 1966, Slack a Hatch (austrálski vedci) zistili, že im takmer úplne chýba fotorespirácia. Tiež sa zistilo, že takéto C4 rastliny absorbujú oxid uhličitý oveľa efektívnejšie. V dôsledku toho sa cesta transformácie uhlíka v takýchto plodinách začala nazývať Hatch-Slack cesta.

Záver

Význam fotosyntézy je veľmi veľký. Vďaka nej sa oxid uhličitý každoročne absorbuje z atmosféry v obrovských objemoch (miliardy ton). Namiesto toho sa neuvoľňuje menej kyslíka. Fotosyntéza pôsobí ako hlavný zdroj tvorby organických zlúčenín. Kyslík sa podieľa na tvorbe ozónovej vrstvy, ktorá chráni živé organizmy pred účinkami krátkovlnného UV žiarenia. Počas fotosyntézy list absorbuje iba 1% celkovej energie svetla, ktoré naň dopadá. Jeho produktivita je do 1 g organická zlúčenina na 1 m2 m povrchu za hodinu.