Фотосинтез

Фотосинтез — синтез органических веществ из углекислого газа и воды с обязательным использованием энергии света:
6СО2 + 6Н2О + Qсвета → С6Н12О6 + 6О2.

У высших растений органом фотосинтеза является лист

органоидами фотосинтеза — хлоропласты

Хлорофилл
В мембраны тилакоидов хлоропластов встроены фотосинтетические пигменты: хлорофиллы и каротиноиды. Существует несколько разных типов хлорофилла (a, b, c, d), главным является хлорофилл a.

Хлорофилл
В молекуле хлорофилла можно выделить порфириновую «головку» с атомом магния в центре и фитольный «хвост». Порфириновая «головка» представляет собой плоскую структуру, является гидрофильной и поэтому лежит на той поверхности мембраны, которая обращена к водной среде стромы. Фитольный «хвост» — гидрофобный и за счет этого удерживает молекулу хлорофилла в мембране.

Хлорофилл
Хлорофилл напоминает по строению пигмент эритроцитов человека и животных – гем.

Фотосистемы
Хлорофиллы поглощают красный и сине-фиолетовый свет, отражают зеленый и поэтому придают растениям характерную зеленую окраску. Молекулы хлорофилла в мембранах тилакоидов организованы в фотосистемы.
Фотосистема I имеет реакционный центр, в котором находятся молекулы хлорофилла в комплексе с белками. Поглощает красный свет с длиной волны 700нм (Р700)

Фотосистемы
Фотосистема II имеет реакционный центр
( хлорофилл + белок), который поглощает свет длиной волны 680 нм. (Р 680)

Световая фаза фотосинтеза
Схема процессов фотосинтеза.

Световая фаза фотосинтеза
Этот возбужденный электрон перемеща­ется по цепи переносчиков (пластохинон, цитохромы, пластоцианин) и заполняет «дырку» в фо­тосистеме I. По пути «вниз» этот богатый энергией электрон расходует ее на синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата. «Дырка», возникшая в фотосистеме II, в свою очередь, заполняется электронами, которые образуются в результате фотолиза воды (2Н2О^4Н++4е_+О2).

Световая фаза фотосинтеза
Во время световой фазы происходит образование энергии, которая затем расходуется на темновые реакции. Процесс световой фазы фотосинтеза включает в себя нециклическое фотофосфорилирование и фотолиз воды. В качестве побочного продукта реакции в результате фотолиза воды выделяется кислород. Реакция происходит на мембранах тилакоидов.

Световая фаза
Результатами световой фазы являются:
фотолиз воды с образованием свободного кислорода;
синтез АТФ;
восстановление
НАДФ+ до НАДФ⋅Н.

Темновая фаза
Темновая фаза фотосинтеза. Если световая фаза протекает только на свету, то темновая фаза не зависит от света. Темновая фаза протекает в строме хлоропластов, куда переносятся богатые энергией соединения, а именно АТФ и восстановленный НАДФ, кроме этого, туда же поступает углекислый газ в качестве источника углеводов, который берется из воздуха и поступает в растения через устьица.

Темновая фаза фотосинтеза
В реакциях темновой фазы углекислый газ восстанавливается до глюкозы с помощью энергии, запасенной молекулами АТФ и НАДФ⋅Н.
Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе темновой фазы фотосинтеза получило название цикла Кальвина – по имени его первооткрывателя.

Фотосинтез
Первая стадия фотосинтеза – световая – происходит на мембранах хлоропласта в тилакоидах.
Вторая стадия фотосинтеза – темновая – протекает внутри хлоропласта, в строме.
Суммарное уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом. При взаимодействии 6 молекул углекислого газа и 6 молекул воды образуется одна молекула глюкозы и выделяется шесть молекул кислорода. Этот процесс протекает на свету в хлоропластах у высших растений.

Фотосинтез – трансформация солнечной энергии в энергию химических связей.

Значение фотосинтеза
К.А. Тимирязев: "Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли от веществ, выработанных листом. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь из вещества неорганического"