Фотосинтез

Фотосинтез

Фотосинтез – (от греч. foto – «cвет» и synthesis – «соединение»
6 СО2 + 6 Н2О
глюкоза
6С 6Н 12О6+ О2
Фотосинтез – образование (синтез) органических веществ (углеводов) из неорганических веществ(СО2 и Н2О) с использованием энергии света
Фотосинтез

Главным органом фотосинтеза является лист, в клетках которого имеются специализированные органоиды – хлоропласты
Фотосинтез

Листья имеет форму пластинки, что позволяет им ориентироваться в плоскости практически не затеняя друг друга, образуя листовую мозаику
Листовая мозаика

Строение листа

Хлоропласты
Хлоропласт – органоид двояковыпуклой формы, что обеспечивает лучшее поглощение света
Строение хлоропласта

Фотосинтез
К.А. Тимирязев (1871) впервые высказал идею о непосредственном участии хлорофилла в фотосинтезе
Экспериментально установил, что фотосинтез осуществляется преимущественно в красных и синих лучах видимого спектра
Тимирязев Климент Аркадьевич

Хлорофилл поглощает красную (680 нм) и синюю (450 нм) части спектра. Зеленый цвет они отражают и поэтому придают растениям зеленую окраску
Фотосинтез

Фазы фотосинтеза:
1. Световая фаза – протекает в гранах хлоропласта под влиянием энергии света
2. Темновая фаза – протекает в строме хлоропласта, для ее реакций не нужна энергия света

Световая фаза:
Пигменты растений, участвующие в фотосинтезе, "упакованы" в мембранах тилакоидов в виде функциональных единиц, называемых фотосистемами

внутри тилакоида
снаружи тилакоида
цитохром
фотосистема II
фотосистема I
Фотосистемы:

Основными ловцами световых частиц являются две формы хлорофилла: П 700 и П 680 (П – пигмент, 700 и 680 – максимум поглощения света в нм). Другие пигменты выполняют вспомогательную роль
Фотосистемы:

Световая фаза:
1. Молекула хлорофилла фотосистемы I поглощает квант света и переходит в возбужденное состояние. При этом электрон выбивается из молекулы хлорофилла
2. Богатый энергией электроны, поступает в особую цепь переносчиков и передаются на наружную поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются и мембрана заряжается отрицательно

Световая фаза:
снаружи тилакоида
внутри тилакоида

Световая фаза:
3. Квант красного света, поглощенный хлорофиллом П680 фотосистемы ІІ, переводит электрон в возбужденное состояние и выбивает его из молекулы
4. Электрон захватывается акцепторами переносчиками, перемещаясь от одного акцептора к другому, он теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ

Световая фаза:
АТФ

6. Молекула хлорофилла П680 фотосистемы II восстанавливает свой электрон за счет фотолиза воды, т.е. расщепление воды под действием энергии света на Н+ + ОН-
5. Электрон поступает в фотосистему I и восстанавливает молекулу П700. При этом молекула П70О возвращается в исходное
состояние и становится вновь способной поглощать свет
Световая фаза:

Световая фаза:
Н2О
= Н+ + ОН-
Н+
Н+
Н+

7. Протоны водорода накапливаются внутри тилакоида, создавая Н+-резервуар. В результате внутренняя поверхность мембраны заряжается положительно
8. При достижении критической величины разности потенциалов протоны Н+ проталкиваются через канал АТФ-синтетазы. Освобождающаяся при этом энергия используется для синтеза молекул АТФ
Световая фаза:

Световая фаза:
Н2О
= Н+ + ОН-
Н+
Н+
Н+
АТФ
НАДФ +2Н = НАДФ·Н2
Н+ + е Н0

9. Катионы водорода на наружной стороне мембраны присоединяют электроны молекулы хлорофилла, образуя атомарный водород, который с помощью переносчика НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) поступает в строму хлоропласта на синтез глюкозы
Н+ + е Н0
2Н + НАДФ = НАДФ·Н2
Световая фаза:

Световая фаза:
ОН- е ОН
4ОН 2Н2О +О2

Ионы гидроксильной группы отдают свои электроны, превращаясь в радикалы:
ОН- е ОН. Этот электрон закрывает «дыру» в молекуле хлорофилла фотосистемы II. 4ОН 2Н2О +О2
Световая фаза:
Таким образом, в результате переноса электронов и протонов через мембрану происходит превращение световой энергии в химическую энергию связей молекул АТФ – фотофосфорилирование

Световая фаза:
Н2О
НАДФ
Следовательно, на свету электроны перемещаются от воды к фотосистемам II и I, и затем к НАДФ – нециклический поток электронов

Таким образом, энергия солнечного света порождает три процесса:
1) Образование кислорода вследствие фотолиза воды
2) Синтез АТФ
3) Образование атомов водорода в форме НАДФ·Н 2
Световая фаза:

Световая фаза:

Темновая фаза:

1.Протекает в строме хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований CO2
2. Ферменты связывают пятиуглеродный сахар с углекислым газом воздуха. При этом образуются соединения, которые последовательно восстанавливаются до молекулы глюкозы
Темновая фаза:

Темновая фаза:
Цикл Кальвина: