Фотосинтез
Фотосинтез - синтез глюкозы из воды и углекислого газа с использованием энергии солнечного света.
Данный процесс происходит в растительных клетках и у некоторых бактерий (цианобактерии, или зелёные водоросли). Фотосинтез возможен благодаря хлорофиллу - зелёному пигменту, который содержится в хлоропластах.
Фотосинтез делится на две стадии: световую, или светозависимую, и темновую, или светонезависимую.
Светозависимая фаза:
Сначала разберёмся со строением хлоропласта: под двойной мембраной расположены тилакоиды, собранные в стопки, которые называются гранами. Внутреннее пространство называется стромой. В хлоропласте имеется кольцевая ДНК, рибосомы, то есть это полуавтономный органоид.
Фотосистемы I, в составе которых есть светособирающие комплексы, улавливают кванты света, тем самым молекула хлорофилла (присутствующая в составе светособирающего комплекса) переходит в возбуждённое состояние, то есть происходит возбуждение молекул хлорофилла фотосистемы I. Отщепляется электрон. Он, пройдя через все компоненты фотосистемы I, попадает к НАДФ+ - образуется восстановитель НАДФН. Этот электрон приходит от фотосистемы II.
На светособирающие комплексы фотосистемы II попадают кванты света, за счет чего происходит возбуждение молекулы хлорофилла фотосистемы II, которая отдаёт электрон и переходит в окисленное состояние. Нехватку электрона хлорофилл восполняет фотолизом (разложением) воды, при этом образуются протоны H+ и побочный продукт - кислород. Электрон от хлорофилла фотосистемы II попадает к хлорофиллу фотосистемы I и восстанавливает его.
С помощью фермента АТФ-синтазы за счёт градиента протонов образуется АТФ из АДФ и фосфата. Градиентом является неравномерное распределение: в тилакоиде H+ больше, в строме - меньше. Поэтому частицы стремятся проникнуть в строму для равновесия, переходят в неё через АТФ-синтазу, а белковый комплекс отдает ему часть энергии, которая и используется для синтеза АТФ.
Светонезависимая фаза:
В строме хлоропластов с помощью энергии АТФ и восстановителя НАДФН, полученных в светозависимую фазу, образуются простые сахара, из которых после образуется крахмал, служащий для запасания питательных веществ у растений. Для проиекания этих процессов наличие света необязательно. А важнейшим процессом этой фазя является фиксация углекислого газа из воздуха. Синтез и превращения сахаров в хлоропластах - цикл Кальвина.
Значение:
~ Растения синтезируют органические вещества, а это пища для всех живых организмов на планете.
~ Растения преобразуют энергию света в энергию химических связей.
~ Растения поддерживают содержание кислорода в атмосфере, очищают ее от избытка углекислого газа.
~ Способствуют образованию озонового слоя, поглощающего ультрафиолетовое излучение.
Давайте ещё раз более кратко о процессе фотосинтеза:
1) Возбуждение электронов фотосистемы I (хлорофиллов) и перемещение их по электронно-транспортной цепи. За счёт энергии электронов происходит синтез АТФ (фотофосфорилирование)
2) Электроны фотосистемы II перемещаются фотосинтез I. Электроны фотосистемы I скапливаются снаружи мембраны тилакоида.
3) Одновременно происходит фотолиз (разложение воды на ионы под действием света) внутри тилакоидов. При фотолизе образуются: побочный продукт - кислород; электроны, они занимают свободное место на фотосистеме II; протоны водорода, они скапливаются с внутренней стороны мембраны.
4) Когда разница заряда по разные стороны мембраны тилакоида достигает предела, протоны Н проходят через АТФ-канал, соединяясь при помощи электронов фотосистемы I со своим переносчиком НАДФ+ образуется НАДФ*Н2.
5) Цикл Кальвина: фиксация углекислого газа; синтез глюкозы (из воды из почвы, углекислого газа из воздуха, энергии из светозависимой фазы, окисление НАДФ*Н2 до НАДФ+)
