Световая фаза фотосинтеза

Механизм фотосинтеза.

Фотосинтез – сложный окислительно-восстановительный процесс, состоящий из множества ферментативных реакций, в результате которого углекислота восстанавливается, а вода окисляется. То есть углекислота является акцептором электронов, а вода – их донором. Фотосинтез осуществляется посредством чередования двух фаз:

1.Световая фаза, протекающая на свету без участия углекислого газа, не зависящая от температуры.

2.Темновая фаза, протекающая в темноте с участием углекислоты, зависящая от температуры.

Она состоит из следующих последовательных стадий:

1.Процесс поглощения энергии солнечных лучей пластидными пигментами и образования возбужденных молекул хлорофилла А.

2.Окисление (фотолиз) воды и выделение кислорода за счет энергии возбужденных молекул хлорофилла.

3.Синтез АТФ в процессе фотосинтетического фосфорилирования и образования восстановленного НАДхН2.

Когда молекула хлорофилла поглощает свет, то возбужденный электрон передает свою энергию хлорофиллу А, который в процессе фотосинтеза преобразует ее в энергию химических связей органического вещества. В хлоропластах хлорофилл и другие пигменты погружены в мембраны тилакоидов и собраны там в функциональные единицы, называемые фотоситемами, каждая из которых содержит 250-400 молекул пигментов. Все пигменты фотосистемы могут поглощать фотоны, но только одна молекула хлорофилла данной фотосистемы может использовать поглощенную энергию в фотохимических реакциях. Она называется реакционным центром фотосистемы, а все остальные называются антенными, так как способны собирать свет как антенны. Есть два типа фотосистем – фотосистема 1 (Ф1) с оптимумом поглощения 700 нм (Р700) и фотосистема 2 (Ф2) с оптимумом поглощения 680 нм (Р680). Они работают синхронно, но Ф1может работать самостоятельно.

Z-cхема фотосинтеза(модель световых реакций).

1.Энергия света входит в Ф2, где поглощается реакционным центром Р680, который при этом возбуждается. И его возбужденные энергизированные электроны переносятся на молекулу акцептора Q. Молекула Р680, потерявшая свои электроны, может заменить их электронами воды, которая диссоциирует на протоны и кислород. Это светозависимое окислительное расщепление воды под действием света и ферментов тилакоидов называется фотолизом воды.

2.Далее электроны спускаются по электронно-транспортной цепи (ЭТЦ) к Ф1. В состав ЭТЦ входят цитохромы, белки, содержащие железо и серу, хиноны, белок пластоцианин, содержащий медь. Результатом этой реакции является преобразование молекулы АДФ в АТФ за счет присоединения фосфата и образования макроэргической связи – реакция фосфорилирования.

3.В Ф1 энергия света передает электроны от Р700на электронный акцептор Р430, который является железосодержащим белком. Следующий электронный переносчик – ферредоксин (железосерный белок) передает свои электроны на кофермент НАД, который восстанавливается до НАДхН2, при этом окисляется молекула Р700. Этот однонаправленный поток электронов от воды к НАД называется нециклическим потоком электронов, а образование АТФ при этом называют нециклическим фосфорилированием.

Z-схема световой стадии фотосинтеза

Общий энергетический выход нециклического потока электронов составляет 12АТФ, 12НАДхН2, выделяется 1 молекула О2. Суммарное уравнение световой фазы фотосинтеза:

12Н2О + 12НАД + 12АДФ + 12Н3РО4 --- 12НАДхН2 + 12АТФ + 02

Циклическое фосфорилирование.

Ф1 может работать независимо от Ф2. Этот процесс называется циклическим потоком электронов или циклическим фосфорилированием. При этом электроны передаются от Р700на Р430при освещении Ф1. Затем электроны идут не к НАД, а по запасному пути, связанному с Ф1 на акцептор Q и возвращаются в реакционный центр Ф1. При этом образуется молекула АТФ из АДФ. Так как здесь имеет место циклический поток электронов, то процесс называется циклическим фосфорилированием. При этом не происходит разложения воды, выделения кислорода, образования НАДхН2. Это более примитивный путь, он характерен для фотосинтезирующих бактерий и некоторых эукариотов.

Циклическое фосфорилирование

Дата добавления: 2014-01-03