Світлова фаза фотосинтезу

Фотосинтез складається із 2 типів реакцій. В процесі світлової фази фотосинтезу відбувається світлової енергії в хімічну, яка накопичується у вигляді АТФ і відновленого НАДФ∙Н₂. Ця енергія нагромаджується у вигляді макроергічних зв’язків, при розриві вивільняється 10 -14 ккал, а при розриві звичайного – 2 ккал.

В зв’язку з тим, що в рослині є 2 фотосистеми перетворення світлової енергії або фотофосфорилювання або ж синтез АТФ відбувається шляхом циклічного і нециклічного фотофосфорилювання, яке було відкрите американським ученим Арноном.

а) циклічне фосфорилювання

В циклічному фотофосфорилювання приймає участь фотосистема I, яка складається з хлорофілу а, який засвоює промені 700 нм. Є молекула хлорофілу, або фотосистема I на яку потрапляє світлова енергія (молекула складається з ядра, навколо якого рухаються електрони), один електрон піднімається на вищий енергетичний рівень і фіксується фередоксином (це залізовміщуючий білок) залізо може мати різну валентність Fe² ↔ F⁺³ перенос електронів змінює валентність заліза. Система цитохромів повертається до першоначального рівня і забезпечує утворення двох молекул АТФ. Перетворення світлової енергії в хімічну здійснюється за допомогою транспорту електрона, що відбувається в мембранах тилакоїду. Оскільки даний цикл може повторюватися, то дане фосфорилювання називається циклічним.

Реакція циклічного фотофосфорилювання:

АДФ + Н₃РО₄ ^hv АТФ

_{хлорофіл}

б) Нециклічне фосфорилювання

Світло одночасно попадає на 2 фотосистеми (хлорофіл а - ФС I і хлорофіл в - ФС II), в обох випадках відбувається збудження електронів. У фотосистеми II електрон фіксується пластохіноном, потім за допомогою цитохромів електрон транспортується на ФС I. Частина світлової енергії, яка поглинається ФС II витрачається на фотоліз води, утворюється протон водню, іон ОН і електрон, саме цей електрон направляється на місце втраченого у ФС II. В результаті конденсації із двох ОН утворюється пероксид водню Н₂О₂, який є шкідливим. Але завдяки ферменту каталази пероксид водню розщеплюється на воду і кисень.

Під час нециклічного фосфорилювання утворюється два види сполук – АТФ і НАДФ • Н₂. Перша - при русі електрона від ФС II до ФС I, а друга – від ФС I до зовнішнього боку тилакоїдів. У зв’язку з тим, що при нециклічному фосфорилювання працюють одночасно обидві фотосистеми, за один прохід електронів утворюється 4 молекули АТФ і 2 молекули НАДФ • Н₂. АТФ слугує джерелом енергії, а НАДФ • Н₂ – джерелом енергії і водню для відновлення СО₂ до рівня вуглеводів у реакціях темнової стадії фотосинтезу.

Нециклічне фосфорилювання зображується сумарним рівнянням:

Н₂О + НАДФ⁺ + 2АДФ + 2Ф_н світло ½ О₂ + НАДФ∙Н₂ + Н₂ + 2АТФ

хлорофіл

Н₂0 → Н⁺ + е + ОН

2ОН → Н₂0₂ ^{каталаза} → Н₂0 +1/2 О↑

Утворенні в процесі фотосинтетичного фосфорилювання АТФ і НАДФ∙Н₂ можуть використовуватися для різноманітних реакцій, які проходять в клітині. Основні реакції, для яких витрачається енергія цих сполук – це асиміляція вуглекислоти і її відновлення до вуглеводів.

Після світлової фази її продукти – АТФ і НАДФ∙Н₂ використовуються у реакціях темнової фази фотосинтезу для перетворення СО₂ у вуглеводи. Назва „темнова фаза” не відповідає дійсності і має більш історичний характер, оскільки світло і в цій фазі використовується для активізації ряду ферментів. Цю фазу називають також „біохімічною” або „ферментативною”, бо темнові реакції контролюються ферментами. Основний процес фіксації вуглецю – це цикл Кальвіна, який названий на честь вченого, який відкрив цей цикл. Інакше цей процес ще називають „шлях С₃”. Рослини, у яких відбуваються тільки реакції цього циклу називають „С₃ - рослинами”. Ці рослини поширені у країнах помірного клімату, оптимальна денна температура для фіксації СО₂ у них становить від 15 до 25°С. Інші варіанти цього процесу – це С₄-шлях і цей процес ще називають метаболізмом органічних кислот за типом товстянкових. Рослини, що здійснюють С₄-фотосинтез також приймають участь в циклі Кальвіна, але процес перетворення СО₂ у вуглеводи у таких рослин включає також інші реакції, які специфічні для кожного типу рослин.

Дата добавления: 2014-01-07