Хлорофилл у высших растений сосредоточен в хлоропластах, что обусловливает их строение.

Рис. 3. Строение хлоропласта

Структурной и функциональной единицей хлоропластов являются тилакоиды – плоские мембранные мешочки, уложенные в стопки (граны) (рис. 3). Отдельные граны соединены друг с другом ламеллами. В мембранах тилакоидов расположены особые комплексы, в которые входит молекула хлорофилла, а также молекула переносчиков электронов – цитохромов. Мембранная система – это то место, где протекают световые реакции фотосинтеза. Строма хлоропластов по своему строению напоминает гель – здесь протекают темновые реакции.

Фотосинтез осуществляется благодаря пигментам. Фотосинтетические пигменты бывают двух типов: главные и вспомогательные. Пигменты второго типа (например, каратиноиды) передают испускаемые ими электроны главному пигменту. Электроны, испускаемые главным пигментом, непосредственно доставляют энергию для реакции фотосинтеза. Основными ловцами световых частиц являются две формы хлорофилла а, которые обозначают как П700 и П680 (П – пигмент, 680 – 700 это максимум поглощения в нм). Другие пигменты выполняют вспомогательную роль.

 

В настоящее время принято считать, что существуют две 

фотосинтетические единицы, которые называют фотосистема 1 и фотосистема 2. Каждая их этих единиц состоит из набора вспомогательных пигментов, которые передают энергию на молекулу главного пигмента, а именно на молекулу хлорофилла а (рис. 4).

Эта молекула называется реакционным центром. В реакционном центре энергия используется для осуществления химической реакции.

 

 

Рис. 4. Строение фотосистемы и антенного комплекса собирающих свет пигментов

                                                                                                                                             

Именно здесь происходит преобразование световой энергии в энергию химических связей, что является центральным событием фотосинтеза. Энергия химических связей запасается в виде АТФ - универсального источника энергии.

 

 

 

 

 

Рис. 5. Перемещение электронов к реакционному центру      

Фотосинтез происходит в две фазы, а именно в световую фазу и темновую фазу.

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.

Рис. 6. Схема процессов световой фазы фотосинтеза

Поглощая квант красного света, молекула хлорофилла (фотосистема II) переходит в возбужденное состояние. В результате чего происходит перескок электрона на более высокий энергетический уровень с большИм количеством энергии. Чтобы вернуться в устойчивое состояние, молекуле хлорофилла нужно избавиться от избыточной энергии. Поэтому электрон захватывается акцептором электронов Х, перемещаясь с одной ступени на другую, то есть от одного акцептора к другому, и теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ и частично рассеивается в виде тепла.

 

 

Место вышедших электронов молекулы хлорофилла П680, занимают электроны воды, так как вода под действием света подвергается фотолизу, где в качестве побочного продукта образуется кислород. (рис. 7).

В фотосистеме І возбужденные электроны под действием фотона света также переходят на более высокий уровень и захватываются акцептором Y. Электроны от фотосистемы I переносятся акцептором на внешнюю сторону мембраны, она получает отрицательный потенциал. В процессе фотолиза протоны воды находятся на внутренней стороне мембраны, она принимает положительный потенциал. Из-за разности потенциалов происходит проталкивание протонов водорода через канал АТФ-синтАза, протоны объединяются с электронами, образуя атомарный водород, который и принимается НАДФ. Одновременно с этим из АДФ и Ф образуется АТФ.  Образуется восстановленный НАДФН. НАДФ расшифровывается как – никотинамидадениндинуклеотидфосфат.

 

Рис. 7. Фотолиз воды

 

Место вышедших электронов в молекуле П700 занимают электроны, полученные от фотосистемы II П680 (рис. 8). Таким образом, на свету электроны перемещаются от воды к фотосистемам II и I, и затем к НАДФ. Такой однонаправленный поток электронов носит название нециклического потока электронов, а образование АТФ, которое при этом происходит, носит название нециклического фотофосфорилирования.  

Таким образом, в световой фазе из воды, НАДФ+, остатков фосфорной кислоты и АДФ образуются АТФ и

Рис. 8. Взаимодействие фотосистемы I и фотосистемы II 

 восстановленный НАДФ, богатые энергией, и в качестве побочного продукта реакции выделяется кислород.

 

 

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. В реакциях темновой фазы углекислый газ восстанавливается до глюкозы с помощью энергии, запасенной молекулами АТФ и НАДФ.

Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе темновой фазы фотосинтеза получило название цикла Кальвина – по имени его первооткрывателя.

 

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.

контент взят с сайта http://interneturok.ru/