Фотосинтез как обмен веществ

Фазы фотосинтеза

1. Световая фаза (светозависимая)

Место протекания: Тилакоиды гран хлоропластов.

Необходимые условия: Свет, вода, хлорофилл, белки-переносчики, фермент АТФ-синтаза.

Процессы происходящие в световую фазу:

1. Поглощение света хлорофиллом: Хлорофилл поглощает энергию света, переходя в возбуждённое состояние. Электроны хлорофилла переходят на более высокий энергетический уровень.

2. Фотолиз воды: Под действием света молекулы воды расщепляются на протоны (H⁺), электроны (e⁻) и кислород (O₂).

• 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂ Кислород выделяется в атмосферу. Электроны используются для восстановления хлорофилла. Протоны накапливаются в тилакоидах, создавая протонный резервуар.
• 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂
• Кислород выделяется в атмосферу.
• Электроны используются для восстановления хлорофилла.
• Протоны накапливаются в тилакоидах, создавая протонный резервуар.

3. Транспорт электронов по электрон-транспортной цепи (ЭТЦ): Возбуждённые электроны передаются по цепи белков-переносчиков, расположенных в мембране тилакоида. При этом энергия электронов используется для перекачки протонов (H⁺) из стромы хлоропласта внутрь тилакоида, создавая электрохимический градиент.

4. Синтез АТФ (фотофосфорилирование): Протоны (H⁺) из тилакоида выходят обратно в строму через АТФ-синтазу. Энергия, высвобождающаяся при этом, используется для синтеза АТФ из АДФ и фосфата.

АДФ + Ф → АТФ

5. Восстановление НАДФ⁺:

В конце ЭТЦ электроны присоединяются к НАДФ⁺ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат), восстанавливая его до НАДФ·H.

НАДФ⁺ + 2H⁺ + 2e⁻ → НАДФ·H

Итоги световой фазы:

• Выделение кислорода (O₂). Синтез АТФ (энергия). Образование НАДФ·H (восстановитель).
• Выделение кислорода (O₂).
• Синтез АТФ (энергия).
• Образование НАДФ·H (восстановитель).

2. Темновая фаза (цикл Кальвина)

Место протекания: Строма хлоропласта.

Необходимые условия: CO₂, АТФ, НАДФ·H, ферменты. Свет не требуется.

Процессы (цикл Кальвина):

• Фиксация CO₂:

Углекислый газ из атмосферы присоединяется к пятиуглеродному сахару рибулозо-1,5-бисфосфату ( РуБФ ) при участии фермента РуБисКО . Образуется нестабильное шестиуглеродное соединение, которое распадается на две молекулы фосфоглицерата ( ФГК ).

2. Восстановление ФГК: ФГК восстанавлиется до глицеральдегид-3-фосфата (ГАФ) с использованием АТФ и НАДФ·H, полученных в световой фазе.

3. Регенерация РуБФ: Часть ГАФ используется для регенерации РуБФ, необходимого для продолжения цикла Кальвина. На это также затрачивается АТФ.

4. Синтез глюкозы и других органических веществ: Другая часть ГАФ используется для синтеза глюкозы и других органических соединений (аминокислот, жирных кислот и т.д.).

Уравнение цикла Кальвина

6CO₂ + 18АТФ + 12НАДФ·H + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 18АДФ + 18Ф + 12НАДФ⁺

Итоги темновой фазы:

• Фиксация углекислого газа.
• Синтез глюкозы и других органических веществ.
• Регенерация РуБФ

Активность фотосинтеза и клеточного дыхания при разных условиях

На свету

В темноте

Фотосинтез ПРЕОБЛАДАЕТ над дыханием (протекает интенсивнее). Во время фотосинтеза растения поглощают СО2

и выделяют О2, а во время дыхания наоборот – поглощают О2 и выделяют

СО2. Следовательно, на свету, в среде, где находятся растения концентрация кислорода О2 суммарно будет увеличиваться, а

концентрация углекислого газа уменьшаться

Клеточное дыхание идет намного интенсивнее – реакции фотосинтеза практически не протекают (т.к. нет квантов света для световой фазы, а значит нет и продуктов световой фазы, без которых темновая протекать НЕ БУДЕТ ). Следовательно, в условиях отсутствия света, суммарно в среде, где находится растение концентрация кислорода О2 будет уменьшаться, а концентрация углекислого газа СО2 увеличиваться.

Процесс фотосинтеза