Фотосинтез . Матеріал для учнів 10 кл.

      

                        Фотосинтез. Світлова фаза

Фотосинтез
Фотосинтез — це процес утворення живими організмами органічних речовин з неорганічних з використанням енергії світла:

Процес фотосинтезу складається з двох основних фаз — світлової і темнової. Під час світлової фази кванти світла вловлюються хлорофілом, енергія квантів використовується для синтезу АТФ і НАДФ H₂. Побічним продуктом є кисень. У ході темнової фази за рахунок АТФ та інших продуктів світлової фази відбувається фіксація молекул CO₂ і утворюються молекули глюкози.
До фотосинтезу здатні рослини і деякі бактерії.
У клітинах рослин фотосинтез відбувається в хлоропластах: світлова фаза — на мембранах тилакоїдів, темнова — у стромі.
Світлова фаза: поглинання енергії Сонця

             Світлова фаза                                           Темнова фаза

Сонячна енергія уловлюється фотосинтетичними пігментами, серед яких основну роль відіграє хлорофіл а. Крім того, існують хлорофіли b, c, d, f. Допоміжними пігментами є каротиноїди (жовті, помаранчеві, червоні) і фікобіліни (червоні й сині пігменти червоних водоростей).
Фотосинтетичні пігменти згруповані на мембранах тилакоїдів у комплекси двох типів — фотосистему I (ФС I) і фотосистему II (ФС II). Кожна фотосистема складається з кількох сотень молекул пігментів. Усі пігменти фотосистеми можуть поглинати кванти світла, але тільки одна молекула хлорофілу фотосистеми може використовувати поглинену енергію у фотохімічних реакціях. Ця молекула називається реакційним центром (мал. 45.1). Усі інші молекули пігментів утворюють антенний комплекс: вони уловлюють енергію світла і передають її в реакційний центр.

Мал. 45.1. Схема передачі поглиненої енергії в антенному комплексі фотосистеми. Енергія передається від молекули до молекули, поки не досягає реакційного центру

Світлова фаза: фотоліз води
У рослин фотосинтез починається з фотосистеми II. Енергія поглиненого світла від антенних комплексів передається в реакційний центр ФС II і переводить один з електронів хлорофілу а в збуджений стан (мал. 45.2).
Збуджений електрон передається на молекулу-переносник, а в молекулі хлорофілу з’являється позитивно заряджена електронна «дірка».
Втрачений хлорофілом електрон заміщується електроном, який утворюється в результаті фотолізу води під дією світла:
2H₂O = 4H+ + O₂ + 4е^-, де е^- — електрон.
Під час фотолізу в результаті розщеплення молекули води утворюються:
електрони, що заповнюють «дірки» у фотосистемі II;
протони H⁺;
побічний продукт — молекулярний кисень О₂.

Мал. 45.2. Схема роботи фотосистем I і II. У центрі кожної ФС розміщений реакційний центр (молекула хлорофілу а)

Світлова фаза: фотосинтетичний ланцюг перенесення електронів
Електрон, випущений збудженим хлорофілом ФС II, через ланцюг молекул-переносників передається до ФС I. Там він заповнює електронну «дірку», яка утворюється під час поглинання кванта світла хлорофілом ФС I. Тут електрон збуджується вдруге і бере участь у відновленні НАДФ⁺ до НАДФ H₂. Такий рух електронів по ланцюгу переносників називають нециклічним потоком, або Z-схемою.
У мембранах тилакоїдів можуть здійснюватися циклічні потоки електронів. У них електрон збуджується тільки в реакційному центрі ФС I, і не відбувається утворення НАДФ H₂. Потік стає циклічним, коли електрони від реакційного центру ФС I передаються не на НАДФ⁺, а повертаються назад, у ланцюг переносників електронів від ФС II до ФС I. Такий рух електронів забезпечує тільки АТФ, але не НАДФ H₂.
Світлова фаза: протонний градієнт на мембранах тилакоїдів
Перенесення електронів супроводжується іншим процесом: переносом протонів H+ у внутрішньотилакоїдний простір. На мембрані тилакоїдів виникає електрохімічний градієнт. Накопичені протони «прориваються» з внутрішньотилакоїдного простору в строму по каналах АТФ-синтази; при цьому синтезується АТФ. Цей механізм називається фотофосфорилювання; його принцип схожий з механізмом окисного фосфорилювання в мітохондріях.
Основні продукти світлових реакцій фотосинтезу — НАДФ Н₂ і АТФ — накопичуються в стромі, тобто там, де вони мають витрачатися в реакціях темнової фази.

Фотосинтез — це процес утворення живими організмами органічних речовин з неорганічних з використанням енергії світла. Під час світлової фази кванти світла вловлюються фотосинтетичними пігментами, що згруповані у фотосистеми I і II на мембранах тилакоїдів хлоропластів. Енергія квантів використовується для синтезу АТФ і НАДФ Н₂. Побічним продуктом є кисень.