Значение хлорофилла в процессе фотосинтеза

1. Поглощает и трансфомирует (превращает) световую энергию в химическую энергию макроэргических связей АТФ и органических веществ

q Хлорофилл поглощает не все, а только определенные лучи солнечного спектра, особенно красные и сине фиолетовые, несущие наибольшее количество энергии

2. Запускает процесс фотолиза (фоторазложения) воды до водорода и молекулярного газообразного кислорода

3. Является донором электронов для восстановления протонов водорода воды до атомарного водорода, транспортируемого в темновую фазу фотосинтеза для синтеза глюкозы

4. Участвует в процессе фиксации СО₂

Значение воды для фотосинтеза

1. Донор атомов водорода для восстановления углекислого газа и синтеза органических веществ (глюкозы и углеводородов))

2. Донор кислорода, выделяющегося в процессе фотосинтеза

Темновая фаза

· Суть темновой фазы – синтез органических веществ – глюкозы и крахмала (углеводородов: белков липидов, нуклеиновых кислот)

· Осуществляется в строме хлоропласта как на свету, так и в темноте

· Реакции темновой фазы представляют собой циклическую цепочку последовательных преобразований углекислого газа (поступает из воздуха), приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ - цикл Кальвина

· Первая реакция в этой цепочке — фиксация углекислого газа, т.е. происходит образование органического вещества (углеводов) из неорганического (СО₂)

q акцептором углекислого газа является пятиуглеродный сахар рибулозобифосфат (РиБФ); катализирует реакцию фермент рибулозобифосфат-карбоксилаза (РиБФ-карбоксилаза). В результате карбоксилирования рибулозобисфосфата образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое сразу же распадается на две молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК). Затем происходит цикл реакций, в которых через ряд промежуточных продуктов фосфоглицериновая кислота преобразуется в глюкозу. В этих реакциях используются энергии АТФ и НАДФ·Н2, образованных в световую фазу; цикл этих реакций получил название «цикл Кальвина»:

6СО₂ + 24Н+ + АТФ → С₆Н₁₂О₆ + 6Н2О

· Кроме глюкозы, в процессе фотосинтеза образуются другие мономеры сложных органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, нуклеотиды

· В строму поступают АТФ и НАДФ.Н₂ от тилакоидов гран и СО₂ из воздуха, кроме того там постоянно находятся пятиуглерордные соединения – пентозы С₅, которые образуются в цикле Кальвина

· Процессы темновой фазы осуществляются за счёт химической энергии АТФ и НАДФ.Н_2, образовавшихся в световую фазу

· В темновую фазу фотосинтеза происходит восстановление углекислого газа СО₂ до углеводов (С₆) - фиксация углерода, а также образование белков и липидов

· Цепь реакций восстановления СО₂ был исследован американским биохимиком М. Кальвином, который установил его циклический характер

q Упрощённо этот цикл можно представить следующим образом:

1. Процесс начинается с ферментативного присоединения СО₂ к акцептору – пятиуглеродному сахару рибулозодифосфату; в результате образуется очень нестойкое шестиуглеродное соединение, которое быстро расщепляется на две триозы – 2С₃ - фосфоглицериновой кислоты (ФГК)

q Это центральная реакция темновой фазы, т.к. неорганический углерод в виде СО₂ превращается в органический в виде ФГК

2. Каждая из триоз 2С₃ принимает по одной фосфатной группе от двух АТФ, что обогащает молекулы энергией

3. Каждая из триоз 2С₃ присоединяет по одному атому водорода от двух НАДФ Н₂

3. После чего одни триозы объединяются, образуя углеводы

2С₃ С₆ С₆Н₁₂О₆ (глюкоза – первичный углевод)

 

5. Другие триозы объединяются, образуя пентозы: 5С₃ 3С₅ и вновь включаются в цикл Кальвина Уравнение темновой фазы: 6СО₂ + 12НАДФ Н₂ = С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О + 12 НАДФ⁺

 

· В темновой фазе фотосинтеза энергия макроэргических связей АТФ преобразуется в химическую энергию органических веществ, т.е. энергия как бы консервируется в химических связях органических соединений

энергия света

Суммарная реакция фотосинтеза: 6СО₂ + 12Н₂О хлорофилл С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ + 6Н₂О