Фотосинтез – это такой процесс, благодаря которому мы дышим на этой планете. Это одна из самых важных задач, который он выполняет, но не единственная.
Если подробнее, то фотосинтез представляет из себя выработку молекул углерода, которые растения, бактерии и водоросли с помощью света, воды и углекислого газа превращают в кислород и глюкозу. Кислородом мы дышим, а глюкозой питаются растения. Она для них источник энергии.
В химической схеме этот процесс выглядит следующим образом:
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2.
Еще одно важное замечание: фотосинтез происходит в хлоропластах, которые содержат хлорофилл – зеленый пигмент. Именно он поглощает свет, но определенного спектра. Другие пигменты (каротиноиды и фикобилины) ему в этом помогают (поглощают свет остального спектра).
Сам процесс фотосинтеза поделен на две фазы.
Световая фаза:
Она происходит в тилакоидных мембранах хлоропластов, и главным ее компонентом является свет.
Для начала хлорофилл и другие пигменты в тилакоидных мембранах поглощают световую энергию. Затем происходит водный фотолиз: световая энергия используется для расщепления молекул воды (H₂O) на кислород (O₂), протоны (H⁺) и электроны (e⁻). Кислород выделяется в атмосферу как побочный продукт.
Дальше происходит транспорт электронов. Они возбуждаются светом, перемещаются по электронтранспортной цепи в тилакоидной мембране, высвобождая энергию.
Синтез АТФ (аденозинтрифосфата): высвобожденная энергия используется для закачки протонов (H⁺) из стромы хлоропласта в пространство тилакоидов, создавая градиент. Этот градиент используется для синтеза АТФ — главной энергетической валюты клетки.
Образование НАДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфат): в конце электронтранспортной цепи электроны соединяются с НАДФ⁺ и протонами (H⁺), образуя НАДФН — еще один важный энергетический носитель.
Темновая фаза:
Она происходит в строме хлоропластов и не зависит напрямую от света.
- Фиксация углерода: углекислый газ (CO₂) из атмосферы связывается с рибулозо-1,5-бисфосфатом (РиБФ) при помощи фермента рибулозобисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа (рубиско).
- Восстановление: образованное в результате фиксации нестабильное соединение распадается на две молекулы 3-фосфоглицерата, которые с помощью АТФ и НАДФН из световой фазы восстанавливаются до глицеральдегид-3-фосфата (Г3Ф).
- Синтез глюкозы: часть Г3Ф используется для синтеза глюкозы (C₆H₁₂O₆) и других органических молекул, которые служат строительным материалом и источником энергии для растения.
- Регенерация РиБФ: оставшаяся часть Г3Ф используется для регенерации РиБФ, чтобы цикл Кальвина мог продолжаться.
Взаимосвязь светлой и темновой фаз:
Продукты световой фазы (АТФ и НАДФН) используются в темновой фазе для фиксации углерода и синтеза глюкозы.
Темновая фаза регенерирует НАДФ⁺ и АДФ, которые возвращаются в световую фазу для дальнейшего использования.
