Процесс фотосинтеза лежит в основе существования на Земле жизни вообще и человека в частности. Фотосинтез – это процесс преобразования поглощенной энергии света в химическую энергию органических соединений.


Фотосинтез – единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению энергии биосферы за счет внешнего источника – Солнца – и обеспечивающий существование как растений, так и практически всех гетеротрофных организмов.

Фотосинтез (от греч. фотос
- — свет и синтез, совмещение, соединение) — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий). В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция — совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества.

Процесс образования сахара и крахмала из углекислого газа и воды на свету называется фотосинтез. В растительной клетке этот процесс идет в хлоропластах, т. е . только в зеленых частях растения.

Квант света (здесь уместно вспомнить что это такое) попадает на молекулу хлорофилла, которая находится в мембране тилакоида в хлоропласте. Хлорофилл, получив порцию энергии, возбуждается и эту лишнюю энергию выбрасывает вместе со своим электроном за пределы мембраны в строму хлоропласта. Но, потерявшая энергию молекула хлорофилла стремится возместить свою потерю и отбирает электрон у молекулы воды, которая при этом распадается на кислород и протон. Происходит фотолиз воды. Кислород выделяется в атмосферу, а протоны собираются внутри тилакоида. Теперь возникает ситуация очень напоминающая конденсатор. Мы имеем накапливающиеся “+” и “–” заряды, разделенные слоем диэлектрика – мембраной. Могут ли заряды накапливаться до бесконечности? Конечно, нет. При определенной разности потенциалов произойдет пробой изолятора, т.е. протоны пройдут сквозь мембрану и соединятся с электронами. При этом выделится энергия (в случае конденсатора в виде искры). Для этой цели в мембране предусмотрен специальный канал, в котором находится фермент АТФаза, поэтому выделяющаяся энергия не превращается в свет, а расходуется на синтез АТФ. Таким образом, энергия света превращается в энергию макроэргических связей АТФ. В строме хлоропласта атомарный водород вступает в химическую реакцию с углекислым газом и образуется глюкоза. На эту реакцию тратится энергия АТФ, т.е. энергия АТФ превращается в энергию химических связей в молекуле глюкозы.

Словарь

Автотрофы – организмы синтезирующие органические вещества из неорганических соединений, с использованием энергии солнечного излучения.

Гетеротрофы – организмы, использующие для питания готовые органические вещества.

Фотосинтез – синтез органических соединений из неорганических с использованием солнечного света, при участии хлорофилла.

Световая фаза фотосинтеза – фаза протекающая при солнечном свете с участием хлорофилла.

Темновая фаза фотосинтеза – протекает как на свету, так и в темноте, характеризуется активным синтезом углеводов.
реакциях темновой фазы с краткой характеристикой цикла и записью химической формулы. Взаимосвязь темновой и световой фаз.

6СО₂+ 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂
Процесс фотосинтеза состоит из 2-х последовательных фаз.

Световая фаза происходит только на свету в мембране тилакоидов гран при участии хлорофилла, белков –переносчиков и АТФ-синтетазы.

     При действии кванта света электрон молекулы хлорофилла переносится на более высокий энергетический уровень, а хлорофилл переходит в возбужденное состояние, теряя электрон.
Хл       Хл*+е-

Эти электроны передаются переносчиками на наружнюю мембрану тилакоидов гран, где накапливаются.

       Одновременно внутри полостей тилакоидов гран происходит фотолиз, т.е., разложение воды под действием энергии света.

           

          2Н2Освет  4Н+ + 4е- + О2   

  или  Н2Освет  Н+ +ОН-

         4ОН-          2Н2О + О2
Электроны, образующиеся при фотолизе, передаются переносчиками молекулам хлорофилла и восстанавливают их.

Кислород уходит в атмосферу, а протоны водорода не могут проникнуть через мембрану граны и накапливаются внутри нее, создавая протонный резервуар.

В результате, внутренняя поверхность мембраны заряжается положительно, а наружняя – отрицательно.

По мере накопления по обе стороны мембраны противоположно заряженных частиц нарастает разность потенциалов. При достижении критической величины разности потенциалов сила электрического поля начинает проталкивать протоны через канал АТФ-синтетазы.

На выходе из протонного канала создается высокий уровень энергии, который идет на образование молекул АТФ из АДФ:

                    АДФ + Ф      АТФ

Ионы водорода, оказавшись на наружней поверхности мембраны тилакоида, встречаются там с электронами, образуя атомарный водород, котроый идет на восстановление НАДФ+:
                   Н+ + 2е- + НАДФ+             НАД.Н
Темновая фаза протекает в строме хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований СО2, поступающего из воздуха (цикл Кальвина).

В строме постоянно присутствуют пентозы, среди которых имеется рибулозодифосфат, являющийся акцептором СО2. Ферменты связывают пентозу с углекислым газом, образуя гексозу, которая расщепляется на 2 триозы. Каждая из 2-х триоз принимает по одной фосфатной группе от АТФ, обогащая молекулы энергией. Затем каждая из 2-х триоз принимает по одному атому водорода от 2-х молекул НАДФ.Н. После чего триозы объединяются, образуя углеводы:

                2С3       С6  (С6Н12О6)

Другие триозы объединяются, образуя пентозы:

       5С3         3С5

  и вновь возвращаются в цикл Кальвина.

Суммарная реакция фотосинтеза:

                  6СО2 +6Н2О       С6Н12О6 +6О2

фаза, место проведения	Исходные вещества		процессы, происходящие в этой фазе	Результаты процессов
Световая. Мембраны тилакоидов гран.	Хлорофилл, Н2О,АДФ		1.Возбуждение хлорофилла 2.Фотолиз воды. 3.Продвижение протонов водорода Н+ по протонному каналу. 4.Восстановление НАДФ+ в НАДФ.Н;	-транспорт электронов -Образование  Н+; -Свободный кислород выделяется в атмосферу; -Образование атомарного водорода в виде НАДФ.Н; -Образование молекулы АТФ;
Темновая. Строма хлоропласта		. Н (атомарный водород), О2 (молекулярный кислород), СО2, АТФ	Фиксация углерода в цикле Кальвина.	-Синтез углеводов. Образование АДФ, глюкозы