Процесс фотосинтеза в клетке растений, световая и темновая фазы (Схема, таблица)

Фотосинтез – это процесс превращения поглощенной организмом энергии света в химическую энергию органических соединений. Главную роль в этом процессе играет использование света для восстановления СО2 до уровня углеводов.

Общее уравнение процесса фотосинтеза:

6CO2 + 6H2O   ——>   C6H12O6 + 6O2

(Углекислый газ + вода + действие света + хлорофилл = углевод + кислород)

Важным компонентом фотосинтеза является хлорофилл, который может выполнять три важных функции:

— избирательно поглощать энергию света;

— запасать ее в виде энергии электронного возбуждения;

— преобразовывать энергию возбужденного состояния в химическую энергию первичных восстановленных и окисленных соединений. 

Схема процесса фотосинтеза

В процессе фотосинтеза различают две фазы: световую и темновую. Конечными продуктами световой фазы фотосинтеза являются АТФ и НАД•Н (или NADPH) (то есть атом водорода, связанный с молекулой НАД — никотинамидадениндинуклеотидфосфата), используемые в темновой фазе для восстановления

СО2 и образования углеводов.Схема процесса фотосинтеза общая

Таблица процесс фотосинтеза, его световая и темновая фазы

Результаты процессов

Процессы, происходящие в этой фазе

Световая фаза фотосинтеза

Нециклическое фотофосфорилирование (схема процесса фотосинтеза выше). Энергия света возбуждает электроны, приводя к расщеплению воды и синтезу АТР и НАД•Н (или NADPH). Световая фаза фотосинтеза разделяется на фотофизическую и фотохимическую. В фотофизической фазе происходит поглощение квантов света молекулами хлорофиллов П700 (фотосистема I) и П680 (фотосистема II) и переход этих молекул в возбужденное состояние. В фотохимической фазе обе фотосистемы работают согласованно.

Фотосистема I (ФСI)

Возбужденная молекула П700 отдает электрон акцептору. От него по системе переносчиков этот электрон попадает на внешнюю сторону мембраны тилакоида (обращенную в строму). При этом в молекуле П700 остается «дырка», а П700 превращается в П+700.

Фотосистема II (ФСII)

Возбужденная молекула П680 отдает электрон акцептору. Затем по системе переносчиков электрон передается в фотосистему I и заполняет «дырки» в молекуле П+700. При этом молекула хлорофилла П700 возвращается в исходное состояние и становится вновь способной возбуждаться светом. Молекула П680, отдав электрон, превращается в П+680. Для ее восстановления используются электроны, получаемые при разложении молекулы воды на два протона, два электрона и 0,5O2 в процессе фотолиза воды.
Протоны накапливаются на внутренней стороне мембраны тилакоида.

В результате с  разных сторон мембраны накапливаются протоны и электроны, т. е. возникает электрохимический мембранный потенциал. Когда он достигает величины в 200 мВ, протон с внутренней  стороны мембраны переносится на внешнюю через канал, образованный ферментом АТФ-синтетазой (АТФ-азой), то есть начинает работать протонная помпа. При этом образуется АТФ, а перенесенный протон взаимодействует с электроном и молекулой НАД, давая комплекс НАД • Н (схема выше).

В результате в световой фазе фотосинтеза получаются АТФ, НАД • Н и кислород из молекулы воды, являющийся побочным продуктом фотосинтеза.

Темновая фаза фотосинтеза - Цикл Кальвина

Темновая фаза фотосинтеза является сложным процессом, включающим большое количество реакций, приводящих к восстановлению СО2. Существуют разные пути восстановления и основным из них является так называемый цикл Кальвина.

1. Фиксация диоксида углерода

Это ключевая реакция темновой фазы фотосинтеза. Неорганический СO2 превращается в органическое соединение путем ковалентного связывания с 5-углеродной молекулой-акцептором - рибулозо-1,5-бисфосфатом (РиФБ). Фермент, катализирующий эту реакцию, РиБФ-карбоксилаза, - самый распространенный фермент на Земле. Его суммарная масса составляет около
40х1012 г (около 0,2% от всей массы земных белков).

реакция фиксация диоксида углерода 

2. Восстановление фосфоглицериновой кислоты

Восстановление фосфоглицериновой кислоты до фосфоглицеральдегида: первый углеводородный продукт фотосинтеза, 3-углеродное вещество фосфоглицеральдегид (ФГА), он же триозофосфат (ТФ), синтезируется с использованием АТР и NADРН2, полученных в световых реакциях.

Восстановление фосфоглицериновой кислоты до фосфоглицеральдегида реакция

3. Образование глюкозы

Образование глюкозы - это процесс, обратный гликолизу, происходит с использованием тех же ферментов. Отщепление фосфатной группы в экзэргонической реакции запускает всю последовательность стадий в направлении синтеза глюкозы.

экзэргоническая реакция отщепление фосфатной группы

4. Регенерация РиБФ

Регенерация РиБФ обеспечивает продолжения цикла, пополняя пул молекул акцептора CO2. Это сложная реакция, которую упрощенно можно выразить как:

5 молекул ТФ ——> 3 молекулы РиФБ (через серию превращений с затратой АТР)

Суммарная реакция цикла

суммарная реакция цикла Кальвина

Схема темновая фаза фотосинтеза, Цикл Кальвина

темновая фаза фотосинтеза, Цикл Кальвина схема

Лимитирующие факторы фотосинтеза

Фотосинтез - это многостадийный процесс, поэтому к нему применим принцип лимитирующих факторов. Например, цикл
Кальвина зависит от снабжения АТР и от восстанавливающей силы, образующейся в световых реакциях.

Интенсивность освещения

энергия света необходима для синтеза АТР и NADРН2 во время световой фазы фотосинтеза.

Концентрация диоксида углерода

СO2 связывается в реакции с рибулозобисфосфатом в начальной стадии цикла Кальвина

Температура

влияет на работу ферментов, катализирующих реакции цикла Кальвина и некоторые из световых реакций

Наличие воды и концентрация хлорофилла

в нормальных условиях не являются лимитирующими факторами фотосинтеза

_______________

Источник информации:

1. Биология человека в диаграммах / В.Р. Пикеринг — 2003.

2. Общая биология / Левитин М. Г. — 2005.



1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 [3 Голоса (ов)]

Поделитесь ссылкой с друзьями:

Комментарии:

comments powered by HyperComments
Подписываемся на обновления!  
 vk ok tw

Главная    |   Обратная связь    |   Карта сайта   |   Заказать работу 

infotables.ru © 2014 - 2019. Копирование материала с сайта возможно только при наличие активной индексируемой ссылки на infotables.ru

Информация, размещенная на сайте, предоставлена в целях ознакомления. Владельцы сайта infotables.ru не несут ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого cайта.

Яндекс.Метрика

 вконтакте   однокласники   tw