Temna in lahka faza fotosinteze. Kje teče svetlobna faza fotosinteze?

Fotosinteza je proces obdelave vode in ogljikov dioksid z ali brez uporabe svetlobne energije. To je značilno za rastline. Razmislite o tem, kaj predstavlja temna in lahka faza fotosinteze.

Splošne informacije

Fotosinteza organov višje rastline je list. Kloroplasti delujejo kot organoidi. V membranah njihovih tilakoidov so prisotni fotosintetični pigmenti. So karotenoidi in klorofili. Slednje obstajajo v več oblikah (a, c, b, d). Glavna izmed njih se šteje za a-klorofil. V molekuli se sprosti porfirinska »glava« z magnezijevim atomom, ki se nahaja v sredini, in zlobnim repom. Prvi element je predstavljen v obliki ravne strukture. "Glava" je hidrofilna, zato se nahaja na delu membrane, ki je usmerjena v vodno okolje. Fitnik "rep" je hidrofoben. Zaradi tega ohrani molekulo klorofila v membrani. Klorofili absorbirajo modro-vijolično in rdečo svetlobo. Odražajo tudi zeleno, zaradi česar imajo rastline za njih značilno barvo. V membranah tilaktoida so molekule klorofila organizirane v fotosisteme. Sistemi 1 in 2 so značilni za modro-zelene alge in rastline, fotosintetične bakterije pa imajo le prvo. Drugi sistem lahko razgradi H ₂ O, sprosti kisik.

Svetlobna faza fotosinteze

Procesi v rastlinah so kompleksni in večstopenjski. Še posebej obstajata dve skupini reakcij. So temna in lahka faza fotosinteze. Slednji poteka ob sodelovanju encima ATP, beljakovin, ki prenašajo elektrone, in klorofila. Svetlobna faza fotosinteze se pojavi v membranah tilaktoidov. Elektroni klorofila so vzburjeni in zapustijo molekulo. Po tem padejo na zunanjo površino membrane tilaktoida. V zameno se ji zaračuna negativno. Po oksidaciji se začne obnavljanje molekul klorofila. Vzemijo elektrone iz vode, ki je prisotna v intralakoidnem prostoru. Tako svetlobna faza fotosinteze poteka v membrani med razpadom (fotoliza): H ₂ O + Q svetloba → H ⁺ + OH ^-

Hidroksilni ioni se pretvorijo v reaktivne radikale, ki dajejo elektrone:

HE ^- → • HE + e ^-

• OH radikali se združijo v prosti kisik in vodo:

4NO • → 2H ₂ O + O ₂ .

Hkrati se kisik izloči v okoliško (zunanje) okolje, v tilaktoidu pa se nabira protona v posebnem »rezervoarju«. Posledica je, da tam, kjer poteka svetlobna faza fotosinteze, membrana tilaktoida zaradi H ⁺ na eni strani prejme pozitivni naboj. Skupaj s tem se zaradi elektronov zaračuna negativno.

ADH fosforilacija

Kjer poteka svetlobna faza fotosinteze, obstaja potencialna razlika med notranjo in zunanjo površino membrane. Ko doseže 200 mV, se protoni potisnejo skozi kanale sintetaze ATP. Tako se svetlobna faza fotosinteze pojavi v membrani med fosforilacijo ADP v ATP. Hkrati je atomski vodik usmerjen v redukcijo posebnega nosilca nikotinamid adenin dinukleotid fosfata NADP + na NADP • H2:

2H ⁺ + 2e ^- + NADF → NADF • H ₂

Svetlobna faza fotosinteze tako vključuje fotolizo vode. Po drugi strani pa ga spremljajo tri glavne reakcije:

1. Sinteza ATP.
2. Izobraževanje NADP • H ₂ .
3. Nastajanje kisika.

Svetlobno fazo fotosinteze spremlja sproščanje slednje v ozračje. NADPH • H2 in ATP se preselita v stromo kloroplasta. S tem se zaključi svetlobna faza fotosinteze.

Druga skupina reakcij

Za temno fazo fotosinteze ni potrebna svetlobna energija. Gre za stromo kloroplasta. Reakcije so predstavljene v obliki verige zaporednih transformacij ogljikovega dioksida, ki prihaja iz zraka. Kot rezultat, glukoza in drugo organske snovi. Prva reakcija je fiksacija. Ribulozobifosfat (pet-ogljikov sladkor) riBF deluje kot akceptor ogljikovega dioksida. Katalizator v reakciji je ribulozobifosfat-karboksilaza (encim). Kot posledica karboksilacije riBF nastane šest-ogljična nestabilna spojina. Skoraj v trenutku se razgradi v dve molekuli PGA (fosfoglicerinska kislina). Po tem sledi cikel reakcij, kjer se skozi več vmesnih produktov pretvori v glukozo. Uporabljajo energijo NADP • H ₂ in ATP, ki sta bili spremenjeni, ko je potekala svetlobna faza fotosinteze. Cikel teh reakcij imenujemo "Calvinov cikel". Predstavi se lahko tako:

6C02 + 24H + + ATP → C6H12O6 + 6H20

Poleg glukoze se med fotosintezo tvorijo tudi drugi monomeri organskih (kompleksnih) spojin. Ti vključujejo zlasti maščobne kisline, glicerin, nukleotide aminokislin.

Reakcija C3

So vrsta fotosinteze, pri kateri nastanejo tri spojine ogljika kot prvi produkt. To je opisano zgoraj kot Calvinov cikel. Značilne lastnosti fotosinteze C3 so:

1. RibF je akceptor ogljikovega dioksida.
2. Reakcija karboksilacije katalizira Ribe-karboksilazo.
3. Oblikuje se šest-ogljikova snov, ki se nato razgradi v 2 FGK.

Fosfoglicerinska kislina se reducira na TF (triose fosfat). Nekateri so usmerjeni v regeneracijo ribulozobifosfata, ostalo pa v glukozo.

Reakcija C4

Za to vrsto fotosinteze je značilen pojav štirih ogljikovih spojin kot prvega produkta. Leta 1965 je bilo ugotovljeno, da se v nekaterih rastlinah pojavijo snovi C4. Na primer, najdemo ga za proso, sirek, sladkorni trs, koruzo. Te kulture so se začele imenovati C4-rastline. Leta 1966 sta Slack in Hatch (avstralski znanstveniki) pokazala, da skoraj popolnoma nimata fotospiranja. Ugotovljeno je bilo tudi, da so takšne C4 rastline veliko učinkovitejše pri absorpciji ogljikovega dioksida. Kot posledica se je pot transformacije ogljika v takšnih kulturah imenovala Hatch-Slack pot.

Zaključek

Vrednost fotosinteze zelo velika. Zaradi njega se iz ozračja letno absorbirajo ogromne količine ogljikovega dioksida (milijarde ton). Namesto tega ne proizvaja manj kisika. Fotosinteza deluje kot glavni vir tvorbe organskih spojin. Kisik je vključen v formacijo ozonski plašč, ščiti žive organizme pred izpostavljenostjo kratkovalovnemu UV sevanju. V procesu fotosinteze pa list absorbira le 1% celotne energije svetlobe, ki pada na njo. Njegova produktivnost je v 1 g organske spojine na 1 kvadratni kilometer. m površine na uro.