Обмен веществ и энергии в клетках организма | страница 15
Кроме хлорофилла в хлоропластах всех фотосинтезирующих растений имеется еще оранжевый пигмент — каротин, который также принимает участие в фотосинтезе и функционирует как дополнительный пигмент.
Фазы фотосинтеза
При анализе общего уравнения фотосинтеза возникает целый ряд вопросов. Как образуется кислород? Какое из двух веществ — вода или углекислый газ — является его поставщиком? Как влияет свет на химические реакции? Какова его роль в этом процессе? Как происходит связывание и восстановление углекислого газа?
Эти вопросы долгое время оставались нерешенными. В 40-х гг. XX в., используя метод меченых атомов, удалось установить, что кислород образуется не из углекислого газа, как предполагалось долгое время, а из воды.
В молекулу воды был введен радиоактивный изотоп кислорода >180. Такую воду использовали для полива растений, чтобы она участвовала в фотосинтезе. Анализ продуктов реакции показал, что весь радиоактивный кислород находится в выделенном кислороде:
CO>2+ H>2>18O
Дальнейшие исследования позволили установить, что фотосинтез протекает в две фазы: световую и темновую (рис. 10).
Рис. 10. Общая схема фотосинтеза
Все многообразие реакций, протекающих при этом, можно разделить на две группы:
1) разложение воды под действием энергии света, сопровождающееся образованием водорода и выделением свободного кислорода, и одновременное накопление энергии в результате синтеза АТФ и связывание водорода с переносчиком;
2) фиксация углекислого газа, его восстановление водородом и синтез глюкозы за счет энергии АТФ.
Световая фаза
Первая фаза фотосинтеза носит название световой, так как она протекает только под действием солнечной энергии. Реакции световой фазы происходят на мембранах тилакоидов, где располагается фотосинтезирующий пигмент — хлорофилл (рис. 11).
Рис. 11. Общая схема процессов световой фазы фотосинтеза, протекающих в тилакоиде: 1 — хлорофилл; 2 — мембрана тилакоида; 3 — внутренняя часть тилакоида; 4 — цепь электрон-переносящих ферментов; 5 — канал с ферментом АТФ-синтетазой
В световую фазу происходит несколько процессов:
1) возбуждение хлорофилла квантами света и перемещение возбужденных электронов;
2) фотолиз воды под действием света, образование кислорода и протонов водорода;
3) синтез молекул АТФ за счет энергии возбужденных электронов;
4) соединение водорода с переносчиком НАДФ>+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) и образование НАДФ · 2Н.
Рассмотрим подробно каждый из этих процессов.
