Механизм фотосинтеза


Механизм фотосинтеза
Механизм фотосинтеза
        Преобразование энергии света в химическую энергию продуктов фотосинтеза представляет сложную цепь взаимосвязанных реакций, в которых участвуют многие соединения и структурные компоненты хлоропласта.

        Цепь реакций, составляющих процесс фотосинтеза, можно разбить на три основные стадии:

        1. Фотофизическая стадия поглощения квантов света пигментами, превращение энергии света в пигментных структурах и передача поглощенной световой энергии «активному центру».

        2. Первичные фотохимические реакции, перенос . электрона в электрон-транспортной цепи фотосинтеза и сопряженные с ним процессы образования «восстановительной силы».

        3. Использование «восстановительной силы» для восстановления углекислоты и синтеза углеводов.

        Пигменты фотосинтетического аппарата организованы в хлоропластах растений в два функциональных ансамбля, каждый из которых связан, в свою очередь, с определенгой цепью переноса электронов. Эти функциональные системы получили название пигментных систем I и II (цв. табл. 1).

Механизм фотосинтеза

        Как подчеркивалось выше, специфическим свойством фотоавтотрофного питания зеленых растений является то, что для восстановления углекислоты в этом процессе в качестве донора водорода (электрона) используется вода и процесс идет с выделением кислорода. Это значит, что перепад окислительно-восстановительных потенциалов (ΔЕ0'), в пределах которого должен быть осуществлен перенос электрона, лежит между потенциалом кислородного электрода (Е0' для системы O2/Н2O при рН7 составляет —0,8 В) и потенциалом, который близок к водородному электроду и при котором идет восстановление пиридиннуклеотида при участии ферредоксина (Е0' для системы Н2/Н+ при рН7 составляет +0,42 B). Таким образом, фотосинтез в интактных растениях идет в диапазоне окислительно-восстановительных потенциалов от —0,8 до +0,42 В, т. е. около 1,2 В, что соответствует увеличению свободной энергии системы (в расчете на 1 грамм-моль) на 504 000 Дж.

        Каким же образом осуществляется за счет энергии света перенос электрона в таком диапазоне окислительно-восстановительных потенциалов? Принципиальная схема этого процесса представлена на цветной таблице 1.

Механизм фотосинтеза

        Процесс фотосинтеза начинается с поглощения света хлорофиллом. Молекула пигмента, поглотившая квант света, переходит в возбужденное состояние, которое длится около 10/ 9 сек, после чего молекула возвращается к исходному уровню. При этом энергия возбуждения может быть потеряна в виде тепла или флуоресценции, или передана другим, «соседним» молекулам пигмента при достаточно близком их расположении.

        В результате такой миграции в ансамбле молекул хлорофилла, расположенных в районе пигмента Р700 (реакционного центра пигментной системы I) энергия возбуждения (электрон) может быть захвачена пигментом Р700 и передана им акцептору — ферредоксину. При этом потерянный электрон (протон) восполняется у Р700 пластоцианином и снова может быть «переброшен» за счет энергии света ферредоксину.

        Аналогичная картина происходит и в пигментной системе II, у которой роль акцептора электрона выполняет пластохинон, передавая полученный электрон по электрон-транспортной цепи цитохрому b, цитохрому f и, наконец, пластоцианину. Таким образом, благодаря окислительно-восстановительным превращениям промежуточных переносчиков, осуществляется постепенное движение электрона, которое индуцировано энергией кванта света.

        Следует сказать, что донором электрона для пигментной системы II является в конечном итоге система фотоокисления воды, так же как и допором протона, хотя промежуточные продукты фотоокисления воды до сих пор не удалось найти и природа промежуточного донора электрона для пигментной системы II остается неизвестной. Совершенно неясным остается также механизм выделения молекулярного кислорода.

        Важным обстоятельством является то, что в процессе передачи электрона в окислительно-восстановительных реакциях электрон-транспортной цепи, а именно на этапе передачи электрона от цитохрома b к цитохрому f, происходит синтез молекул аденозиптрифосфорной кислоты (АТФ) из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) и неорганического фосфата (Фн) в результате реакции так называемого циклического фотофосфорилирования:

Механизм фотосинтеза

        Кроме того, благодаря участию ферредоксина происходит образование АТФ и восстановленного никотинамидаденипдинуклеотида (HАДФ-H) в реакциях нециклического фотофосфорилиюования:

Механизм фотосинтеза

        Возникающие в результате световых реакций АТФ и НАДФ-Н получили название восстановительной или ассимиляционной силы и используются в дальнейшем в темновых реакциях фотосинтеза для восстановления углекислоты и синтеза углеводов в пентозофосфатном цикле восстановления углерода (цикле Кальвина). Этот цикл, как видпо на рисунке 1, представляет собой достаточно сложную систему ферментативных реакций, в результате которых происходят фиксация и восстановление С02 и циклическое воспроизводство первичного акцептора углекислоты — рибулозо-1,5-дифосфата.

Механизм фотосинтеза

        Последующее преобразование продуктов фотосинтеза в реакциях обмена веществ, общих для гетеротрофных и автотрофных организмов, приводит к образованию аминокислот, белков, липидов, нуклеиновых кислот и других важнейших соединений живой клетки.


Жизнь растений: в 6-ти томах. — М.: Просвещение. . 1974.


.

Смотреть что такое "Механизм фотосинтеза" в других словарях:

  • Механизм биологической фиксации молекулярного азота —         Как известно, атомы в молекуле азота (N2) соединены тремя ковалентными связями, энергия диссоциации которых равна 9,4 • 105 дж/моль. Наибольшей энергией 5,3 105 дж/моль обладает первая связь, вторая 2,5 105 дж/моль, третья 1,6 105 дж/моль …   Биологическая энциклопедия

  • ФОТОСИНТЕЗ — образование живыми растительными клетками органических веществ, таких, как сахара и крахмал, из неорганических из СО2 и воды с помощью энергии света, поглощаемого пигментами растений. Это процесс производства пищи, от которого зависят все живые… …   Энциклопедия Кольера

  • фотосинтез — Термин фотосинтез Термин на английском photosynthesis Синонимы Аббревиатуры Связанные термины бактериохлорофилл, искусственный фотосинтез, супрамолекулярная фотохимия, хлорофилл Определение образование зелеными растениями и некоторыми бактериями… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • Семейство кактусовые (Cactaceae) —         Кактусы ассоциируются в нашем сознании с чем то колючим, толстым и необычным. Внешнее несходство с другими растениями сразу же привлекло к ним первых мореплавателей, вступивших на Американский материк. Как диковины природы их стали… …   Биологическая энциклопедия

  • Энергетические ресурсы —         (a. energy resources; н. Energieressourcen; ф. ressources energetiques; и. recursos energeticos) все доступные для пром. и бытового использования источники разнообразных видов энергии: механической, тепловой, химической, электрической,… …   Геологическая энциклопедия

  • Цвет Михаил Семёнович — (1872 1919), физиолог и биохимик растений. Родился в Италии. С 1896 в России. Работал в Лаборатории физиологии растений Петербургской АН у А. С. Фамицына (1896 1902); профессор Варшавского (с 1908), Юрьевского (с 1917) и Воронежского (с 1918)… …   Энциклопедический словарь

  • Блюменфельд Лев Александрович — (р. 1921), биофизик и физикохимик, доктор химических наук (1954). С 1957 сотрудник Института химической физики РАН. Исследовал механизм фотосинтеза, ферментативного катализа и др …   Большой Энциклопедический словарь

  • Блюменфельд Л. А. — БЛЮМЕНФÉЛЬД Лев Александрович (р. 1921), биофизик и физикохимик, д р хим. наук (1954). С 1957 сотрудник Ин та хим. физики РАН. Иссл. механизм фотосинтеза, ферментативного катализа и др …   Биографический словарь

  • Тилакоид — Тилакоиды (зеленые) в хлоропласте Тилакоиды  ограниченные мембраной компартменты внутри хлоропластов и цианобактерий. В тилакоидах происходят светозависимые реакции фотосинтеза …   Википедия

  • Фотосинтез — Лист растения …   Википедия

Книги



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.