Химизм и энергетика фотосинтеза. Фотофизический, фотохимический и ферментативный этапы фотосинтеза.

Фотосинтез – это сложный многоступенчатый окислительно-востановительный процесс, в котором происходит восстановление СО₂ до уровня углеводов и окисление Н₂О и О₂. В нем используется солнеч. Энергия,процесс наиболее эффективен при прерывистом освещении. Фотосинтез включает световые и темновые реакции.Лучитая энергия излучается в виде квантов( величина кванта для разных участков спектра различна-чем короче длина волны тем больше энергия кванта ). Сине-фиолет.часть спектра короче, а энергия больше. В зеленой части спектра фотосинтез минимален а в сине-фиолетовой максимален. Тимирязев сделал вывод что хлорофилл поглощает определенную длину волны и там наиболее интенсивно идет фотосинтез.

При поглощении кванта света атомом или молекулой e ^– переходит на более высокую орбиталь.Полученная энергия участвует в дальнейших химических р-циях фотосинтеза. В первичных процессах важную роль играет процессы передачи энергии, не каждая молекула принимает участие в последующих химич.реакциях.Энергию улавливают 200-250 мол-л хлорофилла, которые стекаются к одной являющейся ловушкой и связанной с реакционным центром. Реакционный центр- фотосинтетическая единица где в улавливании света принимают участие не только хлорофилл a и b, но каротиноиды и фикобилины. В процессах фотосинтеза принимают участие 2 фотосистемы: 1)включает 200 молекул хлорофилла а, 50 мол-л каротиноидов и 1 мол-ла хлорофилл-ловушка поглощающая h v c длиной волны 700нм(П₇₀₀); 2)Включает 200 мол-л хлорофилла а, 200 мол-л хлорофилла b и 1 мол-ла хлорофилл-ловушка поглощающая волну680 нм(П₆₈₀). Фотофизический этап-кванты света поглощаются, переводят мол-лы пигмента в возбужденное состояние, эта энергия переносится на хлорофилл-ловушку, связанную с реакционным центром, где она используется в фотохимич.р-циях.

Фотохимич.этап: это реакции в которых энергия h v преобразуется в энергию химических связей(фосфорных связей АТФ). Процесс преобразования энергии квантов света в АТФ – фотосинтетическое фосфорилирование. Различают циклическое и нециклическое фосфолирирование.

Нециклическое: принимают участие 2 фотосистемы. Поглощая h v e ^– из мол-лы П₇₀₀ переходит на более высокий энергетический уровень S₁ , отдает e ^– при этом П₇₀₀ окисляется,становится положительно заряженным. Электрон передвигается к НАДФ через ряд переносчиков(феродоксин от кот-ого e ^– переносится на НАДФ. Отдав e ^– П₇₀₀ становится акцептором электронов. Источником электронов явл фотосистема II. Под влиянием поглощенного h v возбужденный электрон мол-лы П₆₈₀ воспринимается акцептором и передается по цепи переносчиком, при этом П₆₈₀ при участии Mn²⁺ отнимает e ^– от Н₂О, происходит ее фотоокисление и выделяется О₂.

Путь e от фотосистемы II к I: полученный от П₆₈₀ e передается на пластохинон, далее цитохром F, пластоцианин от которого e заполняет «дырку» в П₇₀₀. Вывод: окисляется 2 мол-лы Н₂О, передача электронов от Н₂О через электронно-транспортную цепь на НАДФ, продуктами нециклич фосфол-я явл НАДФ и АТФ.

Ферментативный этап: Восстановление СО₂ до углеводов при наличии АТФ и НАДФ может происходить в темноте(открыто Мелвином Кальвином). Химизм начинается на свету, затем происходят темновые реакции. 1 продукт фотосинтеза- фосфоглицериновая к-та(ФГК), которая обр-тся из рибулозодифосфата. Для дальнейшего фотосинтеза необходимы продукты световой фазы(АТФ и НАДФ Н). Для удлинения электрон цепи необходимы Н₂О и О₂ , в темноте образуется 6 мол-л фосфоглицеринового альдегида(ФГА), 5 из которых идут на восстановление РДФ. 1 мол-ла ФГА идет на образование орг.соединений. В темноте образуется фосфодиоксиацетон(ФДОА), из которого обр-тся фруктозо-6-фосфат, из нее любое орган.соединение. Цикл Кальвина также называют С₃ путь по числу атомов углерода первого продукта(ФГК).