Етапи фотосинтезу.
І етап (фотоліз). Фотосинтез у рослин починається з процесу мобілізації водню та електронів в результаті фотохімічного розкладу води під впливом сонячного світла (фотолізу), що здійснюється за участю хлорофілу:
В результаті фотолізу води утворюється вільний кисень, що використовується гетеротрофами і самими рослинами для окислювання органічних речовин і виділення з них енергії.
Таким чином, рослини, запасаючи сонячну енергію у виді органічних речовин, запасають при цьому і кисень, необхідний для виділення цієї енергії.
Процес мобілізації водню й електронів у фотосинтезуючих сіркобактерій можна представити схемою
Замість вільного кисню у мікроорганізмів у даному випадку утворюється молекулярна сірка, що відкладається в їх клітинах.
ІІ етап. Процес перенесення електронів і водню при фотофосфорилюванні. При цьому утворюється АТФ.
Принцип фотофосфорилювання:
Система фотосенсибілізаторів поглинає світлові промені і змінює свій окислювально-відновний потенціал. Різні за хімічною природою фотосенсибілізатори поглинають промені з різною довжиною хвилі. Внаслідок цього між системами з'являються різниця потенціалів і потік електронів. Це супроводжується виділенням енергії, за рахунок якої АДФ перетворюється в АТФ, тобто йде процес фотофосфорилирования.
Фоточутливі системи складні. Всі вони містять пігменти. Головні з них – хлорофіл у рослин і бактеріохлорофіл у мікроорганізмів. Крім хлорофілу в процесі фотосинтезу беруть участь каротиноїди, хінони (пластохінон у рослин і убіхінон у мікроорганізмів), фередоксин, цитохроми h, b, с, f. Здатність поглинати сонячні промені має лише хлорофіл і деякі інші пігменти, інші речовини є передавачами електронів на відновлені дегідрогенази.
Першим у ланцюзі передачі електронів завжди стоїть хлорофіл. Кінцевий акцептор електронів – дегідрогеназа. Таким чином, процес передачі електронів приводить до утворення не тільки АТФ, але і відновленої дегідрогенази. Кожен посередник, віддаючи електрони, заповнює їх втрату за рахунок електронів попереднього передавача, тобто переходить у початковий (відновлений) стан. У протилежному випадку, тобто при безповоротній віддачі електронів, витрачалися б пігменти. Хлорофіл же, що стоїть першим у ланцюзі передачі, відновлює втрачені електрони за рахунок електронів водню (у рослин для цього використовується водень води, у мікроорганізмів – водень сірководню чи інших сполук). Сам же водень при цьому передається до дегідрогенази.
Рослини поновлюють втрачені хлорофілом електрони й у інший спосіб, при якому, пройшовши ланцюг переносників, електрони знову повертаються до хлорофілу. Цей спосіб теж приводить до утворення АТФ і називається циклічним фосфорилюванням. Однак відновлені дегідрогенази при цьому не утворюються.
Основні системи, що беруть участь у процесі перенесення електронів і водню при фотофосфорилюванні у рослин (а) і фотосинтезуючих мікроорганізмів (пурпурних сіркобактерій) (б), що використовують енергію світла:
