5.6. Фотосинтез — пластичний обмін вуглеводів у фототрофних організмів

Фотосинтез — це процес перетворення енергії сонячного світла на енергію хімічних зв'язків синтезу органічних сполук (вуглеводів) із неорганічних (вода та вуглекислий газ).

Основним фотосинтетичним пігментом вищих рослин є хлорофіл. За хімічною структурою розрізняють декілька видів хлорофілу:

• а — міститься у хлоропластах усіх зелених рослин і ціанобактерій;

• b, c, d — присутні разом із хлорофілом а у клітинах водоростей.

Процес фотосинтезу складається з двох взаємопов'язаних етапів світлової та темнової фаз. Світлова фаза відбувається лише за наявності світла, за допомогою фотосинтетичних пігментів. У світловій фазі фотосинтезу відбувається поглинання світла молекулами хлорофілу і трансформація енергії світла в хімічну енергію АТФ і відновленого НАДФ∙Н₂ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат відновлений). Ці процеси здійснюються білковими комплексами, які входять до складу тилакоїдів хлоропластів.

Світлова фаза фотосинтезу

фотоліз води (2Н₂О → 4Н + О₂)

2Н₂О + 2НАДФ + 3НАДФ + 3Н₃РО₄ → О₂ + 2НАДФ∙Н₂ + 3АТФ

Темнова фаза фотосинтезу безпосередньо не залежить від світла, тому може відбуватись у будь-які години доби у стромі хлоропластів. За рахунок енергії, накопиченої в АТФ та НАДФ∙Н₂ відбувається синтез глюкози з СО₂ і Н₂О.

Темнова фаза фотосинтезу

6СО₂ + 12НАДФ∙Н₂ + 18АТФ → С₆Н₁₂О₆ + 12НАДФ + 18АТФ + 18Н₃РО₄ + 6Н₂О

Сумарне рівняння реакція фотосинтезу: 6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Цикл Кальвіна — один із способів відновлення СО₂, притаманний всім рослинам. В процесі цього відбувається фіксація атома карбону СО₂ для побудови глюкози (С₆Н₁₂О₆) з рибульозо-1,5-дифосфату (С₅Н₈О₅Р₂). Для синтезу 1 молекули глюкози необхідно 12 молекул НАДФН та 18 молекул АТФ, що утворюються в результаті фотохімічних реакцій фотосинтезу. Утворена в процесі циклу Кальвіна глюкоза може потім розщеплюватися до пирувату, переходячи в цикл Кребса.

5.7. Енергетичний та пластичний обмін жирів

Жирні кислоти в клітинах гетеротрофів транспортуються в мітохондрії за допомогою специфічного переносника, де піддаються окисненню з утворенням ацетил-КоА, який надходить у цикл Кребса (у разі окиснення 1 молекули пальмітинової кислоти до СО₂ і води утворюється 140 молекул АТФ). Цикл Кребса - є універсальним клітинним циклом, який об’єднує обмін вуглеводів і жирів. Процес розщеплення жирних кислот може відбуватися тільки в аеробних умовах. Ацетил-КоА може бути джерелом для синтезу жирних кислот і холестеролу (а також стероїдних гормонів у відповідних клітинах ендокринних залоз). У жировій тканині жирні кислоти та глюкоза перетворюються на тріацил-гліцероли і запасаються у формі ліпідних (жирових) крапель. У випадку голодування тріацил-гліцероли жирової тканини хребетних і деяких безхребетних тварин розщеплюються до жирних кислот і гліцеролу, які виходять у кров і є джерелом енергії для міокарду (у клітинах печінки гліцерол також здатний перетворюватися на глюкозу). Тріацил-гліцероли можуть частково синтезуватися з глюкози.