2.1. Загальна схема фотосинтезу

Перший етап перетворення світлової енергії в енергію хімічних зв’язків - це поглинання сонячного світла. Під час цього етапу, який ще називають світловим, або світловою фазою фотосинтезу, створюється два головних проміжних продукти – АТФ та НАДФН₂. Необхідність створення цих речовин полягає у їх використанні в темновій фазі.

Світлові реакції здійснюються в порожнині тилакоїду, а темнові – в матриксі хлоропласту. Схематично головні етапи фотосинтезу можна зобразити так:

hυ

Поглинання сонячного світла

І

О₂ ПЕРЕНЕСЕННЯ ЕЛЕКТРОНІВ

НАДФН₂ АТФ

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Фіксація вуглецю (ассиміляція вуглецю, синтез органічних речовин)

ІІ СО_2, Н₂О

(СН₂О) n

(Вуглевод)

Над пунктирною лінією (І) – світлова фаза фотосинтезу, під нею (ІІ)- темнова фаза фотосинтезу.

У темновій фазі фотосинтезу відбувається синтез органічних речовин з використанням вуглекислого газу і води, а також АТФ і НАДФН₂. Під час реакцій темнової фази створюються численні проміжні речовини, які за своєю хімічною активністю будуть різними, в тому числі і хімічно інертними. Якщо їх залишити в такому вигляді, то ланцюг послідовних реакцій перерветься через те, що ці речовини не будуть вступати в наступні хімічні перетворення. Дані сполуки необхідно перевести в хімічно активний стан. Вони стають хімічно активними після фосфорилювання – приєднання фосфатної групи від АТФ, створеної в світловій фазі.

НАДФН₂ є коферментом, який переносить два атоми водню із однієї реакції в іншу. В темновій фазі фотосинтезу атоми водню із НАДФН₂ використовуються на відновлення вуглецю СО₂ із ступенем окислення +4 до вуглецю із ступенем окислення 0 у складі органічної речовини, яка є остаточним продуктом фотосинтезу. НАДФН₂ легко віддає атоми водню на відновлення вуглецю, при цьому сам окислюється до НАД⁺. Останній легко приєднує атоми водню у світловій фазі фотосинтезу, переходячи у свою відновлену форму НАДФН₂.

2.2 Світлова фаза фотосинтезу

Поглинання сонячного світла

Перший етап перетворення світлової енергії в хімічну - це поглинання сонячного світла. Функцію первинного сприйняття сонячного світла виконує пігмент хлорофіл. Молекула хлорофілу є органічною молекулою, яка складається з порфиринового кільця (голови), стінки якого утворені з молекул органічних речовин циклічної будови з полуторними зв’язками. До складу кільця входять також атоми азоту, здатні взаємодіяти з атомом магнію, розташованим у центрі порфиринового кільця.

Розташування молекули хлорофілу в мембрані тилакоїду зображено на рис.. 4

Рис. 4.

Розташування молекули хлорофілу у мембрані тилакоїду

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Зовнішня мембрана хлоропласту

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Строма хлоропласту

Мg Порфиринове кільце

(„голова хлорофілу”)

- ----------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------

Внутрішня тембр.

хлоропласту

( мембрана тилакоїду)

Вуглеводний „хвіст”

Ліпіди хлорофілу

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Порожнина тилакоїду

До порфиринової „голови” приєднаний довгий вуглеводневий „хвіст”, гідрофобний і ліпофільний за своїми властивостями. Його основна функція – закріплення молекули хлорофілу в мембрані тилакоїду – внутрішній мембрані хлоропласту. „Голова” хлорофілу гідрофільна, тому вона виступає над поверхнею мембрани тилакоїду і обернена в строму хлоропласту. Функція „голови” – сприйняття сонячного світла.

Як відомо, сонячне світло неоднорідне. Сонячний спектр - це сукупність хвиль різної довжини: від 400 до 700 нм. Найкоротша хвиля відповідає фіолетовій частині спектру, найдовша – червоній. Графічне вираження інтенсивності поглинання хлорофілом різних довжин хвиль сонячного світла називається спектром поглинання (рис. 5).

Мал.. 5

Спектри поглинання хлорофілів

Е -хлорофіл а

- хлорофіл в

фіолетовий | синій | блакитний | зелений | жовтий |оранжевий |червоний