Фотосинтез

Автотрофні організми використовують сонячну енергію. Процес утворення органічних речовин з вуглекислого газу за рахунок сонячної енергії називається фотосинтезом. Процес утворення речовин з вуглекислого газу за рахунок енергії окислення мінеральних речовин називається хемосинтезом.

11 В результаті фотосинтезу утворюється кисень і органічні речовини, які використовуються гетеротрофами.

2(289) В загальному вигляді процес фотосинтезу зображають так:

Енергія світла

6СО₂ + 6Н₂О С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Хлорофіл

5(71) Процес фотосинтезу у рослин та фотосинтезуючих мікроорганізмів протікає в дві фази: світлову та темнову.

В світловій фазіпід впливом світла утворюються АТФ та відновлені дегідрогенази.

В темновій фазі(при відсутності світла) з вуглекислого газу за допомогою АТФ та відновлених дегідрогеназ синтезуються органічні речовини.

Фотосинтез у рослин починається з процесу мобілізації водню та електронів в результаті розкладу води під впливом сонячного світла (фотолізу), що здійснюється за участі хлорофілу:

В результаті фотолізу води утворюється вільний кисень, що використовується гетеротрофами та самими рослинами для окислення органічних речовин та вилучення з них енергії.

Сукупність фоточутливих систем (фотосенсибілізаторів) поглинає світлове проміння та змінює свій окисно-відновний потенціал. Різноманітні по хімічній природі фотосенсибілізатори поглинають проміння з різною довжиною хвилі. Внаслідок цього між системами з’являється різність потенціалів та потік електронів. Це супроводжується виділенням енергії, за рахунок якої АДФ перетворюється в АТФ, тобто йде процес фотосинтетичного фосфорилювання.

Фоточутливі системи містять пігменти. Головні з них - хлорофіл у рослин та бактеріохлорофіл у мікроорганізмів. Окрім хлорофілу в процесі фотосинтезу беруть участь каротиноїди, хінони, ферредоксин, цитохроми h, b, c, f. Здатність поглинати сонячне проміння має лише хлорофіл та деякі інші пігменти, інші речовини є просто передатчиками електронів на відновлені дегідрогенази. Першими в ланцюгу передачі електронів завжди стоїть хлорофіл, останній акцептор електронів - дегідрогеназа. Схема перенесення електронів та водню:

12(290) Хлорофіл містить чотири з’єднаних між собою залишки піролу, які утворюють порфіринове ядро. Це ядро пов’язане з атомом магнію.

Біосинтез вуглеводів

10(450), 5(86) Біосинтез вуглеводів проходить в основному двома шляхами. Перший характерний для автотрофних фотосинтезуючих організмів, які утворюють гексози з вуглекислого газу та води за участі енергії сонячного випромінювання. З цих гексоз далі синтезуються ди- і трисахариди.

Другий – для гетеротрофних організмів. Вони такої здатності не мають. Утворення вуглеводів в них відбувається шляхом перетворення органічних сполук, які потрапляють з їжею, а також шляхом синтезу з проміжних сполук, що утворюються в процесі обміну речовин.

1. Глюконеогенез – це процес синтезу глюкози з невуглеводних попередників.

17(14), 5(86), 11 Шляхи утворення вуглеводів з органічних речовин сходяться на стадії ПВК. Багато амінокислот перетворюються у вуглеводи через ПВК (глікогенні амінокислоти). Вуглеводи можуть утворюватись із жирів. Жири розщеплюються на гліцерин та жирні кислоти. Останні окисляються у ацетил-КоА. Гліцерин та ацетил-КоА перетворюються у ПВК. Подальший синтез іде традиційним шляхом.

Більшість реакцій глюконеогенезу є зворотніми реакціями гліколізу за винятком трьох – гексокіназної, фосфофруктокіназної і піруваткіназної. Ці реакції необоротні, тому в процесі глюконеогенезу на цих стадіях використовуються інші ферменти.

Утворення вуглеводів з інших речовин можна представити:

Взаємоперетворення гексоз відбувається через утворення їх фосфорних ефірів.

2. Біосинтез дисахаридів – здійснюється за реакціями трансглікозування. При цьому процес перенесення глікозильного залишку на один моносахариди проходить з фосфорного ефіру другого моносахариду. Реакція каталізується глікозилтрансферазою.

Так, при синтезі сахарози сахарозоглюкозилтрансфераза каталізує перенесення залишку глюкози з глюкозо-1-фосфату на молекулу фруктози:

Таким способом синтез відбувається у мікроорганізмів.

Також сахароза синтезується шляхом взаємодії уридинфосфосфоглюкози з фруктозою під впливом сахаросинтази.

3. Біосинтез пентоз – пентозофосфатний шлях.

11 4. Біосинтез крохмалю у рослинах іде у темновій фазі фотосинтезу.