Химизм и энергетика фотосинтеза

Химизм и энергетика фотосинтеза заключаются в том, что хлорофилл, получив солнечную энергию в виде квантов и перейдя благодаря этому в возбужденное состояние, становится способным к химическим реакциям. Химизм и энергетика фотосинтеза

Поглощение света хлорофиллом

На возбуждение одной молекулы хлорофилла требуется один квант, поэтому в красных лучах, (подробнее: Вклад Тимирязева в изучение фотосиртеза), несущих большое число мелких квантов, большее количество его молекул будет в возбужденном состоянии.

Энергия солнечного луча, поглощенная хлорофиллом, направляется на разложение воды. При этом происходит разложение воды на водород и кислород (через ряд этапов). Этот процесс называется фотоокислением воды.

Кислород воды выделяется в атмосферу. Это и есть тот кислород, которым обогащают окружающую среду зеленые растения в результате фотосинтеза. Водород воды при помощи ферментов восстанавливает углекислый газ.

Однако он не присоединяется к углекислому газу непосредственно. Углекислый газ, поступивший в растение, сначала присоединяется к сложному органическому веществу, которое условно обозначим RН.

Процесс можно схематично изобразить следующим образом: RH+СO₂ ->R - COOH R - COOH + 4 Н (из воды) -> R - СН₂ОН + Н₂О

По данным американского ученого М. Кальвина, веществом, к которому присоединяется СO₂, является фосфорный эфир пятиуглеродного сахара. Это вещество называется рибулезодифосфатом.

Вещество, обозначенное в схеме как R - СООН, представляет собой промежуточное шестиуглеродное соединение, которое затем распадается на 2 молекулы фосфоглицериновой кислоты (СН₂ОН-СНОР-СООН).

Это то вещество, которое и подвергается восстановлению водородом воды и затем после ряда сложных превращений дает молекулу сахара С₆Н₁₂О₆. Часть образовавшихся сахаров расходуется в процессе дыхания, часть - на образование сложных углеводов (дисахаридов, крахмала, клетчатки) и на синтез белков.

Химизм и энергетика фотосинтеза объясняется тем, что в процессе фотосинтеза происходит накопление энергии в образующихся органических соединениях.

Переход АТФ в АДФ

Из формулы фотосинтеза видно, что при превращении 6 молей углекислоты и 6 молей воды растения связывают 686 ккал солнечной энергии. Энергия поглощенного света может быть использована и на синтез соединений типа аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

Молекула АТФ имеет сложное строение: она состоит из азотистого основания - аденина, сахара рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. В АТФ имеются 2 макроэргические фосфатные связи (~), имеющие большой запас энергии.

Если при разрыве простой связи освобождается 2000-3000 кал, то при разрыве макроэргической связи- 10 000. В АТФ под влиянием ферментов происходит разрыв связи между фосфором и кислородом; к освободившимся связям присоединяется молекула воды, отщепляется молекула фосфорной кислоты, при этом АТФ переходит в аденозиндифосфат- АДФ, имеющий одну макроэргнческую связь.

Если от АДФ отщепляется фосфорная кислота, получается аденозинмонофосфат, не имеющий макроэргических связей. Схема строения аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и перехода ее в аденозиндифосфат (АДФ)

Образование АТФ в процессе фотосинтеза идет за счет солнечной энергии и называется фотосинтетическим фосфорилированием.