Фотосинтез — это сложный процесс, который позволяет растениям, водорослям и некоторым бактериям преобразовывать солнечную энергию в химическую энергию. Этот процесс состоит из двух основных стадий: световой и темновой.
Световая стадия фотосинтеза
Световая стадия происходит на мембранах тилакоидов в хлоропластах и зависит от света. Основные процессы, происходящие на этой стадии, включают:
Разложение воды (фотолиз):
- В процессе фотолиза вода разлагается на кислород, протоны (ионы водорода) и электроны. Этот процесс происходит в фотосистеме II.
- Уравнение фотолиза:
[ 2H₂O \rightarrow 4H^+ + 4e^- + O₂ ]
Выделение электронов из молекул хлорофилла:
- Когда хлорофилл поглощает свет, его электроны переходят на более высокий энергетический уровень и затем передаются через электрон-транспортную цепь.
- Это возбуждение электронов происходит в фотосистеме II и фотосистеме I.
Образование ионов водорода:
- Протоны, образующиеся в результате фотолиза воды, накапливаются внутри тилакоидов, создавая градиент протонов, который используется для синтеза АТФ.
Синтез АТФ:
- Градиент протонов через мембрану тилакоида используется для синтеза АТФ из АДФ и фосфата в процессе, называемом хемосмос.
- Это происходит с помощью фермента АТФ-синтазы.
Выделение кислорода:
- Кислород, образовавшийся при разложении воды, выделяется в атмосферу как побочный продукт.
Темновая стадия фотосинтеза (Цикл Кальвина)
Темновая стадия, или цикл Кальвина, происходит в строме хлоропластов и не зависит напрямую от света, хотя использует продукты световой стадии (АТФ и НАДФН). Основные процессы этой стадии включают:
Использование молекул АТФ:
- АТФ, синтезированный в световой стадии, используется для обеспечения энергии для химических реакций в цикле Кальвина.
Использование СО₂:
- Углекислый газ фиксируется в органические молекулы с помощью фермента рубиско в процессе, называемом карбоксилирование.
Синтез простых углеводов:
- В ходе цикла Кальвина образуются глюкоза и другие углеводы, которые затем могут быть использованы для роста и энергетических нужд растения.
Соотнесение процессов и стадий
Световая стадия:
- Разложение воды (фотолиз)
- Выделение электронов из молекул хлорофилла
- Образование ионов водорода
- Синтез АТФ
- Выделение кислорода
Темновая стадия:
- Использование молекул АТФ
- Синтез простых углеводов
- Использование СО₂