Фотосинтез – складний багатоступінчастий процес; реакції фотосинтезу підрозділяють на дві групи: реакції світлової фази і реакції темнової фази.
Фази фотосинтезу
Російський біохімік А. Бах і голландський мікробіолог Б. ван Ніль зробили припущення, що первинна фотохімічна реакція фотосинтезу полягає у дисоціації води. Ця ідея була дальше доведена дослідами англійького фізіолога Р. Хіла. В 1937 р. він показав, що ізольовані хлоропласти під дією світла розкладають воду і виділяють кисень у присутності акцепторів е – (бензохінона) – реакція Хіла. Прямі експериментальні докази того, що О2 при фотосинтезі звільнюється власне з води, були отримані в 40-х роках незалежно американськими й радянськими вченими. Рівняння ван Ніля включає 2 групи реакцій: одна пов’язана з фотодисоціацією води, виділенням О2, та транспортом електронів, це – світлова фаза ф/с; а друга – із відновленням СО2 до вуглеводу і не залежить від світла, це – темнова фаза ф/с.
Світлова фаза фотосинтезу
Процесом, в ході якого з’являються енергонасичені молекули і АТФ-з’єднання, називається світлова фаза фотосинтезу. Головною умовою і чинником протікання цієї фази є наявність світлової енергії. Механізм забезпечення такого перетворення як світлова фаза фотосинтезу схематично можна представити таким чином. Хлорофіл, який знаходиться на мембранах в хлоропластах рослин, поглинає світлові потоки сонячної енергії. Потім ця енергія сприяє з’єднанню елементів фосфорної кислоти з елементами молекул АТФ і АДФ. Однак і на цьому робота енергії світла не закінчується. Крім впливу на процес злиття молекул, ця енергія дає можливість здійснити реакцію розщеплення елементів води. Тут світлова фаза фотосинтезу протікає у вигляді реакції 2H20 = 4H + + 4e-+ O2. Як бачимо, результатом цієї реакції виступає виділився кисень, який потім у вільній формі просто надходить у природне оточення. Наступним етапом, в ході якого реалізується світлова фаза фотосинтезу, є активізація молекул хлорофілу. У ході цього процесу під впливом квантів світла електрон молекули хлорофілу переміщається на більш високий електронний рівень в структурі молекули. Каталізаторами і переносниками цього електрона виступають елементи білків хлоропласта. Проходячи через деяку послідовність даних білків-переносників, електрон молекули хлорофілу змушений втрачати свою енергію, і витрачається вона на підтримання окислювально-відновного процесу в молекулах АТФ. Втратили таким чином свою енергію і елементи (електрони), молекули хлорофілу відновлюються за рахунок приєднання електронів, які з’явилися в результаті протікання вже згадуваної вище реакції розщеплення молекули води. Утворений ж водень у процесі цього розщеплення синтезується з іншою речовиною, яке буде здатне виконувати роль його транспортера в межах хлоропласта.
Сумарне рівняння світлової фази фотосинтезу:
12Н2О + 12НАД + 12АДФ + 12Н3РО4 – 12НАДхН2 + 12АТФ + 02
Темнова фаза фотосинтезу
Темнова фаза фотосинтезу протікає в іншій частині аркуша – в стромі його хлоропластів. По закінченню світлової фази рослина встигає запастися значною кількістю енергетичних молекул – АТФ і НАДФ Н2, отже, участь світла більше не є необхідним. Саме за допомогою цих молекул відбувається синтез органічних елементів. Логічно, що завдання енергетичної молекули АТФ – постачання енергії для здійснення процесів синтезу, в той час як роль НАДФ Н2 – відновлення. На початку цієї фази молекула відновника окислюється, завдяки чому зникають два атоми водню, що на виході дає чисту молекулу НАДФ. У той же час АТФ віддає залишок фосфорної кислоти, перетворюючись на АДФ. Ці два процеси відбуваються в матриксі листа. Знов отримані молекули після цього повертаються в межі листя, що дає можливість повторити весь процес світлової фази. Однак і це не є ключовим процесом фотосинтезу, ми лише позначили циклічність і послідовність операцій, що відбуваються в листках.
Кінцевим продуктом даної фази стає глюкоза – органічна сполука, який відносять до простих цукрів. Вперше докладно описати синтез цієї молекули зміг Мелвін Кальвін. З’ясувалося, що обидві молекули, розглянуті в рамках світлової фази, – енергетична і відновник – беруть участь у процесах синтезу. Крім того, важливими елементами для утворення простих цукрів є 6 молекул вуглекислого газу (CO2), 24 атомів водню, 6 молекул води:
Кінцеве рівняння фотосинтезу
6СО2 + 24Н + АТФ С6Н12О6 + 6Н2O.
Темнова фаза фотосинтезу важлива рослинам тому, що крім глюкози в цей період утворюються різні амінокислоти, нуклеотиди, жирні кислоти і гліцерин.
Якщо вам відомо більше інформвції про те, де відбувається світлова й темнова фаза фотосинтезу, пишіть в коментарях.