Вопросы по фотосинтезу встречаются в ЕГЭ с завидной частотой, поэтому понимание этой темы даст несколько баллов на экзамене. Для закрепления материала после прочтения можно ознакомиться с видео в конце статьи.
Фотосинтез - это создание органических веществ из неорганических, а именно из углекислого газа и воды, в зелёных клетках растений на свету.
Процесс фотосинтеза протекает в специализированных органоидах растительной клетки - хлоропластах и связана с внутренней мембраной и стромой. (рисунок хлоропласта)
Фотосинтез протекает в две стадии: световую и темновую.
Световая стадия требует обязательного наличия света, поэтому ее еще называют светозависимой, и протекает в тилакоидах.
Для световой стадии фотосинтеза необходим зеленый пигмент – хлорофилл, который находится в мембране тилакоидов и выполняет роль солнечных батарей: преобразует энергию света в химическую энергию органических соединений.
При поглощении света молекулы хлорофилла переходят в возбуждённое состояние, отдавая электроны. Электроны проходят по специальным белкам-переносчикам, которые находятся на внутренней мембране хлоропластов, отдавая энергия для синтеза молекул АТФ. (рисунок транспорта электронов)
Также под действием света внутри тилакоидов происходит разложение, или фотолиз, воды, в результате которого образуются:
- электроны: их энергия также пойдёт на синтез АТФ, а сами электроны восстановят молекулы хлорофилла, которые отдали электроны ранее;
- ионы водорода, которые будут впоследствии восстановят переносчик НАДФ+;
- молекулярный кислород в качестве побочного продукта.
При накоплении достаточного количества ионов водорода внутри тилакоида и электронов на его мембране, активируется работа фермента - АТФ-синтетазы, который синтезирует молекулы АТФ. Ионы водорода проходит через АТФ-синтетазу, раскручивая ее, как вода заставляет крутиться мельницу. При этом полученная энергия идет на синтез АТФ: к молекуле АДФ присоединяется остаток фосфорной кислоты. Этот процесс получил название - фотосинтетическое фосфорилирование.
Ионы водорода, прошедшие через АТФ-синтетазу присоединяются к переносчику НАДФ+.
Темновая стадия протекает в строме хлоропластов и не требует наличия света, то есть может происходить как на свету, так и в темноте. Поэтому данную стадию называет светонезависимой.
В темновой фазе происходит фиксация углекислого газа: пятиуглеродный сахар – рибулозобифосфат, или РБФ, присоединяет к себе углекислый газ, т.е. происходит карбоксилирование. В итоге образуется неустойчивый 6-углеродной продукт (ФГК), который распадается на две молекулы фосфороглицерата (ФГА): одна молекула ФГА пойдёт на восстановление РБФ, а вторая - на синтез молекулы глюкозы.
Источником водорода для синтеза глюкозы является НАДФ Н, а источником энергии - молекулы АТФ. Оба вещества синтезированы в световой фазе.
Последовательность реакций синтеза глюкозы носит название цикл Кальвина.
Давайте подведём итог. Фотосинтез протекает в две стадии: первая стадия – световая, в которой под действием солнечной энергии происходит возбуждение электронов и освобождённая таким образом энергия идёт на синтез АТФ, а также происходит фотолиз воды, в результате которого образуются кислород, как побочный продукт, и ионы водорода, которые запускают процесс синтеза АТФ и идут на восстановление переносчика НАДФ. Световая стадия связаны с мембранами тилакоидов.
Вторая стадия - темновая - происходит в строме хлоропластов, где в процессе реакций цикла Кальвина происходит фиксация углекислого газа, из которого синтезируется глюкоза с использованием АТФ и НАДФ Н из световой фазы.
Суммарная реакция выглядит следующим образом
Впоследствии глюкоза полимеризуется в крахмал для создания запаса органических веществ.
Таким образом, в процессе фотосинтеза солнечная энергия преобразуется в химическую энергию сахара с помощью зеленого пигмента хлорофилла
#фотосинтез #егэ #биология #хлоропласт
