Фотосинтез, его значение.

Фотосинтез- это процесс образования клетками автотрофных организмов -высших растений, водорослей и некоторых бактерий органического вещ-ва при участии солнечного света.

Значение фотосинтеза:

Фотосинтез является основным источником биологической энергии, фотосинтезирующие автотрофы используют её для синтеза органических веществ из неорганических, гетеротрофы существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая её в процессах дыхания и брожения. Энергия получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ, торф) также является запасённой в процессе фотосинтеза.

Фотосинтез является главным входом неорганического углерода в биологический цикл. Весь свободный кислород атмосферы — биогенного происхождения и является побочным продуктом фотосинтеза. Формирование окислительной атмосферы (кислородная катастрофа) полностью изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования озонового слоя, позволило жизни выйти на сушу.

36.Строение и свойства хлорофилла. Роль в процессе фотосинтеза.

Хлорофилл-зеленый пигмент осуществ-й окраску растений в зеленый цвет. При его участии осуществля-ся процесс фотосинтеза.

В молекуле хлорофилла, присутствующего в хлоропластах клеток зеленых растений, соде-ся 4 пирольных кольца (1-4), одно из которых (4) нах-ся в восстановленной форме. Имеютя еще и не пирольное кольцо 5. Длинная изопреноидная боковая цепь в мол-ле хлорофилла пред-ет собой остаток спирта фитола С20Н39ОН – произ-го ненасыщ-го углеводорода изопрена, который присое-н сложноэфирной связью к карбок-й группе заместителя в кольце 4.Четыре центральных атома в мол-ле хлорофилла координационно связаны и ионом Mg двумя основными и двумя наведенными допол-ми валент-мя. По своей химич-й природе хлорофилл пред-ет собой сложный эфир двухосно-й кислоты и двух спиртов- метилового и фитола.

Каждый антенный комплек , который сод-т хлорофилл служит воронкой, собирающей световую энергию и направ-ей ее к реакционному центу.

Химизм фотосинтеза. Харак-ка световой фазы.

В основе фотосинтеза лежат сложные биохим-ие процессы, включающие  несколько сотен ОВР, в ходе которых электроны переносятся от донора-вос-ля к акцептору с образ-ем востан-х сое-й – углеводов и выд-ем кислорода (если окис-ся вода.)

Суммарное Ур-ие фотосинтеза

6СО2+12Н2О→         С6Н12О6+6Н2О+6О2

Фотосинтез вкл-ет 2 фазы -

Темновую и световую.

Световая фаза- идет только тогда, когда растение освещено.

Суммарное урав-ие световых реакций-

1)Фотохим-ое возбу-ие хлорофилла.

Для оксигенного фотосинтеза обязат-ое условие яв-ся наличие двух фотосистем: фотосистемы 1(ФС1) и фотосис-мы 2(ФС2). При аноксигенном фотосинтезе имеется только одна ФС1.При возбуж-ии светом мол-лы хлорофилла переходят в возбуж-ое состояние Хл и Хл*.

2)Фотокисление. Происходит в рез-те активации фотосистемы 2 при длине волны света <680 нм.

2Н2О→О2+4Н+4¯

3)Фотовосстановление

Происходит в рез-те активации фотосистемы 1 при длине волны света >680нм.

2NADP +4Н+4е¯→2NADPH+2Н

Совместное действие фотосистем 2 и 1 и их комплетарное взаим-ие определяют поток электронов от Н2О к NADP

Фотофосфарилирование.

Предача электрона от акцептора Z на ФС1 сопровож-ся изменением ОВ потенциала. При этом выд-ся энергия, которая исполь-ся для четвертой фазы световой фазы фотосинтеза- синтез АТР

АDP+H3PO4→ ATP+H2O

Синтез АТР за счет солнечной энергии, уоав-ся хлорофиллом, наз-ся фотосинтетич-м фосфорилированием. Отдав электрон акцептору Z P680 становится свобод-м катион-радикалом, который нужно восстано-ть чтобы процесс переноса электронов продол-ся.

Химизм темновой фазы.

Суммарная реакция

6СО2                         С6Н12О6

Фотосинтетич-ое восстанов-ие СО2 назвали циклов-м Кальвина

1-й этап конденсация СО2 с рибулозо-1,5-дифосфатом и образ-е 3-фосфоглицеринового альдегида.

1) Карбоксилирование рибулозо 1,5-дифосфата

В рез-те этой реакции СО2 присое-ся к рибулозо-1,5-дифосфату с обаз-ем в качестве промеж-го продукта нестабильно сахара с 6-ью углеродными атомами, который затем распад-ся на 2 мол-лы 3-фосфоглицерата.

2)Фосфорилирование 3-фосфоглицериновой кислоты.

Фосфорилирование 3-фосфоглицерата происх-т за счет мол-лы АТФ, так же образ-ся при фотосинтетич-м фосфорилировании.

3) Восстановление 3-фосфоглицеролфосфата.

Протекает с участием NADPH +Н –продукта световой фазы фотосинтеза.Реакция катализ-ся глицеральдигид – 3-фосфатдегидрогеназой.

4) Изомеризация глицеральдегид-3-фосфат

2-й этап-конденсация глицеральдегид-3-фосфата и дигидроксиацетонфосфта и образ-е фруктозо-1,6-дифосфат.

5) Конденсация конденсация глицеральдегид-3-фосфата с дигидроксиацетонфосфатом.

3-й этап-регенерация рубулозо-1,5-дифосфата из оставшихся молекул:фруктозо-6-фосфата, 3-фосфоглицеринового альдегида путем перераспред-я атомов углерода и изомеризации пентоз.

6) Конденсация ФРУКТОЗО-6-ФОСФАТА С 3-ФОСФОГЛИЦЕРИНОВФМ АЛЬДЕГИДОМ.

Образ-ся первоноч-но при кон-и 9-тиуглеродный углевод распа-ся, давая эритрозо-4-фосфата с дигидроксиацетонфосфатом

7) Взаим-е эритро-4-фосфата с дигидроксиацетонфосфатом

Эта ре-я идет под Дей-ем фермента фруктозо-1,6-ДИФОСФАТАЛЬДОЛАЗЫ С ОБРАЗ-TV СЕМИУГЛЕРО-ГО СОЕ-Я.

8.Дефосфорилирование седогептулозо-1,7-дифосфата до седогептулозо-7-фосфата под Дей-м фермента фосфатазы

9)Взаим-ие

седогептулозо-7-фосфата с глицеральдегид-3-фосфатом

Образование 2-х 5-ти углеродных мол-лы катал-ет фермент транскетолаза.

10) Эпимеризация ксилозо-5-фосфата.