Фотосинтеза - фотолиза на водата
Благодарение на енергията на слънчевата светлина в растителната клетка се синтезират АТФ и молекули на някои други вещества, като въглехидрати, които играят ролята на вид акумулатор на енергия.
Енергията, съхранявана в тези вещества, се използва за синтеза на нуклеинови киселини, протеини, въглехидрати, мазнини.Процесът на синтезиране на органични вещества с помощта на светлинна енергия се наричафотосинтеза.
Организми, които са способни да синтезират органични вещества от неорганични съединения, се наричат автотрофи. Фотосинтезата е характерна само за клетките на автотрофните организми. Растенията са фотосинтетични автотрофи. Хетеротрофните организми не са в състояние да синтезират органични вещества от неорганични съединения. Трябва да ги приготвят с храна. Животните са хетеротрофни организми.
Клетките на зелените растения и някои бактерии имат специални структури и комплекси от химикали, които им позволяват да улавят енергията на слънчевата светлина.
Ролята на хлоропластите във фотосинтезата. В растителните клетки, както знаем, има микроскопични образувания - хлоропласти. Това са органели, в които светлинната енергия се абсорбира и преобразува в енергията на АТФ и други молекули-носители на енергия. Зърната на хлоропластите съдържат хлорофил, сложно органично вещество.Хлорофилътулавя енергията на светлината за използване в биосинтезата на глюкоза и други органични вещества. Ензимите, необходими за синтеза на глюкоза, също се намират в хлоропластите.
Светлинната фазана фотосинтезата. Квант червена светлина, погълната от хлорофила, поставя електрона във възбудено състояние. Електронът, възбуден от светлина, придобива голямо количество енергия, в резултат на коетопреминава към по-високо енергийно ниво. (Способността на хлорофила да поглъща червена светлина е установена за първи път от известния български учен К. А. Тимирязев, който направи много за разбирането на процесите на фотосинтезата.) Електронът, възбуден от светлина, може да се сравни с вдигнат на височина камък, който също придобива потенциална енергия. Губи я при падане от високо. Възбуденият електрон, сякаш на стъпки, се движи по веригата от сложни органични съединения, вградени в хлоропласта. Преминавайки от един етап в друг, електронът губи енергия, която се използва за синтеза на АТФ. Електронът, който губи енергия, се връща в хлорофила. Нова порция светлинна енергия отново възбужда хлорофилния електрон. Следва отново същия път, като изразходва енергия за образуване на ATP молекули.
Водородните йони (H+) и електроните (e), необходими за възстановяването на молекулите на енергийните носители, се образуват при разделянето на водните молекули. Разграждането на водните молекули в хлоропластите се извършва от специален протеин под въздействието на светлина. Този процес се нарича фотолиза на водата.
Така енергията на слънчевата светлина се използва директно от растителната клетка за: 1) възбуждане на хлорофилни електрони, чиято енергия след това се изразходва за образуването на АТФ и други молекули на енергийния носител; 2) фотолиза на vbdy, която доставя водородни йони и електрони към светлинната фаза на фотосинтезата. В този случай кислородът се отделя като страничен продукт от реакциите на фотолиза. Етапът, през който благодарение на енергията на светлината се образуват богати на енергия съединения - АТФ и молекули на енергоносители, се нарича светлинна фаза на фотосинтезата.
Тъмна фаза на фотосинтезата. Хлоропластите съдържат захари с пет въглерода, една от които е рибулозодифосфат, който е акцептор на въглероден диоксид. Специален ензимсвързва петвъглеродна захар с въглероден диоксид във въздуха. В този случай се образуват съединения, които поради енергията на АТФ и други молекули на енергийния носител се редуцират до шествъглеродна глюкозна молекула. По този начин светлинната енергия, преобразувана по време на светлинната фаза в енергията на АТФ и други молекули-носители на енергия, се използва за синтезиране на глюкоза. Тези процеси могат да протичат и на тъмно.
Възможно е да се изолират хлоропласти от растителни клетки, които извършват фотосинтеза в епруветка под действието на светлина - те образуват нови молекули глюкоза, като същевременно абсорбират въглероден диоксид. Ако осветяването на хлоропластите беше спряно, тогава синтезът на глюкоза също беше спрян. Въпреки това, ако АТФ и редуцирани молекули на енергийния носител се добавят към хлоропластите, тогава синтезът на глюкоза се възобновява и може да продължи на тъмно. Това означава, че светлината наистина е необходима само за синтеза на АТФ и зареждането на молекулите енергоносители. Абсорбцията на въглероден диоксид и образуването на глюкоза в растенията се нарича тъмна фаза на фотосинтезата, тъй като може да се извърши на тъмно.