Fotosinteza începe cu excitarea clorofilei, datorită absorbției unui cuantum de lumină. Electronul excitat trece printr-o orbită energetică superioară, însă curând după 10-9 s revine la poziția inițială. Excesul de energie de excitație rezultat este parțial transformat în energie termică, dar cea mai mare parte este transferată la alte molecule de clorofil.
În timpul acestei etape are loc fotoliza apei, se efectuează fosforilarea fotosintetică. Fotosinteza fotosintetică este procesul de conversie a energiei luminoase în energia ATP. Omul de știință american Arron a descoperit două tipuri de fosforilare: ciclice și non-ciclice.
Atunci când este ciclic, are loc procesul de transformare a energiei luminoase într-o energie chimică. Sinteza ATP este cuplată cu formarea apei și nu cu eliberarea oxigenului.
Fosforilarea non-ciclică apare în organismele aerobe atunci când energia luminoasă este transformată într-o potențială energie chimică. În plus față de ATP, se formează nicotinamidadenin dinucleotid fosfat NADP · H2. care este necesară pentru recuperarea dioxidului de carbon și eliberarea oxigenului.
Colectarea complexului de recoltare ușoară a centrului de reacție fotochimică și a moleculelor de transport electronice asociate cu acesta constituie un sistem fotosensibil. Clorofila a este prezentă în plante în două forme cu diferite spectre de absorbție și diferite funcții fotochimice. Sistemul fotosensibil este cea mai importantă legătură structurală și funcțională a aparatului fotosintetic. Sistemele de imagini diferă în ceea ce privește compoziția proteinelor, pigmenților și proprietăților optice.
Sistemul I include un complex de recoltare a luminii și un centru de reacție fotochimic I, care include un dimer de clorofilă absorbant cu o lungime de undă de 700 nm.
Sistemul Photosystem II include un complex de recoltare a luminii și un centru de reacție fotochimic II, care include un dimer de clorofilă absorbant cu o lungime de undă de 680 nm.
Lumina este absorbită separat de aceste sisteme foto, exercițiul normal al fotosintezei necesită participarea ambelor. Două sisteme pigmentare participă la transportul cu hidrogen al electronilor, care se formează ca rezultat al fotosintezei apei asupra produselor intermediare care apar în timpul conversiei CO2 în carbon. Transportul de-a lungul lanțului de transport include un număr de reacții de reducere a oxidării. Atomii de hidrogen din donorul intermediar ZH, care se formează în timpul fotolizării apei, datorită energiei asimilate în sistemul fotosisteme II, sunt transferați la citocromul B-6 asociat (proteina de parafină-fier). Sistemul Photosystem II include clorofila 680 și pigmenți suplimentari. Apoi, electronii sunt transferați la citocromul f și apare sinteza ADP și ATP. Datorită energiei luminii acumulate de sistemul I, electronii sunt transferați către acceptorul X și prin ferredoxin (proteina care conține fier) unul dintre cofactorii redus localizați în cloroplaste este redus prin NADP. Ca rezultat, se formează NADP · H2. care este utilizat pentru a restabili acidul fosfogliceric (PGA).
Astfel, trăsăturile distinctive ale fosforilării fotosintetice non-ciclice sunt: 1) oxidarea a două molecule de apă, care rezultă din acțiunea luminii, care este captată de două sisteme fotosintetice; 2) transferul de electroni din moleculele de apă prin lanțul de transport al electronilor către NADP. Produsele procesului non-ciclic de fotofosforilare sunt dinucleotidul fosfat nicotamidadenin redus și ATP. Acești compuși sunt utilizați suplimentar în faza întunecată a fotosintezei.
Faza întunecată a fotosintezei
C3 este calea fotosintezei. Reacții enzimatice
Esența reacțiilor întunecate ale procesului de fotosinteză a fost descoperită de omul de știință american M. Calvin în 1961, pentru care i sa acordat Premiul Nobel.
Ciclul Calvin poate fi împărțit în anumite faze:
1. Carboxilarea. Această reacție este catalizată de enzima ribuloză-bisfosfat carboxilază / oxigenază (RBP carboxilază). În interacțiunea RBP cu CO2, se formează un compus instabil de șase atomi de carbon, care se descompune apoi în două molecule de PGA.
FGA este un acid organic și nivelul său de energie este sub nivelul zahărului. Prin urmare, acest compus nu se poate transforma direct în carbohidrați. Este necesar să-l convertiți într-o alcidă de zahăr cu trei atomi de carbon - fosglicerol (PHA).
2. Recuperarea. Conversia ulterioară a FGC necesită participarea produselor din faza ușoară a fotosintezei: ATP și NADP · H2. + H +. Această reacție are două etape. În primul rând, apare fosforilarea 3-PGA. Donorul grupului fosfat este ATP. ATP este necesar aici ca sursă suplimentară de energie. Se formează acidul 1,3-difosfogliceric. Această reacție este catalizată de enzima fosfogliceroninază.
Compusul, acid difosfogliceric, format în această reacție are o reactivitate mai mare, conține o legătură macroergică obținută din ATP. Gruparea carboxil a acestui compus este apoi redusă la o aldehidă de către trioza fosfat dehidrogenază, a cărei coenzima este NADP.
PHA format este nivelul de reducere a carbohidraților. Această conexiune intră în ultimele două faze. 5 molecule de PHA sunt utilizate pentru a regenera RDB acceptor (ribuloză-bisfosfat carboxilază), astfel încât fixarea CO2 poate fi efectuată. A șasea moleculă rămasă intră în faza "sinteză a produselor", unde este transformată în compuși mai complexi (carbohidrați, aminoacizi etc.)
3. Regenerarea. În timpul regenerării acceptorului, se folosesc cinci molecule de PHA, rezultând formarea a trei molecule de fosfat de ribuloză-5. Acest proces trece prin formarea compușilor 4-, 5-, 6-, 7-carbon. Mai întâi, prima moleculă PHA este izomerizată la fosfodiesteriacetonă (FDA). Procesul este catalizat de enzima izomerază de trioză fosfat.
Fosfodioxiacetona interacționează cu a doua moleculă de PHA și formarea fructosodifosfatului (FDF).
Din FDF, fosfatul este separat, iar FDF este transformat în fructoză-6-fosfat (P-6-F). Apoi se separă un fragment de 2 atomi de carbon (-CO-CH2OH), care este transferat la treia (treia) trio. Această reacție de transketolază este însoțită de enzima transketolază. Ca rezultat, se formează primul fosfat de pentoză (C5) -pibuloză. Din F-6-P este un eritrozofosfat zahăr 4-carbon, care condensează pentru a forma un al patrulea sedogiptulozodifosfata triose (C7). După scindarea fosfatului, sedo-heptolezodifosfatul este transformat în fosfat de sedoheptuloză. Reacția suplimentară transcetolază are loc din nou, ceea ce a dus la sedogeptulezofosfata clivate din fragmentul 2-carbon, care este transferat la a cincea formând două triose ribulezofosfata o altă moleculă. Astfel, ca urmare a reacțiilor considerate, se obțin 3 molecule de fosfat de ribuloză. Pentru a forma un acceptor (RDF) de la ei, este necesară fosforilarea lor. Pentru aceasta, se folosesc trei molecule ATP (formate ca urmare a reacțiilor de lumină).
Fosfatul de trioză format (PHA) intră în a patra etapă a reacțiilor întunecate - etapa de formare a produselor fotosintetice.
Procesul de formare a carbonului are un caracter ciclic cu formarea de produse uchetochivyh.
C4 - calea fotosintezei (ciclul Hatch-Slack)
În unele plante, în principal tropicale și subtropicale (porumb, trestie de zahăr, sorg, mei), fotosinteza are o altă cale. În acest caz, primul produs de carboxilare este un compus care conține 4 atomi de carbon. Prin urmare, această cale a fost denumită calea C4, spre deosebire de ciclul Calvin, în care se formează un FHC care conține 3 atomi de carbon (calea C3).
Aceste plante au două tipuri de celule și cloroplaste: 1) plastide mici granulate în celulele mezofile ale frunzei; 2) plastide mari, deseori lipsite de granulare, în celulele mucoasei care înconjoară fasciculele vasculare. Celulele din căptușeală au pereți celulari îngroșați, conțin un număr mare de cloroplaste și mitocondrii, sunt situate în jurul fasciculelor vasculare în 1 sau 2 straturi. Totalitatea acestor trăsături ale structurii anatomice se numește anatomia coroanei sau sindromul coroanei.
Cloroplastele de diferite tipuri de celule sunt caracterizate nu numai prin caracteristicile lor structurale, ci și prin diferite tipuri de fosforilare. În celulele mezofilei, fosforilarea non-ciclică are loc preponderent și se formează NADPH, care este necesar pentru ciclul Calvin în celulele electrodului. În cloroplastele celulelor mucoasei există numai fosforilare ciclică.
În prima etapă C4 dioxidul de carbon căii dispersează în frunză prin stomatelor, pătrunde în citoplasmă celulelor mezofil cu cloroplaste mici, în care are loc reacția și carboxilarea acidului fosfoenolpiruvic (PEP). Reacția este catalizată de enzima carboxilaza fosfoenolpiruvat (fepkarboksilazoy) pentru a forma acidul oxaloacetică (oxaloacetat). SCPT este transformat în acid malic (malat) sau aspartic (aspartat). Recuperarea la manat are loc în prezența NADP * H, iar formarea de aspartat necesită prezența NH4 +. Apoi, acidul de mere (sau aspartic) se pare că se deplasează de-a lungul plasmodemidelor în celulele mucoasei. În celulele mucoasei, acidul malic este decarboxilat de către enzima malat dehidrogenază la acidul piruvic (piruvat) și CO2. C02 intră în cloroplastele celulelor mucoasei și este inclus în ciclul Calvin - se alătură RBC. Piruvatul este returnat la celulele mezofile și transformat în acceptorul primar C02-PEP sau acid fosfoenolpiruvic. Astfel, cu calea C4, reacția de carboxilare are loc de două ori. Acest lucru permite plantei să creeze stocuri de carbon în celule.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: