Вопрос 1. Особенности пластического обмена у растений. Фотосинтез. Строение хлоропластов и их роль в этом процессе

Фотосинтез представляет собой процесс преобразования световой энергии в энергию химических связей органических веществ и сопровождающийся выделением кислорода.

По всей видимости, фотосинтез впервые возник у прокариот, что привело к очень крупным изменениям в биосфере Земли. В настоящее время фотосинтез осуществляют эукариоты – высшие и низшие растения, а также прокариоты – цианобактери, зеленые и пурпурные бактерии.

У прокариот фотосинтез протекает на складках плазматической мембраны. У эукариотических организмов процессы фотосинтеза протекают в специализированных органеллах – хлоропластах, количество которых особенно велико в клетках ассимиляционной ткани, расположенной главным образом в листьях.

Хлоропласты двухмембранны. Внутренняя мембрана хлоропластов образует ламеллы – плоские длинные выросты, и тилакоиды – уплощенные мешочки, сложенные в стопки, называемые гранами. Ламеллы связывают между собой граны. В мембранах тилакоидов располагается пигмент хлорофилл, участвующий в световой фазе фотосинтеза, и ферменты. Пространство между тилакоидами и ламеллами заполнено стромой, в которой располагаются ДНК, рибосомы и ферменты синтеза углеводов. В хлоропластах идет процесс поглощения и преобразования световой энергии в энергию химических связей, т. е. идет процесс фотосинтеза. Фотосинтез состоит из двух фаз: световой и темновой. Световая реакция идет на мембранах, а темновая – в строме.

Первая состоит в получении водорода при фотолизе (при расщеплении воды под действием энергии, которую дает свет). Под действием кванта света хлорофилл теряет электрон, который передается по цепи переносчиков на обращенную к матриксу поверхность мембраны. При этом внутри тилакоидов идет фотолиз.

Ионы гидроксила отдают свои электроны (они идут на восстановление хлорофилла), а затем объединяются с образованием воды и кислорода. Протоны водорода накапливаются в тилакоидах. Создается разность потенциалов на мембране. По достижении критического уровня протоны начинают проталкиваться через каналы АТФ-синтетазы; энергия этого процесса используется для синтеза АТФ. Протоны водорода с наружной стороны мембраны соединяются с электронами и образуют атомы водорода, которые связываются с НАДФ⁺ (никотинамидадениндинуклеотидфосфатом). Кислород, образующийся при фотолизе диффундирует в атмосферу. Процессам темновой фазы свет не нужен, протекают они в матриксе хлоропласта и осуществляются за счет энергии АТФ и НАДФ*Н₂. Акцептором CO₂ служит пятиуглеродный сахар – рибулозодифосфат. Результатом присоединения CO₂ является молекула фосфоглицериновой кислоты (содержит три атома углерода). Этот продукт вступает на разные пути метаболизма и образует различные конечные продукты. Это моносахариды, превращающиеся затем в крахмал и запасающиеся растением; глицерол и жирные кислоты; аминокислоты.

Итоговое уравнение фотосинтеза:

Фотосинтез – единственный процесс, в результате которого на нашей планете энергия солнечного луча преобразуется в химическую энергию углеводов. Благодаря фотосинтезу атмосфера обогащается свободным кислородом, который необходим для дыхания, и очищается от избыточных количеств CO. Таким образом, фотосинтез представляет собой не только первичный синтез органических веществ, но и процесс, вследствие которого на Земле создаются условия, необходимые для существования всех других организмов.