Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

12.5: Частина 2 - Фотосинтез

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    6765

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Фотосинтез - це процес, який використовується для використання енергії від сонячного світла, щоб зрештою зв'язати атоми вуглецю з вуглекислого газу в молекули глюкози. Це відбувається в дві основні фази - світлозалежна фаза і світло незалежна фаза - і вимагає хлорофілу а Обидві фази відбуваються всередині хлоропластів еукаріотичних фотосинтезаторів або через складчасті мембрани всередині прокаріотів. Заради простоти ми зупинимося на еукаріотів і опишемо ці процеси стосовно анатомії хлоропласту (вибачте, бактерії, знову ж таки заднє сидіння).

    Анатомія хлоропласту

    Хлоропласти оточені як мінімум двома мембранами. Дві мембрани були отримані з оригінальної ціанобактерії, яка була охоплена, але не перетравлена (Кілінг, 2004). Усередині внутрішньої мембрани хлоропласт має желеподібний матрикс, дуже схожий на цитозол клітини, званий стромою. Строма оточує ряд складених мембранно-зв'язаних структур, тілакоїдів, які нагадують млинці і складені (знову ж таки, так само, як млинці) у стовпчики, звані грана (гранум, однина). Тилакоїди виглядають темно-зеленими, оскільки тилакоїдна мембрана сповнена молекул хлорофілу. Усередині кожного тилакоїда знаходиться область, яка називається тилакоїдним простором.

    clipboard_e63b48d983797bfb0a7913244046077fc.png
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Діаграма хлоропласта

    Позначте виділені жирним шрифтом конструкції на схемі хлоропласту. Вкажіть походження кожної мембрани хлоропласту.

    Світлозалежна фаза: Ланцюг транспорту електронів

    Цю фазу називають світлозалежною фазою, оскільки для початку цього процесу частинка світла, звана фотоном, правильної довжини хвилі повинна бути поглинена молекулою хлорофілу а, вбудованою в комплекс, який називається фотосистемою II (PSII).

    Енергія від фотона змушує електрон збиватися з молекули хлорофілу, і цей електрон переміщується до сусіднього білкового комплексу. Детальніше про це за секунду.

    Молекула хлорофілу потребує заміни втраченого електрона, щоб вона була готова реагувати на наступний фотон. Молекула води розщеплюється біля основи PSII, вивільняючи два електрони і виробляючи кисень і 2 протони (\(\ce{H+}\)) в тилакоїдний простір. Зверніть увагу на кожен раз, коли H+ додається до тилакоїдного простору, оскільки це створює накопичення позитивних зарядів, які відштовхують один одного.

    Повернемося до того першого електрона. Білковий комплекс, до якого він відправляється, - це протонний насос. Коли електрон потрапляє в білковий комплекс, він ефективно включає протонний насос,\(\ce{H+}\) змушуючи перекачуватися з строми і в тилакоїдний простір.

    Потім електрон перестрибує на інший протонний насос, в результаті чого інший H+перекачується з строми в тилакоїдний простір.

    Цей електрон вичерпав більшу частину своєї енергії, тому він повинен увійти в іншу фотосистему (PSI), щоб зарядитися іншим фотоном.

    Повторно напружений електрон потім транспортується до ферменту, який називається NADP+редуктаза, який зменшує (додає електрони до) молекулу NADP+для створення високоенергетичного NADPH. Для цього потрібні два електрони, але цей процес включає безперервний потік електронів, тому інший надходить незабаром після першого.

    Це кінець ланцюга транспортування електронів. Однак є й інша складова цієї фази. Усередині тилакоїдної мембрани\(\ce{H+}\) нарощуються, створюючи накопичення енергії через тилакоїдної мембрани, коли вони відштовхуються один від одного. Незважаючи на те, що вони крихітні (один протон), вони не можуть вільно проходити через мембрану через позитивний заряд.

    Натомість фермент під назвою АТФ-синтаза\(\ce{H+}\) дозволяє пройти на іншу сторону. Потік\(\ce{H+}\) через фермент змушує його обертатися, подібно до турбіни, перетворюючи накопичену енергію в кінетичну енергію (рух).

    АТФ-синтаза перетворює цю кінетичну енергію в хімічну енергію, використовуючи її для додавання фосфатних груп на молекули АДФ. Це створює нестабільні молекули АТФ високої енергії, які можуть бути використані для живлення інших клітинних процесів.

    Застосуйте його: Працюйте зі своїми товаришами по лабораторії, щоб розробити модель, яка ілюструє світлозалежну фазу фотосинтезу. Розглянемо матеріали, доступні в лабораторії (включаючи, потенційно, інших учнів), а також, чи буде ваша модель мати рухомі частини. Який найкращий спосіб донести цей процес?

    Нижче наведено приклад моделі ланцюга транспорту електронів у фотосинтезі. Чи можете ви проговорити свій шлях через те, що відбувається? Спробуйте пояснити цей процес партнеру.

    clipboard_e6ce91608b3fd3cf5093e258c4b4b4709.png
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Діаграма фотосинтезу ланцюга транспортування електронів

    Незалежна від світла фаза: цикл Кальвіна

    Світлонезалежна фаза проходить в стромі хлоропласту. Під час цієї фази, званої циклом Кальвіна, хімічна енергія, що зберігається в NADPH та АТФ, що виробляється під час світлозалежної фази, використовується для побудови молекул глюкози. Це відбувається в три основні етапи.

    1. Фіксація вуглецю: Вуглекислий газ (\(\ce{CO2}\)) потрапляє в рослину через стому, дифундує в клітини, потім в хлоропласт. Фермент під назвою RubiSCo (набагато простіший спосіб сказати, що рибулоза-1, 5-бісфосфаткарбоксилаза/оксигеназа) зв'язується з 5-вуглецевої молекулою під назвою RubP.\(\ce{CO2}\) Це розпадається на дві 3-вуглецеві молекули 3-PGA.
    2. Зменшення: NADPH здають електрони, а АТФ дарує фосфатну групу для перетворення кожного 3-PGA в G3P, два з яких необхідні для отримання глюкози. На кожні шість зроблених G3P лише один продовжує виробляти глюкозу, решта повинна бути перероблена.
    3. Регенерація: Щоб цикл продовжувався, RubP необхідно регенерувати. Використовуючи енергію та фосфат, пожертвуваний більшою кількістю АТФ, п'ять G3P переробляються, щоб зробити ще три рубля.

    Цей процес може відбуватися вдень або вночі, але він вимагає постійного введення АТФ, НАДПГ і\(\ce{CO2}\).

    Перераховані вище реагенти необхідні для завершення цього процесу. Які продукти світлонезалежної фази?

    Для кожного з продуктів і реагентів в хімічній реакції на фотосинтез, написаних нижче, визначити, де він був або вироблений, або споживаний.

    Таблиця\(\PageIndex{1}\): Зведена таблиця для фотосинтезу

    Фаза

    Де це відбувається?

    Реагенти

    Продукція

    Світло залежний


    Світло незалежний


    Дописувачі та атрибуція