Фотосинтез
Растительные клетки синтезируют органические соединения, используя в качестве источника энергии солнечный свет.
Суммарное уравнение фотосинтеза может быть представлено в следующем виде:
Чтобы ввести одну молекулу CO2 в образующуюся молекулу углевода, необходимо, затратить около 8 квантов света.. В качестве источника атомов водорода используется вода, из нее же образуются и все атомы кислорода.
Фотосинтез в целом распадается на две стадии. Расщепление молекул воды за счет поглощенной световой энергии происходит в первую световую стадию, при этом выделяется кислород и образуются АТФ и НАДФ·Н, необходимые для протекания темновых реакций. Процесс образования АТФ при фотосинтезе (фотосинтетическое фосфорилирование) аналогичен процессу окислительного фосфорилирования в митохондриях.
Во второй, темновой стадии фотосинтеза происходит восстановление углекислоты до углевода. Скорость фотосинтеза зависит от температуры, интенсивности освещения, концентрации углекислоты, воды и кислорода.
Первичным акцептором световой энергии в подавляющем большинстве случаев являются молекулы хлорофилла. В некоторых клетках существуют вспомогательные пигменты, например каротиноиды у растений, фикоцианин и фикоэритрин у красных и сине-зеленых водорослей; они поглощают энергию дзета и передают ее молекулам хлорофилла. Существует несколько форм или типов хлорофилла, из них наиболее важными являются хлорофиллы a и b. Хлорофилл b поглощает кванты света в красной области при 660 нм, а хлорофилл a — при 700 нм. Уникальная роль хлорофилла в процессе фотосинтеза именно и связана с тем, что он очень эффективно поглощает солнечную энергию и передает ее другим молекулам.
Рис. 35. Схема строения граны хлоропласта. А — две пластины граны; Б — расположение хлорофилла в пластине граны; 1 — слой белка; 2 — молекулы хлорофилла; 3 — слой липидов
Хлорофилл находится в специальных органоидах растительной клетки — хлоропластах, где и совершается процесс фотосинтеза. Хлоропласты представляют собой сферические или диско-видные тельца диаметром 4—6 мкм. В клетке их содержится от 20 до 100, и чаще всего они скапливаются около ядра и у клеточной стенки. Хлоропласты могут расти и делиться. Каждый хлоропласт имеет наружную мембрану, а внутри множество соединенных между собой мелких телец, называемых гранами. Грана представляет собой стопку дископодобных структур (тилакоидов), образованных двойной мембраной (рис. 35); на этих мембранах и располагаются молекулы хлорофилла. С помощью электронного микроскопа удалось установить, что мембраны образованы субъединицами величиной около 10 нм, называемыми квантосомами. Каждая квантосома, в свою очередь, состоит из четырех субъединиц.
Фотосинтезирующие системы бактерий более простые. Они представляют собой расширенные участки мембраны — пузыревидные хроматофоры. Фотосинтезирующие бактерии не выделяют кислорода, так как в качестве донора электронов они используют, как правило, не воду, а другие соединения — H2S, изопропанол и т.д.
