Фотосинтез. 
Метаболизм клетки

Фотосинтез — это синтез углеводов в результате использования энергии света.

Общая упрощенная формула фотосинтеза выглядит так:

6СО ₂ +6Н ₂ О+энергия света=С ₆ Н ₁₂ О ₆ +6О ₂ ^

На самом деле фотосинтез представляет цепь нескольких десятков ферментативных окислительно-восстановительных реакций.

Способностью к фотосинтезу обладают все зеленые клетки растений, а также некоторые бактерии. В растительных клетках фотосинтез протекает только в специальных зеленых органеллах — хлоропластах. Внутренние мембраны этих органелл несут молекулы зеленого пигмента — хлорофилла, который принимает важнейшее участие в фотосинтезе.

Химически хлорофилл представляет кольцо из чередующихся атомов углерода и азота, которые связываются как простыми, так и двойными связями. В центре кольца находится атом магния. Такая структура молекулы хлорофилла определяет одно из уникальных ее свойств: обладая в целом высокой стабильностью, она имеет очень подвижный р-электрон (У пи-электрон Ф), который принадлежит не одному из атомов кольца, а всему кольцу. Этот р-электрон способен эффективно поглощать квант света в красной области спектра. В результате р-электрон возбуждается, переходит на более высокую энергетическую орбиталь и покидает молекулу хлорофилла. Возбужденный светом р-электрон способен отдавать свою энергию для синтеза молекул АТФ, тем самым осуществляется превращение энергии солнца в энергию химических соединений.

Все реакции фотосинтеза принято делить на две группы: реакции световой фазы и реакции темновой фазы.

Световая фаза фотосинтеза

Протекает только на свету и только в гранах хлоропластов. К реакциям световой фазы относятся следующие.

• 1. Фотолиз воды — Это ферментативное расщепление воды под действием света. В результате этой реакции образуется молекулы-носители энергии НАДФХН (читается: Унадф ашФ), свободные электроны и побочный продукт кислород. Схема протекания фотолитического расщепления воды выглядит следующим образом.
• 1. 4Н ₂ О+энергия света=4Н ⁺ +4ОН ^-
• 2. 4ОН — >2Н ₂ О+4з +О ₂ ^
• 3. 4Н ⁺ +4з+4НАДФ ⁺ =4НАДФХН
• 2. Фотосинтетическое фосфорилирование. Это синтез АТФ из АДФ при использовании энергии электрона хлорофилла, возбужденного светом.

Существует два типа реакций фотосинтетического фосфорилирования: циклическое и нециклическое фотофосфорилирование. При циклическом фотофосфорилировании возбужденный светом р-электрон покидает молекулу хлорофилла, отдает свою энергию для синтеза АТФ и возвращается обратно на хлорофилл. При нециклическом фотофосфорилировании р-электрон принимает участие в образовании НАДФХН и не возвращается обратно на хлорофилл. Молекула хлорофилла в данном случае получает новый электрон, освобождаемый в ходе фотолитического расщепления молекулы воды. При этом электрон, полученный при фотолизе воды, принимает участие в синтезе очередной молекулы АТФ.

Темновая фаза фотосинтеза

Реакции темновой фазы могут протекать без света. Эти реакции протекают не на внутренних мембранах хлоропласта, а в его строме.

Темновые реакции фотосинтеза — это цепь биохимических реакций, в результате которых фиксируется углекислый газ и образуется молекула глюкозы. Иными словами в темновой фазе неорганическое соединение углерода (СО ₂₎ принимает участие в синтезе органического соединения — глюкозы (С ₆ Н ₁₂ О ₆₎. Реакции темновой фазы фотосинтеза протекают с поглощением большого количества энергии, которая поставляется из реакций световой фазы в виде АТФ.