На создание этой статьи у нашей команды ушло 20 человеко-часов. В написании участвовали копирайтер, редактор, преподаватель и контент-менеджер.
Фото: взято с сайта https://www.yaklass.ru/p/biologia/9-klass/vnutrikletochnye-biokhimicheskie-reaktcii-16037/avtotrofnoe-i-geterotrofnoe-pitanie-kletki-fotosintez-17332/re-29291d59-c9df-49eb-ae85-41d8cb1f2327
Один из самых важных этапов фотосинтеза — это фотолиз воды, процесс, который происходит в хлоропластах, клеточных органеллах, ответственных за фотосинтез.🤔 ОпределениеФотосинтез — это удивительный процесс, с помощью которого растения, водоросли и некоторые бактерии преобразуют солнечную энергию в химическую, создавая органические соединения и выделяя кислород.
🤔 ОпределениеФотолиз воды — это процесс расщепления молекул воды (H₂O) под воздействием света, в частности, солнечной радиации. В ходе фотолиза вода расщепляется на кислород, протоны (ион водорода) и электроны.
Фотолиз воды имеет несколько ключевых функций в процессе фотосинтеза:
Фотолиз воды происходит в тилакоидах, мембранах, которые содержатся в хлоропластах. Этот процесс активируется фотонами света, захватываемыми пигментами, такими как хлорофилл. Световая энергия используется для возбуждения электрона хлорофилла, который затем передается в цепь переноса электронов. Этот процесс запускает серию реакций, в результате которых молекулы воды расщепляются и выделяется кислород.
Фотолиз воды является критически важным процессом в фотосинтезе, который обеспечивает не только производство кислорода, необходимого для жизни на Земле, но и генерацию энергии в форме АТФ и NADPH. Понимание этого процесса помогает нам глубже осознать, как жизнь на нашей планете зависит от солнечной энергии и как растения играют основную роль в поддержании жизненных процессов. Благодаря фотосинтезу и фотолизу воды Земля наполняется кислородом и поддерживает жизнь, как мы ее знаем.
В хлоропластах растений содержится значительное количество молекул хлорофилла, однако фотосинтетические процессы преимущественно протекают только в 1% из них. Остальные молекулы хлорофилла, наряду с каротиноидами и другими пигментами, формируют специализированные антенные и светособирательные комплексы (ССК). Эти комплексы выполняют роль антенн, улавливающих кванты света и передающих полученное возбуждение в реакционные центры. Данные центры расположены в двух фотосистемах: фотосистеме II и фотосистеме I. Каждая из этих систем включает в себя уникальные молекулы хлорофилла: в фотосистеме II находится P680, а в фотосистеме I — P700, которые поглощают световые волны длиной 680 и 700 нм соответственно.
Когда молекулы хлорофилла в обеих фотосистемах поглощают свет, электроны внутри этих молекул получают возбуждение и переходят на более высокий уровень энергии. Эти возбужденные электроны, обладая высокой энергией, отделяются от своих молекул и попадают в цепь переносчиков электронов, расположенных в мембранах тилакоидов. В этом процессе они взаимодействуют с молекулами NADP+, превращая их в восстановленный NADPH. Таким образом, солнечная энергия преобразуется в химическую форму и аккумулируется в виде восстанавливающего переносчика.
При отрыве электронов в молекулах хлорофилла образуются дырки с положительным зарядом. Чтобы компенсировать потерю, фотосистема I использует электроны, полученные от фотосистемы II. В одновременно фотосистема II извлекает электроны из молекул воды в процессе, известном как фотолиз, в результате которого образуются ионы водорода.
Фотолиз воды — это процесс, при котором вода распадается под действием солнечного света. В результате этой реакции выделяется кислород, который выходит в атмосферу. Ионы водорода, образованные при фотолизе, накапливаются в тилакоидах, что создает крутой градиент их концентрации на мембране. Этот градиент используется ферментом АТФ-синтетазой для синтеза АТФ из АДФ и фосфата. Ионы водорода также переносятся через мембрану с помощью восстановленного переносчика НАДФ, образуя НАДФ*Н. В итоге энергия света сохраняется в двух основных формах: в виде восстановленного переносчика НАДФ*Н и макроэргического соединения АТФ, при этом выделяемый кислород становится побочным продуктом фотосинтетического процесса.
Основные функции световой фазы:
В темновой фазе фотосинтеза ключевыми компонентами являются АТФ и НАДФ*Н, полученные в световой фазе, а также углекислый газ из воздуха и вода. Этот процесс происходит в строме хлоропластов.
Во время темновой фазы осуществляется восстановление углекислого газа до глюкозы с использованием АТФ и НАДФ*Н. Хотя световая энергия не требуется для выполнения данного процесса, она все же играет значимую роль в его регуляции.
Растение активно поглощает углекислый газ из атмосферы через специальные устьица, расположенные на поверхности листа. При открытии устьиц углекислый газ проникает в листья, растворяется в воде и восстанавливается до глюкозы с помощью НАДФ и АТФ.
Избыток образовавшейся глюкозы накапливается в форме крахмала, что позволяет растению эффективно сохранять энергию. Лишь небольшая часть глюкозы остается в листьях для их потребностей, в то время как основная масса углеводов транспортируется по ситовидным трубкам флоэмы ко всем частям растения, обеспечивая энергией наиболее активные зоны роста.
