Фотасінтэз. Запасание энергіі. Фотасінтэз. Агульнае ўяўленне

Вы знаходзіцеся: Фотасінтэз. Запасание энергіі

Калі выпраменьванне адпаведнай даўжыні хвалі паглынаецца хларапластам, двухвокіс вугляроду хімічна аднаўляецца да цукроў, а газападобны кісларод вылучаецца ў аб'ёме; роўным аб'ёму адноўленай СО2. Гэтыя змены процілеглыя па кірунку зменам, якія адбываюцца пры акісленні пажыўных рэчываў падчас дыхання; такім чынам, важная роля раслін у балансе прыроды злучана і з тым, што яны вяртаюць у атмасферу кісларод, які неабходзен для дыхання пераважнай большасці арганізмаў. Пазначыўшы формулай (СН20) элементарную адзінку малекулы вуглявода (малекула глюкозы C6H1206 пабудавана з шасці такіх адзінак), мы можам запісаць агульнае раўнанне фотасінтэзу ў наступным выглядзе:

Усе кампаненты гэтай рэакцыі ўтрымоўваюць кісларод, так што прыведзенае раўнанне нічога не кажа пра тое, адкуль бярэцца які вылучаецца пры фотасінтэзе кісларод: з СО2 ці з Н20. На працягу шматлікіх гадоў біёлагі меркавалі, што светлавая энергія расходуецца на расшчапленне малекулы СО2 і перанос атама З на Н2О з адукацыяй (СН2О). Аднак назіранні над фотосинтезирующими мікраарганізмамі пахіснулі гэта ўяўленне. Біяхімічныя шляхі ў фотосинтезирующих мікраарганізмаў, у цэлым аналагічныя адпаведным працэсам у вышэйшых раслін, усё ж некалькі адрозніваюцца ад іх. Напрыклад, фотосинтезирующие пурпурныя бактэрыі выкарыстоўваюць пры фотасінтэзе не Н2О, a H2S і ў якасці пабочнага прадукта фотасінтэзу вылучаюць не кісларод, а серу:

У шматлікіх месцах зямнога шара важнай прыроднай крыніцай элементарнай серы служаць адклады серы, якія ўтварыліся менавіта такім шляхам. Зусім відавочна, што гэта сера можа адбывацца толькі з H2S, расщепляемого падчас фотасінтэзу. Аналагічным чынам паводзіць сябе некаторае багавінне, якія можна 'прызвычаіць' выкарыстоўваць замест вады газападобны вадарод Н2 для аднаўлення СО2 да (СН2О), т. е. да ўзроўня вуглявода:

Ясна, што ў абодвух гэтых механізмах светлавая энергія расходуецца на раскладанне (фатоліз) донара вадароду, а аднаўленчая сіла, якая генеруецца такім шляхам, выкарыстоўваецца для ператварэння СО2 у (СН2О).

Калі ў розных арганізмаў існуе нейкі агульны шлях фотасінтэзу, то прыведзеныя дадзеныя дазваляюць выказаць здагадку, што і ў вышэйшых раслін светлавая энергія расходуецца на раскладанне вады. Пераканацца ў тым, што гэта здагадка дакладна, атрымалася, калі біяхімікі сталі ўжываць для вывучэння фотасінтэзу Н2О ці СО2, мечаныя цяжкім ізатопам кіслароду (18О). У гэтых досведах было паказана, што які вылучаецца кісларод заўсёды адпавядае па сваім ізатопным складзе кіслароду, што змяшчаецца ў вадзе, а не ў СО2. У сутнасці, фатоліз вады - гэта ключ да ўсяго працэсу фотасінтэзу, бо менавіта на гэтым этапе светлавая энергія выкарыстоўваецца для вытворчасці хімічнай працы.

У малекуле кіслароду, які вылучаецца пры фотасінтэзе ў вышэйшых раслін, утрымоўваюцца два атама кіслароду, а ў малекуле вады - толькі адзін такі атам, і гэта азначае, што ў рэакцыю павінны ўступаць дзве малекулы вады.

Каб атрымаць збалансаванае раўнанне, правільна адбівалае механізм сумарнай рэакцыі, мы павінны ўвесці ў абедзве часткі гэтага раўнання яшчэ па адной малекуле вады. Калі вада будзе ўтрымоўваць 18О, то мы атрымаем

Калі ж мы пазначым пры дапамозе 18О двухвокіс вугляроду, тое раўнанне прыме наступны выгляд:

Які вылучаецца пры фотасінтэзе кісларод атрымліваецца са што ўступала ў рэакцыю вады, якая ўтвараецца ж малекула вады адрозніваецца ад тых дзвюх малекул, якія падвергліся фатолізу. На мал. 4.1 прыведзена схема, якая можа дапамагчы чытачу навочней уявіць сабе агульны ход разгляданай рэакцыі. З гэтай схемы відаць, што светлавая энергія выкарыстоўваецца для раскладання вады. Пры гэтым вылучаецца кісларод і ўтворыцца таксама 'вадарод' (ці 'аднаўленчая сіла'), выдаткоўваны 1) на аднаўленне СО2 да канчатковага прадукта фотасінтэзу (СН2О) і 2) на адукацыю новай малекулы вады Вядома, гэта самае кароткае апісанне фотасінтэзу, і ў кожнай з прадстаўленых тут простых рэакцый у рэчаіснасці маецца шмат прамежкавых этапаў. Адны з гэтых этапаў злучаны з ператварэннем светлавой энергіі ў хімічную, іншыя ж могуць адбывацца як на святла, так і ў цемры. Гэтыя апошнія завуцца 'темновыми рэакцыямі' фотасінтэзу.