25

Лекція 13.

ТЕМА: БІОХІМІЯ ФОТОСИНТЕЗУ

План

1. Загальні уявлення про фотосинтез.

2. Фотосинтетичні пігменти.

3. Світлова фаза фотосинтезу.

а) циклічне фосфорилювання;

б) нециклічне фосфорилювання;

3. Метаболізм вуглецю за Кальвіном ( С₃ – шлях фотосинтезу).

4 . Цикл Хетча – Слека ( С₄ – шлях фотосинтезу).

5. Взаємозв’язок дихання і фотосинтезу.

1. Загальні уявлення про фотосинтез.

Фотосинтез – це основний процес, який призводить до утворення органічних сполук, під час якого проходить біологічне перетворення сонячної енергії в хімічну. Ця хімічна енергія в кінцевому результаті використовується для синтезу органічних сполук, завдяки чому можливе життя всіх рослин на планеті. Фотосинтез – це джерело вільного кисню на нашій планеті.

Слово фотосинтез походить від грецького photo – світло і syntesis – сполучення. Тобто, фотосинтез – це процес утворення зеленими рослинами органічної речовини з СО₂ і Н₂О за допомогою енергії світла. Для фото синтезуючих організмів характерна наявність хлорофілу або хлорофілоподібних пігментів, які поглинають світлову енергію сонця і перетворюють її в хімічну енергію.

Схематично фотосинтез можна уявити, як окислювально – відновний процес взаємодії вуглекислого газу і води, який іде при допомозі хлорофілу. Сумарне рівняння реакції таке:

6СО₂ + 6Н₂О + nhν хлорофіл С₆H₁₂O₆ + 6O₂

ф ерменти

Початком експериментального відкриття фотосинтезу прийнято вважати 1771 р. і пов’язувати його з іменем англійського вченого Дж. Прістлі, який провів велику кількість дослідів з метою визначення умов, за яких повітря, «зіпсоване» горінням, відновлює свої початкові властивості. Успіх був досягнутий після вирощування під скляним ковпаком зеленої рослини.

У 1779 р. англійський лікар Я.Інгенхауз встановив зв’язок між світлом і здатністю рослин відновлювати повітря, а у 1782 р. відбулося нове відкриття швейцарця Ж.Сенеб’є, який констатував виділення кисню рослиною тільки при поглинанні нею вуглекислого газу. Він же вперше висловив думку про те, що одночасно із засвоєнням рослиною вуглекислого газу, відбувається і засвоєння сонячної енергії. Інший швейцарець Н.Соссюр істотно доповнив роботи по вивченню фотосинтезу уточненням, що джерелом вуглекислого газу для рослин є оточуюче повітря, і довів участь води у цьому процесі повітряного живлення.

Сам термін "фотосинтез" у 1817 р. запропонував німецький вчений В. Пфеффер.

Великий внесок у теорію фотосинтезу зробив у 1875 р. К.А. Тімірязєв, який вперше показав, що для фотосинтезу характерним є закон збереження і перетворення енергії. І всі фотосинтетичні реакції проходять в хлоропластах. Хлоропласти вищих рослин мають шаровидну або дископодібну форму, розмір їх від 1 до 10 мкм. Зовні вони оточені білково-ліпідною оболонкою, яка складається з зовнішньої і внутрішньої елементарної мембран. Коли зробити тонкий зріз хлоропластів, то під електронним мікроскопом видно більш менш паралельні ламели, які занурені в безкольорову строму або матриксу. Більша частина цих ламел щільно упакована в окремі грани, кожна грана виглядить як стопка дисків. Диски в гранах називають тилакоїдами, їх міститься від 10 до 30. Тилакоїди мають мембрану структуру. В гранах концентрується основна маса хлорофілу, яка проглядається в хлоропластах як зелені ділянки. Крім того в гранах знаходяться всі пігменти фотосинтезу, а також ферменти, які необхідні для світлових реакцій.