Question

Почему темновая фаза протекает одновременно со световой

Answer 1

У высших растений органом фотосинтеза является лист, органоидами фотосинтеза — хлоропласты (строение хлоропластов — лекция №7). В мембраны тилакоидов хлоропластов встроены фотосинтетические пигменты: хлорофиллы и каротиноиды. Существует несколько разных типов хлорофилла (a, b, c, d), главным является хлорофилл a. В молекуле хлорофилла можно выделить порфириновую «головку» с атомом магния в центре и фитольный «хвост». Порфириновая «головка» представляет собой плоскую структуру, является гидрофильной и поэтому лежит на той поверхности мембраны, которая обращена к водной среде стромы. Фитольный «хвост» — гидрофобный и за счет этого удерживает молекулу хлорофилла в мембране.

Хлорофиллы поглощают красный и сине-фиолетовый свет, отражают зеленый и поэтому придают растениям характерную зеленую окраску. Молекулы хлорофилла в мембранах тилакоидов организованы в фотосистемы. У растений и синезеленых водорослей имеются фотосистема-1 и фотосистема-2, у фотосинтезирующих бактерий — фотосистема-1. Только фотосистема-2 может разлагать воду с выделением кислорода и отбирать электроны у водорода воды.

Фотосинтез — сложный многоступенчатый процесс; реакции фотосинтеза подразделяют на две группы: реакции световой фазы и реакции темновой фазы.

Световая фаза

Эта фаза происходит только в присутствии света в мембранах тилакоидов при участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента — АТФ-синтетазы. Под действием кванта света электроны хлорофилла возбуждаются, покидают молекулу и попадают на внешнюю сторону мембраны тилакоида, которая в итоге заряжается отрицательно. Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются, отбирая электроны у воды, находящейся во внутритилакоидном пространстве. Это приводит к распаду или фотолизу воды:

Н2О + Qсвета → Н+ + ОН—.

Ионы гидроксила отдают свои электроны, превращаясь в реакционноспособные радикалы •ОН:

ОН— → •ОН + е—.

Радикалы •ОН объединяются, образуя воду и свободный кислород:

4НО• → 2Н2О + О2.

Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри тилакоида в «протонном резервуаре». В результате мембрана тилакоида с одной стороны за счет Н+ заряжается положительно, с другой за счет электронов — отрицательно. Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны тилакоида достигает 200 мВ, протоны проталкиваются через каналы АТФ-синтетазы и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ; атомарный водород идет на восстановление специфического переносчика НАДФ+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) до НАДФ·Н2:

2Н+ + 2е— + НАДФ → НАДФ·Н2.

Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами: 1) синтезом АТФ; 2) образованием НАДФ·Н2; 3) образованием кислорода. Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ·Н2транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы.

1 — строма хлоропласта; 2 — тилакоид граны.

Answer 2

Темновая и световая фазы

Темновая фаза протекает одновременно с световой фазой в связи с особенностями фотосинтеза у растений. Во время фотосинтеза растения используют энергию света для превращения углекислого газа и воды в органические вещества и кислород. Этот процесс происходит в хлоропластах, которые содержат пигмент хлорофилл, способный поглощать световую энергию.

Фотосинтез и темновая фаза

Фотосинтез состоит из двух основных фаз: световой и темновой. В световой фазе происходит поглощение световой энергии хлорофиллом и преобразование ее в химическую энергию в виде АТФ и НАДФН. Эта энергия затем используется в темновой фазе для синтеза органических веществ.

Роль темновой фазы

Темновая фаза фотосинтеза происходит в стоматальных клетках растений, которые находятся внутри листа. В этой фазе растение использует энергию, полученную в световой фазе, для синтеза углеводов. Она осуществляется внутри хлоропластов, но не требует прямого доступа к свету.

Зависимость темновой фазы от световой фазы

Темновая фаза зависит от световой фазы, так как она использует энергию, полученную в световой фазе, для синтеза органических веществ. Без световой фазы, темновая фаза не может производить достаточное количество энергии для синтеза углеводов.

Заключение

Темновая фаза фотосинтеза протекает одновременно с световой фазой и зависит от нее для получения энергии. В световой фазе растения поглощают световую энергию, которая затем используется в темновой фазе для синтеза органических веществ.