Профільний рівень 10 клас 2018-2019 н.р., ФОТОСИНТЕЗ. СВІТЛОВА ФАЗА..

Ультраструктура хлоропласта:Chloroplast.svg

1. зовнішня мембрана

2. міжмембранний простір

3. внутрішня мембрана (1 + 2 + 3: оболонка)

4. строма (рідина)

5. Тилакоїди з просвітом (люмен) всередині

6. мембрана тилакоїда

7. грана (стопка тилакоїдов)

8. Тилакоїди (ламела)

9. зерно крохмалю

10. рибосома

11. пластидних ДНК

12. пластоглобула (крапля жиру)

Світлова фаза фотосинтезу відбувається під дією фотонів світла на мембранах тилакоїдів:

Механізм забезпечення такого перетворення як світлова фаза фотосинтезу схематично можна представити таким чином:

• Світлова фаза розпочинається зі збудження світлом молекули хлорофілу. Хлорофіл, який знаходиться на мембранах в хлоропластах рослин, поглинає світлові потоки сонячної енергії. У ході цього процесу під впливом квантів світла електрон молекули хлорофілу переміщається на більш високий електронний рівень в структурі молекули. Каталізаторами і переносниками цього електрона виступають елементи білків хлоропласта. Проходячи через деяку послідовність даних білків-переносників, електрон молекули хлорофілу змушений втрачати свою енергію, і витрачається вона на підтримання окислювально-відновного процесу в молекулах АТФ.
• Для протонів гідрогену мембрана не проникла, тому вони нагромаджуються в тилакоїдах.
• 3 одного боку мембрана заряджається негативно, а з іншого — позитивно. 3нагромадженням протилежно заряджених частинок зростає різниця потенціалів(протонний потенціал).
• На мембранах гран містяться молекули ферменту АТФ - синтетаза. Коли величина протонного потенціалу досягає критичного рівня, молекула АТФ - синтетаза, змінюючи свою просторовуструктуру відкриває протонний канал, через який проходять протони Гідрогену. Вивільнена при цьому енергія використовується на синтез АТФ: АДФ+ Ф →АТФ. Утворена А ТФ переправляється в тi місця хлоропласта, де синтезуються вуглеводи, сприяє з’єднанню елементів фосфорної кислоти з елементами молекул АТФ і АДФ. Однак і на цьому робота енергії світла не закінчується. Крім впливу на процес злиття молекул АТФ- енергія дає можливість здійснити реакцію розщеплення елементів води. Тут світлова фаза фотосинтезу протікає у вигляді реакці ₍ результатом цієї реакції  є виділення кисню, який потім у вільній формі просто надходить у природне оточення). Фотоліз води - розщеплення молекул води з утворенням протонів  та вільного кисню.
• Протони, що опинилися на протилежному боці мембрани, зустрічаються тут з електронами, перетворюються в атоми водню: Н⁺  + е→ Н. Атом Н приєднується  до молекули переносника НАДФ⁺  і НАДФ.Н₂ направляються в тi місця, десинтезуються вуглеводи.

Отже, основними реакціями світлової фази є:

1) фотоліз води (розщеплення води за участю світла); Після неї іони водню з’єднуються з СО2 з утворенням вуглеводу:

2) відновлення НАДФ (приєднання до сполуки- переносника молекул водню); 

3) утворення АТФ (молекули накопичення енергії; відбувається приєднання залишку фосфорної кислоти до АДФ за рахунок енергії світла).

Отже, eнepгiя світла породжує три процеси: синтез АТФ, утворює Н, О₂ — складові! Сутність світлової фази зводиться до накопичення двох основних продуктів, багатих енергією, без яких неможливе протікання другого, темнового, етапу фотосинтезу – це АТФ і НАДФН₂. Саме ці сполуки є головними продуктами світлової фази. Обов'язкова умова — участь енергії сонячного світла! 

Фотосистеми І та ІІ (ФС I і ФС II).

Світлова фаза протікає у всіх організмів однаково, а в її функціонуванні приймають участь 2 великих комплекси, що розташовані на мембрані тилакоїдів – фотосистеми І та ІІ (ФСI і ФС II) - світлосприйнятливі пігменти (хлорофіл і каротиноїди) зв’язані з мембранами тилакоїдів.  Кожна із фотосистем містить дві–три сотні молекул пігментів, що уловлюють світло різної довжини хвилі. Ці пігменти утворюють світлозбиральний комплекс, що збільшує площу поверхні поглинання світла та ефективність його використання для фотосинтезу.

 ФС I містить близько 200 молекул хлорофілів, 50 молекул каротинів і декілька цитохромів, а ФС II — також близько 200 молекул хлорофілів, 50 молекул ксантофілів, цитохроми та шість йонів Манґану. Крім пігментів кожна фотосистема містить комплекс окиснювально-відновних компонентів, що є донорами й акцепторами електронів. Усі компоненти фотосистем організовані в електронтранспортний ланцюг — систему асоційованих з тилакоїдною мембраною переносників електрона.

Перша, світлова стадія фотосинтезу — реакції, в яких беруть участь молекули, пов’язані з мембраною тилакоїдів. Це молекули фотосинтетичного пігменту хлорофілу, білків ланцюга перенесення електронів та ферментів синтезу АТФ. Ланцюг перенесення електронів у хлоропластах дуже схожий на аналогічний ланцюг у мітохондріях; практично так само з ним пов’язані ферменти синтезу АТФ. 

Отже, у результаті фотолізу води створюються необхідний для дихання молекулярний кисень та іони водню, які, поєднуючись з С02, дають молекули вуглеводів і вільні електрони. Останні, в свою чергу, проходячи через ланцюг транспорту електронів, віддають свою енергію для синтезу АТФ:

Вуглеводи й АТФ необхідні рослині, а кисень є побічним продуктом фотосинтезу.

Таким чином, на тилакоїдній мембрані відбувається світлова реакція фотосинтезу, кінцевими продуктами якої є кисень, іони водню та АТФ.