Молекули хлорофілу і допоміжних пігментів розташовані в фотосистема, поділяються на два типи: фотосистеми I і II (ФС1 і ФС11). Ці фотосистеми можна виявити у вигляді часток у складі тілакоідние мембран. Кожна з таких частинок містить пігментні молекули,організовані в так званий антенний, або світлозбиральних комплекс.

До складу Світлозбиральні комплексу входять 200-300 пігментних молекул, які накопичують світлову енергію, як це показано на малюнку. Різні пігменти вловлюють світло з різною довжиною хвилі, що робить цей процес більш ефективним. Вся енергія передається від молекули до молекули і, врешті-решт, на спеціалізовану форму хлорофілу о, відому як Р 700. в ФСl і Р 680. в ФСl. Р 700. і Р 680. - Це пігменти (Р), у яких максимуми піків в спектрах поглинання становлять відповідно 700 і 680 нм (обидва піку в червоній області спектра).

У результаті поглинання енергії молекули хлорофілів Р700 і Р680 переходять в «порушену» стан і стають джерелами електронів, що володіють високою енергією (як описувалося вище). Доля цих електронів буде обговорюватися нижче. Тепер ми можемо розглянути сумарний процес фотосинтезу.

Біохімія фотосинтезу

Для опису процесу фотосинтезу зазвичай використовується наступне рівняння:

У такому вигляді рівняння зручно використовувати, якщо треба показати освіта однієї молекули цукру, Проте це лише сумарне відображення багатьох подій. Більш придатною формою запису є рівняння:

З'єднання СН 2. Про не існує в природі, це просто умовне позначення будь-якого вуглеводу.

Джерело кисню

Подивившись на сумарну рівняння фотосинтезу, Ми маємо право задатися питанням: яке сосдіненіе - діоксид вуглецю або вода - служить джерелом кисню? Найбільш очевидним здається відповідь, що таким джерелом є діоксид вуглецю. Тоді для освіти вуглеводу залишився вуглецю слід тільки приєднатися до води. Точну відповідь вдалося отримати у сорокових роках XX ст., Коли в розпорядженні біологів виявилися ізотопи.

Звичайний ізотоп кисню має масове число 16 і позначається як 16 O (8 протонів, 8 нейтронів). Існує ще рідкісний ізотоп з масовим числом 18 ( 18 O). Це стабільний ізотоп, але через більшу, ніж у 16 O, маси його можна виявити, використовуючи мас-спектрометр, аналітичний прилад, що дозволяє виявляти відмінності між атомами і молекулами на основі значень їх мас. У 1941 р. був проведений експеримент, результати якого підсумовані в наступному рівнянні:

Іншими словами, джерелом кисню є вода. У результаті врівноважене рівняння виглядає як:

Це найбільш точне вираз процесу фотосинтезу, Яке, крім того, наочно показує, що вода не тільки використовується при фотосинтезі, а й є одним з його продуктів. Даний експеримент дозволив заглянути глибоко всередину природи фотосинтезу, показавши, що фотосинтез протікає в дві стадії, перша з яких полягає в утворенні водню в результаті расшепленія води на водень і кисень. Для цього потрібна енергія, яку дає світло (тому процес називають фотоліз: photos - світло; lysis - розщеплення). Кисень вивільняється як побічний продукт. На другій стадії водень взаємодіє з діоксидом вуглецю, утворюючи цукор. Приєднання водню - це приклад хімічної реакції відновлення.

Той факт, що фотосинтез є двостадійному процесом, був вперше встановлений в двадцятих-тридцятих роках XX ст. Реакції першій стадії потребують світі, тому вони називаються світловими реакціями. Реакції другій стадії світла не вимагають, тому вони звуться темнових реакцій, хоча і протікають на світлі! Встановлено, що світлові реакції протікають на мембранах хлоропластів, а темнова реакції - в стромі хлоропластів.

Після того як встановили, що темнова реакції фотосинтезу протікають слідом за світловими, в 1950-х роках залишалося тільки виявити природу цих реакцій.