Фотосинтез происходит в две фазы — световую и темновую . Во время световой фазы накапливается энергия, необходимая для синтеза органических веществ, происходящего в темновой фазе .
Световая фаза.
Процесс световой фазы фотосинтеза растений включает в себя нециклическое фосфорилирование и фотолиз воды. Реакции происходят на мембранах хлоропластов.
Фотосистема I. Молекулы хлорофилла а1 поглощают свет с длиной волны 700 нм. Электроны, получившие избыток энергии, участвуют в реакции диссоциации воды (Н2О = Н+ + ОН-). Электроны и ионы водорода реагируют с НАДФ" (никотинамидадениндинуклеотидфосфата) :
НАДФ+ + 2е- + 2Н+ = НАДФ • Н + Н+.
Полученное в данной реакции вещество НАДФ * Н+ играет роль восстановителя в реакциях темновой фазы .
Процесс распада воды до Н+ и ОН-, протекающий при участии электронов, имеющих избыток энергии за счет фотореакций, получил название фотолиза воды.
Фотосистема II. Молекулы хлорофилла а11 поглощают свет с длиной волны 680 нм. Электроны с избыточной энергией по системе цитохромов переносятся на молекулы хлорофилла а1 и занимают пустующие орбитали, которые раньше занимали электроны, связавшиеся с ионами водорода в ходе фотолиза воды. (При прохождении электронов по цепочке цитохромов часть их энергии используется для синтеза АТФ. ) В результате возникает нехватка электронов в молекулах хлорофилла а11. Эта нехватка восполняется электронами гидроксид-анионов (ОН-), которые образовались в ходе того же фотолиза воды. Отдавая электроны молекулам хлорофилла а11, эти ионы превращаются в гидроксид-радикалы;
ОН- - е- = ОН*
Гидроксид-радикал — это чрезвычайно неустойчивое химическое соединение, поэтому, только образовавшись, оно самопроизвольно превращается в воду и свободный кислород, выделяемый растением во внешнюю среду:
4ОН = 2Н2О + О2.
Таким образом, кислород, которым дышит подавляющее большинство живых организмов на Земле, представляет собой побочный продукт фотосинтеза, образующийся вследствие фотолиза воды.
В реакциях световой фазы фотосинтеза накапливается энергия (НАДФ * Н и АТФ) , которая тратится в процессах темновой фазы . Синтез АТФ из АДФ за счет энергии света -— очень эффективный процесс: за одно и то же время в хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях.