ПРЕТВАРАЊЕ СВЕТЛОСНЕ ПРЕТВАРАЊЕ СВЕТЛОСНЕ ЕНЕРГИЈЕ У ХЕМИЈСКУЕНЕРГИЈЕ У ХЕМИЈСКУ

ФотохемијскаФотохемијска ( (светла) и светла) и биохемијска (тамна) фаза биохемијска (тамна) фаза

фотосинтезефотосинтезе

задатак:задатак:

на основу датих података напишите хемијску реакцију фотосинтезена основу датих података напишите хемијску реакцију фотосинтезе

(формула глукозе:(формула глукозе: C C66HH1212OO66))

•основни биолошки "производни" процес који покреће сав живот на Земљи

•догађа се у хлоропластима

•погонска енергија је светлосна енергија, односно енергија Сунца

•"сировине" које се троше су једноставне и свеприсутне: вода и угљен диоксид.

•производ су сложена угљеникова једињења – угљенихидрати (крајњи производ је глукоза).

•својеврстан нуспроизвод овог процеса је кисеоник без којега на Земљи једноставно не би било живота у облику каквог га знамо.

ФОТОСИНТЕЗАФОТОСИНТЕЗА

6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2

Хемијска реакција која представља

фотосинтезу:

ФОТОХЕМИЈСКА ИЛИ СВЕТЛА ФАЗА ФОТОСИНТЕЗЕ

Низ реакција које директно зависе од светлости

Одвијају се на мембрани тилакоида хлоропласта

У светлој фази се дешавају следећи процеси:

1. Апсорпција светлости (фотосинтетички пигменти)

2. Претварање светлосне енергије у хемијску (електрон-транспортни ланац)

3. Ослобађање кисеоника (фотолиза воде)

Продукти светле фазе су: ATP, редуковани NADPH+H+ и кисеоник

БИОХЕМИЈСКА ИЛИ ТАМНА ФАЗА БИОХЕМИЈСКА ИЛИ ТАМНА ФАЗА ФОТОСИНТЕЗЕФОТОСИНТЕЗЕ

Низ реакција које могу да се одвијају у мраку. Низ реакција које могу да се одвијају у мраку. Одвијају се у строми хлоропласта.Одвијају се у строми хлоропласта.

У тамној фази се дешавају следећи процеси:У тамној фази се дешавају следећи процеси:1.1. Фиксација Фиксација COCO22

2.2. уграђивање неорганског уграђивање неорганског CC у органска једињења у органска једињења

(Калвинов циклус) уз помоћ енергије добијене у (Калвинов циклус) уз помоћ енергије добијене у светлој фазисветлој фази

Продукти тамне фазе су:Продукти тамне фазе су: Примарни: еритроза, седохептулоза, пентозеПримарни: еритроза, седохептулоза, пентозе Секундарни: скроб, сахароза, липиди, органске Секундарни: скроб, сахароза, липиди, органске

киселине, амино киселинекиселине, амино киселине

РЕАКЦИЈЕ СВЕТЛЕ РЕАКЦИЈЕ СВЕТЛЕ ФАЗЕ ФОТОСИНТЕЗЕФАЗЕ ФОТОСИНТЕЗЕ

•оксидоредукцијеоксидоредукцијефосфорилацијафосфорилација

Почетна реакција у серији Почетна реакција у серији оксидо-редукција је апсорпција оксидо-редукција је апсорпција светлости помоћу светлости помоћу антена антена системасистема названих названих ФОТОСИСТЕМ ФОТОСИСТЕМ I (PS I)I (PS I) и иФОТОСИСТЕМ ФОТОСИСТЕМ IIII (PS II)(PS II)

То су комплекси молекула То су комплекси молекула хлорофила и помоћних хлорофила и помоћних пигмената чији је задатак да пигмената чији је задатак да прихвате фотонеприхвате фотоне

У оквиру оба фотосистема У оквиру оба фотосистема налазе се посебни молекули налазе се посебни молекули хлорофила названи хлорофила названи РЕАКЦИОНИ ЦЕНТРИРЕАКЦИОНИ ЦЕНТРИ који који апсорбују на специфичним апсорбују на специфичним таласним дужинама и то:таласним дужинама и то:Фотосистем Фотосистем II на 700 на 700 nmnmФотосистем Фотосистем IIII на 680 на 680 nmnm

Молекули хлорофила Молекули хлорофила који приме енергију који приме енергију фотона прелазе у фотона прелазе у активирано стање и активирано стање и постају снажни постају снажни редуктантиредуктанти

ФОТОСИСТЕМ ФОТОСИСТЕМ I (PS I)I (PS I) има задатак да редукује има задатак да редукује NADP NADP у у NADPHNADPH + H + H++

ФОТОСИСТЕМ ФОТОСИСТЕМ IIII (PS II)(PS II) има задатак даима задатак да врати врати PS IPS I у електронеутрално стање и у електронеутрално стање и оксидује оксидује HH2200 у О у О2 2 (сматра се да воду (сматра се да воду

оксидује коензим који садржи манган а оксидује коензим који садржи манган а налази се у комплексу налази се у комплексу PSIIPSII))

PSIPSI бива преведен у активно стање бива преведен у активно стање примањем фотона и предаје свој примањем фотона и предаје свој електрон преко низа преносилаца електрон преко низа преносилаца до коензима до коензима NADPNADP

Хлорофил тако остаје оксидован, а Хлорофил тако остаје оксидован, а NADPHNADPH + H + H++ постаје редукован постаје редукован

PSIIPSII, такође побуђен апсорпцијом фотона, , такође побуђен апсорпцијом фотона, свој електрон преко низа преносилаца, свој електрон преко низа преносилаца, предаје предаје PSIPSI и враћа га у електро-неутрално и враћа га у електро-неутрално стање (надокнађујуи му електрон)стање (надокнађујуи му електрон)

PSIIPSII свој електрон надокнађује фотолизом свој електрон надокнађује фотолизом HH2200

NADPNADP++ + H + H++ + + 2e2e-- →→NADPHNADPH

HH220 →0 → 2 2HH++ + ½ O + ½ O22 + + 2e2e--

NADPNADP+ + ++ HH220 0 → → NADPHNADPH+ + + H+ H++ + + ½O½O22

H20 H20 бива оксидована у бива оксидована у OO22,, NADP NADP

редукован у редукован у NADPHNADPH + H+ + H+ у серији у серији оксидо-редукционих реакцијаоксидо-редукционих реакција

Бруто реакција фотосинтезеБруто реакција фотосинтезе

Вода је примарни Вода је примарни донордонор електрона, а електрона, а коензим коензим NADPNADP крајњи крајњи акцепторакцептор електрона у електрона у светлој фази светлој фази фотосинтезе.фотосинтезе.

ФОТОФОСФОРИЛАЦИЈАФОТОФОСФОРИЛАЦИЈА

Са оксидо-редукцијама тесно Са оксидо-редукцијама тесно је повезан процес је повезан процес фотофосфорилације фотофосфорилације ADP-a у ADP-a у ATPATP

ADP + Pi → ADP + Pi → ATPATP + H + H22OO

У току редукције коензима У току редукције коензима NADPNADP и и PSIPSI електрони се премештају низ електрони се премештају низ електрохемијски градијент преко електрохемијски градијент преко серије преносилаца тзв. електрон-серије преносилаца тзв. електрон-транспортног ланцатранспортног ланца

Електрони се просторно преносе Електрони се просторно преносе из унутрашњости тилакоида у из унутрашњости тилакоида у строму хлоропластастрому хлоропласта

За сваки електрон који напусти За сваки електрон који напусти тилакоид, један протон тилакоид, један протон HH++ се кроз се кроз њу убацује у лумен тилакоидању убацује у лумен тилакоида

Тако се ствара електро-Тако се ствара електро-хемијски градијент протона тј. хемијски градијент протона тј. разлика потенцијала између разлика потенцијала између унутрашњости тилакоида и унутрашњости тилакоида и строме хлоропластастроме хлоропласта

Протони теже да изађу из Протони теже да изађу из тилакоида кроз мембрану по тилакоида кроз мембрану по закону дифузије (на основу закону дифузије (на основу створеног хемијског створеног хемијског градијента)градијента)

У мембрани тилакоида У мембрани тилакоида налази се посебан протеин налази се посебан протеин – – протонска пумпапротонска пумпа која која има и функцију синтезе има и функцију синтезе ATP-aATP-a

То је То је јединоједино место кроз које место кроз које је протонима омогућено да је протонима омогућено да напусте тилакоиднапусте тилакоид

Енергија која се ослобађа Енергија која се ослобађа протоком протона низ протоком протона низ електрохемијски градијент електрохемијски градијент користи се за реакцију користи се за реакцију фосфорилације фосфорилације ADP-aADP-a,, тј. тј. везивање неорганског везивање неорганског Pi Pi за за ADPADP и синтезу и синтезу ATP-aATP-a

ЗАКЉУЧАКЗАКЉУЧАК

У светлој, фотохемијској У светлој, фотохемијској фази фотосинтезе одигравају фази фотосинтезе одигравају се следећи догађаји:се следећи догађаји:

1.1. Апсорпције светлости Апсорпције светлости помоћу антена система помоћу антена система (коплекси (коплекси фотосинтетичких фотосинтетичких пигмената пигмената PSIPSI и и PSIIPSII) при ) при чему они постају снажни чему они постају снажни редуктантиредуктанти

2.2.Серије оксидо-Серије оксидо-редукција у којима је редукција у којима је примарни донор примарни донор електрона вода, а електрона вода, а крајњи акцептор крајњи акцептор коензим коензим NADPNADP

3.3.Пренос електрона кроз Пренос електрона кроз електрон-транспортни електрон-транспортни ланац чиме се ланац чиме се успоставља електро-успоставља електро-хемијски градијент кроз хемијски градијент кроз мембрану тилакоидамембрану тилакоида

4.4. Пумпање протона из Пумпање протона из тилакоида низ електро-тилакоида низ електро-хемијски градијент и хемијски градијент и коришћење те енергије за коришћење те енергије за синтезу синтезу ATP-aATP-a (овај процес је у (овај процес је у суштини фиксација Сунчеве суштини фиксација Сунчеве енергије и њена конверзија у енергије и њена конверзија у хемијску)хемијску)

5.5. Продукти светле фазе Продукти светле фазе фотосинтезе фотосинтезе NADPHNADPH + H + H++ и и ATPATP користе се као користе се као енергија у тамној, енергија у тамној, биохемијској фази биохемијској фази фотосинтезе за фотосинтезе за продукцију органске продукцију органске материјематерије

6.6.Светла фаза Светла фаза фотосинтезе је једини фотосинтезе је једини извор кисеоника у извор кисеоника у природиприроди

svetlost

Ugljen dioksid

voda

Ugljeni hidrati

kiseonik