Рис. 2.6. Классификация типов катаболизма
2.4. Фотосинтез и хемосинтез
Основной путь, по которому практически вся энергия попадает в биосферу – это процесс фотосинтеза. Каждый год на Земле в процессе фотосинтеза образуется более 150 × 109 тонн органических веществ. Вклад хемоавтотрофов (к ним относятся только некоторые представители бактерий) в синтез органических соединений на Земле ничтожен по отношению к фотоавтотрофам.
Понятие фотосинтеза
Фотосинтез – это процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических соединений. У растений этот процесс локализован в особых клеточных органоидах – хлоропластах, а у фотосинтезирующих бактерий происходит в самой клетке.
Ключевую роль в процессе фотосинтеза играют фотосинтетические пигменты – вещества, способные поглощать свет. Выделяют три группы фотосинтетических пигментов: хлорофиллы (зеленые пигменты), каротиноиды (желтые и оранжевые пигменты), фикобилины (голубые и красные пигменты). В каждой группе имеется несколько подгрупп пигментов, поглощающих свет в разных областях спектра. Такое многообразие пигментов (только хлорофиллов известно более 10) обусловлено эволюционным приспособлением для обеспечения наибольшей эффективности поглощения солнечного света в различных условиях.
Пигментный состав является важным диагностическим признаком для систематики, поскольку он отражает филогенетические отношения организмов.
Основным пигментом, участвующим в фотохимических реакциях, является хлорофилл. В хлоропластах растений пигменты (по 200–400 молекул) собраны в функциональные единицы – фотосистемы. В фотосистемах молекула хлорофилла А выполняет роль реакционного центра, а молекулы всех других пигментов называются антенным комплексом, так как, подобно антеннам, собирают свет для реакционного центра и передают ему энергию квантов. Существуют два вида фотосистем.
Фотосистема I – реакционный центр образован молекулой хлорофилла А – Р-700.
Фотосистема II – реакционный центр образован молекулой хлорофилла А – Р-680.
Обычно обе фотосистемы работают синхронно, но фотосистема I может работать самостоятельно.
Стадии фотосинтеза
В процессе фотосинтеза различают две стадии – световую и темновую.
Во время световой фазы фотосинтеза энергия Солнца используется для синтеза АТФ и высокоэнергетических переносчиков электронов. Световая энергия, поглощенная любой молекулой пигмента, переносится на другую молекулу фотосистемы, пока не достигнет своего реакционного центра, после чего по специальной системе переносчиков возникает направленный поток электронов.
Существуют два варианта работы фотосистем во время световой фазы.
Нециклическое фотофосфорилирование – это основной путь, при котором обе фотосистемы работают синхронно.
Под действием света электроны реакционного центра фотосистемы II