Пластический обмен - это совокупность всех реакций биосинтеза, которые происходят в организме. К нему относятся фотосинтез, синтез белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот.
Фотосинтезом называется процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии солнечного света. Этот процесс происходит в зеленых пластидах - хлоропластах при участии хлорофилла. Общее уравнение процесса фотосинтеза: 6СО2+ 6Н2О -свет-> С6Н12О6 + 6О2
Процесс фотосинтеза - это цепь окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых происходит восстановление углекислого газа до глюкозы. Он протекает в две фазы: световую и темновую.
Световая фаза фотосинтеза происходит на мембранах гран хлоропластов только на свету. Обеспечивается двумя фотосистемами (фотосистема 2 - Р680; фотосистема 1 - Р700). В световую фазу под влиянием фотонов солнечного света происходит переход электронов атома магния в молекуле хлорофилла на более высокий энергетический уровень. Электроны приобретают при этом энергию, которую они передают другим соединениям, а сами выстраиваются на наружной поверхности мембраны тилакоидов. В это же время под действием света происходит фотолиз воды с образованием Н+ и ОН-. Ионы гидроксила отдают свои электроны на восстановление магния и превращаются в радикалы ОН, которые взаимодействуют между собой, образуя воду и свободный кислород. Кислород выходит в атмосферу, он является побочным продуктом реакций фотосинтеза. Ионы Н+ накапливаются на внутренней поверхности мембраны тилакоидов, электроны на наружной. Создается разность потенциалов. Когда разность потенциалов достигает критического уровня (200 мВ), протоны водорода Н+ проходят через каналы фермента АТФ-синтетазы, встроенной в мембрану тилакоидов, и соединяются с электронами на наружной поверхности мембраны с образование атомов Н. Выделяющаяся при этом энергия идет на синтез АТФ из АДФ- и фосфорной кислоты с участием фермента АТФ-синтетазы. Атомы водорода (Н) соединяются с НАДФ и восстанавливают его до НАДФН2. НАДФ выполняет роль промежуточного переносчика водорода.
Таким образом основными событиями световой фазы являются: фотолиз воды, выделение кислорода, синтез АТФ и восстановление НАДФ до НАДФН2.
Далее наступает темновая фаза фотосинтеза, протекающая в строме хлоропластов, для которой свет не нужен. В этой фазе за счет энергии АТФ, синтезированной в световой фазе, происходит синтез сложных органических соединений из СО2, поступающего из воздуха, и водорода, который в строму приносит НАДФН2. Процесс синтеза углеводов происходит циклично и называется циклом Кальвина (С3 -цикл). Конечный продуктом этого цикла является фосфоглицериновый альдегид (ФГА), который используется для:
1) синтеза глюкозы, которая затем превращается в крахмал;
2) синтеза аминокислот, путем присоединения аминогрупп;
3) синтеза жирных кислот.
На скорость фотосинтеза оказывают влияние: количество падающего света, наличие влаги, минеральных солей, концентрация СО2, температура.
Способы фиксации СО2 в темновой фазе фотосинтеза у различных растений:
1) С3 растения (большинство произрастающих растений в умеренном климате) – акцептором СО2 у них является рибулозодифосфат.
2) С4 растения (кукуруза, сахарный тростник, сорго) – акцептором СО2 у них является фосфоенолпируват (фосфоенолпировиноградная кислота).
3) САМ растения (кактусы, молочаи, толстянковые и другие суккуленты, произрастающие в пустынях) – акцептором СО2 у них являются органические кислоты.
Значение фотосинтеза:
1. При фотосинтезе растениями синтезируются органические вещества из неорганических. Эти органические вещества используются гетеротрофами для питания.
2. В процессе фотосинтеза поглощается углекислый газ, а выделяется кислород, который все живые организмы используют для дыхания.