Краткие сведения о механизме фотосинтеза

Первичными для процесса фотосинтеза являются акты поглощения света в хлоропластах молекулами хлорофилла и других биологических пигментов ("светосборщиков"), которые обеспечивают эффективное собирание на нужды фотосинтеза энергии из почти всего спектра дневного света. Электронные возбуждения, которые возникают в результате поглощения света, передаются на так называемые "реакционные центры" хлоропластов. Доставленная сюда энергия возбуждения может быть использована:

а) на стимулирование фотохимических реакций;

б) на флуоресценцию в красной области спектра;

в) на безизлучательную диссипацию с преобразованием энергии возбуждения в тепловую энергию.

Безизлучательная диссипация определяется в основном температурой листьев и мало зависит от эффективности расходования энергии на фотосинтез. Таким образом, биохимические реакции фотосинтеза и флуоресценция являются конкурирующими каналами утилизации собранной энергии возбуждения. Чем больше поглощенной в хлоропластах световой энергии идет на фотосинтез, тем меньше интенсивность флуоресценции хлорофилла. И, наоборот, если фотосинтез тормозится, угнетается какими-то факторами, тогда возрастает интенсивность флуоресценции хлорофилла. Таким образом, флуоресценция хлорофилла – это "изобретенный" и предоставленный нам природой механизм сигнализации о ходе фотосинтеза в живом хлоропласте.

Известно, что фотосинтез – это сложный многостадийный биохимический процесс. Сначала ряд так называемых "световых" реакций в хлоропластах и находящихся в них молекулах хлорофилла обеспечивает перенос в два этапа (на т.н. "фотосистемах І и ІІ") валентных электронов от молекул воды (ионов гидроксила) к молекулам НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфата) – одному из важных промежуточных ферментов фотосинтеза, с повышением их энергии. В переносе электронов принимают участие и ряд других промежуточных ферментов. Дальше происходит ряд так называемых "темновых" реакций фотосинтеза, известных под названием "цикла Кальвина", в ходе которых происходит синтез углеводов с поглощением молекул углекислого газа (СО₂) и выделением молекул кислорода (О₂), и фосфорилирование аденозиндифосфорной кислоты (АДФ).