Световая фаза
Синтез восстановителя
Фотосинтез начинается с освещения хлоропластов видимым солнечным светом.
Попадая на молекулу хлорофилла, расположенную в мембране тилакоида граны, фотон приводит её в возбуждённое состояние, в результате чего от неё отделяется электрон. Он попадает на наружную поверхность мембраны тилакоида, где его подхватывает молекула-переносчик, в качестве которой выступает НАДФ+. В результате присоединения к нему электрона от хлорофилла и катионов водорода НАДФ+ переходит в НАДФН, после чего поступает в строму:
НАДФ+ + 2Н+ + 2e- → НАДФ • Н + Н+
В дальнейшем, НАДФН будет использоваться в качестве восстановителя в реакциях темновой фазы.
Фотолиз воды
Молекула хлорофилла восстанавливает потерянный электрон, получая его от молекул воды, которые под воздействием фотонов распадаются на отрицательно заряженные гидроксил-анионы и положительно заряженные катионы водорода: Н2О → Н+ + ОН-.
Гидроксил-анионы отдавая электроны молекуле хлорофилла, превращаются в гидроксид-радикалы:
ОН--e- → ОН.
Из-за крайней неустойчивости гидроксид-радикалы самопроизвольно превращаются в воду и молекулярный кислород, который свободно проходит через мембрану хлоропластов и выделяется в атмосферу:
4ОН. → 2Н2О + O2↓
Синтез АТФ
Катионы водорода, образующиеся в процессе фотолиза воды, накапливаются в строме тилакоида. При достижении определенной концентрации они переходят на внешнюю поверхность мембраны тилакоида через каналы встроенных в неё молекул фермента АТФ-азы. Здесь при её участии из содержащихся в строме АДФ и неорганического фосфата синтезируется АТФ, которая затем переходит в строму.
АДФ + Ⓟ → АТФ
Благодаря энергии света, синтез АТФ в темновую фазу фотосинтеза в 30 раз эффективнее синтеза АТФ в митохондриях.
Суммарное уравнение реакций световой фазы:
Темновая фаза
Фиксация углекислого газа в строме хлоропластов, которая может идти как на свету, так и в темноте.
Углекислый газ поступает в строму хлоропластов из атмосферы, а катионы водорода, АТФ и НАДФ • Н накапливаются в ней благодаря реакциям световой фазы.
В результате взаимодействия углекислого газа, НАДФ • Н и АТФ с пятиуглеродным сахаром образуются молекулы глюкозы, которые, соединяясь друг с другом, образуют ди- или полисахариды — сахарозу, или целлюлозу и крахмал:
Суммарное уравнение реакций темновой фазы:
