Фотосинтез 2 пропорциал реакциядан құралған.
1.Жарықта жүретін реакциялар
12Н2О сәуле12[Н2]+6О2 Энергия өзгеруімен
2.Қараңғылықта жүретін реакциялар.
6СО2+12[Н2]С6Н12О6+Н2О заттардың өзгеруі
Жарықта балатын реакциялар.
Бұл реакцияда барлық пигменттер қатысады.Нәтижеде су жарық әсерінде ыдырап О2 НАДФ Н2 және АТФ пайда етеді .
Жарықтың немесе су энергиясы Квант немесе Фатондар күйінде таралады және электро магнит қозғалысқа ие.Жарықтың энергиясы төмендегі формула жәрдемінде анықталады.
Е= П*С
Е-Квант энергиясы (КДж)
П-Жарық канстантасы (6,26169*10-34 Дж/с)
-Толқын ұзындығы.
С-Жарық жылдамдығы.
Қысқа толқын ұзындығындағы сәуледе энергия мол болса ұзын толқында оның керісінше Мыс:400Нм де299,36 кДж болса 700 Нм де 170-82 кДж . Фотосинтезде қатысатын нұрлардың толқын ұзындығы 400-720 Нм болады.
Хлорофил молекуласы 1Квант сәуле энергиясын жұтады. Оны хлорофил электроны жұтып, өзі қозғалу мен пигменттіде алып келеді. Онда электро дәрежесі (S0) нен S -1 бірінші сенглет дәрежесіне өтуі. Ол өте қысқа уықытта (10-9см ) . Осы уақытта электрон қозғалып және өз орнына келеді. (S1®S0) және басқа квант жұтуға дейін болады егерде толқын ұзындығы қысқа нұр жұтылса электролдар (10-13сек) S2 дәрежеде (S0®S3) өтеді екінщі синглет дәрежеден бірінші синглетке (S2®S1) өтеді. Бұл уақытта энергияның бір бөлігі, жылу энергиясына айналып жұмсалады.Фотохимиялық реакциялар негізінен (S1) синглет кейде(Т1)триплеттер ќұрайды.
Демек хлорофил молекуласы жатқан квант энергиясы негізінде фотосинтездің реакциялары пайда болуға жұмсалады.Ол молекуладан сәуле немесе жылу энергиясы күйінде бөлінеді.
Жарықтық энергиясының фотосинтез реакциясы өнімділігі анықталады.Ол жұтылған квант есебінде фотосиетез құбылысында бөлшектелген О2 немесе меңгерілген СО2 мөлшерімен белгіленеді.Бір молекула СО2-ні толық меңгерілуі үшін 502 кДж энергия жұмсайды.
Демек
СО2+Н2О[CH2O]+О2
Амалға асу үшін 700нм сәуленің 3 кванты қажет,бұл сәуленің әр кванты 170 кДж-ға тең. Дұрысында да 1 моль СО2 меңгерілуі үшін 8 квант қажет болады. Себебі пайдаланылған ќызыл сәуленің пайдалы коэффиценті 400/0-ѓа тең.
1957 жылы Эмерсон өз тєжірибиелерінде 660-680нм қызыл сәулелердің тиімділік дәрежелері жоғары екенін дәлелдеді . Ол аралас спекторлар фотосинтез реакцияларында тиімді деп тапты. Мысалы 710нм қызыл сәуледен 1000 квант жұтылса, 20 моль О2 шыққан 650нм спекторда 1000 Квант жұтылғанда 100 моль О2 шыққан. Бірақта 710 және 650 нм сәуле бір уаќытта егер еткенде 120 нм орнына 160 моль О2 ажыралып шықты. Солай етіп әр бір сәуленің тиімділігі Эмерсон эффекті деп аталады.
Фотосинтезде Хл “а” -дан басќа Хл “б” жєне каратиноидтардың ролінде үлкен маңызы бар . Эмерсон хлоропластарда 2 фотосистема бар екенін көрсетті. Кейін ол толыќ дәлелденді.
1және 2 фотосистемаларда ақуыз комплексі зерттелгенде кванттардың жұтылуы электрон транспорты АТФ-тің синтезделуі күзетілді.
Әрбір фотосистема өзінің белсенді орталығына ие біріншісінде 700 ал екіншісінде 680 хлорофил “а” молекуласы, хлорофил “б” каратиноидтар жєне фикобилиндер кіреді. Олар жұтылѓан сәуле энергиясын орталыққа жеткізеді.
Судың фотолизі. Фотохимиялық реакциялардың бірі судың фотолизін 1937 жылы ағылшын ғалымы Хилл ашқан. Жапырақтан ажыратып алынған хлоропластар жарық әсерінде О2-ні бөлшектеп шыққанын күзетті. Бұнда Н2 ацепторы қатысқанын анықтады.
2 Н2О+2А хлоропласт сєуле 2 АН2+О2
бұл реакциямен хлоропластар белсенділігін анықтауға болады. Бұл құбылыс 2 фотосистемада күзетілді. Ол система орталығында пайда болып 4 квант энергия жатады.
4Н2О4ОН+4Н++4е
4ОН2Н2О+О2
4Н2ОО2+Н++4е—+2Н2О
Бұл жерде сутегі ацепторы НАДФ, ол арнайы ферменттер ќатысында тотықсызданады.
НАДФ+Н2О хлоропласт сєулеНАДФН2+1/2О2
Фотосинтездік фосфорлану.
Хлоропластарда сәуле энергиясы есебінде АДФ жєне бейорганикалыќ фосфаттан АТФ пайда болады. Бұны фотосинтез фосфорлануы дейіледі.
nАДФ+nН3РО4 000000 хлоропласт сєуле nАТФ
Бұндай фосфорлануды .Д.Арнон 1954 жылы ашты. Ол 2 түрге бөлді.
1.Циклді фосфорлану.
2.Циклсіз фосфорлану.
Циклді фосфорлануда жұтылған барлық сәуле энергиясы АТФ синтезіне жұмсалады.
2АДФ+2Н3РО4 хлорофтл сєуле2АТФ
Бұл процесте сәулені жатқан хлорофилл әрекетке келеді және жоғары энергетикалыќ потенциалѓа ие болѓан электронды шығарады және өзі оны (+) зарядта қалады. Қысқа уаќыт (10-8сек)
Ішінде электрон өткізуші тізім арқылы көшіріліп кейін алғашќы оң (+) зарядты хлорофилл молекуласына қайтады. Бұл ќайталанып тұрады. Әрбір хлорофил молекуласы жатқан бір квант есебіне 2 молекула АТФ синтезделеді. Циклсіз фосфорлануда АТФ синтезі мен бірге судың фотолизі күзетіледі немесе О2 ажыралып шығып және НАДФ тотыќсызданады.
2 НАДФ+2АДФ+2Н3РО4+2Н2О сєулехлорофпласт О2+2АТФ+2НАДФН2
Бұнда екі тізім қатысады.
Біріншісінде 680-700нм сәулелерді жатушы Хл “а” ден құралған болса , екінші тізімде 650-670 нм сәулелерді жаушы Хл “а”, “б” жєне каратиноидтардан құралған.
Судың фотолизінде хлорофилден ажыралып шыққан электрон сол хлорофилге қайтып келмейді. Оњ (+) зарядты хлорофилл өз қалпына келуі үшін судан пайда болѓан гидроксил тобын алады. Хлорофил молекуласынан ажыралып шыќќан электрон фермент цитохром Q-ѓа кейін пластохинонѓа,одан кейін цитохром В-ѓа өтеді. Олардың арасында электрон энергиясы 1 моль АТФ синтезінге жұмсалады. Пластохиноннан шыққан электрон 1-ші фотосистема орталыѓы пигмент 700нм –ге тотыќсызданады. Бұл орталықтағы хлорофил “а”-ның электроны пластохионин және ферменттер арқылы ферродоксинге өткізіледі. Одан 1 моль АТФ синтезделуі және НАДФН2 пайда болады. Бұл құбылыс өте күрделі болғандығымен ондағы пластохинон, пластоционин, цитохромдар және ферродоксиннің қасиеттері жақсы зерттелген, біраќ электрондар ағымы зонасында зерттелмеген заттар да кездеседі.
Жалпы циклді фосфорлануда жалпы АТФ -тіњ 70-80% пайда болса, циклсіз фосфорлануда 20%-ті пайда болады.