Химизм фотосинтеза

Каково участие хлорофилла в процессе фотосинтеза? Фотосинтез не идет без хлоро­филла. По взглядам, которые развивал Тимирязев в конце XIX века, опередившим на 50—60 лет науку того времени, хлорофилл являет­ся оптическим сенсибилизатором, т. е. переносчиком энергии на субстрат, и в то же время химически участвует в процессе. Непосред­ственное участие хлорофилла в процессе фотосинтеза счи­тается доказанным. По современным взглядам, хлорофилл направляет энер­гию солнечного луча не на углекислый газ, а на воду. Происходит окисле­ние воды, водород присоединяется к хлорофиллу, а затем уже восстанавли­вает углекислоту с образованием углеводов (фотоокисление).

Восстановление углекислоты происходит за счет водорода воды, обра­зующегося при фотоокислении. Весьма вероятно, что водород активирует­ся ферментом гидрогеназой. Схематически процесс карбоксилирования и восстановления карбоксильной группы водородом можно представить сле­дующим образом:

RH + CO₂ = RCOOH

RCOOH + 4H = RCH₂OH + H₂O

Если это представление о фотоокислении воды правильно, то ясно, что кислород, выделяемый при фотосинтезе, должен быть кислородом воды, а не углекислого газа. Оказывается, последнее положение можно доказать и экспериментально. Известно, что кислород воды и кислород углекислого газа отличаются по своему изотопному составу, т. е. по своему атомному весу. Как и большинство химических элементов, кислород име­ет как бы несколько разновидностей — изотопов, отличающихся этим при­знаком.

В настоящее время доказано существование трех изотопов кислорода с атомными весами: 16 (O₁₆); 17 (O₁₇) и 18 (O₁₈). O₁₈ легче соединяется с угле­родом, чем с водородом. Поэтому в составе молекул CO₂ его больше, чем в молекулах воды. В молекулах воды находится наиболее легкий кислород O₁₆. А. П. Виноградову удалось собрать 20 л кислорода, образовавшегося в про­цессе фотосинтеза у водного растения элодеи, и установить его атомный вес. Оказалось, что по изотопному составу кислород, выделенный в процессе фото­синтеза, соответствует кислороду воды, но не кислороду углекислого газа. Материал с сайта http://worldof.school

Другим прекрасным подтверждением этого положения являются рабо­ты Ван-Ниля с пурпурными и зелеными серобактериями. Долгое время ос­тавалось непонятным, способны ли эти бактерии к фотосинтезу. На свету они развиваются явно лучше, чем в темноте, и содержат хлорофилл, маски­руемый у пурпурных серобактерий красным пигментом бактериопурпурином. В то же время эти бактерии никогда не выделяют кислорода. Исходя из представлений о том, что луч солнца действует не на углекислый газ, а на воду, Ван-Ниль сделал допущение, что роль воды здесь играет се­роводород. Разлагая сероводород, зеленые и пурпурные серобактерии от­кладывают его в виде серы, или же сера сразу же окисляется ими до серной кислоты. Проведенные им опыты вполне подтвердили теоретические рас­четы и объяснили, почему исследователи не обнаруживали кислорода при изучении фотосинтеза у пурпурных серобактерий.

Восстановление углекислого газа не за счет воды, а за счет другого со­единения, например сероводорода, получило в отличие от фотосинтеза на­звание фоторедукции.

На этой странице материал по темам:

• Fiziofoto

• Химизм ботаника

• Химизм фотосинтеза