Фотосинтез — процесс с крайне сложной пространственно-временной организацией.
Разброс характерных времен различных этапов фотосинтеза составляет 19 порядков: скорость процессов поглощения квантов света и миграции энергии измеряется в фемтосекундном интервале (10−15 с), скорость электронного транспорта имеет характерные времена 10−10−10−2 с, а процессы, связанные с ростом растений, измеряются днями (105−107 с).
Также большой разброс размеров характерен для структур, обеспечивающих протекание фотосинтеза: от молекулярного уровня (10−27 м3) до уровня фитоценозов (105 м3).
В фотосинтезе можно выделить отдельные этапы, различающиеся по природе и характерным скоростям процессов:
Фотофизический; Фотохимический; Химический: Реакции транспорта электронов;«Темновые» реакции или циклы углерода при фотосинтезе.
На первом этапе происходит поглощение квантов света пигментами, их переход в возбуждённое состояние и передача энергии к другим молекулам фотосистемы (пластохинон).[1].
На втором этапе происходит разделение зарядов в реакционном центре. Молекула воды теряет электрон под воздействием катиона-радикала, образовавшегося из молекулы хлорофилла после потери ей своего электрона и передачи его пластохинонуна первом этапе: {\displaystyle {\ce {H2O-e^{-}->H^{+}{+}{\dot {O}}H}}}. Затем образовавшиеся гидроксильные радикалы под воздействием положительно заряженных ионов марганца преобразуются в кислород и воду: {\displaystyle {\ce {4{\dot {O}}H->O2{+}2H2O}}}[1]. Одновременно с этим процессом происходит перенос электронов по фотосинтетической электронотранспортной цепи, что заканчивается синтезом АТФ и НАДФН[1]. Первые два этапа вместе называют светозависимой стадией фотосинтеза.
Третий этап заключается в поглощении второй молекулой хлорофилла кванта света и передаче ей электрона ферредоксину. Затем хлорофилл получает электрон после цепи его перемещений на первом и втором этапах. Ферредоксин восстанавливает универсальный восстановитель НАДФ.
Четвёртый этап происходит уже без обязательного участия света и включает в себя биохимические реакции синтеза органических веществ с использованием энергии, накопленной на светозависимой стадии. Чаще всего в качестве таких реакций рассматривается цикл Кальвина и глюконеогенез, образование сахаров и крахмала из углекислого газа воздуха
.Фотоси́нтез
(от др.-греч. φῶς
— свет и σύνθεσις
— соединение, складывание, связывание, синтез
) — сложный химический процесс преобразования энергии света
в энергию химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл
у растений
, бактериохлорофилл
у бактерий
и бактериородопсин
у архей
). В современной физиологии растений
под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная
функция — совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов
света в различных эндергонических реакциях
, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества
.