Фотосинтез — это преобразование энергии света в химическую энергию. Такое преобразование происходит в пластидах. Химическая энергия накапливается прежде всего в форме АТР [H2] (водород, связанный с коферментом). Для облигатных автотрофов (зеленые бактерии, пурпурные серобактерии, многие сине-зеленые водоросли) фотосинтез — единственный источник энергии, так как у них нет процессов диссимиляции, поставляющих АТР.
В зеленых клетках высших растений большие количества АТР [H2] тоже переходят в цитоплазму. Значительная часть АТР [H2] в (форме NAD * Н + Н+) попадает в митохондрии и там окисляется в цепи дыхания для дополнительного синтеза АТР.
У высших растений большая часть АТР [H2] используется для синтеза углеводов из СО2. Таким образом, фотосинтез включает:
-
преобразование энергии — световая фаза — в тилакоидах хлоропластов;
-
превращение веществ (ассимиляция углерода) — темновая фаза — в строме хлоропластов.
Восстановитель [H2] образуется при расщеплении воды за счет энергии света (фотосинтез), при котором выделяется О2. АТР синтезируется при прохождении электронов по цепи транспорта электронов. Переносчиком водорода служит NADP (никотинамидаденин-динуклеотидфосфат), который по сравнению с NAD содержит на один фосфатный остаток больше. NAD * Н + Н+ и АТР направляются в темновой процесс, где водород и энергия используются для синтеза углеводов из СО2, а затем NADP+ и АДР снова используются в световом процессе.
Другие органические вещества (не углеводы), например жирные кислоты или аминокислоты, могут быть побочными продуктами фотосинтеза или же вторично образуются из углеводов.
На каждые 6 молей поглощенного СО2 выделяется 6 молей О2. Коэффициент ассимиляции AQ — отношение О2/СО2 — при биосинтезе углеводов равен 1. Для восстановления одной молекулы СО2 необходимо около 9 квантов света, так что на 1 моль СО2 должно приходиться 9 молей квантов. Так как 1 моль квантов красного света содержит 172 кДЖ, затрата энергии равна около 9172 кДЖ на 1 моль СО2, т. е. 6 х 9172 кДЖ = 9288 кДЖ на 1 моль С6Н12О6.