Пластический обмен в клетках растений осуществляется в ходе фотосинтеза.
Фотосинтез - это процесс образования органических соединений из неорганических веществ с использованием энергии солнечного света. Его биологическое значение заключается в обеспечении живых организмов Земли органическими веществами, обогащении атмосферы Земли кислородом.
Процесс фотосинтеза протекает в хлоропластах, они имеют две мембраны. Внутренняя мембрана хлоропласта образует выпячивания -тилакоиды, которые складываются в стопки-граны. В мембрану гран встроены молекулы хлорофилла и ферментов, контролирующих реакции фотосинтеза.
Фотосинтез - это сложный многоступенчатый процесс. В нем различают световую и темновую фазы .
Световая фаза фотосинтеза начинается с освещения хлоропласта видимым светом. Фотон, попав в молекулу хлорофилла, приводит ее в возбужденное состояние: ее электроны перескакивают на высшие орбиты. Один из таких электронов переходит на молекулу-переносчика, она уносит его на другую сторону мембраны тилакоида. Молекулы хлорофилла восстанавливают потерю электрона, отбирая его от молекулы воды. В результате потери электронов молекулы воды разлагаются на протоны и ионы гидроксила (фотолиз).
Н2О --> Н++ОН
Протоны, неспособные к диффузии через мембрану, накапливаются в гране. Ионы гидроксила ОН отдают свои электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы ОН0, взаимодействующие друг с другом с образованием воды и молекулярного кислорода, который, диффундируя через мембрану, выделяется в атмосферу.
4ОН -> О2| + 2Н2О
Таким образом, по одну сторону мембраны накапливаются положительно заряженные протоны, по другую - частицы с отрицательным зарядом, что приводит к нарастанию разности потенциалов. При достижении критического уровня разности потенциала протоны проталкиваются на другую сторону мембраны через канал внутри АТФ-синтетазы. Освобождающаяся при этом энергия тратится на синтез АТФ, которая переправляется в место синтеза углеводов.
Протоны, присоединив электрон, превращаются в атомы водорода, они также переправляются в место синтеза углеводов (Н+ + е --> Н0).
Общее уравнение световой фазы фотосинтеза:
4ОН --> О2 + 2Н2О
Таким образом, в световую,фазу фотосинтеза протекают следующие процессы:
образование молекулярного кислорода, выделяющегося в атмосферу;
синтез АТФ;
образование атомарного водорода.
Темновая фаза фотосинтеза состоит из ряда последовательных ферментативных реакций, в результате которых образуется глюкоза, служащая исходным материалом для биосинтеза других углеводов. Этот процесс идет с использованием энергии АТФ и при участии атомов водорода, образовавшегося в световую фазу.
Общее уравнение темновой фазы фотосинтеза:
6СО2 + 24 Н2О --> C6H12O6 + 6 H2O
Общее уравнение фотосинтеза:
6 С02 + 6 Н20 --> С6Н1206 + 6 02|
Кроме углеводов, в пластидах синтезируются аминокислоты, белки, липиды, хлорофилл.