Хлорофилл — «электронный насос»

Как уже отмечалось, сущность энергетических преобразований в фотосинтезе состоит в том, что сначала энергия светового кванта преобразуется в энергию электронного возбуждения хлорофилла, затем за счет этой энергии происходит разделение зарядов в реакционном центре и энергия преобразуется в электрическую форму — энергию разделенных зарядов. Высокоэнергетический электрон, отщепившийся от хлорофилла, переносится по цепи электронного транспорта на NADPH. При этом его энергия постепенно понижается и трансформируется в энергию электрохимического градиента ионов Н⁺ и химическую энергию NADPH, а затем преобразуется в химическую энергию, запасенную в молекулах ATP и глюкозы.

В этой цепи превращений возбужденная молекула хлорофилла, а служит «электронным насосом» в системе «донор электронов ® хлорофилл, а ® акцептор электронов», перенося электрон с низкого энергетического уровня у донора на высокий уровень акцептора за счет энергии фотонов:

Первичным донором низкоэнергетических электронов при фотосинтезе является вода, переносящая его на хлорофилл, а с помощью водорасщепляющей системы, а акцептором высокоэнергетических электронов — NADPH.

Особенностью этих процессов является то, что время жизни синглетного возбужденного состояния молекулы хлорофилла порядка 5 нс. Затем поглощенная энергия может растратиться на высвечивание кванта флуоресценции или превратиться в тепло. Для того, чтобы этого не произошло и можно было ее эффективно использовать, в фотосинтетических системах возбужденный электрон очень быстро удаляется от хлорофилла, а с помощью цепи электронного транспорта на другие акцепторы и по пути часть его энергии используется для синтеза глюкозы и других органических веществ, а другая часть — для синтеза ATP. При этом сам хлорофилл, а ионизируется, приобретает положительный заряд, или, как говорят, на нем образуется положительно заряженная «дырка».