Reacția Hill , sau reacția cu cloroplast , a fost descoperită în 1937 de biochimistul Robert Hill de la Universitatea din Cambridge . Reacția este un transfer dependent de lumină de electroni din apă la reactivul Hill (agent oxidant artificial) împotriva unui gradient de potențial chimic . În practica de laborator, această reacție servește la determinarea activității fotochimice a cloroplastelor datorită fotooxidării apei. Reacția Hill a demonstrat că formarea oxigenului și sinteza zaharurilor din dioxid de carbon sunt două procese diferite, independente. Aceste date, obținute de Hill, au stat la baza înțelegerii modernefotosinteza .
Într-o formă simplificată, reacția Hill este descrisă de următoarea ecuație:
2H 2 O + 2A + (cloroplaste) → 2AH 2 + O 2unde A este un acceptor de electroni.
Reacția a fost descoperită de Robert Hill în 1937. El a descoperit că cloroplastele izolate ar putea elibera oxigen atunci când sunt iluminate de lumina soarelui în prezența unui acceptor de electroni adecvat , cum ar fi fericianura . Pentru a demonstra această reacție, diclorofenolindofenolul (DCPIP) a fost folosit în laborator ca acceptor terminal de electroni pentru a înlocui NADP, care a fost indisponibil din cauza eliminării cloroplastelor din mediul celular. Ferocianura este redusă (ca NADP în condiții naturale), iar apa este oxidată la oxigen și protoni. Folosind această tehnică pentru a observa reacția, Hill a stabilit o serie de fapte importante despre fotosinteză. Reacția Hill demonstrează că formarea oxigenului și sinteza zaharurilor din dioxid de carbon sunt două procese diferite, iar eliberarea oxigenului este doar unul dintre numeroasele procese de fotosinteză.
Reacția Hill implică faptul că reacțiile luminoase ale fotosintezei sunt rezultatul unei serii de reacții redox și necesită prezența unui acceptor terminal de electroni. În mod normal, un astfel de acceptor este NADP , care joacă un rol important în oxidarea apei. Reacția Hill arată, de asemenea, că acceptorul natural poate fi înlocuit cu un acceptor artificial de electroni, cum ar fi DCPIP. Tehnica înlocuirii unui acceptor natural cu unul artificial este utilizată în laborator pentru a măsura nivelul de fosforilare a cloroplastelor și a compara intensitatea acestuia cu rata de eliberare a oxigenului.
Electronii obținuți în timpul divizării apei intră în fotosistemul II , unde absorb energia luminii, apoi intră în sistemul de transport de electroni al fotosintezei (ETS). Acești electroni de înaltă energie sunt utilizați pentru a reduce NADP. Astfel, energia solară este convertită în energie chimică prin reducerea NADP la NADPH [1] .
Fotosinteza este procesul prin care energia luminoasă este absorbită și transformată în energie chimică . Energia chimică este utilizată în cele din urmă pentru a transforma dioxidul de carbon în zaharuri. În timpul fotosintezei, acceptorul natural de electroni, NADP , este redus la NADPH în stroma cloroplastului [2] . În general, în cloroplast apar următoarele reacții de echilibru .
Reacția de reducere care stochează energie în NADPH:
NADP + + 2H + + 2e - → NADPH + H + (recuperare)
Reacții de oxidare ale NADPH ca sursă de energie și electroni:
NADP ++ 2H ++ 2e - ← NADPH + H + (oxidare)
Robert Hill (1937) a studiat reacțiile redox ale fotosintezei folosind acceptori artificiali de electroni. El a studiat reacția de reducere în cloroplaste vii izolate în absența CO 2 și a luminii. În cursul observațiilor lor asupra cloroplastelor iradiate cu lumină în absența CO2 , acceptorul de electroni artificial a fost mai întâi redus și apoi oxidat, închizând ciclul și permițând procesului să continue. Oxigenul a fost eliberat ca produs secundar, dar nu s-au format zaharuri. Pe de altă parte, cloroplastele plasate în întuneric în absența CO 2 au oxidat complet acceptorul artificial de electroni, în urma căruia nu a fost eliberat oxigen și zahăr nu a fost sintetizat. Aceste observații i-au permis lui Hill să concluzioneze că oxigenul este eliberat doar în timpul reacțiilor luminoase ale fotosintezei (reacții Hill) [3] . Din rezultatele sale, Hill a concluzionat că sursa de oxigen în timpul fotosintezei este apa (H 2 O), și nu dioxidul de carbon, așa cum se credea anterior. Rezultatele sale au arătat, de asemenea, că reacția redox luminoasă este prima reacție a fotosintezei.
În 1957, fiziologul american Daniel I. Arnon a efectuat cercetări suplimentare asupra reacției Hill . Arnon a studiat reacția Hill folosind acceptorul natural de electroni NADP. Acest acceptor a inhibat formarea de ATP , NADPH și H + , care sunt utilizate în reacțiile întunecate. Arnon a arătat că cloroplastele active în lumină în absența CO 2 eliberează oxigen, dar nu sintetizează zahăr. Apoi a demonstrat faza întunecată observând cloroplastele în întuneric, în condiții de exces de dioxid de carbon. El a descoperit că fixarea carbonului depinde de faza luminoasă a fotosintezei. Arnon a reușit să separe eficient reacțiile luminoase, în timpul cărora s-a sintetizat ATP, NADPH, H + și oxigen, de reacțiile întunecate, în timpul cărora a fost sintetizat zahărul. El a concluzionat că această ultimă parte a fotosintezei nu necesită prezența luminii.