Марафет 

Історія вивчення фотосинтезу. Коротко. Що таке фотосинтез? Застосування фотосинтезу Що таке фотосинтез

Безхлорофільний фотосинтез

Просторова локалізація

Фотосинтез рослин здійснюється в хлоропластах: відокремлених двомембранних органел клітини. Хлоропласти можуть бути в клітинах плодів, стебел, проте основним органом фотосинтезу, анатомічно пристосованим до його відання, є лист. У листі найбільш багата на хлоропласти тканину палісадної паренхіми. У деяких сукулентів з виродженим листям (наприклад, кактуси) основна фотосинтетична активність пов'язана зі стеблом.

Світло для фотосинтезу захоплюється повніше завдяки плоскій формі листа, що забезпечує велике відношення поверхні до об'єму. Вода доставляється з кореня розвиненою мережею судин (жилок листа). Вуглекислий газ надходить частково за допомогою дифузії через кутикулу і епідерміс, проте більша його частина дифундує в лист через продихи і по листу міжклітинного простору. Рослини, здійснюють CAM фотосинтез, сформували спеціальні механізми активної асиміляції вуглекислого газу.

Внутрішній простір хлоропласту заповнений безбарвним вмістом (стромою) і пронизаний мембранами (ламеллами), які з'єднуючись один з одним утворюють тілакоїди, які у свою чергу групуються в стопки, звані грани. Внутрітилакоїдний простір відділений і не повідомляється з рештою строми, передбачається також що внутрішній простір всіх тилакоїдів повідомляється між собою. Світлові стадії фотосинтезу приурочені до мембран, автотрофна фіксація CO2 відбувається у стромі.

У хлоропластах є свої ДНК, РНК, рибосоми (70s типу), йде синтез білка (хоча цей процес контролюється з ядра). Не синтезуються знову, а утворюються шляхом розподілу попередніх. Все це дозволило вважати їх нащадками вільних ціанобактерій, що увійшли до складу еукаріотичної клітини у процесі симбіогенезу.

Фотосистема I

Світлозбиральний комплекс I містить приблизно 200 молекул хлорофілу.

У реакційному центрі першої фотосистеми знаходиться димер хлорофілу з максимумом поглинання при 700 нм (П700). Після збудження квантом світла він відновлює первинний акцептор – хлорофіл a, той – вторинний (вітамін K 1 або філлохінон), після чого електрон передається на ферредоксин, який і відновлює НАДФ за допомогою ферменту ферредоксин-НАДФ-редуктази.

Білок пластоціанін, відновлений в комплексі b 6 f, транспортується до реакційного центру першої фотосистеми з боку внутрішньотилакоїдного простору і передає електрон на окислений П700.

Циклічний та псевдоциклічний транспорт електрона

Крім повного нециклічного шляху електрона, описаного вище, виявлені циклічний та псевдоциклічний.

Суть циклічного шляху полягає в тому, що ферредоксин замість НАДФ відновлює пластохінон, який переносить його на b 6 f комплекс. Через війну утворюється більший протонний градієнт і більше АТФ, але з виникає НАДФН.

При псевдоциклічному шляху ферредоксин відновлює кисень, який надалі перетворюється на воду та може бути використаний у фотосистемі II. У цьому також утворюється НАДФН.

Темна стадія

У темновій стадії за участю АТФ та НАДФН відбувається відновлення CO2 до глюкози (C6H12O6). Хоча світло не потрібне для здійснення даного процесу, він бере участь у його регуляції.

З 3-фотосинтез, цикл Кальвіна

У третій стадії беруть участь 5 молекул ФГА, які через утворення 4-, 5-, 6- і 7-вуглецевих сполук об'єднуються в 3 5-вуглецевих рибулозо-1,5-біфосфату, для чого необхідні 3АТФ.

Нарешті, дві ФГА необхідні синтезу глюкози . Для утворення однієї її молекули потрібно 6 обертів циклу, 6 CO 2 , 12 НАДФН та 18 АТФ.

З 4-фотосинтез

Основні статті: Цикл Хетча-Слека-Карпілова, С4-фотосинтез

При низькій концентрації розчиненого в стромі CO 2 рибулозобіфосфаткарбоксилаза каталізує реакцію окислення рибулозо-1,5-біфосфату та його розпад на 3-фосфогліцеринову кислоту та фосфогліколеву кислоту, яка вимушено використовується в процесі фотодихання.

Для збільшення концентрації CO 2 рослини 4 типу змінили анатомію листа. Цикл Кальвина у них локализуется в клетках обкладки проводящего пучка, в клетках мезофилла же под действием ФЕП-карбоксилазы фосфоенолпируват карбоксилируется с образованием щавелеуксусной кислоты, которая превращается в малат или аспартат и транспортируется в клетки обкладки, где декарбоксилируется с образованием пирувата , возвращаемого в клетки мезофилла.

З 4 фотосинтез практично не супроводжується втратами рибулозо-1,5-біфосфату з циклу Кальвіна, тому ефективніший. Однак він потребує не 18, а 30 АТФ на синтез 1 молекули глюкози. Це виправдовує себе в тропіках, де спекотний клімат вимагає тримати продихи закритими, що перешкоджає надходженню CO 2 в лист, а також за рудеральної життєвої стратегії.

САМ фотосинтез

Пізніше було встановлено, що, крім виділення кисню, рослини поглинають вуглекислий газ і за участю води синтезують на світлі органічну речовину. У Роберт Майєр на підставі закону збереження енергії постулював, що рослини перетворять енергію сонячного світла на енергію хімічних зв'язків. У Пфеффер назвав цей процес фотосинтезом.

Хлорофіли були вперше виділені в П. Ж. Пельтьє та Ж. Кавенту. Розділити пігменти та вивчити їх окремо вдалося М. С. Кольорові за допомогою створеного ним методу хроматографії. Спектри поглинання хлорофілу були вивчені К. А. Тімірязєвим, він же, розвиваючи положення Майєра, показав, що саме поглинені промені дозволяють підвищити енергію системи, створивши замість слабких зв'язків С-О та О-Н високоенергетичні С-С (до цього вважалося що в фотосинтезі використовуються жовті промені, які не поглинаються пігментами листа). Зроблено це завдяки створеному ним методу обліку фотосинтезу по поглиненому CO 2 : під час експериментів з освітлення рослини світлом різних довжин хвиль (різного кольору) виявилося, що інтенсивність фотосинтезу збігається зі спектром поглинання хлорофілу.

Окисно-відновну сутність фотосинтезу (як оксигенного, так і аноксигенного) постулював Корнеліс ван Ніль. Це означало, що кисень у фотосинтезі утворюється повністю з води, що експериментально підтвердив А. П. Виноградов у дослідах з ізотопною міткою. У Роберт Хілл встановив, що процес окислення води (і виділення кисню), і навіть асиміляції CO 2 можна роз'єднати. В - Д. Арнон встановив механізм світлових стадій фотосинтезу, а сутність процесу асиміляції CO 2 була розкрита Мельвіном Кальвіном з використанням ізотопів вуглецю в кінці 1940-х, за цю роботу в ньому була присуджена Нобелівська премія.

Інші факти

Див. також

Література

  • Хол Д., Рао До.Фотосинтез: Пров. з англ. - М: Мир, 1983.
  • Фізіологія рослин/під ред. проф. Єрмакова І. П. - М: Академія, 2007
  • Молекулярна біологія клітини/Альбертіс Б., Брей Д. та ін. У 3 тт. - М: Мир, 1994
  • Рубін А. Б.Біофізика. У 2 тт. - М: Вид. Московського університету та Наука, 2004.
  • Чернавська Н. М.,

ВИЗНАЧЕННЯ: Фотосинтез - це процес утворення органічних речовин з вуглекислого газу та води, на світлі, з виділенням кисню.

Коротке пояснення фотосинтезу

У процесі фотосинтезу беруть участь:

1) хлоропласти,

3) вуглекислий газ,

5) температура.

У вищих рослин фотосинтез відбувається у хлоропластах – пластидах (напівавтономні органели) овальної форми, що містять пігмент хлорофіл, завдяки зеленому кольору якого частини рослини також мають зелений колір.

У водоростей хлорофіл міститься в хроматофорах (пігментовмісні та світловідбивні клітини). У бурих і червоних водоростей, що мешкають на значній глибині, куди погано доходить сонячне світло, є інші пігменти.

Якщо подивитися на харчову піраміду всіх живих істот, фотосинтезують організми в самому її низу, у складі автотроф (організмів, що синтезують органічні речовини з неорганічних). Тому є джерелом їжі для всього живого на планеті.

При фотосинтезі кисень виділяється в атмосферу. У верхніх шарах атмосфери з нього утворюється озон. Озоновий екран захищає поверхню Землі від жорсткого ультрафіолетового випромінювання, завдяки чому життя вийшло з моря на сушу.

Кисень необхідний для дихання рослин та тварин. При окисленні глюкози за участю кисню в мітохондріях запасається майже в 20 разів більше енергії, ніж без нього. Це робить використання їжі набагато більш ефективним, що призвело до високого рівня обміну речовин у птахів та ссавців.

Більш детальний опис процесу фотосинтезу рослин

Хід фотосинтезу:

Процес фотосинтезу починається з потрапляння світла на хлоропласти – внутрішньоклітинні напівавтономні органели, які містять зелений пігмент. Під дією світла хлоропласти починають споживати воду з ґрунту, розщеплюючи її на водень та кисень.

Частина кисню виділяється в атмосферу, інша частина йде на окислювальні процеси у рослині.

Цукор з'єднується з азотом, сіркою і фосфором, що надходять з ґрунту, таким чином зелені рослини виробляють крохмаль, жири, білки, вітаміни та інші складні сполуки, необхідні для їхнього життя.

Найкраще фотосинтез йде під впливом сонячного світла, проте деякі рослини можуть задовольнятися штучним освітленням.

Складний опис механізмів фотосинтезу для просунутого читача

До 60-х років 20 століття вченим був відомий лише один механізм фіксації вуглекислого газу - С3-пентозофосфатним шляхом. Проте нещодавно група австралійських учених змогла довести, що деякі рослини відновлення вуглекислого газу відбувається за циклом C4-дикарбонових кислот.

У рослин з реакцією С3 фотосинтез найбільш активно відбувається в умовах помірної температури та освітленості, в основному, у лісах та у темних місцях. До таких рослин відносяться майже всі культурні рослини і більшість овочів. Вони становлять основу раціону людини.

У рослин з реакцією С4 фотосинтез найбільш активно відбувається в умовах високих температур і освітленості. До таких рослин відносяться, наприклад, кукурудза, сорго та цукрова тростина, які виростають у теплому та тропічному кліматі.

Сам метаболізм рослин був виявлений зовсім недавно, коли вдалося з'ясувати, що в деяких рослин, що мають спеціальні тканини для запасу води, вуглекислий газ накопичується у формі органічних кислот і фіксується у вуглеводах лише за добу. Такий механізм допомагає рослинам заощаджувати запаси води.

Як відбувається процес фотосинтезу

Рослина поглинає світло за допомогою зеленої речовини, яка називається хлорофілом. Хлорофіл міститься в хлоропластах, які знаходяться в стеблах або плодах. Особливо велика їх кількість у листі, тому що через свою дуже плоску структуру листок може притягнути багато світла, відповідно, отримати набагато більше енергії для процесу фотосинтезу.

Після поглинання хлорофіл знаходиться у збудженому стані та передає енергію іншим молекулам організму рослини, особливо тим, які безпосередньо беруть участь у фотосинтезі. Другий етап процесу фотосинтезу проходить вже без обов'язкової участі світла і полягає у отриманні хімічного зв'язку за участю вуглекислого газу, що отримується з повітря та води. На цій стадії синтезуються різні дуже корисні для життєдіяльності речовини, такі як крохмаль та глюкоза.

Ці органічні речовини використовують самі рослини харчування різних його частин, і навіть підтримки нормальної життєдіяльності. Крім того, ці речовини також отримують тварини, харчуючись рослинами. Люди теж отримують ці речовини, вживаючи продукти тваринного і рослинного походження.

Умови для фотосинтезу

Фотосинтез може відбуватися під дією штучного світла, і сонячного. Як правило, на природі рослини інтенсивно «працюють» у весняно-літній період, коли необхідного сонячного світла багато. Восени світла менше, день коротшає, листя спочатку жовтіє, а потім опадає. Але варто з'явитися весняному теплому сонцю, як зелене листя знову з'являється і зелені «фабрики» знову відновлять свою роботу, щоб давати кисень, такий необхідний для життя, а також безліч інших поживних речовин.

Альтернативне визначення фотосинтезу

Фотосинтез (від грец. фот- світло і синтез - з'єднання, складання, зв'язування, синтез) - процес перетворення енергії світла в енергію хімічних зв'язків органічних речовин на світлі фотоавтотрофами за участю фотосинтетичних пігментів (хлорофіл у рослин, бактеріохлорофіл і бактеріородопсин у ). У сучасній фізіології рослин під фотосинтезом найчастіше розуміється фотоавтотрофна функція - сукупність процесів поглинання, перетворення та використання енергії квантів світла у різних ендергонічних реакціях, у тому числі перетворення вуглекислого газу на органічні речовини.

Фази фотосинтезу

Фотосинтез – процес досить складний і включає дві фази: світлову, яка завжди відбувається виключно на світлі, та темнову. Всі процеси відбуваються всередині хлоропластів на спеціальних дрібних органах - тілакодіах. У ході світлової фази хлорофілом поглинається квант світла, внаслідок чого утворюються молекули АТФ та НАДФН. Вода при цьому розпадається, утворюючи іони водню та виділяючи молекулу кисню. Виникає питання, що це за незрозумілі загадкові речовини: АТФ та НАДН?

АТФ - це особливі органічні молекули, які є у всіх живих організмів, їх часто називають "енергетичною" валютою. Саме ці молекули містять високоенергетичні зв'язки і є джерелом енергії за будь-яких органічних синтезів і хімічних процесів в організмі. Ну, а НАДФН – це власне джерело водню, що використовується безпосередньо при синтезі високомолекулярних органічних речовин - вуглеводів, що відбувається у другій темновій фазі фотосинтезу з використанням вуглекислого газу.

Світлова фаза фотосинтезу

У хлоропластах міститься дуже багато молекул хлорофілу, і всі вони поглинають сонячне світло. Водночас світло поглинається й іншими пігментами, але вони не вміють здійснювати фотосинтез. Сам процес відбувається лише в деяких молекулах хлорофілу, яких зовсім небагато. Інші молекули хлорофілу, каротиноїдів та інших речовин утворюють особливі антенні, а також світлозбиральні комплекси (ССК). Вони, як антени, поглинають кванти світла і передають збудження у спеціальні реакційні центри чи пастки. Ці центри знаходяться у фотосистемах, яких у рослин дві: фотосистема II і фотосистема I. Вони мають особливі молекули хлорофілу: відповідно у фотосистемі II - P680, а фотосистемі I - P700. Вони поглинають світло саме такої довжини хвилі (680 та 700 нм).

За схемою зрозуміліше, як усе виглядає і відбувається під час світлової фази фотосинтезу.

На малюнку ми бачимо дві фотосистеми із хлорофілами Р680 та Р700. Також на малюнку показані переносники, якими відбувається транспорт електронів.

Отже: обидві молекули хлорофілу двох фотосистем поглинають квант світла та збуджуються. Електрон е-(на малюнку червоний) у них переходить на більш високий енергетичний рівень.

Збуджені електрони мають дуже високу енергію, вони відриваються і надходять у особливий ланцюг переносників, що знаходиться в мембранах тилакоїдів – внутрішніх структур хлоропластів. На малюнку видно, що з фотосистеми II від хлорофілу Р680 електрон переходить до пластохінону, а з фотосистеми I від хлорофілу Р700 – до ферредоксину. У самих молекулах хлорофілу дома електронів після їх відриву утворюються сині дірки з позитивним зарядом. Що робити?

Щоб заповнити нестачу електрона, молекула хлорофілу Р680 фотосистеми II приймає електрони від води, при цьому утворюються іони водню. Крім того, саме за рахунок розпаду води утворюється кисень, що виділяється в атмосферу. А молекула хлорофілу Р700, як видно з малюнка, заповнює нестачу електронів через систему переносників від фотосистеми ІІ.

Загалом, хоч би як було складно, саме так протікає світлова фаза фотосинтезу, її головна суть полягає у перенесенні електронів. Також на малюнку можна помітити, що паралельно транспорту електронів відбувається переміщення іонів водню Н+ через мембрану, і вони накопичуються всередині тилакоїда. Так як їх там стає дуже багато, вони переміщаються назовні за допомогою особливого фактора, що сполучає, який на малюнку помаранчевого кольору, зображений праворуч і схожий на гриб.

На завершення бачимо кінцевий етап транспорту електрона, результатом якого є утворення вищезгаданого з'єднання НАДН. А за рахунок перенесення іонів Н+ синтезується енергетична валюта – АТФ (на малюнку видно праворуч).

Отже, світлова фаза фотосинтезу завершена, в атмосферу виділився кисень, утворилися АТФ та НАДН. А що далі? Де обіцяна органіка? А далі настає темнова стадія, яка полягає головним чином у хімічних процесах.

Темнова фаза фотосинтезу

Для темнової фази фотосинтезу обов'язковим компонентом є вуглекислий газ – СО2. Тому рослина має постійно її поглинати з атмосфери. Для цієї мети на поверхні листа є спеціальні структури – продихи. Коли вони відкриваються, СО2 надходить саме всередину листа, розчиняється у воді та входить у реакцію світлової фази фотосинтезу.

У ході світлової фази у більшості рослин СО2 зв'язується з п'ятивуглецевою органічною сполукою (яка є ланцюжком з п'яти молекул вуглецю), внаслідок чого утворюються дві молекули тривуглецевої сполуки (3-фосфогліцеринова кислота). Т.к. первинним результатом є саме ці тривуглецеві сполуки, рослини з таким типом фотосинтезу отримали назву С3-рослин.

Подальший синтез у хлоропластах відбувається досить складно. У його кінцевому підсумку утворюється шестивуглецева сполука, з якої надалі можуть синтезуватися глюкоза, сахароза або крохмаль. У вигляді цих органічних речовин рослина накопичує енергію. При цьому в листі залишається лише невелика їх частина, яка використовується для його потреб, тоді як решта вуглеводів подорожує по всій рослині, надходить туди, де найбільше потрібна енергія - наприклад, точки зростання.

Як пояснити такий складний процес, як фотосинтез, стисло і зрозуміло? Рослини є єдиними живими організмами, які можуть виробляти власні продукти харчування. Як вони це роблять? Для зростання і одержують всі необхідні речовини з навколишнього середовища: вуглекислий газ - з повітря, воду та - з ґрунту. Також вони потребують енергії, яку одержують із сонячних променів. Ця енергія запускає певні хімічні реакції, під час яких вуглекислий газ і вода перетворюються на глюкозу (живлення) і є фотосинтез. Стисло процесу можна пояснити навіть дітям шкільного віку.

"Разом зі світлом"

Слово "фотосинтез" походить від двох грецьких слів - "фото" та "синтез", поєднання якого в перекладі означає "разом зі світлом". У сонячну енергію перетворюється на хімічну енергію. Хімічне рівняння фотосинтезу:

6CO 2 + 12H 2 O + світло = З 6 Н 12 О 6 + 6O 2 + 6Н 2 О.

Це означає, що 6 молекул вуглекислого газу та дванадцять молекул води застосовуються (разом із сонячним світлом) для виробництва глюкози, в результаті утворюються шість молекул кисню і шість молекул води. Якщо зобразити це як словесного рівняння, то вийде таке:

Вода + сонце => глюкоза + кисень + вода.

Сонце є дуже сильним джерелом енергії. Люди завжди намагаються використовувати його для вироблення електрики, утеплення будинків, нагрівання води і таке інше. Рослини "придумали", як використовувати сонячну енергію ще мільйони років тому, бо це було потрібно для їхнього виживання. Фотосинтез коротко і зрозуміло можна пояснити таким чином: рослини використовують світлову енергію сонця і перетворюють її на хімічну енергію, результатом якої є цукор (глюкоза), надлишок якого зберігається у вигляді крохмалю в листі, корінні, стеблах і насінні рослини. Енергія сонця передається рослинам, і навіть тваринам, які ці рослини їдять. Коли рослина потребує поживних речовин для зростання та інших життєвих процесів, ці запаси виявляються дуже корисними.

Як рослини поглинають енергію сонця?

Розповідаючи про фотосинтез коротко і зрозуміло, варто порушити питання про те, яким чином рослинам вдається поглинати сонячну енергію. Це відбувається завдяки особливій структурі листя, що включає зелені клітини - хлоропласти, які містять спеціальну речовину під назвою хлорофіл. Це що надає листям зеленого кольору та відповідає за поглинання енергії сонячного світла.


Чому більшість листя широкі та плоскі?

Фотосинтез відбувається у листі рослин. Дивним фактом є те, що рослини дуже добре пристосовані для уловлювання сонячного світла та поглинання вуглекислого газу. Завдяки широкій поверхні захоплюватиметься набагато більше світла. Саме тому сонячні панелі, які іноді встановлюють на дахах будинків, також широкі і плоскі. Чим більша поверхня, тим краще відбувається поглинання.

Що ще важливе для рослин?

Як і люди, рослини також потребують корисних та поживних речовин, щоб зберегти здоров'я, рости та виконувати добре свої життєві функції. Вони одержують розчинені у воді мінеральні речовини із ґрунту через коріння. Якщо в ґрунті не вистачає мінеральних поживних речовин, рослина не розвиватиметься нормально. Фермери часто перевіряють ґрунт для того, щоб переконатися, що в ньому є достатня кількість поживних речовин для зростання культур. В іншому випадку вдаються до використання добрив, що містять основні мінерали для живлення та росту рослин.

Чому фотосинтез такий важливий?

Пояснюючи фотосинтез коротко і зрозуміло для дітей, варто розповісти, що цей процес є однією з найважливіших хімічних реакцій у світі. Які є причини для такого гучного твердження? По-перше, фотосинтез годує рослини, які, своєю чергою, годують всіх інших живих істот планети, включаючи тварин і людини. По-друге, в результаті фотосинтезу в атмосферу виділяється необхідний дихання кисень. Усі живі істоти вдихають кисень та видихають вуглекислий газ. На щастя, рослини роблять все навпаки, тому вони дуже важливі для людини та тварин, тому що дають їм можливість дихати.

Дивовижний процес

Рослини, виявляється, теж вміють дихати, але, на відміну людей і тварин, вони поглинають із повітря вуглекислий газ, а чи не кисень. Рослини також п'ють. Ось чому треба поливати їх, інакше вони помруть. За допомогою кореневої системи вода та поживні речовини транспортуються у всі частини рослинного організму, а через маленькі отвори на листках відбувається поглинання вуглекислого газу. Пусковим механізмом для запуску хімічної реакції є сонячне світло. Всі одержані продукти обміну використовуються рослинами для харчування, кисень виділяється в атмосферу. Ось так можна пояснити коротко і зрозуміло, як відбувається процес фотосинтезу.

Фотосинтез: світлова та темнова фази фотосинтезу

Розглянутий процес і двох основних частин. Існують дві фази фотосинтезу (опис та таблиця - далі за текстом). Перша називається світловою фазою. Вона відбувається лише у присутності світла в мембранах тилакоїдів за участю хлорофілу, білків-переносників електронів та ферменту АТФ-синтетази. Що ще ховає фотосинтез? Світлова і змінюють один одного в міру настання дня та ночі (цикли Кальвіна). Під час темнової фази відбувається виробництво тієї самої глюкози, їжі для рослин. Цей процес називають ще незалежною від світла реакцією.

Світлова фаза Темнова фаза

1. Реакції, що відбуваються у хлоропластах, можливі лише за наявності світла. У цих реакціях енергія світла перетворюється на хімічну енергію

2. Хлорофіл та інші пігменти поглинають енергію від сонячного світла. Ця енергія передається на фотосистеми, відповідальні за фотосинтез

3. Вода використовується для електронів та іонів водню, а також бере участь у виробництві кисню

4. Електрони та іони водню використовуються для створення АТФ (молекула накопичення енергії), яка потрібна у наступній фазі фотосинтезу

1. Реакції позасвітлового циклу протікають у стромі хлоропластів

2. Вуглекислий газ та енергія від АТФ використовуються у вигляді глюкози

Висновок

З усього вищесказаного можна зробити такі висновки:

  • Фотосинтез – це процес, який дозволяє отримувати енергію від сонця.
  • Світлова енергія сонця перетворюється на хімічну енергію хлорофілом.
  • Хлорофіл надає рослинам зеленого кольору.
  • Фотосинтез відбувається у хлоропластах клітин листя рослин.
  • Вуглекислий газ та вода необхідні для фотосинтезу.
  • Вуглекислий газ надходить у рослину через крихітні отвори, продихи, через них виходить кисень.
  • Вода вбирається в рослину через її коріння.
  • Без фотосинтезу у світі не було б їжі.

Фотосинтез- Це процес синтезу органічних речовин з неорганічних за рахунок енергії світла. У переважній більшості випадків фотосинтез здійснюють рослини за допомогою таких клітинних органел як хлоропласти, що містять зелений пігмент хлорофіл.

Якби рослини не були здатні до синтезу органіки, то майже всім іншим організмам на Землі не було чим харчуватися, оскільки тварини, гриби і багато бактерій не можуть синтезувати органічні речовини з неорганічних. Вони лише поглинають готові, розщеплюють їх у простіші, у тому числі знову збирають складні, але характерні для свого тіла.

Така справа, якщо говорити про фотосинтез і його роль зовсім коротко. Щоб зрозуміти фотосинтез, треба сказати більше: які саме неорганічні речовини застосовуються, як відбувається синтез?

Для фотосинтезу потрібні дві неорганічні речовини - вуглекислий газ (CO2) та вода (H2O). Перший поглинається з повітря надземними частинами рослин переважно через устячка. Вода - з ґрунту, звідки доставляється у фотосинтезуючі клітини провідною системою рослин. Також для фотосинтезу потрібна енергія фотонів (hν), але їх не можна зарахувати до речовини.

У результаті фотосинтезу утворюється органічна речовина і кисень (O 2 ). Зазвичай під органічною речовиною найчастіше мають на увазі глюкозу (C 6 H 12 O 6).

Органічні сполуки здебільшого складаються з атомів вуглецю, водню та кисню. Саме вони містяться у вуглекислому газі та воді. Однак при фотосинтезі відбувається виділення кисню. Його атоми беруться із води.

Коротко та узагальнено рівняння реакції фотосинтезу прийнято записувати так:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Але це рівняння не відбиває суті фотосинтезу, робить його зрозумілим. Подивіться, хоча рівняння збалансоване, у ньому загальна кількість атомів у вільному кисні 12. Але ми сказали, що вони беруться з води, а там лише 6.

Насправді фотосинтез протікає у дві фази. Перша називається світловий, друга - темновий. Такі назви обумовлені тим, що світло потрібне тільки для світловий фази , темна фазанезалежна від його наявності, але це не означає, що вона йде у темряві. Світлова фаза протікає на мембранах тилакоїдів хлоропласту, темнова - у стромі хлоропласту.

У світлову фазу зв'язування CO2 не відбувається. Відбувається лише вловлювання сонячної енергії хлорофільними комплексами, запасання її в АТФ, використання енергії відновлення НАДФ до НАДФ*H 2 . Потік енергії від збудженого світлом хлорофілу забезпечується електронами, що передаються електронно-транспортним ланцюгом ферментів, вбудованих в мембрани тилакоїдів.

Водень для НАДФ береться з води, яка під дією сонячного світла розкладається на атоми кисню, протони водню та електрони. Цей процес називається фотолізом. Кисень із води для фотосинтезу не потрібен. Атоми кисню із двох молекул води з'єднуються з утворенням молекулярного кисню. Рівняння реакції світлової фази фотосинтезу коротко виглядає так:

H 2 O + (АДФ + Ф) + НАДФ → АТФ + НАДФ * H 2 + ½ O 2

Таким чином, виділення кисню відбувається у світлову фазу фотосинтезу. Кількість молекул АТФ, синтезованих з АДФ та фосфорної кислоти, що припадають на фотоліз однієї молекули води, може бути різною: одна або дві.

Отже, із світлової фази в темнову надходять АТФ та НАДФ*H 2 . Тут енергія першого та відновна сила другого витрачаються на зв'язування вуглекислого газу. Цей етап фотосинтезу неможливо пояснити просто і коротко, тому що він протікає не так, що шість молекул CO 2 об'єднуються з воднем, що вивільняється з молекул НАДФ * H 2 і утворюється глюкоза:

6CO 2 + 6НАДФ*H 2 →З 6 H 12 O 6 + 6НАДФ
(Реакція йде з витратою енергії АТФ, яка розпадається на АДФ та фосфорну кислоту).

Наведена реакція – лише спрощення полегшення розуміння. Насправді молекули вуглекислого газу зв'язуються по одній, приєднуються до вже готової п'ятивуглецевої органічної речовини. Утворюється нестійка шестивуглецева органічна речовина, яка розпадається на тривуглецеві молекули вуглеводу. Частина цих молекул використовується на ресинтез вихідної п'ятивуглецевої речовини для зв'язування CO2. Такий ресинтез забезпечується циклом Кальвіна. Менша частина молекул вуглеводу, що включає три атоми вуглецю, виходить із циклу. Вже їх та інших речовин синтезуються й інші органічні речовини (вуглеводи, жири, білки).

Тобто насправді із темнової фази фотосинтезу виходять тривуглецеві цукри, а не глюкоза.