Фотосинтез - важнейший процесс

Теория:

Фотосинтез — важнейший процесс, лежащий в основе возникновения и существования подавляющего большинства организмов на Земле.

Фотосинтез — это процесс образования органических соединений из диоксида углерода (CO2) и воды (H2O) с использованием энергии света.

Хлоропласты в клетках растений и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зеленый пигмент — хлорофилл. Хлорофилл обладает особой химической структурой, которая позволяет ему улавливать кванты света. Молекула хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света, отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни. 

Пример:

Этот процесс можно сравнить с подброшенным вверх мячом. Поднимаясь, мяч запасается потенциальной энергией; падая, он теряет ее. Электроны не падают обратно, а подхватываются молекулами переносчика электронов НАДФ+  (никотинамидадениндинуклеотидфосфата). При этом их энергия частично расходуется на образование АТФ.

Процесс фотосинтеза включает две последовательные фазы: световую и темновую.

Световая фаза

Световая фаза — это этап, на котором энергия света, поглощенная хлорофиллом, преобразуется в электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Она осуществляется на свету, в мембранах гран тилакоидов, при участии белков-переносчиков и АТФ - синтетазы.

Световая фаза фотосинтеза растений включает в себя нециклическое фосфорилирование и фотолиз воды. 
 

На фотосинтетических мембранах гран хлоропластов происходят следующие процессы:

• возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;

• восстановление акцепторов электронов — НАДФ+ до НАДФ⋅Н2;

• фотолиз воды, происходящий при участии квантов света:

          2H2O→4H++4e−+O2

Результатами световых реакций являются:

• фотолиз воды с образованием свободного кислорода;

• синтез АТФ;

• восстановление НАДФ+ до НАДФ⋅Н.

Обрати внимание!

В реакциях световой фазы фотосинтеза накапливается энергия в НАДФ⋅Н и АТФ, которая тратится в процессах темновой фазы.

Синтез АТФ из АДФ за счёт энергии света — очень эффективный процесс: за одно и то же время в хлоропластах образуется в 30 раз! больше АТФ, чем в митохондриях.

Во время световой фазы образуются богатые энергией молекулы и ионы водорода, необходимые для темновой фазы фотосинтеза. Дальнейшие процессы фотосинтеза могут идти и без солнечного освещения.

Темновая фаза

Реакции темновой фазы фотосинтеза протекают независимо от света.

Темновая фаза — процесс преобразования CO2 в глюкозу с использованием энергии, запасенной в молекулах АТФ и НАДФ⋅Н.

Эти реакции осуществляются в строме хлоропластов, куда из тилакоидов поступают богатые энергией вещества: НАДФ⋅Н и АТФ, накопленные в реакциях световой фазы фотосинтеза.

Источник углерода (CO2) растение получает из воздуха через устьица.

Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе темновой фазы фотосинтеза получило название цикла Кальвина, по имени его открывателя.

Результатом темновых реакций является превращение углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал.

Помимо молекул глюкозы в строме хлоропластов происходит образование аминокислот, нуклеотидов, спиртов.

Суммарные уравнения и частные реакции фотосинтеза представлены в таблице:

Значение фотосинтеза

1. В процессе фотосинтеза образуется свободный кислород, который необходим для дыхания организмов.

2. Фотосинтез обеспечивает постоянство уровня CO2 и O2 в атмосфере.

3. Фотосинтез обеспечивает образование органических веществ, а следовательно, пищу для всех живых существ.

4. В верхних слоях воздушной оболочки Земли из кислорода образуется озон O3, из которого формируется защитный озоновый экран, предохраняющий организмы от опасного для жизни воздействия ультрафиолетового излучения.