Біологія » Архив сайта » Фотосинтез

Фотосинтез

0

Автор: admin | Розділ: Цитологія | 12-03-2013

фотосинтезЖиття на Землі залежить від енергії Сонця. Існує, проте, тільки один процес, за допомогою якого сонячна енергія нагромаджується у доступному для живих організмів вигляді — фотосинтез. У ході його під дією сонячної енергії з неорганічного діоксиду вуглецю та води синтезуються органічні речовини (головним чином вуглеводи). Як побічний продукт утворюється молекулярний кисень.

Здатність до фотосинтезу мають тільки зелені рослини. їх називають автотрофами (від гр. auto — само, trophos — живлення), оскільки вони самостійно задовольняють свою потребу в поживних речовинах. Усі інші організми — гетеротрофи (від гр. getero — різний) залежать від автотрофів, оскільки використовують тільки готові органічні речовини. Окрім того, переважна більшість живих організмів є аеробами (від гр. aeros — повітря), тобто споживають у процесі дихання молекулярний кисень. Єдиним джерелом вільного кисню на Землі є процес фотосинтезу. Щодо людства, то воно тричі залежить від фотосинтезу, бо, окрім всього, користується викопним енергетичним паливом, яке за мільйони років утворилось у процесі фотосинтезу. Вивчаючи дивовижне явище фотосинтезу, видатний російський вчений К. А. Тимірязєв указав на «космічну роль зелених рослин».

Отже, зелені рослини — це єдині живі організми на Землі, здатні засвоювати сонячну енергію. Окрім того, тільки вони постачають у земну атмосферу кисень!

Поняття фотосинтезу охоплює весь процес у цілому — від поглинання рослиною світлової енергії до утворення вуглеводів:

фотосинтез

Проте за цим загальним рівнянням проліг ланцюг складних реакцій, які відбуваються у специфічних структурах фотосинтезу — хлоропластах з участю зеленого пігменту хлорофілу. Користуючись наведеним рівнянням (воно називається сумарним рівнянням фотосинтезу), не можна однозначно визначити, якої сполуки — СО2 або Н2О утворюється вільний кисень. Це вдалось з’ясувати тільки у 40-і роки нашого століття за допомогою досить складних експериментів. З’ясувалося, що кисень виділяється з молекул Н2О під дією світла:

фотосинтез

Реакція називається фотолізом води. Після неї іони водню з’єднуються з СО2 з утворенням вуглеводу:

фотоліз

Тут [Сх2О)у] — не індивідуальна сполука, а загальна формула вуглеводів, що утворюються при фотосинтезі. На основі дослідженого вчені зробили два найважливіші висновки про механізм фотосинтезу:

— по-перше, у процесі фотосинтезу вода не тільки поглинається, а й утворюється. Це стає очевидним, якщо підсумувати два останніх рівняння:

фотосинтез

— по-друге, фотосинтез є двостадійним процесом. Для першої стадії характерні світлові реакції, що проходять при світлі. Реакції другої стадії від світла не залежать, і тому їх назвали темновими, хоч вони також можуть відбуватися при світлі.

Перша, світлова стадія фотосинтезу — реакції, в яких беруть участь молекули, пов’язані з мембраною тилакоїдів. Це молекули фотосинтетичного пігменту хлорофілу, білків ланцюга перенесення електронів та ферментів синтезу АТФ. Ланцюг перенесення електронів у хлоропластах дуже схожий на аналогічний ланцюг у мітохондріях; практично так само з ним пов’язані ферменти синтезу АТФ. Отже, у результаті фотолізу води створюються необхідний для дихання молекулярний кисень та іони водню, які, поєднуючись з С02, дають молекули вуглеводів і вільні електрони. Останні, в свою чергу, проходячи через ланцюг транспорту електронів, віддають свою енергію для синтезу АТФ:

АТФ

Вуглеводи й АТФ необхідні рослині, а кисень є побічним продуктом фотосинтезу.

Таким чином, на тилакоїдній мембрані відбувається світлова реакція фотосинтезу, кінцевими продуктами якої є кисень, іони водню та АТФ.

Темнові реакції фотосинтезу проходять у стромі хлоропласту. Для їх здійснення непотрібне світло. Відновлення СО2 відбувається за рахунок енергії АТФ, що створюється при світлових реакціях. Усі темнові реакції каталізуються ферментами. Послідовність їх була розшифрована американським ученим М.Кальвіном, що працював над цією проблемою у 1946—1953 роках. Нині ми називаємо темнові реакції циклом Кальвіна: у 1961 році за цю рої боту дослідникові була присуджена Нобелівськая премія.

Основний результат циклу Кальвіна — «фіксація» вуглецю, тобто одержання з СО2 вуглеводів (в основному глюкози). Темнові реакції відбуваються за рахунок енергії АТФ, що утворилась при світлових реакціях. Потім глюкоза полімеризується з утворенням крохмалю та целюлози.

Як бачимо, всі земні організми задовольняють свої життєві потреби безпосередньо (автотрофи) або опосередковано (гетеротрофи) за рахунок енергії Сонця. Це означає, що зелені рослини ловлять світлову енергію і накопичують її у вигляді хімічних зв’язків, здатних зберігатись дуже довго. Нафта й вугілля, які ми тепер використовуємо, містять «законсервоване» сонячне світло — енергію, нагромаджену автотрофами мільйони років тому!

Ваш відгук