Приложение 2
Фотосинтез
Фотосинтез — процесс, происходящий в зеленых растениях на свету, когда из углекислого газа и воды образуется глюкоза и выделяется кислород.
Общее уравнение фотосинтеза:
хлорофилл
6CO2 + 6H2O= =C6H12O6 + 6O2
свет
Клетки зеленых растений и некоторых бактерий имеют специальные структуры и комплексы химических веществ, которые позволяют им улавливать энергию солнечного света.
Роль хлоропластов в фотосинтезе
В клетках растений имеются микроскопические образования — хлоропласты. Это органоиды, в которых происходит поглощение энергии и света и превращение ее в энергию АТФ и иных молекул — носителей энергии. В гранах хлоропластов содержится хлорофилл — сложное органическое вещество. Хлорофилл улавливает энергию света для использования ее в процессах биосинтеза глюкозы и других органических веществ. Ферменты, необходимые для синтеза глюкозы, расположены также в хлоропластах.
Световая фаза фотосинтеза проходит на свету в «стопочках» внутренней мембраны хлоропластов – тилакоидах гран, где сосредоточены молекулы хлорофилла.
Световая фаза складывается из двух взаимодополняющих процессов: взаимодействия света с хлорофиллом (фотофосфорилирование) и фотолиза.
Фотофосфорилирование – процесс синтеза АТФ за счет энергии света. Фотоны солнечного света попадают на молекулы хлорофилла. От попадания света хлорофилл теряет электроны. Возбужденный светом электрон приобретает большой запас энергии, вследствие чего перемещается на более высокий энергетический уровень. Богатый энергией электрон попадает на цепь молекул-переносчиков. Они встроены в мембрану тилакоида гран. Молекулы-переносчики «отбирают» у электрона энергию, которую он получил от кванта света, и использует ее на синтез АТФ. Путем присоединения фосфата к АДФ, т. е. идет процесс фотофосфорилирования. Электрон, отдав энергию, присоединяется к протону водорода, который является результатом фотолиза.
Фотолиз – процесс разложение воды под действием света. Проходит в строме хлоропласта. За счет процесса фотолиза хлорофилл восстанавливает потерянный электрон.
свет
2H2O 4е- + 4H+ + O2
Протон водорода соединяется с молекулой-переносчиком НАДФ, и она превращается в НАДФ. Н, которая соединяется с электроном хлорофилла, отдавшим энергию.
Итог световой фазы:
1. Синтез АТФ;
2. Образование НАДФ. Н в результате фотолиза воды.
3. Выделение кислорода в атмосферу ( Как побочный продукт реакций фотолиза) Темновая фаза фотосинтеза
Проходит в строме хлоропластов. Для нее необходимы продукты химических реакций, образовавшихся в световой стадии, но сам свет не нужен.
В темновой фазе происходит соединение CO2 из атмосферы и водорода от НАДФ. Н, до образования молекулы глюкозы.
На этот процесс расходуется энергия АТФ, запасенная в ходе световой фазы. Синтез глюкозы не ограничен одной химической реакцией. Это циклический процесс – цикл Калвина (по фамилии ученого, открывшего его). Циклические реакции – это замкнутая в кольцо биохимическая последовательность, в которой продукты последней реакции являются исходным веществом для первой реакции.
Интенсивное освещение, повышенное содержание углекислого газа в воздухе приводят к повышению активности фотосинтеза.
О важности фотосинтеза
До появления на нашей планете фотосинтезирующих клеток и организмов атмосфера Земли была лишена кислорода. С появлением фотосинтезирующих клеток она стала насыщаться кислородом. Постепенное наполнение атмосферы кислородом привело к появлению клеток с энергетическим аппаратом нового типа. Это были клетки, производящие энергию вследствие окисления органических соединений, главным образом углеводов и жиров, при участии атмосферного кислорода в качестве окислителя. В результате этого наступил следующий важный этап в развитии жизни на Земле - этап кислородной или аэробной, жизни. Потребовалось еще более 1 млрд. лет для насыщения атмосферы Земли кислородом и возникновения аэробных клеток. Очевидно, что планетарная роль растений и иных фотосинтезирующих организмов исключительно велика.
В результате фотосинтеза на Земле образуется 150 млрд. т. органического вещества и выделяется около 200 млрд. т свободного кислорода в год. Фотосинтез создал и поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле. Он препятствует увеличению концентрации CO2 в атмосфере, предотвращая перегрев Земли ( парниковый эффект).
