Биология. Комплексный справочник - подготовка к ЗНО и ДПА

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В КЛЕТКЕ

 

Фотосинтез

 

Процесс синтеза органических веществ из неорганических, с использованием световой энергии и с участием хлорофилла, называют фотосинтезом. Процесс фотосинтеза выражается следующим суммарным уравнением:

Основным фотосинтетичним пигментом высших растений является хлорофилл. По химической структуре различают хлорофилл а (содержится в хлоропластах всех зеленых растений и цианобактерий), в, с и д (в клетках водорослей).

Фотосинтез — это сложный, многоступенчатый процесс, который состоит из двух фаз: световой и темновой.

Световая фаза фотосинтеза происходит на мембранах тилакоїдів хлоропластов. Эта стадия начинается с момента поглощения квантов света молекулой хлорофилла; при этом электроны атома Магния в молекуле хлорофилла переходят на более высокий энергетический уровень, накапливая потенциальную энергию; часть электронов сразу же возвращается на свое прежнее место, а энергия, выделяющаяся при этом, излучается в виде тепла; значительная часть электронов с высоким уровнем энергии передает ее другим химическим соединениям для фотохимической работы, которая осуществляется по нескольким основным направлениям.

1. Происходит процесс расписания (фотолиз) воды; при этом образуются электроны (), протоны (Н+) и молекулярный кислород по уравнению:

Протоны Н+, присоединяя электроны с высоким уровнем энергии, превращаются в атомарный Водород, который используется в следующих реакциях фотосинтеза.

2. Преобразование энергии электронов на энергию АТФ. Поскольку во время фотосинтеза в макроэргических связях АТФ аккумулируется энергия света, процесс ее образования называется фотофосфорилюванням.

3. Восстановление универсального биологического переносчика Водорода НАДФ+ до НАДФ Н. Таким образом, в результате световой фазы фотосинтеза образуются АТФ из АДФ; НАДФ+ восстанавливается и образуется НАДФ Н; выделяется молекулярный кислород; АТФ и НАДФ Н используются в темновій фазе фотосинтеза.

Темпова фаза фотосинтеза или цикл Кальвина, — ряд последовательных реакций, сопровождающихся поглощением углекислого газа и образованием углеводов, происходит в строме хлоропласта. Эти реакции могут происходить и на свету, и в темноте. СО2, который поступает с внешней среды, улавливается п'ятикарбоновими органическими соединениями, что содержатся в хлоропластах растений; при этом образуется неустойчивая шестикарбонова соединение, которое быстро расщепляется на две трикарбонові молекулы.

В результате семи последовательных ферментативных реакций с использованием энергии АТФ и НАДФ-Н образуется шестикарбонова молекула глюкозы.

Суммарное уравнение реакции темновой фазы:

где Ф — остаток фосфорной кислоты.

Итак, в темновій фазе фотосинтеза как результат ряда ферментативных реакций происходит восстановление углекислого газа до глюкозы.

Значение фотосинтеза:

— фотосинтез поддерживает баланс газов в атмосфере, необходимый для жизни на Земле, препятствует увеличению концентрации СО2, предотвращает чрезмерное нагревание Земли;

— выделение кислорода в процессе фотосинтеза способствовало формированию озонового экрана, который защищает все живое от пагубного влияния ультрафиолетового излучения;

фотосинтез — единственный процесс на Земле, идущий в грандиозных масштабах и связанный с превращением Е солнечного света в Е химических связей. Эта космическая Е, накопленная зелеными растениями, составляет основу для жизнедеятельности всех других гетеротрофных организмов на Земле от бактерий до человека.

 

Фотосинтез

 

 

ЭТО ИНТЕРЕСНО

В процессе фотосинтеза наземные растения образуют 100-170 млрд. т, а растения океанов — 60-70 млрд. т биомассы в год (в пересчете на сухое вещество).

Общая масса растений на Земле равна 2 400 млрд. т (90 % — это целлюлоза). Общая масса животных и микроорганизмов— 23 млрд. т, что составляет около 1 % от растительной биомассы. За время существования на Земле органические остатки живого накапливались и модифицировались. На суше они представлены в виде подстилки, гумуса и торфа, из которых при определенных условиях в толще литосферы формировалось угля. В океанах органические остатки входили в состав осадочных пород. При опускании в глубинные слои литосферы из этих остатков образовались газ и нефть. Масса органического вещества подстилки, торфа и гумуса оценивается в 190,220,2500 млрд. т соответственно, нефти и газа — 10000-12000 млрд. т, а осадочных пород — 20000000 млрд. т. Особенно интенсивное накопление мертвых органических остатков происходило 300 млн. лет назад в палеозойскую эру.

Несмотря на грандиозность масштабов, природный фотосинтез — медленный и малоэффективный процесс: растениями И используется лишь 1 % всей солнечной энергии.