Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Природознавство arrow Біологія
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН. ФОТОСИНТЕЗ. ХЕМОСИНТЕЗ

Фотосинтез, його фази та значення

Фотосинтез – процес утворення органічних сполук із неорганічних за рахунок світлової енергії. Це надзвичайно складний процес, що включає довгу послідовність біохімічних реакцій. Основними умовами проходження фотосинтезу є наявність хлорофілу, енергії світла, вуглекислого газу та води.

6СO2 + 6Н2O → С6Н12O6 + 6O2

Фотосинтез відбувається у рослин, багатьох бактерій, деяких архей і найпростіших, тобто в організмів, відомих як фотоавтотрофи. Фотосинтез у рослин здійснюється в хлоропластах, розташованих у клітинах слані (водорості) або органів – плодів, стебел, бруньок, листків (у вищих рослин). Світло для фотосинтезу вловлюється хлорофілом, вода доставляється через поверхню тіла або з кореня розвиненою мережею судин, вуглекислий газ надходить через продихи та через покриви шляхом дифузії. Ціанобактерії та інші фотосинтезуючі прокаріоти для здійснення фотосинтезу мають у своїх клітинах різні складчасті структури з фотосинтезуючими пігментами, як то внутрішні впинання мембран, фотомембрани. В основі фотосинтезу лежить окиснювально-відновний процес перенесення електронів від сполук-донорів до сполук-акцепторів.

Досліджувати процес фотосинтезу почали ще у другій половині XVIII сторіччя. Ряд важливих відкриттів у цьому питанні зроблено у другій половині XIX сторіччя.

Коротка історія вивчення фотосинтезу

1771

Дж. Прістлі

провів перші досліди з фотосинтезу, завдяки яким відкрито виділення рослинами 02, який необхідний для дихання і горіння

1817

П. Пельтье, Ж. Каванту

дали назву "хлорофіл" спиртовому екстракту із зелених листків рослин

1862

Ю. Сакс

показав фотосинтетичне походження крохмалю

1877

В. Пфеффер

назвав процес перетворення енергії сонячного світла в енергію хімічних зв'язків фотосинтезом

1903

К. А. Тимірязєв

вивчив спектри поглинання світла і встановив роль рослин у космічному колообігу енергії

1903

М. С. Цвет

запропонував хроматографічний метод і відкрив хлорофіл а і b

1941

0. П. Виноградов

довів, що джерелом кисню при фотосинтезі є вода, а не С02-

1956

М. Кальвін

відкрив послідовність перетворень С02 в темновій фазі

Основними з фотосинтезуючих пігментів є хлорофіли. Хлорофіл (від грец. "хлорос" – зелений і "філон" – листок) – зелені пігменти рослин, за участю яких відбувається фотосинтез. За своєю структурою вони нагадують гем гемогло-

біну, але в цих сполуках замість Феруму присутній Магній. Ферум потрібен рослинним організмам для забезпечення синтезу молекул хлорофілу (якщо в рослину залізо не надходить, то в неї утворюються безбарвні листки, не здатні до фотосинтезу). Хлорофіл поглинає переважно синє і, частково, червоне світло із сонячного спектра та перетворює його в хімічну енергію органічних речовин. Крім хлорофілів, у багатьох рослин є допоміжні каротиноїди, у ціанобактерій та червоних водоростей – фікобіліни. Зелені й пурпурові бактерії містять бактеріохлорофіли.

Фотосинтезуючі пігменти, їх поширення та значення

Назва пігментів

Організми, які містять ці пігменти

Значення пігментів

Хлорофіл а

У всіх фотосинтезуючих організмів

Поглинають червоні, сині й фіолетові промені

Хлорофіл b

Мохи, судинні рослини, зелені та евгленові водорості

Хлорофіл с

Діатомові та бурі водорості

Хлорофіл d

Червоні водорості

Бактеріохлорофіли a, b, с, d

Пурпурні й зелені сіркобактерії

Каротиноїди (каротини, ксантофіли)

У хлоропластах рослин і ціанобактерій

Поглинають сині та фіолетові промені

Фікобіліни

(фікоеритрин, фікоціанін)

Ціанобактерії та червоні водорості

Поглинають зелені (фікоеритрин) і жовті (фікоціанін) промені

Більше 90 % всього хлорофілу хлоропластів входить до складу світлозбиральних комплексів, що виконують роль антени, яка передає енергію до реакційного центру фотосистем. У процесі фотосинтезу беруть участь дві фотосистеми – ФС І і ФС II, які мають різні реакційні центри та пов'язані між собою через перенесення електронів.

Порівняльна характеристика фотосистем (у вищих рослин)

Порівняння

ФС I

ФС II

Реакційний центр

Р700 (форма хлорофілу а, яка поглинає світло з довжиною хвиль 700 нм)

P680 (форма хлорофілу а, яка поглинає світло з довжиною хвиль 680 нм)

Антенні молекули

Каротиноїди, хлорофіли а і b

Каротиноїди, хлорофіли а і b

У процесі фотосинтезу виділяють світлову і темнову фази.

Світлова фаза – сукупність процесів, які забезпечують утворення молекулярного кисню, атомарного водню та А ТФ за рахунок світлової енергії. Світлова стадія фотосинтезу відбувається на тилакоїдах хлоропластів за участю світла. Ця стадія розпочинається з моменту поглинання квантів світла молекулою хлорофілу. При цьому електрони атома Магнію у молекулі хлорофілу переходять на вищий енергетичний рівень, нагромаджуючи потенціальну енергію. Частина електронів зразу ж повертається на своє попереднє місце, а енергія, що виділяється при цьому, випромінюється у вигляді тепла. Але значна частина збуджених електронів з високим рівнем енергії передає її іншим хімічним сполукам для фотохімічної роботи, яка здійснюється за кількома основними напрямками: а) перетворення енергії електронів на енергію АТФ, що називається фотофосфорилюванням; б) відновлення універсального біологічного переносника водню НАДФ+ до НАДФ • Н2. Під безпосереднім впливом світла відбувається процес розкладу води – фотоліз. При цьому утворюються електрони (e-), протони (Н+) і, як побічний продукт, молекулярний кисень. Протони Гідрогену Н+, приєднуючи електрони з високим енергетичним рівнем, перетворюються на атомарний водень, який використовується в реакціях відновлення НАДФ.

Отже, основними реакціями світлової фази є: 1) фотоліз води (розщеплення води за участю світла); 2) відновлення НАДФ (приєднання до сполуки- переносника молекул водню); 3) фотофосфорилювання (приєднання залишку фосфорної кислоти до АДФ за рахунок енергії світла). У результаті реакцій світлової фази утворюються такі продукти, як атомарний водень, молекулярний кисень і А ТФ.

Темнова фаза – сукупність процесів, які забезпечують відновлення СO2 до глюкози завдяки енергії АТФ та за рахунок водню від НАДФ. Основою даних перетворень є циклічні реакції (цикл фіксації вуглекислого газу). Цей процес вперше вивчив американський біохімік М. Кальвін, іменем якого й названо це явище – цикл Кальвіна. Цикл Кальвіна, або С3-фотосинтез, включає три стадії: карбоксилювання, відновлення і регенерацію.

I. Карбоксилюванняце сукупність реакцій, які забезпечують приєднання вуглекислого газу до пентоз. Реакція відбувається за участю ферментів-карбоксилаз:

  • • до пентоз (рибулозобіфосфатів) приєднується СО. з утворенням нестійких гексоз;
  • • гексози одразу розщеплюються на дві тріози (фосфогліцерати, або фосфогліцеринові кислоти): С5 → С6 → 2С3.

II. Відновлення тріозце сукупність реакцій, які забезпечують видалення Оксигену (або приєднання Гідрогену, тобто відновлення) з продуктів карбоксилювання за участю НАДФН2 та енергії АТФ:

  • • кожна з тріоз приєднує по одній фосфатній групі від 2АТФ, що збагачує молекули енергією (утворюються дифосфогліцерати);
  • • збагачені енергією тріози приєднують по одному атому водню від НАДФ • Н2 (утворюються гліцеральдегіди, або фосфогліцеринові альдегіди).

III. Регенерація акцепторів – це сукупність реакцій, які забезпечують відновлення рибулозобіфосфатів, які є акцепторами молекул вуглекислого газу:

  • • частина тріоз (фосфогліцеринових альдегідів) поєднується, утворюючи вуглеводи-гексози, а потім й інші органічні речовини (амінокислоти, нуклеотиди, органічні кислоти та ін.);
  • • інша частина утворює пентози (рибульозобіфосфати), які знову включаються в цикл Кальвіна.

Механізм процесів фотосинтезу

Механізм процесів фотосинтезу

Отже, в темновій фазі з вуглекислого газу повітря, гідрогену від НАДФ за рахунок енергії АТФ утворюються глюкоза та інші органічні сполуки.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Інші