ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В КЛЕТКЕ
Фотосинтез
Процесс синтеза органических веществ из
неорганических, который происходит с использованием световой энергии и при участии
хлорофилла, называют фотосинтезом. Процесс фотосинтеза выражается следующим суммарным
уравнением:
Основным пигментом фотосинтетичним
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,
содержащиеся в хлоропластах растений; при этом образуется неустойчивая шестикарбонова
соединение, 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,
который идет в грандиозных масштабах и связанный с преобразованием 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. По
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.