Вопрос №31

Первоисточником энергии для живых организмов Земли является Солнце. Энергия, приносимая квантами света (фотонами), поглощается хлорофиллом и в виде потенциальной химической энергии в процессе фотосинтеза накапливается в органических соединениях. Процесс фотосинтеза является основной почти единственной формой образования органических веществ на Земле. В качестве строительного материала для синтеза органических веществ зелеными растениями используется СО2 и вода. Углекислый газ поглощается листьями из воздуха и частично, как показали исследования, проведенные с помощью меченых атомов, корнями из почвы. Воду всасывают растения корнями из почвы.

Процесс фотосинтеза имеет 2 фазы: световую и темновую.

В световую фазу осуществляются фотохимические процессы с использованием энергии света. В темновой фазе происходит синтез углеводов (глюкозы). Специфика фотосинтетических реакций связана с особенностями молекулами хлорофилла.

Молекула хлорофилла представляет собой систему с чередованием простых и двойных связей и соответствующее изменение свойств без сдвига в положении какого-либо из образующих её атомов. Такие системы содержат подвижные электроны, относящиеся не к одному атому или связи, а ко всей системе в целом. Переход таких электронов во внешнюю орбиталь сопровождается лишь незначительным поглощением энергии. Световые реакции фотосинтеза сводятся к тому, что молекула хлорофилла, поглотив один фотон, переходит в возбужденное состояние, а её возбужденный электрон занимает более высокий энергетический уровень. Этот электрон затем отдает избыточную энергию системе, использующей её для синтеза НАДФ-Н2 (никотинамидаденин – динуклеотид фосфат восстановленный) и АТФ. Водород, необходимый для восстановления НАДФ, черпается из молекул воды. Образующиеся при этом из гидроксилов молекулы перекиси водорода распадаются на воду и кислород, который выделяется во внешнюю среду.

5Н2О+5НАДФ+20АДФ+20Ф=2,5О2+20АТФ+5НАДФ-Н2

В темновой фазе благодаря использованию энергии АТФ и НАДФ-Н2 происходит соединение углекислого газа с водородом и фосфатной группой других соединений – образуется фосфоглицериновый альдегид ФГА (С3Н5О3-Ф), где Ф- остаток фосфорной кислоты. Из других молекул ФГА и водорода воды образуется молекула глюкозы. Эти процессы сложны, многоступенчаты, включают, помимо хлорофилла, системы переноса и трансформации энергии. В темновой фазе образуются углеводы и другие соединения.

5НАДФ-Н2+6СО2+2Ф=3О2+5НАДФ+2ФГА

2ФГА+Н2О=С6Н12О6+0,5О2

Под электронным микроскопом в строме хлоропласта хорошо видны стопки округлых пластинок (ламелл), в которых располагаются определенным образом ориентированные молекулы хлорофилла, ферментов, витаминов, дополнительных пигментов и других веществ. Такие сложные ультраструктуры создают условия для быстрого преобразования энергии света в химическую энергию и вместе с тем обеспечивают пространственное разделение реакционных центров, в результате чего становится возможным одновременное прохождение различных и часто противоположных биохимических реакций.

Один максимум поглощения света хлорофиллом приходится на красную (с длиной волны 680 mµ) и другой, меньший, - сине- фиолетовую (440 mµ) части солнечного спектра, в то время как максимальная интенсивность света, достигающего поверхности Земли, приходится на сине-зеленую части спектра. Фотон красного света несет мало энергии, но её достаточно для фотохимического эффекта одной молекулы, а красные лучи несут больше фотонов, чем синие и фиолетовые, именно поэтому растения и приспособились поглощать их в большем количестве.