Световая фаза фотосинтеза.
Квант света, падающий на лист, поглощается молекулой хлорофилла. В результате этого молекула на очень короткое время переходит в возбужденное состояние: один из электронов молекулы хлорофилла (е) получает избыток энергии. Возбужденный электрон перемещается по цепи сложных органических соединений, теряя энергию, которая расходуется на синтез АТФ из АДФ и фосфата. Этот процесс очень эффективен, и в хлоропласте образуется АТФ приблизительно в 30 раз больше, чем в митохондриях тех же растений. Потеряв избыток энергии, электрон возвращается к молекуле хлорофилла, которая теперь способна захватить новый квант света.
Так как описываемые реакции происходят в водных растворах, то значительная часть возбужденных электронов захватывается продуктами диссоциации Н20 — ионами Н+. Ион водорода получает избыток энергии и связывается со специальными молекулами-переносчиками. Освободившиеся ионы гидроксила ОН- взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуются вода и молекулярный кислород:
40Н- → 2Н2О + О2
В этом случае к молекуле хлорофилла возвращается электрон гидроксила.
Процесс разложения воды под действием энергии солнечного света получил название фотолиза. Таким образом, кислород, который выделяется в процессе фотосинтеза в атмосферу, образуется в результате фотолиза.
Т.о., энергия солнечного излучения порождает 3 процесса:
1.Образование молекулярного кислорода в результате разложения воды
2.Синтез АТФ
3.Образование атомарного водорода.
На этом световая фаза заканчивается, и дальнейшие процессы фотосинтеза могут идти и без солнечного освещения.
Во время световой фазы образуются богатые энергией молекулы и ионы водорода, необходимые для темновой фазы фотосинтеза.
Темновая фаза фотосинтеза.
Дальнейшие реакции фотосинтеза связаны с образованием углеводов. Они протекают как на свету, так и в темноте и называются темновой фазой.Темновая фаза также протекает в пластидах. В процессе реакций этой фазы происходит захват специальным веществом молекул углекислого газа (СО2) из внешней среды. Путем целого ряда последовательных биохимических превращений из углекислого газа и водорода образуется шестиуглеродный сахар — глюкоза и воспроизводится вещество, способное снова захватывать СО2.
В процессе темновой фазы поглощается углекислый газ и синтезируется глюкоза. Реакции темновой фазы обеспечиваются энергией, запасенной во время световой фазы.
Фотосинтез очень продуктивен, но хлоропласты листа захватывают для участия в этом процессе всего 1 квант света из 10000. Тем не менее этого достаточно для того, чтобы зеленое растение могло синтезировать 1 г глюкозы в час с поверхности листьев площадью 1 м2. Т.о.летом за сутки 1 кв.м листвы вырабатывает 15-16горгнических веществ. Повысить эффективность фотосинтеза можно вследствии улучшения освещаемости, водоснабжения растений и др.условий.
Параметры сравнения |
Световая фаза |
Темновая фаза |
1. Место реакций в хлоропластах |
Тилакоиды
|
строма |
2. Условие |
Свет |
Свет не обязателен |
3. Исходные вещества. Что необходимо? |
Вода, хлорофилл |
Углекислый газ, АТФ, атомарный водород |
4. Продукты реакций |
АТФ, кислород, атомарный водород |
Углеводы, вода. |
5. Источник энергии |
Энергия солнца |
Энергия АТФ |
6. Уравнения реакций |
H2O––>H+ + OH– 4OH––>2H2O + O2 + 4е |
24H + 6CO2 ––> C6H12O6 + 6H2O |
Значение фотосинтеза.
Образуется кислород, необходимый для дыхания живых организмов.
Фотосинтез обеспечивает производство органических веществ.
Способствует снижению концентрации углекислого газа в атмосфере.
Хемосинтез.
Многие виды бактерий, способные синтезировать необходимые им органические соединения из неорганических за счет энергии химических реакций окисления, происходящих в клетке, относятся к хемотрофам. Захватываемые бактерией вещества окисляются, а образующаяся энергия используется на синтез сложных органических молекул из С02 и Н20. Этот процесс носит название хемосинтеза.
Т.е. преобразование энергии химических реакций в химическую энергию синтезируемых оранических соединений называют хемосинтезом.
Важнейшую группу хемосинтезирующих организмов представляют собой азотофиксирующие и нитрифицирующие бактерии. Исследуя их, С. Н. Виноградский
в 1887 г. открыл процесс хемосинтеза.
Эти бактерии, обитая в почве, окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты:
2NH3 + 3О2 = 2HN02 + 2Н2О + энергия 653,5 кДж.
Затем бактерии других видов этой группы окисляют азотистую кислоту до азотной:
2HNO2 + О2 = 2HNО3 +энергия 151,1 кДж.
Взаимодействуя с минеральными веществами почвы, азотистая и азотная кислоты образуют соли, которые являются важнейшими компонентами минерального питания высших растений.
Под действием других видов бактерий в почве происходит образование фосфатов, также используемых высшими растениями.
Хемосинтез также свойствен для железобактерий и серобактерий. Первые из них используют энергию, освобождающуюся при окислении двухвалентного железа в трехвалентное; вторые окисляют сероводород до серной кислоты.
Роль названных микроорганизмов очень велика, особенно азотофиксирующих бактерий. Они имеют важное значение для повышения урожайности, т.к. в результате жизнедеятельности этих бактерия азот (N2), находящийся в воздухе, недоступный для усвоения растениями, превращается в аммиак (NH3), который хорошо ими усваивается. Хемосинтезирующие бактерии играют очень важную роль в биосфере, обеспечивая круговорот азота, серы.
Итак, хемотрофы, как и все автотрофные организмы (автотрофы - организмы, осуществляющие питание, т.е. получающие энергию, за счет неорганических соединений), самостоятельно синтезируют необходимые органические вещества. От фототрофных зеленых растений их отличает полная независимость от солнечного света как источника энергии.