21.Опишите процесс фотосинтеза.

Свет является первичным источником энергии, он используется в реакциях фотосинтеза у растений. По конечной сути реакция фотосинтеза довольно проста:

6СО₂ + 6H₂O + энергия света = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ (рис. 6): с помощью энергии света из углекислого газа и воды синтезируется 6-углеродное органическое вещество - глюкоза (моносахарид), и в качестве «лишнего» продукта образуется кислород, который уходит в атмосферу. На самом деле реакция более сложная, она состоит из двух стадий: световой и темновой. Сначала на свету с помощью особого Mg-содержащего белка хлорофилла вода расщепляется на кислород и водород, а энергия водорода передается на синтез АТФ. Только потом, в темновой стадии, водород соединяется с углекислым газом и образуется глюкоза. При этом часть АТФ расщепляется, отдавая энергию глюкозе.

I фаза фотосинтеза - световая

Свет, попав на молекулу хлорофилла, которая находится в мембране тиллакоида гран, приводит к тому, что электроны сходят со своих орбит.

С помощью специального переносчика электроны переносятся на мембрану тиллакоида, где накапливаются и создают электрическое поле (-).

Место, вышедших электронов в молекуле хлорофилла, занимают электроны из воды, которая под действием света подвергается фотолизу:

Н₂О ► Н⁺ + ОН^-

ОН^- ► е^- + ОН

4ОН ► 2Н₂О + О2 - в атмосферу

Н+ накапливается внутри тилакоида и через мембрану не проникает, образуя положительно заряженное поле, что приводит к увеличению разницы потенциала по обе стороны мембраны.

При достижении критической разности потенциала, протон Н+ устремляется по каналу фермента АТФ-синтетазы, наружу.

На выходе из канала создается уровень энергии, которая идет на синтез АТФ, которая уходит затем в строму хлоропласта.

Н+ + 2е^- + НАДФ+—► НАДФ-Н - это молекулярный переносчик водорода, он тоже уходит в строму хлоропласта. (Этот механизм работает как челнок взад вперед, на свету).

Итак, в световую фазу образуются О₂, АТФ, НАДФ-Н.

II. Фаза: Темновые реакции

В строму хлоропласта поступают АТФ, НАДФ-Н и СО₂ из атмосферы.

В цикл Кальвина к пентозе присоединяется СО₂ и образуется гексоза С₆, которая неустойчива и распадается на 2 триозы 2С₃.

Каждая из триоз присоединяет по одной фосфорной группировке от АТФ, что обогащает молекулы триоз энергией.

Затем каждая из триоз присоединяет по одному атому водорода от 2-х молекул НАДФ-Н.

После чего одни молекулы триоз могут объединиться, образуя глюкозу

С6Н12О6,

А другие триозы могут превращаться в пентозы и вновь включаются в цикл Кальвина.

Суммарное уравнение фотосинтеза

6СО2 + 6Н2О ► С6Н12О6 + 6О2

Значение фотосинтеза

Фотосинтез - источник кислорода на Земле, ему обязаны жизнью все живые организмы на планете.

Из кислорода образуется озон.

Фотосинтез дает огромную массу органических веществ, которыми питаются гетеротрофы и которые используются в с/х и промышленности.

Вовлечение СО2 в фотосинтез приводит к его снижению в атмосфере. Так, например, наземные растения ежегодно извлекает из атмосферы 20млрд.т СО₂, а морские сообщества - 150 млрд.т СО₂.

Глюкоза вместе с минеральными веществами, поступающими в растение из почвы (азот, сера, фосфор, железо, магний, кальций, калий, натрий и др.), становится основой для более сложных синтезов - образуются полисахариды, липиды, белки, нуклеиновые кислоты, из которых строятся рабочие структуры клеток. Но и эти синтезы, как и синтез глюкозы, требуют энергетических затрат. Прямое использование света здесь невозможно (эволюция не создала таких энергетических переходов), поэтому некоторая часть глюкозы тратится как энергетический субстрат, то есть глюкоза становится вторичным источником энергии. Глюкоза расщепляется и отдает энергию - сначала на синтез АТФ, а после расщепления АТФ - на биосинтезы макромолекул (рис. 6). Значительная часть АТФ, как уже сказано выше, расходуется на другую работу - транспорт веществ, движение клетки и др.