23. Фотосинтез. Уравнение фотосинтеза. Хлорофиллы, каротиноиды, фикобилины и их роль в фотосинтезе.

Фотосинтез – один из удивительных процессов живой природы, обеспечивающий нашу планету массой органических веществ и свободным кислородом. Благодаря фотосинтезу (совместно с хемосинтезом) обеспечивается не только вся потребность автотрофных организмов в органических веществах, необходимых для различных процессов биосинтеза, но косвенным образом и вся потребность гетеротрофных существ в органических питательных веществах (пища животных и разные иные формы питания).

Фотосинтез – это процесс, в результате которого зеленые растения, используя энергию солнечного света, преобразуют простые соединения с низким содержанием энергии в сложные органические соединения, в которых солнечная энергия запасена в форме химической энергии.

6CO₂ + 6H₂O + hv → C₆H₁₂O₆ + 6O₂↑

Из глюкозы вместе с получаемыми из почвы минеральными элементами питания - биогенами - образуются все ткани растительного мира - белки, углеводы, жиры, липиды, ДНК, РНК, то есть органическое вещество планеты.

Суть фотосинтеза состоит в следующем. Клетки зеленых растений содержат особые органеллы – хлоропласты. Типичная растительная клетка содержит 50-200 хлоропластов, каждый длиной около 1 мкм. Хлоропласты состоят из бесцветной цитоплазматической основы и зеленого пигмента хлорофилла. Вода, всасываемая корнями, поднимается по капиллярам ствола, стебля, ветвей растения к листьям, попадает в клетки к хлоропластам. Кроме того, лист хорошо приспособлен для поглощения углекислого газа. В верхнем защитном слое листа (эпидермисе) имеются особые образования – устьица, состоящие из двух клеток. Клетки могут отходить друг от друга, открывая находящуюся между ними своеобразную "щель", сквозь которую и проникает в растение углекислый газ. Днем устьица под влиянием света обычно открыты, а ночью закрыты. Устьица регулируют поступление СО₂ в растение и сопутствуют испарению воды с поверхности листьев (транспирации). Относительно небольшое количество устьиц не является фактором, ограничиваюшим диффузию. Процесс поступления СО₂ лимитируется диффузией через клеточные стенки и цитоплазму к хлоропластам. У всех зеленых растений реакции фотосинтеза идентичны. Процессы окисления органических соединений кислородом воздуха называются дыханием. Дыхание – это источник энергии, расходуемой клеткой на все ее нужды. Процесс дыхания зеленых растений протекает круглые сутки в отличие от фотосинтеза, протекающего на свету, интенсивность дыхания значительно ниже процесса фотосинтеза. Энергия, выделяемая при дыхании, используется для роста, развития и других процессов жизнедеятельности.

К основным группам пигментов растительного происхождения, принимающим непосредственное участие в фотосинтезе, относятся: хлорофиллы, каротиноиды фикобилины. Главная роль в фотосинтезе принадлежит хлорофиллу – пигменту, поглощающему энергию солнечного света (видимая часть света – это 380 – 720 нм), которая затем в растениях и бактериях преобразуется в энергию химических связей. У современных организмов встречаются различные хлорофилльные пигменты: хлорофилл а, в, с, d. Высшие растения и зеленые водоросли содержат в качестве основного пигмента Хл а, а в качестве дополнительного Хл в. Хл с содержат бурые и диатомовые водоросли, Хл d – красные водоросли. Каротиноиды – пигменты, придающие моркови и помидорам их желтый и красный цвет. Каротиноиды поглощают свет с длиной волны ниже 550 нм. Фикобилинами богаты синезеленые и красные водоросли, они заменяют хлорофилл в качестве антенного пигмента. Свет всех областей видимого спектра, включая ближнюю ультрафиолетовую и инфракрасную, поглощается тем или иным пигментом.