Фотосинтез і хемосинтез

Всі живі істоти мають потребу в їжі і живильних речовинах. Харчуючись, вони використовують енергію, запасені, насамперед, в органічних сполуках – білках, жирах, вуглеводах. Гетеротрофні організми, як уже говорилося, використовують їжу рослинного і тваринного походження, вже містить органічні сполуки. Рослини ж створюють органічні речовини в процесі фотосинтезу. Дослідження в області фотосинтезу почалися 1630 р. експериментами голландця ван Гельмонта. Він довів, що рослини отримують органічні речовини не з грунту, а створюють їх самостійно. Джозеф Прістлі в 1771 р. довів «виправлення» повітря рослинами. Поміщені під скляний ковпак вони поглинали вуглекислий газ, що виділяється тліючої лучиною. Дослідження тривали, і в даний час встановлено, що – це процес утворення органічних сполук з діоксиду вуглецю (СО2) і води з використанням енергії світла і проходить в хлоропластах зелених рослин і зелених пігментах деяких фотосинтезуючих бактерій.

Хлоропласти і складки цитоплазматичної мембрани прокаріот містять зелений пігмент – хлорофіл. Молекула хлорофілу здатна збуджуватися під дією сонячного світла і віддавати свої електрони і переміщати їх на більш високі енергетичні рівні. Цей процес можна порівняти з підкинутим вгору м’ячем. Піднімаючись, м’яч запасається потенційною енергією; падаючи, він втрачає її. Електрони не падають назад, а підхоплюються переносниками електронів (НАДФ + – нікотінаміддіфосфат). При цьому енергія, накопичена ними раніше, частково витрачається на утворення АТФ. Продовжуючи порівняння з підкинутим м’ячем, можна сказати, що м’яч, падаючи, нагріває навколишній простір, а частина енергії падаючих електронів запасається у вигляді АТФ. Процес фотосинтезу підрозділяється на реакції, викликані світлом, і реакції, пов’язані з фіксацією вуглецю. Їх називають світловою та темнової фазами.

«Світлова фаза» – це етап, на якому енергія світла, поглинена хлорофілом, перетвориться в електрохімічну енергію в ланцюзі перенесення електронів. Здійснюється на світлі, в мембранах гран за участю білків – переносників і АТФ-синтетази.
Реакції, викликані світлом, відбуваються на фотосинтетичних мембранах гран хлоропластів:
1) збудження електронів хлорофілу квантами світла і їх перехід на більш високий енергетичний рівень;
2) відновлення акцепторів електронів – НАДФ + до НАДФ Н
2Н + + 4е-+ НАДФ + ? НАДФ Н;
3) фотоліз води, що відбувається за участю квантів світла: 2Н2О ? 4Н + + 4е-+ О2.
Даний процес відбувається всередині тилакоидов – складках внутрішньої мембрани хлоропластів. З тилакоидов формуються грани – стопки мембран.
Так як в екзаменаційних роботах запитують чи не про механізми фотосинтезу, а про результати цього процесу, то ми і перейдемо до них.
Результатами світлових реакцій є: фотоліз води з утворенням вільного кисню, синтез АТФ, відновлення НАДФ + до НАДФ Н. Таким чином світло потрібен тільки для синтезу АТФ і НАДФ-Н.
«Темновая фаза» – процес перетворення СО2 в глюкозу в стромі (просторі між гранами) хлоропластів з використанням енергії АТФ і НАДФ Н.
Результатом темнових реакцій є перетворення вуглекислого газу в глюкозу, а потім у крохмаль. Крім молекул глюкози в стромі відбувається утворення, амінокислот, нуклеотидів, спиртів.
Сумарне рівняння фотосинтезу –

Значення фотосинтезу. У процесі фотосинтезу утворюється вільний кисень, який необхідний для дихання організмів:
киснем утворений захисний озоновий екран, що оберігає організми від шкідливої дії ультрафіолетового випромінювання;

фотосинтез забезпечує виробництво вихідних органічних речовин, а отже, їжу для всіх живих істот;
фотосинтез сприяє зниженню концентрації діоксиду вуглецю в атмосфері.
Хемосинтез – утворення органічних сполук з неорганічних за рахунок енергії окислювально-відновних реакцій сполук азоту, заліза, сірки. Існує кілька видів хемосинтетичних реакцій:
1) окислення аміаку до азотистої і азотної кислоти нітріфіцірующімі бактеріями:
NH3 ? HNQ2 ? HNO3 + Q;
2) перетворення двовалентного заліза в тривалентне железобактериями:
Fe2 + ? Fe3 + + Q;
3) окислення сірководню до сірки або сірчаної кислоти серобактериями
H2S + O2 = 2H2O + 2S + Q,
H2S + O2 = 2H2SO4 + Q.
Виділяється енергія використовується для синтезу органічних речовин.
Роль хемосинтезу. Бактерії – хемосинтетики, руйнують гірські породи, очищають стічні води, беруть участь в утворенні корисних копалин.

ПОДІЛИТИСЯ: