mozok.click » Біологія » Фотосинтез — утворення органічних сполук за допомогою енергії сонячного світла
Інформація про новину
  • Переглядів: 7865
  • Автор: admin
  • Дата: 26-11-2017, 22:44
26-11-2017, 22:44

Фотосинтез — утворення органічних сполук за допомогою енергії сонячного світла

Категорія: Біологія

Терміни й поняття: фотосинтез, хлорофіл, фотосистеми, світлова фаза фотосинтезу, фотофосфорилювання, фотоліз води, темпова фаза фотосинтезу.

Життя з точки зору фізики. За фізичними законами, життєві процеси полягають у поглинанні організмами енергії й речовин з навколишнього середовища та їх перетворенні. Саме ці процеси й становлять матеріальну основу для підтриманняжиттєдіяльності й розмноження організмів. Тому головні завдання для будь-якогоорганізму: перше — отримати енергію, життєву силу, друге — отримати з навколишнього середовища потрібні речовини, з яких за допомогою вже накопиченоїенергії синтезувати біологічні молекули.

Іл. 18.1. Схема фотосинтезу

Фотосинтез і його значення в природі. Основним джерелом енергії для нашої планети загалом та для живої матерії зокрема є сонячна радіація. Енергію сонячного світла уловлюють рослини й перетворюють на потенційну енергію хімічних зв’язків.



Цей процес називають фотосинтезом (від грец. фотос — світло і синтез). Завдяки енергії світла рослини з карбон(ГУ) оксиду, води та мінеральних солей синтезують усінеобхідні для життя біологічні молекули. Підчас фотосинтезу також відбувається виділення Оксигену. Саме біологічними молекулами, що синтезують клітини рослин, зрештоюі живляться тварини, гриби та бактерії.

Біосферні функції фотосинтезу.

1. Без фотосинтезу неможливе життя і цеявище планетарного рівня (іл. 18.1).

2. Фотосинтез є основним джерелом біологічної енергії, завдяки якому в клітинахрослин відбувається біологічний синтез —утворення органічних речовин з неорганіч-

них. Таким чином у біосфері накопичуються запаси біологічної речовини та енергії.

3. Тварини, поїдаючи рослини чи одні одних, так чи інакше існують за рахунокенергії, яку запасли рослини.

4. Завдяки фотосинтезу неорганічний Карбон стає складовою органічних речовин і входить до біологічного кругообігу.

5. Увесь Оксиген атмосфери і Світового океану — це також результат фотосинтезу. Завдяки вільному Оксигену з'явилось клітинне дихання, а утворення озонового шару атмосфери дозволило живим істотам вийти на суходіл.

Хлоропласти — місце, де відбувається фотосинтез у рослинних клітинах. Речовини, що беруть участь у фотосинтезі, — пігменти й ферменти — у чіткому порядку розташовані в мембрані тилакоїдів і в стромі. Причому знаковою речовиною, що бере участь у реакціях фотосинтезу, є хлорофіл (від грец. хлорос — зелений і фі-лон — листок). Насправді за цією назвою приховується група дуже схожих зелених

пігментів, які трохи відрізняються за своєю будовою.


Усі хлорофіли забарвлюють тіло організму або окремих його частин в інтенсивний зеленийколір. Це викликано тим, що ці молекули синє йчастково червоне світло сонячного спектра поглинають, а зелене — відбивають.

Крім того, хлорофілам властива флуоресценція (назва цього фізичного явища походить від мінералу флуориту, в якого воно було впершевиявлено) — нетривале післясвітіння під впливом опромінення світлом.

За хімічною природою хлорофіли — це сполуки, побудовані за тим самимпринципом, що й небілкова частина (гем) гемоглобіну: їх основоює кільце, у центрі якого міститьсяMg2+ (іл. 18.2).

Фотосистеми.

Молекули хлорофілу зібрані у світлозбиральні комплекси (СЗК), у яких для кожної молекули розписана чітка роль. СЗК розташовуються в тилакоїдах. Крімтого, що до складу СЗК входитькілька сотень молекул хлорофілу;у них також є і допоміжні пігменти — каротиноїди (іл. 18.3).

Іл. 18.3. Схема будови фотосистеми та рух по ній електрона

Завдання пігментів СЗК — уловлювати електрони та переда

вати їх у реакційний центр (РЦ). Тут відбувається перетворення світлової енергії на енергію хімічних зв’язків. Реакційний центр формується однією або двома молекулами хлорофілу. Розподіл «праці» між молекулами пігментів у СЗК суттєво збільшуєефективність фотосинтезу, внаслідок чого він може проходити навіть за слабкого йштучного освітлення. Світлозбиральний комплекс і реакційний центр, а також біл-ки-переносники електронів формують фотосистеми (ФС), які бувають двох типів:фотосистема-І (ФС-І) і фотосистема-ІІ (ФС-ІІ). Вони розрізняються за кількістюі складом молекул пігментів, зокрема й хлорофілу.

Реакції фотосинтезу. Фотосинтез відбувається в три етапи. Перший — уловлювання світлової енергії; другий — перетворення її на енергію хімічних зв’язків і третій — запасання цієї енергії шляхом синтезу вуглеводів. Ці етапи розділяютьна дві фази.

Перший та другий етапи відбуваються лише на світлі, а тому вони отримали назву світлова фаза фотосинтезу. Вона відбувається в тилакоїдах (іл. 18.4).

Іл. 18.4. Рівні перебігу фотосинтезу: а —листок; б — клітина; в — хлоропласт; г — тилакоїд; д — фотосистеми

Кванти світла поглинаються хлорофілом світозбиральних комплексів. Вони збуджують електрони хлорофілів, що легко переходять на більш високий енергетичний рівень. У результаті молекули хлорофілу втрачають електрони, які надходять до молекул хлорофілу реакційного центру, а далі — до ферментів, що формують транспортний ланцюг електронів, рухаючись яким електрони віддаютьенергію в окисно-відновлювальних реакціях. У результаті з АДФ і Н3Р04 синтезується АТФ (відбувається фотофосфорилювання).

Молекула хлорофілу, віддавши свій електрон, окиснюється. У результаті в ній виникає електронна недостатність, яку необхідно компенсувати. Для цього використовуються молекули води. Виявляється, що під впливом сонячного світла, заучасті особливих ферментів і з використанням енергії, отриманої в результаті фотофосфорилювання, рослини здатні здійснювати фотоліз (грец. фотос — світло, лізис — розпад), тобто проводити реакцію дисоціації води, під час якої виділяютьсяОксиген, а атоми Гідрогену розпадаються на протони й електрони (1).

Отримані під час фотолізу електрони компенсують їх нестачу в молекулах хлорофілу, йони Н+ приймають участь у синтезі енергоємних сполук клітини, енергія

яких використовується для синтезу АТФ, а Оксиген у вільному вигляді виділяється у воду чи повітря.

У роботі ФС-І й ФС-ІІ є певні відмінності. Головною слід вважати ФС-ІІ, у якій відбувається не лише фотофосфорилювання, а й фотоліз, тому тут вивільняється Оксиген. Таким чином, у результаті світлової стадії фотосинтезу за рахуноксвітлової енергії синтезуються енергоємні речовини, зокрема АТФ, у яких запасається енергія для майбутнього синтезу, а також, як побічний продукт реакції, виділяється Оксиген (2).

Третій етап фотосинтезу триває в рослин постійно і не потребує світла. Його називають темповою фазою фотосинтезу. Відбувається він у стромі хлоропластів (іл. 18.5).

Іл. 18.5. Етапи фотосинтезу:

світлова фаза (відбувається в ти-лакоїдах хлоропластів з розкладанням вуглекислого газу під дією сонячного світла, її наслідком є накопичення енергії у вигляді АТФ та вивільнення Оксигену);темнова фаза (відбувається устромі хлоропластів з використанням енергіїї АТФ, вуглекислого газу й води, внаслідок чоговідбувається синтез глюкози)


Ключовим моментом цієї фази є поглинання вуглекислоти з повітря і зв’язування її в хімічні сполуки. Кінцевим продуктом цього процесу є утворення молекул глюкози (3). Цей процес відбувається з витратами енергії, а тому потребує участі молекул АТФ, синтезованих підчас світлової фази фотосинтезу, та йонів Гідрогену, які утворили комплекс з енергоємними сполуками клітини.

Отже, загалом хімічну суть фотосинтезу може описати рівняння (4)

Використання глюкози, що утворюється під час фотосинтезу. Вона витрачається або безпосередньо як джерело енергії, або накопичується як енергетичний резерв у вигляді сахарози чи крохмалю. Це залежить від фізіологічного стану рослини, її віку і сезону. Далі рослини, використовуючи енергію накопичених вуглеводів, а також різноманітні органічні кислоти й сполуки Нітрогену, утворюють всі необхідні для життя речовини: полісахариди, амінокислоти, вітаміни, білки, ліпіди,нуклеотиди.

Цим рослини принципово відрізняються від тварин, які не здатні самі синтезувати всі необхідні для життя речовини, а можуть лише отримувати вже готові органічні речовини з їжею.

Фотосинтез — це процес поглинання рослинами та деякими бактеріями світлові' сонячної енергії та перетворення її на енергію хімічних зв’язків.

При цьому з вуглекислого газу й води утворюється глюкоза й вивільняється Оксиген.

Перетворення енергії сонячного світла на енергію хімічних зв’язків відбувається під час світлової стадії фотосинтезу. Молекули хлорофілу вловлюють фотони, збуджуються іпередають власні електрони по транспортному ланцюгу, внаслідок чого відбувається запасання енергії у вигляді молекул АТФ. Паралельно протікає фотоліз — розкладаннямолекул води на Гідроген та Оксиген, унаслідок чого молекули хлорофілу отримуютьвтрачені електрони, а протони використовуються для подальшого біологічного синтезу.Побічним результатом фотолізу є виділення Оксигену. Темнова стадія фотосинтезу —це синтез глюкози, який відбувається за рахунок енергії, що накопичилась під час світлової стадії.

1. У чому полягає біосферна функція фотосинтезу? 2. Які пігменти необхідні для здійснення фотосинтезу? 3. Що собою являють фотосистеми? 4. Навіщо потрібен фотоліз води? 5. Чим завершується темнова стадія фотосинтезу?

• Чому швидкість хімічних реакцій, які відбуваються під час світлової фазифотосинтезу, майже не залежить від температури середовища, а темнової — залежить?

• Чому рослина вдень вивільняє Оксиген, а вночі — поглинає його?

 

Це матеріал з підручника Біологія 9 клас Межжерін

 






^