Фотосинтез – это процесс, при котором энергия солнечного света превращается в химическую энергию. В самом общем виде это можно представить следующим образом: квант света (hv) поглощается хлорофиллом, молекула которого переходит в возбужденное состояние, при этом электрон переходит на более высокий энергетический уровень. В клетках фотоавтотрофов в процессе эволюции выработался механизм, при котором энергия электрона, возвращающегося на основной энергетический уровень, превращается в химическую энергию.
В процессе фотосинтеза из простых неорганических соединений (СО2, Н2О) строятся различные органические вещества. В результате происходит перестройка химических связей: вместо связей С–О и Н–О возникают связи С–С и С–Н, в которых электроны занимают более высокий энергетический уровень. Таким образом, богатые энергией органические вещества, которыми питаются и за счет которых получают энергию (в процессе дыхания) животные и человек, первоначально создаются в зеленом листе. Можно сказать, что практически вся живая материя на Земле является результатом фотосинтетической деятельности.
Почти весь кислород атмосферы фотосинтетического происхождения. Процессы дыхания и горения стали возможны только после того, как возник фотосинтез. Возникли аэробные организмы, способные усваивать кислород. На поверхности Земли процессы приняли биогеохимический характер, произошло окисление соединений железа, серы, марганца. Изменился состав атмосферы: содержание СО2 и аммиака снизилось, а кислорода и азота возросло. Возникновение озонового экрана, который задерживает опасную для живых организмов ультрафиолетовую радиацию, также является следствием появления кислорода.
Фазы фотосинтеза. Опишите процессы, происходящие в световой и темновой фазе (локализация, исходные вещества, продукты реакции).
То есть фотосинтез включает преобразование энергии (явление, получившее название светового процесса) и превращение вещества (темновой процесс). Световой процесс происходит в тилакоидах, темновой – в строме хлоропластов. Два процесса фотосинтеза выражаются отдельными уравнениями:
12Н2О =12Н2 + 6О2 + энергия АТФ (световой процесс).
Из этого уравнения видно, что кислород, выделяемый при фотосинтезе, образуется при разложении молекул воды. Кроме того, световая энергия используется на синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) в ходе фотофосфорилирования.
6СО2 + 12Н2 + энергия АТФ = С6Н12О6 + Н2О (темновой процесс)
В темновых реакциях используются продукты, накопленные в световой фазе. Суть темновых реакций сводится к фиксации СО2 и включению его в молекулу сахара. Этот процесс получил название цикла Кальвина по имени американского биохимика, подробно изучившего последовательность темновых реакций. Использование воды в качестве источника водорода для синтеза органических молекул дало растениям в процессе эволюции большое преимущество в силу повсеместного ее присутствия (вода является самым распространенным минералом на Земле).
Поскольку весь кислород фотосинтеза выделяется из воды, итоговое уравнение принимает вид:
6СО2 + 12Н2О + hv = С6Н12О6 + 6О2 + 6Н2О
Вода в правой части уравнения не подлежит сокращению, так как ее кислород имеет иное происхождение (из СО2). Следовательно, фотосинтез – это окислительно-восстановительный процесс, в котором вода окисляется до молекуляргого кислорода (О2), а углекислый газ восстанавливается водородом воды до углеводов.
По завершении каждого цикла образуется конечный продукт: одна молекула сахара, который ложится в основу первичного органического вещества, образующегося при фотосинтезе.
79.Опишите влияние факторов внешней среды на фотосинтез (влажность, температура, содержание О2 и СО2 в атмосфере).
Водообмен. Укажите типы растений по способности регулировать объем воды в организме. Опишите процессы дальнего и ближнего транспорта (тип участвующей ткани, симпластический и апопластический транспорт).
