Фотосинтез
Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды за счёт энергии света. Он происходит в хлоропластах зелёных растений, водорослей и некоторых бактерий и включает световую и темновую фазы.
Общая характеристика фотосинтеза
Фотосинтез относится к пластическому обмену: из неорганических веществ образуются органические. Для процесса необходимы свет, вода, углекислый газ, фотосинтетические пигменты и ферменты. У растений фотосинтез протекает в хлоропластах. Хлорофилл поглощает главным образом красный и сине-фиолетовый свет, а зелёный отражает, поэтому листья кажутся зелёными.
Фотосинтез — синтез органических веществ из углекислого газа и воды с использованием энергии света; у растений процесс сопровождается выделением кислорода.
Уравнение показывает общий результат, но не раскрывает последовательность реакций. Кислород, выделяющийся при фотосинтезе, образуется из воды, а не из углекислого газа. Углерод углекислого газа входит в состав глюкозы. Синтез глюкозы требует энергии, которая временно запасается в АТФ.
Световая фаза
Световая фаза проходит на мембранах тилакоидов. Её реакции непосредственно зависят от света. Поглощённая хлорофиллом энергия возбуждает электроны. Электроны передаются по цепи переносчиков, а их энергия используется для синтеза АТФ. Одновременно образуется восстановленный переносчик НАДФ·Н, который передаёт энергию и водород темновой фазе.
В световой фазе образуются АТФ и НАДФ·Н, необходимые для синтеза органических веществ, а кислород выделяется в окружающую среду. Световая фаза идёт на мембранах тилакоидов.
Темновая фаза и цикл фиксации углерода
Темновая фаза проходит в строме хлоропласта. Её называют светонезависимой, потому что реакции не требуют непосредственного поглощения фотонов. Однако полностью без света фотосинтез обычно невозможен: темновая фаза использует АТФ и НАДФ·Н, образованные на свету.
Цикл фиксации углерода — последовательность ферментативных реакций стромы хлоропласта, в которых углекислый газ превращается в органические соединения с использованием АТФ и НАДФ·Н.
Условия, значение и факторы интенсивности
Интенсивность фотосинтеза зависит от освещённости, концентрации углекислого газа, температуры, воды и минерального питания. При увеличении освещённости она сначала возрастает, но затем достигает насыщения. Слишком высокая температура повреждает ферменты, а недостаток воды приводит к закрыванию устьиц и уменьшению поступления углекислого газа.
| Фактор | При недостатке | При избытке или превышении оптимума |
|---|---|---|
| Свет | Снижается образование АТФ и НАДФ·Н | После насыщения дальнейшее усиление почти не увеличивает скорость; сильный свет повреждает пигменты |
| Углекислый газ | Замедляется фиксация углерода | Достигается насыщение; слишком высокая концентрация вредна для клеток |
| Температура | Ферментативные реакции идут медленно | Ферменты денатурируют, фотосинтез снижается |
| Вода | Закрываются устьица, уменьшается поступление \(\mathrm{CO}_2\) | Избыток сам по себе не компенсирует недостаток света или углекислого газа |
| Минеральное питание | Нарушается образование хлорофилла и ферментов | Чрезмерное содержание солей повреждает клетки |
Растение получает достаточно воды и углекислого газа, но его поместили в темноту. Определите, какие изменения произойдут с фотосинтезом и выделением кислорода.
Следовательно, в темноте фотосинтез быстро прекращает нормальное течение. Небольшое продолжение отдельных реакций возможно за счёт уже накопленных АТФ и НАДФ·Н, но устойчивый процесс без света невозможен.
1. Нельзя говорить, что кислород фотосинтеза образуется из \(\mathrm{CO}_2\): его источник — вода. 2. Темновая фаза не означает обязательную работу в полной темноте; она не использует свет непосредственно, но зависит от продуктов световой фазы. 3. АТФ образуется и при фотосинтезе, и при клеточном дыхании, но в фотосинтезе АТФ световой фазы расходуется в темновой фазе. 4. Фотосинтез и гликолиз — разные процессы: гликолиз расщепляет глюкозу, а фотосинтез синтезирует органические вещества.
Главное
- Фотосинтез — образование органических веществ из углекислого газа и воды с использованием энергии света.
- Световая фаза идёт на мембранах тилакоидов; в ней образуются АТФ, НАДФ·Н и кислород при фотолизе воды.
- Темновая фаза идёт в строме; она использует АТФ и НАДФ·Н для фиксации углекислого газа и синтеза углеводов.
- Основные факторы процесса — свет, концентрация углекислого газа, температура, вода и минеральное питание.
- Фотосинтез обеспечивает пищевые цепи, накопление энергии, выделение кислорода и уменьшение содержания углекислого газа в атмосфере.