Квант света, падающий на лист, поглощается молекулой хлорофилла. В результате этого молекула на очень короткое время переходит в возбужденное состояние: один из электронов молекулы хлорофилла (е) получает избыток энергии. Возбужденный электрон перемещается по цепи сложных органических соединений, теряя энергию, которая расходуется на синтез АТФ из АДФ и фосфата. Этот процесс очень эффективен, и в хлоропласте образуется АТФ приблизительно в 30 раз больше, чем в митохондриях тех же растений. Потеряв избыток энергии, электрон возвращается к молекуле хлорофилла, которая теперь способна захватить новый квант света.
Так как описываемые реакции происходят в водных растворах, то значительная часть возбужденных электронов захватывается продуктами диссоциации Н20 — ионами Н+. Ион водорода получает избыток энергии и связывается со специальными молекулами-переносчиками. Освободившиеся ионы гидроксила ОН- взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуются вода и молекулярный кислород:
40Н- → 2Н2О + О2
В этом случае к молекуле хлорофилла возвращается электрон гидроксила.
Процесс разложения воды под действием энергии солнечного света получил названиефотолиза. Таким образом, кислород, который выделяется в процессе фотосинтеза в атмосферу, образуется в результате фотолиза.
Т.о., энергия солнечного излучения порождает 3 процесса:
1.Образование молекулярного кислорода в результате разложения воды
2.Синтез АТФ
3.Образование атомарного водорода.
На этом световая фаза заканчивается, и дальнейшие процессы фотосинтеза могут идти и без солнечного освещения.
Во время световой фазы образуются богатые энергией молекулы и ионы водорода, необходимые для темновой фазы фотосинтеза.
Темновая фаза фотосинтеза.
Дальнейшие реакции фотосинтеза связаны с образованием углеводов. Они протекают как на свету, так и в темноте и называются темновойфазой.Темновая фаза также протекает в пластидах. В процессе реакций этой фазы происходит захват специальным веществом молекул углекислого газа (СО2) из внешней среды. Путем целого ряда последовательных биохимических превращений из углекислого газа и водорода образуется шестиуглеродный сахар — глюкоза и воспроизводится вещество, способное снова захватывать СО2.
В процессе темновой фазы поглощается углекислый газ и синтезируется глюкоза. Реакции темновой фазы обеспечиваются энергией, запасенной во время световой фазы.
Фотосинтез очень продуктивен, но хлоропласты листа захватывают для участия в этом процессе всего 1 квант света из 10000. Тем не менее этого достаточно для того, чтобы зеленое растение могло синтезировать 1 г глюкозы в час с поверхности листьев площадью 1 м2. Т.о.летом за сутки 1 кв.м листвы вырабатывает 15-16горгнических веществ. Повысить эффективность фотосинтеза можно вследствии улучшения освещаемости, водоснабжения растений и др.условий.
| Параметры сравнения | Световая фаза | Темновая фаза |
| 1. Место реакций в хлоропластах | Тилакоиды гран уплощенный мешочек, образованный мембранами, содержащими молекулы хлорофилла, белки цепи переноса электронов и особые ферменты - АТФ-синтетаз | строма – область внутри хлоропласта, окружающая тилакоиды. |
| 2. Условие | Свет | Свет не обязателен |
| 3. Исходные вещества. Что необходимо? | Вода, хлорофилл | Углекислый газ, АТФ, атомарный водород |
| 4. Продукты реакций | АТФ, кислород, атомарный водород | Углеводы, вода. |
| 5. Источник энергии | Энергия солнца | Энергия АТФ |
| 6. Уравнения реакций | H2O––>H+ + OH– 4OH––>2H2O + O2 + 4е | 24H + 6CO2 ––> C6H12O6 + 6H2O |
Значение фотосинтеза.
1. Образуется кислород, необходимый для дыхания живых организмов.
2. Фотосинтез обеспечивает производство органических веществ.
3. Способствует снижению концентрации углекислого газа в атмосфере.
Хемосинтез.
Многие виды бактерий, способные синтезировать необходимые им органические соединения из неорганических за счет энергии химических реакций окисления, происходящих в клетке, относятся к хемотрофам. Захватываемые бактерией вещества окисляются, а образующаяся энергия используется на синтез сложных органических молекул из С02 и Н20. Этот процесс носит название хемосинтеза.
Т.е. преобразование энергии химических реакций в химическую энергию синтезируемых оранических соединений называют хемосинтезом.
Важнейшую группу хемосинтезирующих организмов представляют собой азотофиксирующие и нитрифицирующие бактерии. Исследуя их, С. Н. Виноградский
в 1887 г. открыл процесс хемосинтеза.
Эти бактерии, обитая в почве, окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты:
2NH3 + 3О2 = 2HN02 + 2Н2О + энергия 653,5 кДж.
Затем бактерии других видов этой группы окисляют азотистую кислоту до азотной:
2HNO2 + О2 = 2HNО3 +энергия 151,1 кДж.
Взаимодействуя с минеральными веществами почвы, азотистая и азотная кислоты образуют соли, которые являются важнейшими компонентами минерального питания высших растений.
Под действием других видов бактерий в почве происходит образование фосфатов, также используемых высшими растениями.
Хемосинтез также свойствен для железобактерий и серобактерий. Первые из них используют энергию, освобождающуюся при окислении двухвалентного железа в трехвалентное; вторые окисляют сероводород до серной кислоты.
Роль названных микроорганизмов очень велика, особенно азотофиксирующих бактерий. Они имеют важное значение для повышения урожайности, т.к. в результате жизнедеятельности этих бактерия азот (N2), находящийся в воздухе, недоступный для усвоения растениями, превращается в аммиак (NH3), который хорошо ими усваивается. Хемосинтезирующие бактерии играют очень важную роль в биосфере, обеспечивая круговорот азота, серы.
Итак, хемотрофы, как и все автотрофные организмы (автотрофы - организмы, осуществляющие питание, т.е. получающие энергию, за счет неорганических соединений), самостоятельно синтезируют необходимые органические вещества. От фототрофных зеленых растений их отличает полная независимость от солнечного света как источника энергии.
Значение хемосинтеза.
1.Разрушение горных пород.
2.Очищение сточных вод.
3.Участие в круговороте веществ.
4.Участие в образовании полезных ископаемых.