Фотосинтез. Хемосинтез

Фотосинтез – это образование клетками высших растений, водорослей и некоторыми бактериями органических веществ из воды и углекислого газа при участии энергии света. С помощью хлорофилла содержащегося в хлоропластах и хроматофорах , они осуществляют преобразование световой энергии в энергию химических связей.

Различают световую и темновую фазу фотосинтеза. В световую фазу реакции происходят в мембранах хлоропластов на свету. Кванты света – взаимодействуют с молекулами хлорофилла, переводя некоторые его электроны со стабильного энергетического уровня на более высокий. Возбужденные светом электроны способны отрываться от молекул хлорофилла и попадать на молекулы веществ – переносчиков электронов. Перемещаясь по замкнутой цепи сложных органических соединений, электроны возвращаются на свой основной уровень, но отдав энергию, расходующуюся на синтез АТФ. АТФ синтезируется с использованием энергии света из АДФ и фосфата без участия кислорода. Это очень эффективный процесс: в хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях тех же растений с участием кислорода.

Одновременно происходит фотолиз воды – процесс разложения воды под влиянием света. В клетках листа и в межклетниках всегда есть некоторое количество ионов Н и ОН , образующихся в результате диссоциации воды, происходящей под влиянием света. Некоторые возвращающиеся на свой стабильный уровень электроны захватываются ионами водорода и превращаются в атомы. Атомы водорода присоединяются к находящемуся в клетке органическому веществу НАДФ, переводя его в восстановленное состояние НАДФ Н2.

Таким образом, синтез АТФ, фотолиз воды и восстановление НАДФ до НАДФ Н2 составляют световую фазу процесса фотосинтеза. Энергия квантов света превращается в химическую энергию макроэргических связей АТФ и НАДФ Н2. Таким путем накапливается энергия, необходимая для процессов, происходящих в темновой фазе фотосинтеза. В комплексе химических реакций темновой фазы, для течения которой свет не нужен, ключевое место занимает процесс карбоксилирования диоксида углерода и образование органических веществ, происходящее за счет энергии, накопленной в химических связях АТФ и НАДФ Н2 в световой фазе.

Восстановленные молекулы НАДФ Н2 участвуют в карбоксилировании СО 2, соединяясь с водородом, образует карбоксильные группы СООН. Из них получается первичное органическое вещество. Все эти ферментативные процессы завершаются получением ФГК, которая восстанавливается, присоединяя атомы водорода, в ФГА. При участии ферментов ФГА образует глюкозу, превращающуюся в первичный крахмал.

Некоторые бактерии, лишенные хлорофилла, тоже способны к синтезу органических соединений, при этом они используют энергию, извлеченную в ходе химических реакций, окисления неорганических веществ, идущих с выделением тепла. Преобразование энергии химических реакций в химическую энергию синтезируемых органических соединений называется хемосинтезом. К группе автотрофов – хемосинтетиков относятся нитрифицирующие бактерии, аммонифицирующие бактерии, серобактерии. Фиксируя атмосферный кислород, переводя нерастворимые минералы в форму, пригодную для усвоения растениями, хемосинтезирующие бактерии играют важную роль в круговороте веществ в природе.

Литература:2, т.1, с.307-312

Контрольные вопросы:

1Что называют пластическим обменом в клетке?

2 Что такое диссимиляция?

3 Охарактеризуйте световую и темновую фазы фотосинтеза.

4 Что такое хемосинтез?

5 Дайте определение ассимиляции.