Фотосинтез в природе

Фотосинтез — это один из ключевых процессов пластического обмена, в ходе которого происходит образование органических веществ с использованием энергии света. Растения и цианобактерии, используя энергию солнца, синтезируют органические соединения и накапливают ее в виде энергии химических связей.

В процессе фотосинтеза углекислый газ и вода преобразуются в сахар (глюкозу). В результате солнечная энергия превращается в химическую, и выделяется кислород. Все запасы горючих полезных ископаемых на нашей планете образовались из остатков растений.

Живой организм представляет собой сложную систему, в которой непрерывно протекают разнообразные процессы. В ходе жизнедеятельности клетки накапливают питательные вещества, растут, делятся и выполняют свои функции. При этом происходит активный синтез органических соединений, сопровождающийся расходом энергии.


Особенно активно синтез протекает в период роста организма. Для осуществления процессов биосинтеза необходимо не только наличие энергии, но и материал, из которого организм создает свои органические соединения. Одним из самых важных элементов для всех живых организмов является углерод.

В зависимости от способа получения углерода, все организмы делятся на две группы: автотрофы и гетеротрофы.

К автотрофам относятся организмы, способные самостоятельно синтезировать необходимые органические соединения из углекислого газа. Они делают это с помощью энергии света (растения и цианобактерии) или энергии, выделяющейся при окислении неорганических соединений (серобактерии и железобактерии).

Гетеротрофы, напротив, используют готовые органические вещества как источник углерода и энергии. К ним относятся все животные, грибы и большинство бактерий.

Все реакции фотосинтеза протекают:
- у высших растений — в хлоропластах;
- у водорослей — в хроматофорах;
- у цианобактерий — на впячиваниях клеточной мембраны.

В светлое время суток, под воздействием света, молекулы хлорофилла поглощают фотоны и переходят в нестабильное возбуждённое состояние. Стремясь вернуться в исходное состояние, они отдают избыточную энергию, которая частично превращается в тепловую. Другая часть этой энергии запасается в виде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), что необходимо для процессов, протекающих в темное время суток.

Под действием света происходит фотолиз (распад) воды. В водном растворе всегда присутствуют ионы водорода (Н+) и гидроксид-ионы (ОН). Часть избыточной энергии возбуждённых молекул хлорофилла расходуется на превращение ионов Н+ в атомы водорода, которые активно соединяются со сложными органическими веществами.

Оставшиеся ионы ОН- отдают свои электроны молекулам хлорофилла, превращаются в свободные радикалы и взаимодействуют друг с другом, образуя воду и молекулярный кислород.

Кислород, образующийся во время световой фазы, является побочным продуктом фотосинтеза.

В темное время суток происходит связывание углекислого газа и использование атомов углерода для синтеза глюкозы. Атомы водорода, необходимые для этой реакции, доставляются молекулами-переносчиками, которые присоединили водород во время световой фазы. Энергия же предоставляется молекулами АТФ.