Какие пигменты участвуют в фотосинтезе

Характеристики и основные типы фотосинтетических пигментов / биология

Какие пигменты участвуют в фотосинтезе

фотосинтетические пигменты они представляют собой химические соединения, которые поглощают и отражают определенные длины волн видимого света, что делает их выглядящими «красочными». Различные типы растений, водорослей и цианобактерий имеют фотосинтетические пигменты, которые поглощают на разных длинах волн и генерируют разные цвета, в основном зеленый, желтый и красный.

Эти пигменты необходимы для некоторых автотрофных организмов, таких как растения, потому что они помогают им использовать широкий диапазон длин волн для производства пищи в процессе фотосинтеза. Поскольку каждый пигмент реагирует только с некоторыми длинами волн, существуют разные пигменты, которые позволяют захватывать большее количество света (фотонов).

индекс

  • 1 Характеристики
  • 2 типа фотосинтетических пигментов
    • 2.1 Хлорофиллы
    • 2.2 Каротиноиды
    • 2,3 Phycobilins 
  • 3 Ссылки

черты

Как указано выше, фотосинтетические пигменты представляют собой химические элементы, которые отвечают за поглощение необходимого света, чтобы можно было генерировать процесс фотосинтеза. Посредством фотосинтеза энергия Солнца преобразуется в химическую энергию и сахара.

Солнечный свет состоит из различных длин волн, которые имеют разные цвета и уровни энергии. Не все длины волн одинаково используются в фотосинтезе, поэтому существуют разные типы фотосинтетических пигментов.

Фотосинтетические организмы содержат пигменты, которые поглощают только длины волн видимого света и отражают другие. Множество длин волн, поглощаемых пигментом, является его спектром поглощения..

Пигмент поглощает определенные длины волн, а те, которые не поглощают, отражают их; цвет – это просто свет, отраженный пигментами. Например, растения выглядят зелеными, потому что они содержат много молекул хлорофилла А и В, которые отражают зеленый свет.

Типы фотосинтетических пигментов

Фотосинтетические пигменты можно разделить на три типа: хлорофиллы, каротиноиды и фикобилины.

хлорофиллы

Хлорофиллы – это зеленые фотосинтетические пигменты, содержащие в своем составе порфириновое кольцо. Они являются стабильными кольцевыми молекулами, вокруг которых электроны могут свободно мигрировать.

Поскольку электроны движутся свободно, кольцо может легко приобретать или терять электроны и, следовательно, может предоставлять заряженные электроны другим молекулам. Это фундаментальный процесс, с помощью которого хлорофилл “захватывает” энергию солнечного света.

Типы хлорофиллов

Существует несколько типов хлорофилла: a, b, c, d и e. Из них только два обнаружены в хлоропластах высших растений: хлорофилл а и хлорофилл б. Наиболее важным является хлорофилл “а”, так как он присутствует в растениях, водорослях и фотосинтезирующих цианобактериях..

Хлорофилл “а” делает возможным фотосинтез, потому что он передает свои активированные электроны другим молекулам, которые будут производить сахара.

Второй тип хлорофилла – это хлорофилл “b”, который встречается только в так называемых зеленых водорослях и растениях. С другой стороны, хлорофилл “с” обнаружен только в фотосинтетических членах хромистической группы, как в динофлагеллятах.

Различия между хлорофиллами этих основных групп были одним из первых признаков того, что они не так тесно связаны, как считалось ранее.

Количество хлорофилла “b” составляет около четверти от общего содержания хлорофилла. Со своей стороны, хлорофилл «а» встречается во всех фотосинтезирующих растениях, поэтому его называют универсальным фотосинтетическим пигментом. Они также называют его первичным фотосинтетическим пигментом, потому что он выполняет первичную реакцию фотосинтеза.

Из всех пигментов, которые участвуют в фотосинтезе, хлорофилл играет фундаментальную роль. По этой причине остальные фотосинтетические пигменты известны как вспомогательные пигменты..

Использование вспомогательных пигментов позволяет поглощать более широкий диапазон длин волн и, следовательно, захватывать больше энергии от солнечного света.

каротиноиды

Каротиноиды являются еще одной важной группой фотосинтетических пигментов. Они поглощают фиолетовый и сине-зеленый свет.

Каротиноиды обеспечивают яркие цвета, которые присутствуют в плодах; например, красный помидор обусловлен присутствием ликопена, желтый цвет семян кукурузы вызван зеаксантином, а апельсин кожуры апельсина – бета-каротином.

Все эти каротиноиды важны для привлечения животных и способствуют рассеянию семян растения.

Как и все фотосинтетические пигменты, каротиноиды помогают улавливать свет, но также играют другую важную роль: удаляют избыточную энергию от Солнца..

Таким образом, если лист получает большое количество энергии, и эта энергия не используется, этот избыток может повредить молекулы фотосинтетического комплекса. Каротиноиды участвуют в поглощении избыточной энергии и помогают рассеивать ее в виде тепла.

Каротиноиды обычно представляют собой красные, оранжевые или желтые пигменты и включают в себя хорошо известное соединение каротина, которое придает цвет моркови. Эти соединения образованы двумя маленькими кольцами из шести атомов углерода, соединенными «цепочкой» атомов углерода..

В результате своей молекулярной структуры они не растворяются в воде, а вместо этого связываются с мембранами внутри клетки.

Каротиноиды не могут напрямую использовать энергию света для фотосинтеза, но должны передавать поглощенную энергию хлорофиллу. По этой причине они считаются вспомогательными пигментами. Другим примером хорошо видимого вспомогательного пигмента является фукоксантин, который придает водорослям и диатомовым водорослям коричневый цвет..

Каротиноиды можно разделить на две группы: каротиноиды и ксантофиллы.

каротины

Каротины – это органические соединения, широко распространенные в виде пигментов в растениях и животных. Его общая формула C40H56 и не содержит кислорода. Эти пигменты являются ненасыщенными углеводородами; то есть они имеют много двойных связей и принадлежат к серии изопреноидов.

У растений каротины придают желтый, оранжевый или красный цвета цветам (календулы), плодам (тыквы) и корням (моркови). У животных они видны в жирах (сливочное масло), яичных желтках, перьях (канарейка) и скорлупе (омары).

Наиболее распространенным каротином является β-каротин, который является предшественником витамина А и считается очень важным для животных..

ксантофиллы

Ксантофиллы – это желтые пигменты, молекулярная структура которых аналогична каротиноидам, но с той разницей, что они содержат атомы кислорода. Некоторые примеры: C40H56O (криптоксантин), C40H56O2 (лютеин, зеаксантин) и C40H56O6, который является характерным фукоксантином бурых водорослей, упомянутых выше.

В целом, каротиноиды имеют более оранжевый цвет, чем ксантофиллы. Как каротиноиды, так и ксантофиллы растворимы в органических растворителях, таких как хлороформ, этиловый эфир и другие. Каротины более растворимы в сероуглероде по сравнению с ксантофиллами.

Функции каротиноидов

– Каротиноиды действуют как вспомогательные пигменты. Поглощают лучистую энергию в средней области видимого спектра и передают ее хлорофиллу.

– Они защищают компоненты хлоропласта от кислорода, образующегося и выделяющегося при фотолизе воды. Каротиноиды собирают этот кислород через свои двойные связи и изменяют свою молекулярную структуру до состояния с меньшей энергией (безвредно).

– Возбужденное состояние хлорофилла реагирует с молекулярным кислородом, образуя крайне разрушительное состояние кислорода, называемое синглетным кислородом. Каротиноиды предотвращают это, отключая состояние возбуждения хлорофилла.

– Три ксантофилла (виолоксантин, антероксантин и зеаксантин) участвуют в рассеивании избыточной энергии, превращая ее в тепло.

– Из-за своего цвета каротиноиды делают цветы и фрукты видимыми для опыления и рассеивания животными.

фикобилины 

Фикобилины представляют собой пигменты, растворимые в воде, и, следовательно, они находятся в цитоплазме или строме хлоропласта. Встречаются только у цианобактерий и красных водорослей (Rhodophyta).

Фикобилины важны не только для организмов, которые используют их для поглощения энергии света, но они также используются в качестве инструментов исследования.

При воздействии интенсивных световых соединений, таких как пикоцианин и фикоэритрин, они поглощают энергию света и выделяют ее, излучая флуоресценцию в очень узком диапазоне длин волн..

Свет, производимый этой флуоресценцией, настолько отличителен и надежен, что фикобилины могут быть использованы в качестве химических «меток». Эти методы широко используются в исследованиях рака для «маркировки» опухолевых клеток..

ссылки

  1. Бьянки Т. и Канюэль Е. (2011). Химические биомаркеры в водных экосистемах (1-е изд.). Издательство Принстонского университета.
  2. Эверт Р. и Айххорн С. (2013). Воронья биология растений (8-е изд.). У. Х. Фриман и издатели компании.
  3. Голдберг Д. (2010). Биология А.П. Баррона (3-е изд.). Образовательная серия Баррона, Inc.
  4. Нобель Д. (2009). Физико-химическая и экологическая физиология растений (4-е изд.). Elsevier Inc.
  5. Фотосинтетические пигменты. Получено от: ucmp.berkeley.edu
  6. Ренгер Г. (2008). Первичные процессы фотосинтеза: принципы и аппаратура (IL ed.) RSC Publishing.
  7. Соломон Э., Берг Л. и Мартин Д. (2004). биология (7-е изд.) Cengage Learning.

Источник: https://ru.thpanorama.com/articles/biologa/pigmentos-fotosintticos-caractersticas-y-tipos-principales.html

Фотосинтез

Какие пигменты участвуют в фотосинтезе

По типу питания живые организмы делятся на автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы. Автотрофы (греч. αὐτός — сам + τροφ – пища) – организмы, которые самостоятельно способны синтезировать органические вещества из неорганических. Гетеротрофы (греч. ἕτερος – иной + τροφή – пища) – организмы, использующие для питания готовые органические вещества.

Наконец, миксотрофы (греч. μῖξις – смешение + τροφή – пища) – организмы, которые могут использовать как гетеротрофный, так и автотрофный способ питания. К примеру, эвглена зеленая на свету начинает фотосинтезировать, а в темноте питается гетеротрофно.

Фотосинтез (греч. φῶς – свет и σύνθεσις – синтез) – сложный химический процесс преобразования энергии квантов света в энергию химических связей. В результате фотосинтеза происходит синтез органических веществ из неорганических.

Этот процесс уникален и происходит только в растительных клетках, а также у некоторых бактерий. Фотосинтез осуществляется при участии хлорофилла (греч. χλωρός – зелёный и φύλλον – лист) – зеленого пигмента, окрашивающего органы растений в зеленый цвет. Существуют и другие вспомогательные пигменты, которые вместе с хлорофиллом выполняют светособирающую или светозащитную функции.

Ниже вы увидите сравнение строения хлорофилла и гемоглобина. Обратите внимание, что в центре молекулы хлорофилла находится ион Mg.

В высшей степени гениально значение процесса фотосинтеза подчеркнул русский ученый К.А.

Тимирязев: “Все органические вещества, как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли от веществ, выработанных листом.

Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь из вещества неорганического”

Более подробно мы обсудим значение фотосинтеза в завершение этой статьи. Фотосинтез состоит из двух фаз: светозависимой (световой) и светонезависимой (темновой). Я рекомендую использовать названия светозависимая и светонезависимая, так как они способствуют более глубокому (и правильному!) пониманию фотосинтеза.

Светозависимая фаза (световая)

Эта фаза происходит только на свету на мембранах тилакоидов в хлоропластах. В ней принимают участие различные ферменты, белки-переносчики, молекулы АТФ-синтетазы и зеленый пигмент хлорофилл.

Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачи энергии. При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон, переходя в возбужденное состояние. С помощью переносчиков электроны скапливаются с наружной поверхности мембраны тилакоидов, тем временем внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света):

H2O –> H+ + OH-

Гидроксид-ионы отдают лишний электрон, превращаясь в реакционно способные радикалы OH, которые собираются вместе и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который в дальнейшем удаляется в ходе газообмена).

4OH –> 2H2O + O2↑

Образовавшиеся при фотолизе воды протоны (H+) скапливаются с внутренней стороны мембраны тилакоидов, а электроны – с внешней. В результате по обе стороны мембраны накапливаются противоположные заряды.

При достижении критической разницы, часть протонов проталкивается на внешнюю сторону мембраны через канал АТФ-синтетазы. В результате этого выделяется энергия, которая может быть использована для фосфорилирования молекул АДФ:

Протоны, попав на поверхность мембраны тилакоидов, соединяются с электронами и образуют атомарный водород, который используется для восстановления молекулы-переносчика НАДФ (никотинамиддинуклеотидфосфат). Благодаря этому окисленная форма – НАФД+ превращается в восстановленную – НАДФ∗H2.

Предлагаю создать квинтэссенцию из полученных нами знаний. Итак, в результате светозависимой фазы фотосинтеза образуются:

  • Свободный кислород O2 – в результате фотолиза воды
  • АТФ – универсальный источник энергии
  • НАДФ∗H2 – форма запасания атомов водорода

Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению. АТФ и НАДФ∗H2 в дальнейшем оказываются более полезны: они транспортируются в строму хлоропласта и принимают участие в светонезависимой фазе фотосинтеза.

Светонезависимая (темновая) фаза

Светонезависимая фаза происходит в строме (матриксе) хлоропласта постоянно: и днем, и ночью – вне зависимости от освещения.

При участии АТФ и НАДФ∗H2 происходит восстановление CO2 до глюкозы C6H12O6. В светонезависимой фазе происходит цикл Кальвина, в ходе которого и образуется глюкоза. Для образования одной молекулы глюкозы требуется 6 молекул CO2, 12 НАДФ∗H2 и 18 АТФ.

Таким образом, в результате темновой (светонезависимой) фазы фотосинтеза образуется глюкоза, которая в дальнейшем может быть преобразована в крахмал, служащий для запасания питательных веществ у растений.

Значение фотосинтеза

Значение фотосинтеза невозможно переоценить. Уверенно утверждаю: именно благодаря этому процессу жизнь на Земле приобрела такие чудесные и изумительные формы, какие мы видим вокруг себя: удивительные растения, прекрасные цветы и самые разнообразные животные.

В разделе эволюции мы уже обсуждали, что изначально в составе атмосферы Земли не было кислорода: миллиарды лет назад его начали вырабатывать первые фотосинтезирующие бактерии – сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Постепенно кислород накапливался, и со временем на Земле стало возможно аэробное (кислородное) дыхание. Возник озоновый слой, защищающий все живое на нашей планете от губительного ультрафиолета.

Говоря о роли фотосинтеза, выделим следующие функции, объединяющиеся в так называемую космическую роль растений.

Итак, растения за счет фотосинтеза:

  • Синтезируют органические вещества, являющиеся пищей для всего живого на планете
  • Преобразуют энергию света в энергию химических связей, создают органическую массу
  • Растения поддерживают определенный процент содержания O2 в атмосфере, очищают ее от избытка CO2
  • Способствуют образованию защитного озонового экрана, поглощающего губительное для жизни ультрафиолетовое излучение

Хемосинтез (греч. chemeia – химия + synthesis – синтез)

Хемосинтез – автотрофный тип питания, который характерен для некоторых микроорганизмов, способных создавать органические вещества из неорганических. Это осуществляется за счет энергии, получаемой при окислении других неорганических соединений (железо- , азото-, серосодержащих веществ).

Хемосинтез был открыт русским микробиологом С.Н. Виноградским в 1888 году. Большинство хемосинтезирующих бактерий относится к аэробам, для жизни им необходим кислород.

При окислении неорганических веществ выделяется энергия, которую организмы запасают в виде энергии химических связей. Так нитрифицирующие бактерии последовательно окисляют аммиак до нитрита, а затем – нитрата. Нитраты могут быть усвоены растениями и служат удобрением.

Помимо нитрифицирующих бактерий, встречаются:

  • Серобактерии – окисляют H2S –> S 0 –> (S+4O3)2- –> (S+6O4)2-
  • Железобактерии – окисляют Fe+2 –>Fe+3
  • Водородные бактерии – окисляют H2 –> H+12O
  • Карбоксидобактерии – окисляют CO до CO2

Значение хемосинтеза

Хемосинтезирующие бактерии являются неотъемлемым звеном круговорота в природе таких элементов как: азот, сера, железо.

Нитрифицирующие бактерии обеспечивают переработку (нейтрализацию) ядовитого вещества – аммиака. Они также обогащают почву нитратами, которые очень важны для нормального роста и развития растений (это происходит за счет клубеньковых бактерий на корнях бобовых растений).

Источник: https://studarium.ru/article/124

Что такое фотосинтез? История открытия процесса, фазы фотосинтеза и его значение

Какие пигменты участвуют в фотосинтезе

В настоящее время школьники впервые знакомятся со сложными процессами фотосинтеза уже в 6 классе.

Но еще 300-400 лет назад ответ на вопрос «откуда растения берут питательные вещества для строительства своих клеток?» занимал умы ученых во всем мире.

Первым и очевидным ответом было предположение, что из земли. Однако, в далеком 1600 году фламандский ученый Ян Батист ван Гельмонт решил проверить влияние почвы на рост растений и провел уникальный в своей простоте опыт. Естествоиспытатель взял веточку ивы и бочку с почвой. Предварительно их взвесил. А затем посадил отросток ивы в бочку с почвой.

Долгие пять лет ван Гельмонт поливал молодое деревце лишь дождевой водой. А через пять лет выкопал деревце, и вновь взвесил отдельно деревце и отдельно почву. Каково же было его удивление, когда весы показали, что деревце увеличило свой вес практически в тридцать раз, и совсем не походило на тот скромный прутик, что был посажен в кадку. А вес почвы уменьшился всего на 56 граммов.

Ученый сделал вывод. что почва практически не дает строительного материала растениям, а все необходимые вещества растение получает из воды.

После ван Гельмонта различные ученые повторили его опыт, и сложилась так называемая «водная теория питания растений».

Одним из тех, кто попытался возразить этой теории был М.В. Ломоносов. И строил он свои возражения на том, что на пустых, скудных северных землях с редкими дождями растут высокие, мощные деревья. Михаил Васильевич предположил, что часть питательных веществ растения впитывают через листья, но доказать свою теорию экспериментально он не смог.

И как часто бывает в науке, помог его величество случай.

Однажды нерадивая мышь, решившая поживиться церковными запасами, случайно перевернула банку и оказалась в ловушке. И через некоторое время погибла.

К нашей удаче, эту мышь в банке обнаружил Джозеф Пристли, который был не просто священником, а по совместительству ученым-химиком, и очень интересовался химией газов и способами очистки испорченного воздуха.

И тут церковным мышам не повезло. Они стали участницами различных опытов английского ученого.

Джозеф Пристли ставил под одну банку горящую свечу, а в другую сажал мышь. Свеча тухла, грызун погибал.

В наше время его самого зоозащитники посадили бы в банку, но в далеком 1771 году ученому никто не помешал продолжить свои опыты. Пристли посадил мышь в банку, где до этого потухла свеча. Животное погибло еще быстрее.

И тогда Пристли сделал вывод, что раз все живое на Земле до сих пор не погибло, Бог (мы же помним, что Пристли был священником), придумал некий процесс, чтобы воздух вновь был пригоден для жизни. И скорее всего, основная роль в нем принадлежит растениям.

Чтобы доказать это, ученый взял воздух из банки где погибла мышь, и разделил его на две части. В одну банку он поставил мяту в горшочке. А другая банка ждала своего часа.

Через 8 дней растение не только не погибло, а даже выпустило несколько новых побегов. И он опять посадил грызунов в банки. В той, где росла мята — мышь была бодра и закусывала листиками.

А в той, где мяты не было — практически моментально лежала дохлая мышиная тушка.

Опыты Пристли вдохновили ученых, и во всем мире начали отлавливать мелких грызунов и пытаться повторить его эксперименты.

Но мы же помним, что Пристли был священником и весь день, до вечерней службы мог заниматься исследованиями.

А Карл Шееле, аптекарь из Швейцарии, экспериментировал в домашней лаборатории в свободное от работы время, т.е. по ночам, и мыши дохли у него независимо от присутствия мяты в банке.

В результате его экспериментов получалось, что растения не улучшают воздух, а делают его непригодным для жизни. И Шееле обвинил Пристли в обмане научной общественности.

Пристли не уступил, и в результате противостояния ученых было установлено, что для восстановления воздуха растениям необходим солнечный свет.

Именно эти опыты положили начало изучению фотосинтеза.

Исследование фотосинтеза стремительно продолжалось. Уже в 1782 году, спустя всего лишь 11 лет после исследований Пристли, швейцарский ботаник Жан Сенебье доказал, что органоиды растений разлагают углекислый газ в присутствии солнечного света.

И практически еще сто лет провальных и удачных экспериментов понадобилась ученым разных специальностей, чтобы в 1864 году немецкий ученый Юлиус Сакс смог доказать, что растения потребляют углекислый газ и выделяют кислород в соотношении 1:1.

Биология. 6 класс. Рабочая тетрадь № 1.

Рабочая тетрадь разработана к учебнику «Биология. 6 класс» (авт. И.Н. Пономарева, О.А. Корнилова, В.С. Кучменко), входящему в систему «Алгоритм успеха».

Содержит проблемные и тестовые задания, позволяющие учителю организовывать дифференцированную практическую работу шестиклассников, формировать основные биологические понятия, эффективно осуществлять контроль знаний, привлекая учащихся к самооценке учебной деятельности.

Купить

Значение фотосинтеза для жизни на Земле

И теперь становится понятна важность процесса фотосинтеза для жизни на земле. Именно благодаря этому сложному химическом процессу стало возможно зарождение жизни на земле и существование человека.

Кто-то может возразить, что на Земле есть места, где не растут ни деревья ни кустарники, например, пустыни или Арктические льды. Ученые доказали, что доля кислорода, выделяемого зеленой массой лесов, кустарников и трав — т. е.

растений, что обитают на поверхности суши, составляет всего около 20% газообмена, а 80% кислорода приходится на мельчайшие морские и океанские водоросли, которые потоками воздуха переносятся по всей планете, позволяя дышать животным в экстремальных, практически лишенных растительности регионах нашей удивительной планеты.

Благодаря фотосинтезу вокруг нашей планеты сформировался защитный озоновый экран, защищающий все живое на земле от космической и солнечной радиации, и живые организмы смогли выйти на сушу из глубин океана.

Подробнее о «великой кислородной революции» можно прочитать в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А.А. Каменского на портале LECTA.

К сожалению, в настоящее время кислород потребляют не только живые существа, но и промышленность. Уничтожаются тропические леса, загрязняются океаны, что приводит к снижению газообмена и увеличению дефицита кислорода.

Определение и формула фотосинтеза

Определение и формула фотосинтеза

Слово фотосинтез состоит из двух частей: фото — «свет» и синтез — «соединение», «создание». Если подходить к определению упрощенно, то фотосинтез — это превращение энергии света в энергию сложных химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов. У зеленых растений фотосинтез происходит в хлоропластах.

Схема фотосинтеза, на первый взгляд, проста:

Вода + квант света + углекислый газ → кислород + углевод

или (на языке формул):

6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2

Если копнуть поглубже и посмотреть на лист в электронный микроскоп, выяснится удивительная вещь: вода и углекислый газ ни в одной из структурных частей листа непосредственно друг с другом не взаимодействуют.

Фазы фотосинтеза

К фотосинтезу способны не только растения, но и многие одноклеточные животные благодаря специальным органоидам, которые называются хлоропласты.

Хлоропласты — это пластиды зеленого цвета фотосинтезирующих эукариот. В состав хлоропластов входят:

  1. две мембраны;
  2. стопки гранов;
  3. диски тилакоидов;
  4. строма — внутреннее вещество хлоропласта;
  5. люмен — внутреннее вещество тилакоида.

Сложный процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. Как понятно из названия, световая (светозависимая) фаза происходит с участием квантов света.

Название темновая фаза вовсе не означает, что процесс происходит в темноте. Более точное определение — светонезависимая. Т.е.

для реакций, происходящих в этой этой фазе, свет не нужен, а протекает она одновременно со световой, только в других отделах хлоропласта.

Многие делают ошибку, говоря, что в процессе фотосинтеза происходит производство растениями такого необходимого человечеству кислорода. На самом деле фотосинтез — это синтез углеводов (например, глюкозы), а кислород — лишь побочный продукт реакции.

Световая фаза фотосинтеза

Световая фаза фотосинтеза происходит на мембранах тилакоидов. Фотон света, попадая на хлорофилл, возбуждает его и происходит выделение электронов и скопление отрицательно заряженных электронов на мембране. После того, как хлорофилл потерял все свои электроны, квант света продолжает воздействовать на воду, вызывая фотолиз Н2О.

Н2О → Н+ + ОН-

Положительно заряженные протоны водорода накапливаются на внутренней мембране тилакоида.

Получается такой бутерброд: с одной стороны отрицательно заряженные электроны хлорофилла, с другой – положительно заряженные протоны водорода, а между ними – внутренняя мембрана тилакоида.

Гидроксильные ионы идут на производство кислорода:

4ОН → О2 + 2Н2О

Когда количество протонов водорода и электронов достигает максимума, запускается специальный переносчик — АТФ-синтаза. АТФ-синтаза выталкивает протоны водорода в строму, где их подхватывает специальный переносчик никотинамиддинуклеотидфосфат или сокращенно НАДФ. НАДФ — специфический переносчик протонов водорода в реакциях углеводов.

Прохождение протонов водорода через АТФ-синтазу сопровождается синтезом молекул АТФ из АДФ и фосфата или фотофосфорилированием, в отличие от окислительного фосфорилирования.

На этом световая фаза фотосинтеза заканчивается, а НАДФН+ и АТФ переходят в темновую фазу.

Повторим ключевые процессы световой фазы фотосинтеза:

  1. Фотон попадает на хлорофилл с выделением электронов.
  2. Фотолиз воды.
  3. Выделение кислорода.
  4. Накопление НАДФН+.
  5. Накопление АТФ.

У некоторых растений фотосинтез идет по упрощенному варианту, который называется «циклическое фосфорилирование» и разбирается этот процесс в учебнике «Биология 10-11 классы» под редакцией А. А. Каменского на портале LECTA.

Темновая фаза фотосинтеза

Темновая фаза фотосинтеза — совокупность ферментативных реакций, которые происходят в строме хлоропласта. Результатом таких реакций является восстановление поглощенного СО2 при помощи НАДФН+ и АТФ из световой фазы, а еще – синтез сложных органических веществ.

В настоящее время учеными открыто три различных варианта реакций, протекающих в темновую фазу фотосинтеза.

В зависимости от метаболизма, СО2 растения делят на:

  1. С3-растения — большинство сельскохозяйственных культур, произрастающих в умеренном климате, у которых в результате реакций СО2 превращается в фосфоглицериновую кислоту.
  2. С4-растения — растения тропиков и субтропиков, наиболее живучие сорняки. У этих растений в результате реакций СО2 превращается в оксалоацетат.
  3. САМ-растения — особый тип С4-фотосинтеза у растений, испытывающих дефицит влаги.

Более подробно остановимся на реакциях С3-фотосинтеза, присущих большинству растений и носящих название цикл Калвина.

Мелвин Калвин, американский химик, в 1961 году за определение последовательности реакций при усвоении СО2 был удостоен Нобелевской премии в области химии.

В ходе реакций цикла образуется глюкоза. Чтобы получилась всего лишь одну молекулу глюкозы, последовательные реакции цикла Кальвина одна за другой происходят целых шесть раз и на ее построение тратится шесть молекул СО2, восемнадцать молекул АТФ, двенадцать НАДФН+ и двадцать четыре протона.

В ходе дальнейших исследований с меченым радиоактивным углеродом было установлено, что у некоторых тропических и субтропических растений синтез углеводов идет другим путем. И в 1966 году австралийские ученые М. Хетч и К. Слэк описали С4-фотосинтез, который в их честь называется циклом Хетча-Слэка.

Главное отличие этих путей фотосинтеза в том, что у С3-растений процесс фотосинтеза протекает лишь в клетках мезофилла, а у С4-растений как в клетках мезофилла, так и в клетках обкладки сосудистых пучков.

На первый взгляд, увеличение количества реакций может показаться лишенным смысла. Однако в природе не существует ничего бессмысленного или излишнего.

И путь С4-фотосинтеза — эволюционное приспособление растений к более сухому и жаркому климату.

Произрастание в условиях ограниченного водоснабжения привело к снижению транспирации для уменьшения потерь воды, что в свою очередь привело к дефициту диоксида углерода и необходимости его концентрации в клетках обкладки.

Также существует еще один уникальный механизм фотосинтеза, характерный для суккулентов. Он носит название САМ(crassulaceae acid metabolism)— «путь фотосинтеза». Химические реакции напоминают путь метаболизма С4, однако здесь химические реакции разделены не в пространстве, а во времени. Диоксид углерода накапливается в темное время суток.

Протекание фотосинтетических реакций в таком варианте позволяет растениям осуществлять процесс фотосинтеза в условиях значительного дефицита влаги. Считается, что данный путь фотосинтеза сформировался самым последним в ходе эволюции.

Изучая пути фотосинтеза, Вы могли заметить, что в ходе эволюции вырабатываются уникальные приспособительные механизмы к различным условиям существования: от засушливых пустынь до морских глубин.

Тайны живой природы помогут открыть электронные учебники по биологии на портале LECTA.

#ADVERTISING_INSERT#

Источник: https://rosuchebnik.ru/material/fotosintez/

Ваш лекарь
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: