Фотосинтез: що це таке, короткий зміст процесу та кроки

THE фотосинтез - це фотохімічний процес, який полягає у виробництві енергії через сонячне світло та фіксації вуглецю з атмосфери.

Це можна узагальнити як процес перетворення світлової енергії в хімічну. Термін фотосинтез має як значення синтез світлом.

Процес фотосинтезу

Уявлення про процес фотосинтезу

Фотосинтез - це процес, який відбувається всередині рослинної клітини, з CO₂ (вуглекислий газ) і Н₂O (вода), як спосіб отримання глюкози.

Рослини, водорості, ціанобактерії та деякі бактерії здійснюють фотосинтез і називаються хлорофільними істотами, оскільки вони мають важливий для процесу пігмент, хлорофіл.

Фотосинтез відбувається в хлоропластах, органела присутня лише в рослинних клітинах, і там, де знаходиться пігмент хлорофіл, відповідальний за зелений колір рослин.

Пігменти можна визначити як будь-який тип речовини, здатної поглинати світло. Хлорофіл - найважливіший пігмент у рослинах для поглинання енергії фотонів під час фотосинтезу. Інші пігменти також беруть участь у процесі, такі як каротиноїди та фікобіліни.

Поглинене сонячне світло виконує дві основні функції в процесі фотосинтезу:

• Посилюють перенос електрона за допомогою сполук, які віддають і приймають електрони.
• Утворюють протонний градієнт, необхідний для синтезу АТФ (аденозинтрифосфат - енергія).

Також читайте про частини рослини.

рівняння фотосинтезу

Таким чином, ми можемо пояснити процес фотосинтезу за допомогою такої реакції:

H₂O і CO₂ - це речовини, необхідні для проведення фотосинтезу. Молекули хлорофілу поглинають сонячне світло і розщеплюють Н₂O, відпускаючи O₂ і водню. Водень приєднується до CO₂ і утворює глюкозу.

Цей процес призводить до загального рівняння фотосинтезу, яке являє собою реакцію окиснення-відновлення. H₂O віддає електрони, як водень, для зменшення CO₂ з утворенням вуглеводів у формі глюкози (С₆H₁₂О₆).

Однак процес фотосинтезу є більш детальним і проходить у два етапи, як ми побачимо нижче.

Етапи фотосинтезу

Фотосинтез поділяється на дві стадії: світлу і темну.

світлова фаза

Прозора, фотохімічна або світлова фаза, як це визначає назва, - це реакції, які відбуваються лише у присутності світла і відбуваються в ламелях тилакоїдів хлоропласту.

Поглинання сонячного світла і перенесення електронів відбувається через фотосистеми, які є наборами білки, пігменти та електронні транспортери, які утворюють структуру в тилакоїдних мембранах хлоропласт.

Існує два типи фотосистем, кожна з приблизно 300 молекулами хлорофілу:

• Фотосистема I: Містить реакційний центр P₇₀₀ і переважно поглинає світло довжиною хвилі 700 нм.
• Фотосистема II: Містить реакційний центр P₆₈₀ і поглинає світло переважно з довжиною хвилі при 680 нм.

Дві фотосистеми пов'язані ланцюгом переносу електронів і діють незалежно, але взаємодоповнюючи.

На цій фазі відбуваються два важливі процеси: фотофосфорилювання та фотоліз води.

Фотосистеми відповідають за поглинання світла та транспорт електронів за виробництво енергії

Фотофосфорилювання

Фотофосфорилювання - це в основному додавання Р (фосфору) до АДФ (аденозиндифосфату), що призводить до утворення АТФ.

У той момент, коли фотон світла захоплюється молекулами антени фотосистем, його енергія передається в реакційні центри, де знаходиться хлорофіл. Коли фотон потрапляє на хлорофіл, він отримує енергію і вивільняє електрони, які пройшли через різні акцептори та утворилися разом з Н₂O, ATP та NADPH.

Фотофосфорилювання може бути двох типів:

• ациклічне фотофосфорилювання: Електрони, вивільнені хлорофілом, повертаються не до нього, а до іншої фотосистеми. Виробляє ATP і NADPH.
• Циклічне фотофосфорилювання: Електрони повертаються до того самого хлорофілу, який їх вивільнив. Формуйте лише ATP.

фотоліз води

Фотоліз води складається з розщеплення молекули води енергією сонячного світла. Електрони, що виділяються в процесі, використовуються для заміщення електронів, втрачених хлорофілом у фотосистемі II, і для отримання кисню, яким ми дихаємо.

Загальне рівняння фотолізу або реакції Хілла описується наступним чином:

Таким чином, молекула води є головним донором електронів. Утворені АТФ і НАДФН будуть використані для синтезу вуглеводів із СО₂. Однак це станеться на наступному кроці, темній фазі.

темна фаза

Темна фаза, пентозний цикл або цикл Кальвіна можуть виникати за відсутності та присутності світла і трапляються в стромі хлоропласту. Під час цієї фази глюкоза утворюється із СО₂. Таким чином, хоча світла фаза забезпечує енергію, у темній фазі відбувається фіксація вуглецю.

Схема циклу Кальвіна

Ознайомтесь із коротким описом того, як відбувається цикл Кальвіна:

1. Фіксація вуглецю

• На кожному повороті циклу молекула СО₂ додано. Однак для отримання двох молекул гліцеральдегід 3-фосфату та однієї молекули глюкози потрібно шість повних обертів.
• Шість молекул дифосфату рибулози (RuDP) з п’ятьма вуглецевими речовинами зв’язуються з шістьма молекулами CO₂, виробляючи 12 молекул фосфогліцеринової кислоти (PGA) з трьома вуглецями.

2. Виробництво органічних сполук

• 12 молекул фосфогліцеринової кислоти (PGAL) відновлюються до 12 молекул фосфогліцеринового альдегіду.

3. Регенерація дифосфату рибулози

• З 12 молекул фосфогліцеринового альдегіду 10 поєднуються між собою, утворюючи 6 молекул RuDP.
• Дві молекули фосфогліцеринового альдегіду служать для ініціювання синтезу крохмалю та інших клітинних компонентів.

Глюкоза, що утворюється в кінці фотосинтезу, розщеплюється, а виділяється енергія дозволяє здійснювати метаболізм клітин. Процес розщеплення глюкози відбувається клітинне дихання.

Важливість фотосинтезу

Фотосинтез - основний процес перетворення енергії в біосфері. Він підтримує основу харчового ланцюга, в якому годування органічними речовинами, що забезпечуються зеленими рослинами, даватиме їжу гетеротрофним істотам.

Отже, фотосинтез має своє значення, виходячи з трьох основних факторів:

• Сприяє захопленню СО₂ атмосферний;
• Виконує оновлення О₂ атмосферний;
• Це рухає потік речовини та енергії в екосистемах.

Фотосинтез та хемосинтез

На відміну від фотосинтезу, який вимагає світла, хемосинтез буває при нестачі світла. Полягає у виробництві органічної речовини з мінеральних речовин.

В основному це двоступеневий процес, який виконують лише автотрофні бактерії для отримання енергії. На першій стадії неорганічні речовини окислюються, а на другій стадії вуглекислий газ зазнає відновлення, що призводить до утворення органічних сполук.

1-й етап: неорганічна сполука + O₂ → Окислені неорганічні сполуки + хімічна енергія
2 етап: CO₂ + Н₂O + Хімічна енергія → Органічні сполуки + O₂

Дізнайтеся більше, читайте також:

• кругообіг вуглецю
• кругообіг кисню
• Ботаніка: вивчення рослин