Читать книгу Биология. Введение в общую биологию. 9 класс - В. В. Пасечник - Страница 29

1. В каких частях растений обычно происходит процесс фотосинтеза?

2. Какие организмы относятся к хемосинтетикам?

Значение фотосинтеза. Из предыдущего раздела очевидно, что фотосинтез – один из важнейших процессов, происходящих в растительной клетке, – лежит в основе всей жизни на Земле.

Любая клетка использует универсальный источник энергии – АТФ. АТФ в растительных клетках образуется непосредственно в процессе фотосинтеза, а другие клетки накапливают АТФ, расщепляя продукт того же фотосинтеза – сахариды. С точки зрения продуктивности нет ничего, что бы могло сравниться с фотосинтезом. Если все сталелитейные заводы мира выпускают в год около 350 млн т стали, а все цементные заводы – 300 млн т цемента, то растения Земли все вместе ежегодно производят 130 000 млн т Сахаров! Фотосинтезу мы обязаны и всеми энергетическими ресурсами, которые имеются в распоряжении человечества. Ведь и уголь, и нефть, и торф – все это прямо или косвенно возникло за счет фотосинтеза.

Фотосинтез происходит в клетках зеленых растений, в хлоропластах. Процесс фотосинтеза включает в себя две последовательные фазы: световую и темновую (рис. 32).

Световая фаза фотосинтеза. 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 Н₂О – 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:

4ОН⁻ → 2Н₂О + О₂.

В этом случае к молекуле хлорофилла возвращается электрон гидроксила.

Процесс разложения воды под действием энергии солнечного света получил название фотолиза. Таким образом, кислород, который выделяется в процессе фотосинтеза в атмосферу, образуется в результате фотолиза.

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 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.

Рис. 32. Схема строения листа и фотосинтез

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 10 000. Тем не менее этого достаточно для того, чтобы зеленое растение могло синтезировать 1 г глюкозы в час с поверхности листьев площадью 1 м².

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 СО₂ и Н₂О. Этот процесс носит название хемосинтеза.

Важнейшую группу хемосинтезирующих организмов представляют собой 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 = 2HNО₂ + 2Н₂О + 653,5 кДж.

Затем бактерии других видов этой группы окисляют азотистую кислоту до азотной:

2HNО₂ + О₂ = 2HNО₃ + 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.

Итак, хемотрофы, как и все автотрофные организмы, самостоятельно синтезируют необходимые органические вещества. От фототрофных зеленых растений их отличает полная независимость от солнечного света как источника энергии.

Световая фаза фотосинтеза. Темповая фаза фотосинтеза. Фотолиз воды. Хемосинтез. Хемотрофы. Нитрифицирующие бактерии. Серобактерии.

1. Сколько глюкозы, синтезируемой в процессе фотосинтеза, приходится на каждого из 4 млрд жителей Земли в год?

2. Откуда берется кислород, выделяемый в процессе фотосинтеза?

3. В чем смысл световой фазы фотосинтеза? темновой фазы?

4. Почему для высших растений необходимо присутствие в почве хемосинтезирующих бактерий?