Фотосинтез - це процес, під час якого рослини, водорості та деякі бактерії використовують енергію світла, щоб із вуглекислого газу й води утворювати органічні речовини. Побічним продуктом фотосинтезу є кисень. Спрощена формула: 6CO2 + 6H2O + світло -> C6H12O6 + 6O2. У рослин фотосинтез відбувається в хлоропластах і має світлову та світлонезалежну фази.
Коротке визначення фотосинтезу
Фотосинтез є одним із найважливіших процесів у біосфері. Рослини поглинають енергію світла за допомогою фотосинтетичних пігментів, передусім хлорофілу, і перетворюють її на хімічну енергію органічних речовин.
У результаті процесу з вуглекислого газу й води утворюються вуглеводи, а кисень виділяється в довкілля. У рослин цей процес відбувається в хлоропластах, тоді як фотосинтезуючі бактерії хлоропластів не мають.
Формула фотосинтезу
У шкільному курсі процес найчастіше записують спрощеним рівнянням:
6CO2 + 6H2O + світлова енергія -> C6H12O6 + 6O2
Це узагальнене рівняння показує основні вихідні речовини й продукти процесу: вуглекислий газ і воду рослина використовує для синтезу органічних речовин, а кисень виділяється як побічний продукт.
Що таке хлоропласти: будова, функції та пігменти
Хлоропласти - це органели клітин рослин і багатьох водоростей, у яких відбувається фотосинтез. Вони належать до пластид і мають зовнішню та внутрішню мембрани.
Внутрішній простір хлоропласта називається стромою. У ній містяться ферменти, необхідні для реакцій циклу Кальвіна. Усередині також є тилакоїди - мембранні структури, які часто утворюють стопки, або грани. Саме на мембранах тилакоїдів розташовані фотосистеми й хлорофіл, тому тут проходять світлові реакції фотосинтезу.
Хлорофіл найкраще поглинає світло в синьо-фіолетовій і червоній частинах спектра, а зелене світло поглинається слабше й значною мірою відбивається. Тому листки більшості рослин ми бачимо зеленими. У хлоропластах є також каротиноїди, які допомагають поглинати світло й захищають фотосинтетичний апарат від його надлишку.
Хлоропласт має власну ДНК і рибосоми. У стромі можуть накопичуватися крохмальні зерна - один зі способів тимчасового запасання продуктів фотосинтезу.
Фази фотосинтезу: де відбуваються і що утворюється
У фотосинтезі виділяють дві взаємопов’язані групи реакцій: світлові та світлонезалежні. Назва «темнова фаза» традиційна, але вона не означає, що ці реакції відбуваються тільки в темряві: їм просто не потрібне безпосереднє поглинання світла.
| Фаза | Де відбувається | Що відбувається | Результат |
| Світлова | мембрани тилакоїдів | хлорофіл поглинає світло, відбувається фотоліз води та перенесення електронів | утворюються АТФ, НАДФН і кисень |
| Світлонезалежна | строма хлоропласта | вуглекислий газ фіксується в циклі Кальвіна | утворюються попередники вуглеводів, з яких синтезуються цукри |
Світлова фаза фотосинтезу
Світлова фаза відбувається на мембранах тилакоїдів. У рослин працюють дві фотосистеми - фотосистема II та фотосистема I. Вони містять комплекси пігментів і білків, які поглинають світло та запускають перенесення електронів.
Поглинання енергії світла
Коли хлорофіл поглинає фотон, один із його електронів переходить у збуджений стан. Далі електрон передається ланцюгом переносників, а його енергія використовується для синтезу АТФ.
Фотоліз води та утворення кисню
У фотосистемі II під дією світла відбувається фотоліз води. Унаслідок цього утворюються електрони, протони H+ і молекулярний кисень O2. Електрони компенсують ті, які втратив хлорофіл, а кисень виділяється в навколишнє середовище.
Утворення АТФ і НАДФН
Перенесення електронів через тилакоїдну мембрану створює протонний градієнт. Фермент АТФ-синтаза використовує його енергію для синтезу АТФ. Наприкінці ланцюга електрони беруть участь у відновленні НАДФ+ до НАДФН. АТФ і НАДФН потім використовуються у світлонезалежних реакціях.
Світлонезалежна фаза і цикл Кальвіна
Світлонезалежні реакції проходять у стромі хлоропласта. Їх основою є цикл Кальвіна, у якому вуглекислий газ включається до складу органічних сполук.
Для цих реакцій потрібні АТФ і НАДФН, утворені під час світлової фази. У циклі формуються тривуглецеві сполуки, з яких рослина далі синтезує глюкозу, сахарозу, крохмаль та інші органічні речовини.
Тому назва «темнова фаза» може бути оманливою: світло безпосередньо в цих реакціях не використовується, але вони залежать від продуктів світлової фази й у природних умовах часто активно відбуваються вдень.
Чому фотосинтез важливий для життя на Землі
Фотосинтез перетворює енергію світла на хімічну енергію органічних речовин. Саме ці речовини є основою більшості харчових ланцюгів на суші й у водних екосистемах.
Крім того, кисень, який утворюється під час фотолізу води, підтримує аеробне дихання багатьох організмів. Фотосинтез також вилучає CO2 з атмосфери та включає Карбон до органічних сполук, тому є ключовою ланкою глобального кругообігу Карбону.
Як запам’ятати логіку фотосинтезу
- Світлова фаза: світло -> перенесення електронів -> АТФ + НАДФН + O2.
- Світлонезалежна фаза: CO2 + АТФ + НАДФН -> органічні сполуки.
- Тилакоїди - місце світлових реакцій; строма - місце циклу Кальвіна.
- Кисень утворюється під час розщеплення води, а Карбон органічних речовин надходить із CO2.
Якщо тема фотосинтезу здається складною, її зручно розбирати за схемою «місце -> процес -> продукт». На заняттях із репетитором з біології можна окремо відпрацювати світлову фазу, цикл Кальвіна та типові тестові завдання.
Читайте також
- Будова квітки: головні частини, функції та схема
- Репетитори з біології
- Основні типи рослинних тканин
Використані джерела
Сподобалась стаття? Оцініть
3.77
На основі відгуків 22 користувачів
Автор Олена Бойчук
У 2019 році закінчила магістратуру філологічного факультету Донецького Національного Університету імені Василя Стуса. Співпрацювала з міжнародними компаніями, пишу інформаційні статті
