Фотосинтез - это процесс, при котором растения, водоросли и некоторые бактерии используют энергию света, чтобы из углекислого газа и воды образовывать органические вещества. Побочным продуктом фотосинтеза является кислород. Упрощенная формула: 6CO2 + 6H2O + свет -> C6H12O6 + 6O2. У растений фотосинтез происходит в хлоропластах и включает световую и светонезависимую фазы.
Краткое определение фотосинтеза
Фотосинтез - один из важнейших процессов в биосфере. Растения поглощают энергию света с помощью фотосинтетических пигментов, прежде всего хлорофилла, и превращают ее в химическую энергию органических веществ.
В результате процесса из углекислого газа и воды образуются углеводы, а кислород выделяется в окружающую среду. У растений этот процесс происходит в хлоропластах, тогда как фотосинтезирующие бактерии хлоропластов не имеют.
Формула фотосинтеза
В школьном курсе процесс чаще всего записывают упрощенным уравнением:
6CO2 + 6H2O + световая энергия -> C6H12O6 + 6O2
Это обобщенное уравнение показывает основные исходные вещества и продукты процесса: углекислый газ и воду растение использует для синтеза органических веществ, а кислород выделяется как побочный продукт.
Что такое хлоропласты: строение, функции и пигменты
Хлоропласты - это органеллы клеток растений и многих водорослей, в которых происходит фотосинтез. Они относятся к пластидам и имеют наружную и внутреннюю мембраны.
Внутреннее пространство хлоропласта называется стромой. В ней находятся ферменты, необходимые для реакций цикла Кальвина. Внутри также есть тилакоиды - мембранные структуры, которые часто образуют стопки, или граны. Именно на мембранах тилакоидов расположены фотосистемы и хлорофилл, поэтому здесь проходят световые реакции фотосинтеза.
Хлорофилл лучше всего поглощает свет в сине-фиолетовой и красной частях спектра, а зеленый свет поглощается слабее и в значительной степени отражается. Поэтому листья большинства растений мы видим зелеными. В хлоропластах есть и каротиноиды, которые помогают поглощать свет и защищают фотосинтетический аппарат от его избытка.
Хлоропласт имеет собственную ДНК и рибосомы. В строме могут накапливаться крахмальные зерна - один из способов временного запасания продуктов фотосинтеза.
Фазы фотосинтеза: где происходят и что образуется
В фотосинтезе выделяют две взаимосвязанные группы реакций: световые и светонезависимые. Название «темновая фаза» традиционное, но оно не означает, что эти реакции происходят только в темноте: им просто не требуется непосредственное поглощение света.
| Фаза | Где происходит | Что происходит | Результат |
| Световая | мембраны тилакоидов | хлорофилл поглощает свет, происходят фотолиз воды и перенос электронов | образуются АТФ, НАДФН и кислород |
| Светонезависимая | строма хлоропласта | углекислый газ фиксируется в цикле Кальвина | образуются предшественники углеводов, из которых синтезируются сахара |
Световая фаза фотосинтеза
Световая фаза происходит на мембранах тилакоидов. У растений работают две фотосистемы - фотосистема II и фотосистема I. Они содержат комплексы пигментов и белков, которые поглощают свет и запускают перенос электронов.
Поглощение энергии света
Когда хлорофилл поглощает фотон, один из его электронов переходит в возбужденное состояние. Затем электрон передается по цепи переносчиков, а его энергия используется для синтеза АТФ.
Фотолиз воды и образование кислорода
В фотосистеме II под действием света происходит фотолиз воды. В результате образуются электроны, протоны H+ и молекулярный кислород O2. Электроны компенсируют те, которые потерял хлорофилл, а кислород выделяется в окружающую среду.
Образование АТФ и НАДФН
Перенос электронов через тилакоидную мембрану создает протонный градиент. Фермент АТФ-синтаза использует его энергию для синтеза АТФ. В конце цепи электроны участвуют в восстановлении НАДФ+ до НАДФН. АТФ и НАДФН затем используются в светонезависимых реакциях.
Светонезависимая фаза и цикл Кальвина
Светонезависимые реакции проходят в строме хлоропласта. Их основой является цикл Кальвина, в котором углекислый газ включается в состав органических соединений.
Для этих реакций нужны АТФ и НАДФН, образованные во время световой фазы. В цикле формируются трехуглеродные соединения, из которых растение затем синтезирует глюкозу, сахарозу, крахмал и другие органические вещества.
Поэтому название «темновая фаза» может вводить в заблуждение: свет непосредственно в этих реакциях не используется, но они зависят от продуктов световой фазы и в природных условиях часто активно идут днем.
Почему фотосинтез важен для жизни на Земле
Фотосинтез превращает энергию света в химическую энергию органических веществ. Именно эти вещества лежат в основе большинства пищевых цепей на суше и в водных экосистемах.
Кроме того, кислород, образующийся при фотолизе воды, поддерживает аэробное дыхание многих организмов. Фотосинтез также извлекает CO2 из атмосферы и включает углерод в органические соединения, поэтому является ключевым звеном глобального круговорота углерода.
Как запомнить логику фотосинтеза
- Световая фаза: свет -> перенос электронов -> АТФ + НАДФН + O2.
- Светонезависимая фаза: CO2 + АТФ + НАДФН -> органические соединения.
- Тилакоиды - место световых реакций; строма - место цикла Кальвина.
- Кислород образуется при расщеплении воды, а углерод органических веществ поступает из CO2.
Если тема фотосинтеза кажется сложной, ее удобно разбирать по схеме «место -> процесс -> продукт». На занятиях с репетитором по биологии можно отдельно отработать световую фазу, цикл Кальвина и типичные тестовые задания.
Читайте также
- Строение цветка: главные части, функции и схема
- Репетиторы по биологии
- Основные типы растительных тканей
Использованные источники
Понравилась статья? Оцените
3.77
На основе отзывов 22 пользователей
Автор Олена Бойчук
У 2019 році закінчила магістратуру філологічного факультету Донецького Національного Університету імені Василя Стуса. Співпрацювала з міжнародними компаніями, пишу інформаційні статті
