Фотосинтез и хемосинтез

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 ООО 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.
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 Н20 — 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:
40Н -> 2Н20 + 02.
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 (С02) из внешней среды. Путем целого ряда последовательных биохимических превращений из углекислого газа и водорода образуется шестиуглеродный сахар — глюкоза и воспроизводится вещество, способное снова захватывать С02.
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 ООО. Тем не менее этого достаточно для того, чтобы зеленое растение могло синтезировать 1 г глюкозы в час с поверхности листьев площадью 1 м2.