Тема 9.

Фотосинтез: значення, фази

 

 

Однією із основних функцій листка як і цілої рослини є здатність до фотосинтезу.

Фотосинтез (від грец. φωτο –  світло та грец. σύνθεσις –  синтез, сукупність) –  процес синтезу органічних сполук з вуглекислого газу (карбон діоксиду) та води з використанням енергії світла й за участю фотосинтетичних пігментів хлоропластів: (хлорофіл у рослин, хлорофіл, бактеріохлорофіл і бактеріородопсин у бактерій), часто з виділенням кисню як побічного продукту (рис. 9.1).

 

Рис. 9.1. Схема локалізації хлорофілу, залученого у фотосинтез

 

Фотосинтез – єдиний процес у біосфері, який призводить до засвоєння енергії Сонця і забезпечує існування як рослин, так і всіх гетеротрофних організмів.

 

Узагальнене рівняння фотосинтезу:

6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

 

Отже, для того, щоби відбувся фотосинтез, рослинам необхідні 3 компоненти: 1) вода 2) вуглекислий газ 3) сонячне світло.

Вода потрапляє в рослину з ґрунту за допомогою кореня, звідкіля потім транспортується по судинах до усіх її органів. Вуглекислий газ потрапляє всередину листя через продихи — отвори в епідермісі (верхньому шарі) листка, що пропускають молекули газу. Крізь ці ж продихи вивільняється кисень, який утворюється в результаті фотосинтезу. Але основним продуктом фотосинтезу є глюкоза. Глюкоза — це рослинний цукор, вуглевод, що поповнює енергетичні запаси рослини. Із глюкози потім синтезується крохмаль, який накопичується в різних частинах рослини: листі, кореневищі, бульбах, плодах. Найбільше крохмалю міститься у картоплі, злакових культурах тощо. Його наявність можна перевірити за допомогою йоду.

 

 

Виділяють три етапи фотосинтезу:

1.     Фотофізичний;

2.     Фотохімічний;

3.     Хімічний.

На першому етапі відбувається поглинання фотонів світла пігментами, їх перехід в збуджений стан і передача енергії до інших молекул фотосистеми.

На другому етапі відбувається розділення зарядів в реакційному центрі, перенесення електронів фотосинтетичним електроно-транспортним ланцюгом, що закінчується АТФ і НАДФН.

Перші два етапи разом, називають світлозалежною стадією (фазою) фотосинтезу.

Третій етап відбувається вже без обов'язкової участі світла і охоплює біохімічні реакції синтезу органічних речовин з використанням енергії, накопиченої на світлозалежній стадії. Найчастіше як такі реакції, розглядається цикл Кальвіна і глюконеогенез, утворення цукрів і крохмалю з вуглекислого газу повітря.

 

Отже, узагальнивши, процес фотосинтезу включає в себе дві стадії:

- Отримання водню (фотоліз) - при цьому кисень виділяється як побічний продукт реакції;

- Отримання глюкози (відновлення).

 

Світлова фаза

Перша стадія фотосинтезу протікає на світлі.

У ході першої стадії з АДФ( аденозиндифосфату) і фосфату синтезується АТФ (денозинтрифосфат) .

НАДФ (нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат) відновлюється до НАДФ ∙ H2.

Синтез АТФ за рахунок енергії світлових квантів називається фотофосфорилування .

Кисень як побічний продукт реакції виділяється тільки під час нециклічного процесу.

 

Темнова фаза

 Для реакцій у другій стадії світло не потрібне.

У темновій стадії за участю АТФ і НАДФН відбувається відновлення CO₂ до глюкози. Хоча світло не потрібне для здійснення даного процесу, воно бере участь у його регуляції.

 

Відновлення CO₂ відбувається за рахунок енергії АТФ і накопиченого НАДФ ∙ H₂. Такий процес отримав назву C₃- фотосинтезу. Наступний цикл реакцій (цикл Кальвіна ) призводить до утворення з ФГК цукру ( наприклад, глюкози), а також ресинтезу рібулозобісфосфата (рис. 9.2). У деяких рослин (наприклад, цукрового очерету, сої) спостерігається так званий C₄- фотосинтез, в реакціях якого CO₂, відновлюючись, включається до складу органічних кислот, що мають чотири атома вуглецю ( наприклад, яблучної).

 

Рис. 9.2. Цикл Кальвіна

 

 

 

 

Отже, процес фотосинтезу включає в себе дві стадії: отримання водню (фотоліз), при коли кисень виділяється як побічний продукт реакції;  утворення глюкози (відновлення).