Исследования в области фотосинтеза начались в 1630 г. экспериментами голландца ван Гельмонта. Он доказал, что растения получают органические вещества не из почвы, а создают их самостоятельно.
Джозеф Пристли в 1771 г. доказал «исправление» воздуха растениями. Помещенные под стеклянный колпак они поглощали углекислый газ, выделяемый тлеющей лучиной.
В настоящее время установлено, что фотосинтез – это процесс образования органических соединений из СО2 и воды с использованием энергии света и проходящий в хлоропластах зеленых растений и зеленых пигментах некоторых фотосинтезирующих бактерий.
Хлоропласты и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зеленый пигмент – хлорофилл, молекула которого возбуждаться под действием солнечного света, отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни. Этот процесс можно сравнить с подброшенным вверх мячом. Поднимаясь, мяч запасается потенциальной энергией; падая, он теряет ее. Электроны не падают обратно, а подхватываются переносчиками электронов (НАДФ+ – никотинамиддифосфат). При этом энергия, накопленная ими ранее, частично расходуется на образование АТФ. Продолжая сравнение с подброшенным мячом, можно сказать, что мяч, падая, нагревает окружающее пространство, а часть энергии падающих электронов запасается в виде АТФ. Процесс фотосинтеза подразделяется на реакции, вызываемые светом, и реакции, связанные с фиксацией углерода: световую и темновую фазы.
Световая фаза – это этап, на котором поглощенная хлорофиллом энергия света преобразуется в электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Осуществляется на свету, в мембранах гран при участии белков – переносчиков и АТФ-синтетазы.
Реакции, вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов:
1) возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;
2) восстановление акцепторов электронов – НАДФ+ до НАДФ • Н
2Н+ + 4е- + НАДФ+ → НАДФ • Н;
3) фотолиз воды: 2Н2О → 4Н+ + 4е- + О2.
Данный процесс происходит внутри тилакоидов – складок внутренней мембраны хлоропластов, из которых формируются граны – стопки мембран.
Результаты световых реакций: фотолиз воды с образованием свободного кислорода, синтез АТФ, восстановление НАДФ+ до НАДФ • Н.
Темновая фаза
♦происходит в строме хлоропласта
♦свет не нужен
✏Процессы:
1. Фиксация углекислого газа (присоединение СО2 к пятиуглеродному сахару) и восстановление полученных веществ с участием НАДФН2 и АТФ (цикл Кальвина)
2. Синтез глюкозы из полученных продуктов
Итог: глюкоза синтезируется за счёт восстановления СО2 водородом, который образовался в световую фазу при фотолизе воды, с использованием энергии АТФ, запасённой в световую фазу.
Значение фотосинтеза
1. обеспечивает организмы органическими веществами
2. обеспечивает большинство живых организмов на Земле энергией
накоплению кислорода в атмосфере
Хемосинтез – образование органических соединений из неорганических за счет энергии окислительно-восстановительных реакций соединений азота, железа, серы.
Открыт: 1887г Виноградским
Роль хемосинтеза: бактерии – хемосинтетики разрушают горные породы, очищают сточные воды, участвуют в образовании полезных ископаемых.
