§ 28. Фотосинтез

1. Откуда клетки берут энергию для обеспечения процессов жизнедеятельности?

Для осуществления любых процессов жизнедеятельности клетки и организма в целом необходима энергия. Основным источником энергии организмов Земли является солнечный свет. Организмы, имеющие фотосинтетические пигменты (растения, циано-бактерии, многие протисты), способны улавливать с их помощью энергию света, преобразовывать ее в удобную для использования в клетке форму (АТФ), а также запасать ее в химических связях синтезируемых сложных молекул органических веществ. Исходными соединениями для этого процесса являются неорганические вещества — углекислый газ и вода. Этот важный процесс улавливания и преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ называется фотосинтезом. В результате фотосинтеза синтезированное органическое вещество, богатое заключенной в нем энергией, в свою очередь становится источником энергии для всех других организмов (животных, грибов, многих протистов и большинства бактерий), не способных к фотосинтезу. Таким образом, прямо или косвенносолнечный свет является главным источником энергии для всех организмов планеты Земля.

2. Чем отличаются автотрофные организмы от гетеротрофных?

Автотрофные (самопитающиеся) организмы способны синтезировать в своих клетках органические вещества из неорганических, используя энергию света. Они называются фотоавтотрофными организмами. Организмы, использующие готовые органические вещества в качестве источника энергии и различных веществ, называются гетеротрофными. Примеры организмов этих двух групп приведены в ответе на предыдущий вопрос этого же параграфа.

3. Что такое фотосинтез? В каких органоидах он происходит?

Фотосинтез — это процесс синтеза органических веществ из неорганических (воды и углекислого газа) с участием энергии света. Он происходит в хлоропла-стах — органоидах, имеющих фотосинтетические пигменты (хлорофиллы, каротиноиды и фикобилины). Это органические вещества, способные поглощать кванты света определенной длины волны.

4. Каковы особенности строения хлоропластов?

Хлоропласты — зеленые двумембранные пластиды, в которых происходит процесс фотосинтеза. Наружная мембрана ограничивает хлоропласт, внутренняя образует уплощенные дисковидные образования — тилакоиды. Несколько тилакоидов, лежащих друг над другом, образуют грану. В мембранах тилакоидов встроены светочувствительные пигменты, а также переносчики электронов и протонов, которые участвуют в поглощении и преобразовании энергиисвета. Пространство между тилакоидами, заполненное полужидкой внутренней средой хлоропласта, называется стромой. В ней содержатся кольцевые молекулы ДНК, все виды РНК, рибосомы, белки, аминокислоты, липиды, а также ферменты, участвующие в фиксации углекислого газа. Кроме фотосинтеза, в хлоропластах происходит синтез АТФ, некоторых липидов, белков мембран тилакоидов и ферментов, катализирующих реакции фотосинтеза.

5, 7. В каких структурах хлоропластов проходит световая фаза фотосинтеза? Какое вещество является источником кислорода? В какой фазе фотосинтеза происходит его образование?

Световая фаза фотосинтеза проходит на мембранах тилакоидов и нуждается в световой энергии, которая преобразуется на них сначала в электрохимическую, а затем в энергию макроэргических связей АТФ. В световую фазу происходит также разложение воды — фотолиз — с образованием протонов, электронов и молекулярного кислорода, выделяемого в окружающую среду. Образовавшиеся протоны и электроны присоединяются к НАДФ с образованием НАДФ * Н2+.

6. Где осуществляется темновая фаза фотосинтеза? Что происходит в этой фазе?

Темновая фаза фотосинтеза протекает в строме хлоропластов, световая энергия для ее осуществления не нужна (поэтому и называется темновой), однако необходимы продукты световой фазы: АТФ и НАДФ * Н2+. Основным событием темновой фазы фотосинтеза является восстановление С02 до углеводов. Необходимый для синтеза углеводов С02 поступает через устьица листа в хлоропласты. На образование одной молекулы глюкозы нужно 6 молекул
C02, 18 молекул АТФ и 12 молекул НАДФ * Н2+. Следовательно, в темновой фазе фотосинтеза энергия макроэргических связей АТФ преобразуется в химическую энергию органических веществ, «консервируясь» в химических связях между их атомами.

8. Каково значение фотосинтеза на Земле? Почему без зеленых растений существование биосферы стало бы невозможным?

Фотосинтез — единственный процесс на Земле, в ходе которого световая энергия солнца способна связаться и консервироваться в химических связях образуемого первичного органического вещества, которое в свою очередь может быть использовано растительноядными животными и протистами в качестве непосредственного источника пищи или через промежуточные звенья — хищными животными. Следовательно, образование всех видов пищевого материала прямо либо косвенно связано с деятельностью фотоавтотрофных организмов, определяемой их способностью к фотосинтезу. Как известно, побочным продуктом световой фазы фотосинтеза является свободный кислород. Им насыщаются все среды, где обитают фототрофные организмы: атмосферный воздух, гидросфера, почва, куда проникает атмосферный воздух. Без кислорода жизнь аэробных организмов, в том числе и человека, невозможна.

1
avatar
avatar
1
Очень полезный материал, спасибо!