Процес синтезу органічних речовин у рослин

Автотрофні організми, клітини яких здатні з неорганічних сполук середовища (вуглекислого газу, води і мінеральних солей) синтезувати органічні речовини свого тіла. Всі автотрофні організми використовують зовнішні джерела енергії: фотосинтезуючі (зелені рослини) - світло, хемосинтезуючі (деякі бактерії) - енергію, яка виділяється при окисленні неорганічних речовин з оточуючого середовища.

Фотосинтез - процес, який відбувається у хлоропластах під дією сонячного світла, унаслідок якого з вуглекислого газу і води утворюються вуглеводи і виділяється кисень:

СО2 +Н 2О = Сб Н12 Об + О2

Під впливом Сонця енергетично бідні речовини, вуглекислий газ і вода перетворюються у багаті енергією продукти - вуглеводи з виділенням кисню. Фотосинтез - єдиний процес, унаслідок якого на нашій планеті енергія сонячного світла перетворилась в енергію хімічних зв’язків. Завдяки фотосинтезу, атмосфера збагачується вільним киснем, який забезпечує процеси життєдіяльності всім живим організмам на Землі. А також Земля очищається від зайвої кількості вуглекислого газу, що надходить в атмосферу, який виділяють живі організми внаслідок дихання, при проходженні процесів горіння та гниття. Завдяки фотосинтезу, на Землі створились умови необхідні для існування інших організмів. Всі фотосинтезуючі організми містять один або декілька органічних пігментів, здатних поглинати видиме світло, запускаючи тим самим фотохімічні реакції фотосинтезу. Основними - є хлорофіл. Молекули хлорофілу складаються з «головки», яка утворена тетропирольним кільцем з розташованим у центрі атомом магнію, і фітольним «хвостом». Хлорофілоподібні пігменти фотосинтезуючих бактерій називають бактеріофільними. Жовто-помаранчеві каротиноїди (каротин, ксантофіл), які є у мембранах хлоропластів, а також сині, червоні, бурі пігменти хроматофорів водоростей називають додатковими або допоміжними пігментами, оскільки енергія, що поглинається ними, може передаватись на хлорофіл.

Фотосинтез - окисно-відновний процес, у якому вода є відновником і сама окислюється, а вуглекислий газ - окисником і сам відновлюється. Хлорофіл, поглинаючи світло, за допомогою енергії якого відбувається перетворення інших речовин. Фотосинтез - складний, багатоступінчастий процес, який відбувається з участю багатьох ферментів і проходить у дві фази: світлову і темнову.

Світлова фаза характеризується тим, що реакції відбуваються у мембранах хлоропластів на світлі. Світлова енергія збуджує електрони хлорофілу. Електрони, рухаючись по ланцюгу складних органічних сполук, використовують свою енергію на синтез АТФ і інших молекул - носій енергії. З неорганічного фосфату і АДФ утворюється АТФ. Одночасно відбувається фотоліз води: молекула води розщеплюється з видаленням атому кисню, а вивільнені при цьому два електрона і водень переносяться на молекули - носії енергії.

Молекули НАДФ (нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат) які стають відновлювачами НАДФ +АТФ+Ф→ (енергія світла, хлорофіл) НАДФ Н₂ +АТФ+ О₂

Таким чином, у світловій фазі енергія квантів світла перетворюється у хімічну енергію макроенергетичних зв’язків АТФ, НАДФ Н₂ і вивільняється кисень. Вільний кисень часто використовується для внутрішньоклітинного дихання, але більша його частина виходить у атмосферу.

Темнова фаза характеризується тим, що для хімічних реакцій цієї фази світло не потрібно. Відновлення вуглекислого газу до вуглеводів відбувається за рахунок енергії, яка накопичилась у хімічних зв’язках АТФ, і НАД Н2 у світловій фазі. При цьому спочатку утворюється три - фосфорогліцеринова кислота, яка відновлюючись, перетворюється у шестивуглецеві молекули глюкози, а потім у інші вуглеводи різного ступеня складності. Встановлено, що у ході фотосинтезу утворюються жири, жирні кислоти, амінокислоти і органічні кислоти. Узгодженість реакцій фотосинтезу забезпечує цей процес високим коефіцієнтом корисної дії - 60%.

26.2.