Фотосинтез

Фотосинтез является фотоавтотрофным процессом, представляющим собой комплекс реакций поглощения, преобразования и использования световых квантов в разных эндэргонических процессах. В ходе фотосинтеза, происходящего в тканях зеленых растений, некоторых бактерий и зеленых водорослей при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл или бактериохлорофилл) на свету образуются сложные органические вещества из простых соединений (углекислого газа и воды).

Впервые процесс фотосинтеза начал осуществляться в клетках цианобактерий в архейскую эру. В настоящее время наиболее примитивный тип фотосинтеза (бесхлорофильный) происходит у бактерий рода Halobacterium. Хлорофильный фотосинтез более совершенный по механизму протекания реакций. Так, аноксигенный фотосинтез присущ зеленым и пурпурным бактериям. А оксигенный фотосинтез – источник органических веществ и кислорода для всех растений, имеющих хлорофилл, и нуждающихся в доступе атмосферного воздуха для осуществления фотосинтеза. Существуют определенные стадии фотосинтеза: фотофизическая, фотохимическая и химическая. На первой стадии кванты света поглощаются фотосинтетическими пигментами, которые переходят в возбужденное состояние и передают энергию к последующим элементам фотосистемы. На фотохимической стадии синтезируются носители энергии клеток – НАДФН и АТФ. Описанные две стадии объединяют понятием световая фаза фотосинтеза. Третья химическая стадия фотосинтеза может осуществляться как на свету, так и в темноте, поэтому ее называют темновой фазой фотосинтеза. На этой стадии в ходе биохимических реакций образуются органические соединения при расходовании энергии, запасенной в световой фазе. В большинстве случаев в процессе таких реакций происходит синтез углеводов (сахаров, крахмала), реже - белков.

Процесс фотосинтеза происходит в таких клеточных органеллах, как хлоропласты. Благодаря совершенному строению фотосинтетического аппарата зеленых растений, обеспечивается высокая эффективность фотосинтеза. В клетках зеленых листьев растений содержится в среднем от 20 до 100 хлоропластов, каждый из которых представляет собой обособленную двухмембранную структуру. Иногда хлоропласты наблюдаются в клетках стеблей и плодов, однако главным органом фотосинтеза является зеленый лист растения, благодаря особенностям своего строения. Структурным компонентом хлоропластов является хлорофилл – зеленый пигмент, который обладает способностью поглощать свет. Хлоропласт заполнен внутри стромой и пронизан внутренними мембранами, соединяющимися между собой с образованием тилакоидов (плоских пузырьков), которые прилегают друг к другу, формируя стопки - граны. В строме удерживается углекислый газ, и образуются ферменты, выступающие как катализаторы химических реакций темновой фазы фотосинтеза, в частности, фотосинтеза углеводов и белков. Световая фаза фотосинтеза происходит на внутренних мембранах тилакоидов хлоропластов. Также в хлоропластах есть такие структуры, как ДНК, РНК (носители наследственной информации) и рибосомы, осуществляющие синтез белка. В клетках большей части водорослей фотосинтетическая система – это хроматофоры – особые внутриклеточные органеллы, а в клетках фотосинтезирующих бактерий – тилакоиды, содержащие бактериохлорофилл.

Фотосинтез – это один из самых важных процессов, ежеминутно и повсеместно происходящих на Земле. Согласно статистическим данным, в течение года растения нашей планеты в процессе фотосинтеза продуцируют более 100 миллиардов тонн органических веществ, при этом выделяя в атмосферу более 140 миллиардов тонн кислорода и поглощая до 200 миллиардов тонн углекислого газа. По мнению ученых, весь атмосферный кислород – является конечным продуктом фотосинтеза растений. Значение фотосинтеза состоит в том, что из всех биологических процессов фотосинтез единственный, который протекает с накоплением свободной энергии в системе, тогда как другие биологические процессы происходят с использованием потенциальной энергии, находящейся в связанном состоянии в продуктах фотосинтеза. Человечество ежегодно расходует в несколько раз меньше энергии, чем количество запасаемой фотосинтезирующими организмами (растениями, бактериями, водорослями) на Земле.