Фотосинтез коротко і зрозуміло

Фотосинтез - Це процес синтезу органічних речовин з неорганічних за рахунок енергії світла. У переважній більшості випадків фотосинтез здійснюють рослини за допомогою таких клітинних органел як хлоропласти, що містять зелений пігмент хлорофіл.

Якби рослини не були здатні до синтезу органіки, то майже всім іншим організмам на Землі не було чим харчуватися, оскільки тварини, гриби і багато бактерій не можуть синтезувати органічні речовини з неорганічних. Вони лише поглинають готові, розщеплюють їх у простіші, у тому числі знову збирають складні, але характерні для свого тіла.

Така справа, якщо говорити про фотосинтез і його роль зовсім коротко. Щоб зрозуміти фотосинтез, треба сказати більше: які саме неорганічні речовини застосовуються, як відбувається синтез?

Для фотосинтезу потрібні дві неорганічні речовини - вуглекислий газ (CO₂) та вода (H₂O). Перший поглинається з повітря надземними частинами рослин переважно через устячка. Вода - з ґрунту, звідки доставляється в фотосинтезуючі клітини провідною системою рослин. Також для фотосинтезу потрібна енергія фотонів (hν), але їх не можна зарахувати до речовини.

Загалом у результаті фотосинтезу утворюється органічна речовина та кисень (O₂). Зазвичай під органічною речовиною найчастіше мають на увазі глюкозу (C₆H₁₂O₆).

Органічні сполуки здебільшого складаються з атомів вуглецю, водню та кисню. Саме вони містяться у вуглекислому газі та воді. Однак при фотосинтезі відбувається виділення кисню. Його атоми беруться із води.

Коротко та узагальнено рівняння реакції фотосинтезу прийнято записувати так:

Але це рівняння не відбиває суті фотосинтезу, робить його зрозумілим. Подивіться, хоча рівняння збалансоване, у ньому загальна кількість атомів у вільному кисні 12. Але ми сказали, що вони беруться з води, а там лише 6.

Насправді фотосинтез протікає у дві фази. Перша називається світловий, друга - темновий. Такі назви обумовлені тим, що світло потрібне лише для світлової фази, темнова фаза незалежна від його наявності, але це не означає, що вона йде в темряві. Світлова фаза протікає на мембранах тилакоїдів хлоропласту, темнова - у стромі хлоропласту.

У світлову фазу зв'язування CO₂ не відбувається. Відбувається лише вловлювання сонячної енергії хлорофільними комплексами, запасання їх у АТФ, використання енергії відновлення НАДФ до НАДФ*H₂. Потік енергії від збудженого світлом хлорофілу забезпечується електронами, що передаються електронно-транспортним ланцюгом ферментів, вбудованих в мембрани тилакоїдів.

Водень для НАДФ береться з води, яка під дією сонячного світла розкладається на атоми кисню, протони водню та електрони. Цей процес називається фотолізом. Кисень із води для фотосинтезу не потрібен. Атоми кисню із двох молекул води з'єднуються з утворенням молекулярного кисню. Рівняння реакції світлової фази фотосинтезу коротко виглядає так:

Таким чином, виділення кисню відбувається у світлову фазу фотосинтезу. Кількість молекул АТФ, синтезованих з АДФ та фосфорної кислоти, що припадають на фотоліз однієї молекули води, може бути різною: одна або дві.

Отже, із світлової фази в темнову надходять АТФ та НАДФ*H₂. Тут енергія першого та відновна сила другого витрачаються на зв'язування вуглекислого газу.Цей етап фотосинтезу неможливо пояснити просто і стисло, тому що він протікає не так, що шість молекул CO₂ об'єднуються з воднем, що вивільняється з молекул НАДФ*H₂, і утворюється глюкоза:

6CO₂ + 6 НАДФ * H₂ →С₆H₁₂O₆ + 6НАДФ
(Реакція йде з витратою енергії АТФ, яка розпадається на АДФ та фосфорну кислоту).

Наведена реакція – лише спрощення полегшення розуміння. Насправді молекули вуглекислого газу зв'язуються по одній, приєднуються до вже готової п'ятивуглецевої органічної речовини. Утворюється нестійка шестивуглецева органічна речовина, яка розпадається на тривуглецеві молекули вуглеводу. Частина цих молекул використовується на ресинтез вихідної п'ятивуглецевої речовини для зв'язування CO₂. Такий ресинтез забезпечується циклом Кальвіна. Менша частина молекул вуглеводу, що включає три атоми вуглецю, виходить із циклу. Вже їх та інших речовин синтезуються й інші органічні речовини (вуглеводи, жири, білки).

Тобто насправді із темнової фази фотосинтезу виходять тривуглецеві цукри, а не глюкоза.