Солнце, Жизнь и Хлорофилл

Документальные учебные фильмы. Серия «Биология».

 


 

Благодаря энергии солнечного света в растительной клетке происходит синтез АТФ и молекул некоторых других веществ, например углеводов, играющих роль своеобразных аккумуляторов энергии. Энергия, запасенная в этих веществах, используется для синтеза нуклеиновых кислот, белков, углеводов, жиров. Процесс синтеза органических веществ за счет энергии света называют фотосинтезом.


Организмы, которые способны из неорганических соединений синтезировать органические вещества, называют автотрофными. Фотосинтез свойствен только клеткам автотрофных организмов. Растения являются фотосинтезирующими автотрофами. Гетеротрофные организмы не способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений. Они должны получать их готовыми с пищей. Животные — гетеротрофные организмы.






Клетки зеленых растений и некоторых бактерий имеют специальные структуры и комплексы химических веществ, которые позволяют им улавливать энергию солнечного света.


Роль хлоропластов в фотосинтезе. В клетках растений, как мы знаем, имеются микроскопические образования — хлоропласты. Это органоиды, в которых происходит поглощение энергии света и превращение ее в энергию АТФ и иных молекул — носителей энергии. В гранах хлоропластов содержится хлорофилл — сложное органическое вещество. Хлорофилл улавливает энергию света для использования ее в процессах биосинтеза глюкозы и Других органических веществ. Ферменты, необходимые для синтеза глюкозы, расположены также в хлоропластах.


Световая фаза фотосинтеза. Квант красного света, поглощенный хлорофиллом, переводит электрон в возбужденное состояние. Возбужденный светом электрон приобретает большой запас энергии, вследствие чего перемещается на более высокий энергетический уровень. (Способность хлорофилла поглощать красный свет
была впервые установлена известным русским ученым К. А. Тимирязевым, который много сделал для понимания процессов фотосинтеза.) Возбужденный светом электрон можно сравнить с камнем поднятым на высоту, который также приобретает потенциальную энергию. Он теряет ее, падая с высоты. Возбужденный электрон как по ступеням, перемещается по цепи сложных органических соединений, встроенных в хлоропласт. Перемещаясь с одной ступени на другую, электрон теряет энергию, которая используется для синтеза АТФ. Растративший энергию электрон возвращается к хлорофиллу. Новая порция световой энергии вновь возбуждает электрон хлорофилла. Он снова проходит по тому же пути, расходуя энергию на образование молекул АТФ .  

Фотосинтез

Ионы водорода (Н+) и электроны (ё), необходимые для восстановления молекул-носителей энергии, образуются при расщеплении молекул воды. Расщепление молекул воды в хлоропластах осуществляется специальным белком под воздействием света. Называется этот процесс фотолизом воды.


Таким образом, энергия солнечного света непосредственно используется растительной клеткой для: 1) возбуждения электронов хлорофилла, энергия которых далее расходуется на образование АТФ и иных молекул-носителей энергии; 2) фотолиза воды, поставляющего ионы водорода и электроны в световую фазу фотосинтеза При этом выделяется кислород как побочный продукт реакций фотолиза. Этап, в течение которого за счет энергии света образуются богатые энергией соединения — АТФ и молекулы-носители энергии, называют световой фазой фотосинтеза.

 

Темновая фаза фотосинтеза. В хлоропластах есть пятиуглеродные сахара, один из которых рибулозодифосфат, является акцептором углекислого газа. Особый фермент связывает пятиуглеродный сахар с углекислым газом воздуха. При этом образуются соединения, которые за счет энергии АТФ и иных молекул-носителей энергии восстанавливаются до шестиуглеродной молекулы глюкозы. Таким образом, энергия света, преобразованная в течение световой фазы в энергию АТФ и иных молекул-носителей энергии, используется для синтеза глюкозы. Эти процессы могут идти и в темноте.


Из растительных клеток удалось выделить хлоропласты, которые в пробирке под действием света осуществляли фотосинтез — образовывали новые молекулы глюкозы, при этом поглощали углекислый газ. Если прекращали освещать хлоропласты, то приостанавливался и синтез глюкозы. Однако если к хлоропластам добавляли АТФ и восстановленные молекулы-носители энергии, то синтез глюкозы возобновлялся и мог идти в темноте. Это означает, что свет действительно нужен только для синтеза АТФ и зарядки молекул-носителей энергии. Поглощение углекислого газа и образование глюкозы в растениях называют темновой фазой фотосинтеза., поскольку она может идти в темноте.



Интенсивное освещение, повышенное содержание углекислого газа в воздухе приводят к повышению активности фотосинтеза. Повышая интенсивность фотосинтеза сельскохозяйственных растений, можно повысить их урожайность.







Видеотека

Яндекс.Метрика