ХЕМОСИНТЕЗ І ФОТОСИНТЕЗ

Згадаєте! Що таке хемосинтез і фотосинтез? Яка їхня роль у біосфері?

Як відомо, автотрофні організми, залежно від джерела енергії, використовуваного для реакцій синтезу, розділяють на хемосинтезирующие й фотосинтезуючі.

Хемосинтез. Хемосинтезирующие організми (хемотрофы) для синтезу органічних сполук використають енергію, що вивільняється під час перетворення неорганічних з'єднань (азоту, сірки, заліза й ін.)- Відповідно розрізняють що нітрифікують, железобактерии, безбарвні серобактерии й ін. групи бактерій. Процес хемосинтезу відкрив в 1887 р. видатний російський мікробіолог С.Н. Виноградский (1856-1953).

бактерії, Що Нітрифікують, послідовно окисляють аміак до нітритів (солі азотистої кислоти), а потім - до нітратів (солі азотної кислоти). Железобактерии одержують енергію за рахунок окислювання з'єднань двовалентного заліза до тривалентного. Безбарвні серобактерии окисляють сірководень і інші з'єднання сірки до сірчаної кислоти.

Хемосинтезирующие мікроорганізми відіграють важливу роль у процесах перетворення хімічних елементів у біогеохімічних циклах. Біогеохімічні цикли (біогеохімічний круговорот речовин) - це обмін речовинами й забезпечення потоку енергії між різними компонентами біосфери внаслідок життєдіяльності різноманітних організмів, що має циклічний характер.

Фотосинтез. Фотосинтезуючі організми (фототрофы) використають для синтезу органічних сполук енергію світла. Процес утворення органічних сполук з неорганічних завдяки перетворенню світлової енергії в енергію хімічних зв'язків називається фотосинтезом. До фототрофным організмів належать зелені рослини (вищі рослини, водорості), деякі тварини (рослинні жгутиконосцы), а також деякі прокаріоти - цианобактерии, пурпурні й зелені серобактерии.

У клітинах вищих рослин фотосинтез відбувається в спеціальних органеллах - хлоропластах, що містить пігменти. Основними фотосинтезуючими пігментами є хлоро-филлы. По своїй структурі вони нагадують гем гемоглобіну, але в них замість атома заліза присутнє атом магнію.

В основі фотосинтезу лежать окислювально-відновні реакції, пов'язані з переносом електронів від з'єднань - постачальників електронів (донорів) до з'єднань, які їх приймають (акцепторам), а також з утворенням вуглеводів і виділенням в атмосферу молекулярного кисню. При фотосинтезі світлова енергія перетворюється в енергію синтезованих органічних сполук.

У процесі фотосинтезу в зелених рослин і цианобактерий беруть участь дві фотосистеми: перша (I) і друга (II), зв'язані між собою через систему переносу електронів.

Процес фотосинтезу відбувається у дві фази - світлову й той^-нову. У світловій фазі реакції протікають на світлі в мембранах особливих структур хлоропластів - тилакоидах (мал. 27). Фото-синтезуючі пігменти вловлюють кванти світла (фотони), які «збуджують» один з електронів молекули хлорофілу. Молекулами-переносниками цей електрон переноситься на зовнішню поверхню мембрани, здобуваючи певну потенційну енергію.

У фотосистемі I такий електрон передається до НАДФ⁺ (нико-тинамидадениндинуклеотидфосфат, окислена форма). Електрони, взаємодіючи з іонами водню, наявними в навколишнім середовищі, відновлюють це з'єднання:

НАДФ • Н згодом стає постачальником водню, необхідного для відновлення З₂ до глюкози.

Подібні процеси відбуваються й у фотосистемі II. «Збуджені» електрони передаються фотосистемі I, відновлюючи неї. У свою чергу, фотосистема II відновлюється за рахунок електронів, які поставляються молекулами води. Під дією світла при участі ферментів молекула води розщеплюється (фотоліз води) на іони водню, молекулярний кисень ( щовиділяється в атмосферу), електрони (використаються на відновлення фотосистеми II):

Транспорт електронів у світлових реакціях сполучений з переносом через мембрану тилакоидов іонів водню від зовнішньої її поверхні до внутрішнього. У результаті цих процесів на мембрані тилакоидов утвориться різниця електричних потенціалів (Аф). Крім того, по обидва боки мембрани виникає різниця концентрації іонів водню ( АрН) (мал. 27).

У мембрані тилакоидов, як і у внутрішній мембрані мітохондрій, локалізована Н⁺-АТФаза, що використає Аф і АрН для синтезу АТФ із АДФ і фосфорної кислоти.

Таким чином, під час світлової фази фотосинтезу утворяться багаті енергією з'єднання: синтезується АТФ і відновлюється НАДФ⁺. Як продукт фотолізу води в атмосферу виділяється молекулярний кисень.

Реакції темновой фази фотосинтезу протікають усередині хлоропластів. При наявності вуглекислого газу, певних з'єднань і енергії АТФ, що запасається в ході світлових реакцій,

водень приєднується до З₂, що надходить у хлоропласти із зовнішнього середовища. Через ряд послідовних реакцій при участі специфічних ферментів утворяться моносахариды (зокрема, глюкоза), з яких потім синтезуються полисахариды (крохмаль, целюлоза й ін).

Сумарне рівняння процесу фотосинтезу в зелених рослин має такий вигляд:

У фотосинтезуючий прокаріот світлова й темновая реакції фотосинтезу трохи відрізняються. У цих організмів фо-тосинтезирующие пігменти розміщені у внутрішніх виростах плазматичної мембрани, де й відбуваються реакції світлової фази. У зелених і пурпурних серобактерий, на відміну від циано-бактерий, немає фотосистеми II і джерелом електронів є не вода, а інші з'єднання (напр., молекулярний водень, сірководень). Тому під час фотосинтезу кисень у цих груп бактерій не виділяється.

Завдяки фотосинтезу організми вловлюють світлову енергію Сонця й перетворюють її в енергію хімічних зв'язків синтезованих ними вуглеводів. Потім по ланцюгах харчування ця енергія з їжею передається гетеротрофним організмам. Таким чином, саме завдяки фотосинтезу можливе існування біосфери. Зелені рослини й цианобактерии, поглинаючи вуглекислий газ і виділяючи кисень, впливають на газовий склад атмосфери. Щорічно завдяки фотосинтезу на Землі синтезується близько 150 млрд тонн органічних речовин і виділяється більше 200 млрд тонн вільного кисню, що забезпечує подих організмів. Крім того, під дією космічних променів кисень перетворюється в озон (ПРО₃), образуя озоновий екран атмосфери, що захищає на нашій планеті все живе від пагубного впливу космічних ультрафіолетових променів.

висновки

Автотрофні організми здатні синтезувати органічні сполуки з неорганічних, використовуючи для цього енергію, що вивільняється в результаті хімічних реакцій (хемотрофные організми), або енергію світла (фототроф-ные організми).

Фотосинтез - процес перетворення світлової енергії в енергію хімічних зв'язків синтезованих органічних сполук. Він складається їхніх двох фаз: світловий і темновой.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ:

1. Що таке хемосинтез? Які організми здатні до хемосинтезу? 2. Що таке фотосинтез? З.Що відбувається у світлову фазу фотосинтезу? 4. Що відбувається в темновую фазу фотосинтезу? 5. Яка роль зелених рослин для існування біосфери?

Подумайте! Що загального мають і чим відрізняються між собою процеси хемосинтезу й фотосинтезу?