Ѕ≥олог≥¤ > ’емосинтез ≥ фотосинтез

’емосинтез ≥ фотосинтез

’емосинтез ≥ фотосинтез

як вам в≥домо, автотрофн≥ орган≥зми залежно в≥д джерела енерг≥њ под≥л¤ють на хемосинтезуюч≥ ≥ фотосинтезуюч≥.

’емосинтез. ’емосинтезуюч≥ орган≥зми (хемотрофи) дл¤ син≠тезу орган≥чних сполук використовують енерг≥ю, ¤ка вив≥льнюЇть≠с¤ п≥д час перетворенн¤ неорган≥чних сполук. ƒо цих орган≥зм≥в на≠лежать де¤к≥ групи бактер≥й: н≥триф≥куюч≥, безбарвн≥ с≥ркобактер≥њ, зал≥зобактер≥њ тощо.

Ќ≥триф≥куюч≥ бактер≥њ посл≥довно окиснюють ам≥ак (NH3) до н≥трит≥в (сол≥ HNO2), а пот≥м Ч до н≥трат≥в (сол≥ HNќ3). «ал≥зобак≠тер≥њ одержують енерг≥ю за рахунок окисненн¤ сполук двовалент≠ного зал≥за до тривалентного. ¬они беруть участь в утворенн≥ покла≠д≥в зал≥зних руд. Ѕезбарвн≥ с≥ркобактер≥њ окиснюють с≥рководень та ≥нш≥ сполуки с≥рки до с≥рчаноњ кислоти (H2SO4).

ѕроцес хемосинтезу в≥дкрив у 1887 роц≥ видатний рос≥йський м≥кроб≥олог —.ћ.¬иноградський. ’емосинтезуюч≥ м≥кроорган≥зми в≥≠д≥грають вин¤ткову роль у процесах перетворенн¤ х≥м≥чних елемен≠т≥в у б≥огеох≥м≥чних циклах. Ѕ≥огеох≥м≥чн≥ цикли (б≥огеох≥м≥ч≠ний колооб≥г речовин) Ч це обм≥н речовинами та забезпеченн¤ потоку енерг≥њ м≥ж р≥зними компонентами б≥осфери, внасл≥док жит≠тЇд≥¤льност≥ р≥зноман≥тних орган≥зм≥в, що маЇ цикл≥чний характер.

‘отосинтез. ‘ототрофи використовують дл¤ синтезу орган≥чних сполук енерг≥ю св≥тла. ѕроцес утворенн¤ орган≥чних сполук ≥з неор≠ган≥чних завд¤ки перетворенню св≥тловоњ енерг≥њ в енерг≥ю х≥м≥чних зв'¤зк≥в називають фотосинтезом. ƒо фототрофних орган≥зм≥в на≠лежать зелен≥ рослини (вищ≥ рослини, водорост≥), де¤к≥ тварини (рос≠линн≥ джгутиков≥), а також де¤к≥ прокар≥оти Ч ц≥анобактер≥њ, пурпу≠ров≥ та зелен≥ с≥ркобактер≥њ.

ќсновними з фотосинтезуючих п≥гмент≥в Ї хлороф≥ли. «а своЇю структурою вони нагадують гем гемоглоб≥ну, але в цих сполуках зам≥сть зал≥за присутн≥й магн≥й. «ал≥зо потр≥бне рослинним орга≠н≥змам дл¤ забезпеченн¤ синтезу молекул хлороф≥лу (¤кщо в рос≠лину зал≥зо не надходить, то в нењ утворюютьс¤ безбарвн≥ листки, нездатн≥ до фотосинтезу).

Ѕ≥льш≥сть фотосинтезуючих орган≥зм≥в маЇ р≥зн≥ хлороф≥ли хлороф≥л а (обов'¤зковий), хлороф≥л № (у зелених рослин), хлороф≥л с (у д≥атомових ≥ бурих водоростей), хлороф≥л d (у червоних водоростей). «елен≥ й пурпуров≥ бактер≥њ м≥ст¤ть особлив≥ бактер≥охлороф≥ли.

¬ основ≥ фотосинтезу лежить окиснювально-в≥дновний процес, пов'¤заний ≥з перенесенн¤м електрон≥в в≥д сполук постачальник≥в електрон≥в (донор≥в) до сполук, ¤к≥ њх сприймають (акцептор≥в), з утворенн¤м вуглевод≥в ≥ вид≥ленн¤м в атмосферу молекул¤рного кисню. —в≥тлова енерг≥¤ перетворюЇтьс¤ на енерг≥ю синтезованих орган≥чних сполук (вуглевод≥в) в особливих структурах - реакц≥йних центрах, що м≥ст¤ть хлороф≥л а.

” процес≥ фотосинтезу у зелених рослин ≥ ц≥анобактер≥й беруть участь дв≥ фотосистеми Ч перша (≤) та друга (II), ¤к≥ мають р≥зн≥ реакц≥йн≥ центри та пов'¤зан≥ м≥ж собою через систему перенесенн¤ електрон≥в.

ѕроцес фотосинтезу в≥дбуваЇтьс¤ в дв≥ фази Ч св≥тлову та темнову. ” св≥тлову фазу, реакц≥њ ¤коњ переб≥гають у мембранах особли≠вих структур хлоропласт≥в - тилакоњд≥в за на¤вност≥ св≥тла фотосинтезуюч≥ п≥гменти вловлюють кванти св≥тла (фотони). ѕо≠глинанн¤ фотон≥в приводить до Ђзбудженн¤ї одного з електрон≥в молекули хлороф≥лу, ¤кий за допомогою молекул Ч переносник≥в електрон≥в перем≥щуЇтьс¤ на зовн≥шню поверхню мембрани тила≠коњд≥в, набуваючи певноњ потенц≥йноњ енерг≥њ.

” фотосистем≥ ≤ цей електрон може повертатись на св≥й енер≠гетичний р≥вень ≥ в≥дновлювати њњ, а може передаватись так≥й спо≠луц≥, ¤к Ќјƒ‘ (н≥котинам≥даден≥ндинуклеотидфосфат). ≈лектро≠ни, взаЇмод≥ючи з ≥онами водню, ¤к≥ Ї в навколишньому середовищ≥, в≥дновлюють цю сполуку:

Ќагадаймо, що коли певна сполука в≥ддаЇ електрон Ч вона окиснюЇтьс¤, а коли приЇднуЇ Ч в≥дновлюЇтьс¤. ¬≥дновлений Ќјƒ‘ (Ќјƒ‘ Х Ќ2) згодом постачаЇ водень, потр≥бний дл¤ в≥днов≠ленн¤ атмосферного —ќ2 до глюкози (тобто сполуки, в ¤к≥й запаса≠Їтьс¤ енерг≥¤).

ѕод≥бн≥ процеси в≥дбуваютьс¤ й у фотосистем≥ II. «буджен≥ електрони, повертаючись на св≥й енергетичний р≥вень, можуть пе≠редаватись фотосистем≥ ≤ ≥ таким чином п в≥дновлювати. ‘отосисте≠ма II в≥дновлюЇтьс¤ за рахунок електрон≥в, ¤к≥ постачають молеку≠ли води. ѕ≥д д≥Їю св≥тла за участю фермент≥в молекули води розщеплюютьс¤ (фотол≥з води) на протони водню та молекул¤р≠ний кисень, ¤кий вид≥л¤Їтьс¤ в атмосферу, а електрони використо≠вуютьс¤ на в≥дновленн¤ фотосистеми II:

≈нерг≥¤, вив≥льнена при поверненн≥ електрон≥в ≥з зовн≥шньоњ поверхн≥ мембрани тилакоњд≥в на попередн≥й енергетичний р≥вень, запасаЇтьс¤ у вигл¤д≥ х≥м≥чних зв'¤зк≥в молекул ј“‘, ¤к≥ синтезу≠ютьс¤ п≥д час реакц≥й в обох фотосистемах. ƒе¤ка њњ частина витра≠чаЇтьс¤ на випаровуванн¤ води. “аким чином, п≥д час св≥тловоњ фази фотосинтезу утворюютьс¤ багат≥ на енерг≥ю (¤ка запасаЇтьс¤ у ви≠гл¤д≥ х≥м≥чних зв'¤зк≥в) сполуки: синтезуЇтьс¤ ј“‘ ≥ в≥дновлюЇтьс¤ Ќјƒ‘. як продукт фотол≥зу води в атмосферу вид≥л¤Їтьс¤ молеку≠л¤рний кисень.

–еакц≥њ темповоњ фази фотосинтезу переб≥гають у внутр≥ш≠ньому середовищ≥ (матрикс≥) хлоропласт≥в ¤к на св≥тл≥, так ≥ за його в≥дсутност≥. як згадувалос¤ ран≥ше, в ход≥ реакц≥й темповоњ фази —02 в≥дновлюЇтьс¤ до глюкози завд¤ки енерг≥њ, що вив≥льнюЇтьс¤ при розщепленн≥ ј“‘, та за рахунок в≥дновленого Ќјƒ‘.

—полукою, ¤ка сприймаЇ атмосферний —ќ2, Ї рибульозоб≥фосфат (п'¤тивуглецевий цукор, сполучений ≥з двома залишками фос≠форноњ кислоти). ѕроцес приЇднанн¤ —ќ2 катал≥зуЇ фермент карбоксилаза. ¬насл≥док складних ≥ багатоступеневих х≥м≥чних реакц≥й, кожну з ¤ких катал≥зуЇ св≥й специф≥чний фермент, утворюЇтьс¤ к≥н≠цевий продукт фотосинтезу Ч глюкоза, а також в≥дновлюЇтьс¤ ак≠цептор —ќ2, - рибульозоб≥фосфат. « глюкози в кл≥тинах рослин можуть синтезуватис¤ пол≥сахариди Ч крохмаль, целюлоза тощо.

ѕ≥дсумкове р≥вн¤нн¤ процесу фотосинтезу у зелених рослин маЇ такий вигл¤д:

” фотосинтезуючих прокар≥от е певн≥ в≥дм≥нност≥ у переб≥гу св≥тловоњ та темновоњ фаз фотосинтезу. ” прокар≥от в≥дсутн≥ пластиди, тому фотосинтезуюч≥ п≥г≠менти розташован≥ на внутр≥шн≥х виростах цитоплазматичноњ мембрани, де ≥ в≥д≠буваютьс¤ реакц≥њ св≥тловоњ фази. ” зелених ≥ пурпурових бактер≥й, на в≥дм≥ну в≥д ц≥анобактер≥й, немаЇ фотосистеми II, постачальником електрон≥в Ї не вода, а с≥рководень, молекул¤рний водень та де¤к≥ ≤нш≥ сполуки. ¬насл≥док цього у цих груп бактер≥й п≥д час фотосинтезу кисень не вид≥л¤Їтьс¤.

«наченн¤ фотосинтезу дл¤ б≥осфери важко переоц≥нити. —аме завд¤ки цьому процесов≥ вловлюЇтьс¤ св≥тлова енерг≥¤ —онц¤. ‘отосинтезуюч≥ орган≥зми перетворюють њњ на енерг≥ю х≥м≥чних зв'¤зк≥в синтезованих вуглевод≥в, а пот≥м по ланцюгах живленн¤ вона передаЇтьс¤ гетеротрофним орган≥змам. ќтже, не буде пере≠б≥льшенн¤м вважати, що саме завд¤ки фотосинтезу можливе ≥сну≠ванн¤ б≥осфери. «елен≥ рослини та ц≥анобактер≥њ, поглинаючи ву≠глекислий газ ≥ вид≥л¤ючи кисень, впливають на газовий склад атмосфери. ”весь атмосферний кисень маЇ фотосинтетичне по≠ходженн¤. ўор≥чно завд¤ки фотосинтезу на «емл≥ синтезуЇтьс¤ близько 150 млрд тонн орган≥чноњ речовини ≥ вид≥л¤Їтьс¤ понад 200 млрд тонн в≥льного кисню, ¤кий не т≥льки забезпечуЇ диханн¤ орган≥зм≥в, але й захищаЇ все живе на «емл≥ в≥д згубного впливу короткохвильових ультраф≥олетових косм≥чних промен≥в (озоновий екран атмосфери).

јле загалом процес фотосинтезу малоефективний. ” синтезова≠ну орган≥чну речовину переводитьс¤ лише 1-2% сон¤чноњ енерг≥њ. ÷е по¤снюЇтьс¤ неповним поглинанн¤м св≥тла рослинами, а також тим, що частина сон¤чного св≥тла в≥дбиваЇтьс¤ в≥д поверхн≥ «емл≥ назад у космос, поглинаЇтьс¤ атмосферою тощо. ѕродуктивн≥сть процесу фотосинтезу зростаЇ за умов кращого водопостачанн¤ рос≠лин, њхнього оптимального осв≥тленн¤, забезпеченн¤ вуглекислим газом, завд¤ки селекц≥њ сорт≥в, спр¤мован≥й на п≥двищенн¤ ефек≠тивност≥ фотосинтезу тощо. ќдн≥Їю з найпродуктивн≥ших культур≠них рослин вважають кукурудзу, в ¤коњ досить високий коеф≥ц≥Їнт корисноњ д≥њ фотосинтезу.

1

Ќазва: ’емосинтез ≥ фотосинтез
ƒата публ≥кац≥њ: 2005-01-07 (2096 прочитано)