Пластический обмен. Фотосинтез

Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул.

Автотрофные организмы способны самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. Выделяют два вида автотрофного питания: фотосинтез и хемосинтез. В этих процессах образуются сначала простые органические молекулы, которые затем, в результате биологического синтеза, формируют сложные макромолекулы.

• Характерен для растений, цианобактерий и эвглены зелёной.
• Ведущую роль в процессах фотосинтеза играют фотосинтезирующие пигменты, обладающие уникальным свойством ‒ улавливать свет и превращать его энергию в химическую.
• Фотосинтезирующие пигменты представляют собой довольно многочисленную группу белковоподобных веществ. Главным является пигмент хлорофилл, встречающийся у всех фототрофов.
• Фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид у эукариот или во впячивания цитоплазматической мембраны у прокариот.

Схема фотосинтеза

Процесс фотосинтеза подразделяется на реакции, вызываемые светом, и реакции, связанные с фиксацией углерода. Их называют световой и темновой фазами.

Реакции, вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов при участии белков-переносчиков и АТФ-синтетазы:

1. возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;

2. фотолиз (разложение) воды, происходящий при участии квантов света:

2Н₂О → 4Н⁺ + 4е^- + О_2;

3. восстановление акцепторов электронов — НАДФ⁺ до НАДФ • Н

2Н⁺ + 4е^- + НАДФ⁺ → НАДФ • Н.

Данный процесс происходит внутри тилакоидов — складках внутренней мембраны хлоропластов.

Результатами световой фазы являются:

- фотолиз воды с образованием свободного кислорода,

- синтез АТФ,

- восстановление НАДФ+ до НАДФ • Н

• Происходит в строме хлоропласта (пространстве между гранами).
• Здесь происходит фиксация углекислого газа, из которого синтезируется глюкоза. Также реакции автотрофной фиксации углекислого газа называют циклом Кальвина. Реакция: СО₂ + Н₂О = C₆H₁₂O₆.
• СО₂ и Н₂О ‒ это простые вещества, поэтому соединить их вместе очень сложно. Нужно много энергии. Здесь происходит затрата АТФ из световой фазы и НАДФ-Н₂.

Основные процессы темновой фазы:

• Образование моносахаридов;

• Происходит затрата энергии, образовавшийся в световой фазе;
• Происходит в строме хлоропластов.

Появление фотосинтеза сыграло большую роль в эволюции органического мира.

1. В процессе фотосинтеза, кроме моносахаридов (глюкоза и др.), которые превращаются в крахмал и запасаются растением, синтезируются мономеры других органических соединений – аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, фототрофы обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.
2. Атмосфера насыщается кислородом.

• Кислородное дыхание является самым выгодным способом энергетического обмена.
• Кислородная атмосфера (за счет озонового экрана) защищает живые организмы от губительного ультрафиолетового излучения.

3. Из атмосферы поглощается углекислый газ, который мог бы вызвать парниковый эффект (перегрев Земли).

1. Фотосинтезирующие организмы создают питание для гетеротрофов, это способствовало эволюции животных.
2. Накопление в атмосфере кислорода привело к возникновению кислородного дыхания – самого выгодного способа энергетического обмена.
3. Возникновение озонового экрана уменьшило поток солнечной радиации, падающей на землю, и позволило организмам выйти из океана на сушу.

*Прочитайте темы “Пластический обмен. Хемосинтез” и выполните тестирование.