Фотосинтез. Запасання енергії. Фотосинтез. Загальна вистава

Ви перебуваєте: Фотосинтез. Запасання енергії

Коли випромінювання відповідної довжини хвилі поглинається хлоропластом, двоокис вуглецю хімічно відновлюється до цукрів, а газоподібний кисень виділяється в обсязі; рівному обсягу відновленої З2. Ці зміни протилежні по напрямкові змінам, що відбуваються при окисненні живильних речовин у процесі подиху; отже, важлива роль рослин у балансі природи зв'язана й з тим, що вони повертають в атмосферу кисень, який необхідний для подиху переважній більшості організмів. Позначивши формулою (СН20) елементарну одиницю молекули вуглеводу (молекула глюкози C6H1206 побудована із шести таких одиниць), ми можемо записати загальне рівняння фотосинтезу в наступному виді:

Усе компоненти цієї реакції містять кисень, так що наведене рівняння нічого не говорить про те, звідки береться кисень, що виділяється при фотосинтезі: із ІЗ2 або з Н20. Протягом багатьох лет біологи починали, що світлова енергія витрачається на розщеплення молекули З2 і перенос атома З на Н2 ПРО с утвором (СН2 ПРО). Однак спостереження над фотосинтезуючими мікроорганізмами похитнули цю виставу. Біохімічні шляхи у фотосинтезуючих мікроорганізмів, у цілому аналогічні відповідним до процесів у вищих рослин, все-таки трохи відрізняються від них. Наприклад пурпурные бактерии, що фотосинтезирующие, используют при фотосинтезе не Н2О, a H2S и в качестве побочного продукта фотосинтеза выделяют не кислород, а серу: У багатьох місцях земної кулі важливим природним джерелом елементарної сірки служать відкладання сірки, що утворювалися саме таким шляхом. Зовсім очевидно, що ця сірка може відбуватися тільки з H2S фотосинтезу, що розщеплюється в процесі. Аналогічним образом поводяться деякі водорості, які можна 'привчити' використовувати замість води газоподібний водень Н2 для відновлення З2 до (СН2 ПРО), тобто до рівня вуглеводу:

Ясно, що в обох цих механізмах світлова енергія витрачається на розкладання (фотоліз) донора водню, а відбудовна сила, генерируемая таким шляхом, використовується для перетворення З2 в (СН2 ПРО).

Якщо в різних організмів існує якийсь загальний шлях фотосинтезу, те наведені дані дозволяють припустити, що й у вищих рослин світлова енергія витрачається на розкладання води. Переконатися в тому, що це припущення вірне, удалося, коли біохіміки стали застосовувати для вивчення фотосинтезу Н2 Про або З2, мічені важким ізотопом кисню (18 ПРО). У цих досвідах було показано, що кисень, що виділяється, завжди відповідає по своєму ізотопному складу кисню, що втримується у воді, а не в З2. По суті, фотоліз води - це ключ до всього процесу фотосинтезу, тому що саме на цьому етапі світлова енергія використовується для виробництва хімічної роботи

У молекулі кисню, що виділяється при фотосинтезі у вищих рослин, утримуються два атоми кисню, а в молекулі води - тільки один такий атом, і це означає, що в реакцію повинні вступати дві молекули води

Щоб одержати збалансоване рівняння, що правильно відбиває механізм сумарної реакції, ми повинні ввести в обидві частини цього рівняння ще по одній молекулі води. Якщо вода буде містити 18 ПРО, то ми одержимо

Якщо ж ми позначимо за допомогою 18 Про двоокис вуглецю, то рівняння прийме наступний вид:

кисень, Що Виділяється при фотосинтезі, виходить із води, що вступає в реакцію молекула, що утворюється ж, води відрізняється від тих двох молекул, які піддалися фотолізу. На мал. 4.1 наведена схема, яка може допомогти читачеві наочніше уявити собі загальний хід розглянутої реакції. Із цієї схеми видне, що світлова енергія використовується для розкладання води. При цьому виділяється кисень і утворюється також 'водень' (або 'відбудовна сила'), що витрачається 1) на відновлення З2 до кінцевого продукту фотосинтезу (СН2 ПРО) і 2) на утвір нової молекули води Звичайно, цей самий короткий опис фотосинтезу, і в кожній із представлених тут простих реакцій у дійсності є багато проміжних етапів. Одні із цих етапів пов'язані з перетворенням світлової енергії в хімічну, інші ж можуть відбуватися як на світлі, так і в темряві. Ці останні називаються 'темновыми реакціями' фотосинтезу