5. Фотосинтез. Лист как орган фотосинтеза. Функциональная роль пигментов. Экологическая роль фотосинтеза.

Фотосинтезирующие организмы: автотрофы и гетеротрофы. Гетеротрофные организмы - не способные к синтезу органических веществ из неорганических и использующие в качестве пищи (источника Е) готовые органические соединения (большинство бактерий, грибов, животных). Автотрофные организмы - способные создавать из неорганических веществ органические, служащие строительным материалом и источником Е. (пигментированные бактерии и зеленые растения): хемосинтезирующие (бактерии) - используют Е, выделяющуюся при окислении некоторых неорганических веществ (например, нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак нитриты нитраты); Фотосинтезирующие - используют Е света (зеленые растения) Главным фотосинтезирующим органом высших растения является лист. Строение листа и его функции тесно взаимосвязаны. Листьям нужен источник СО» и вода; они приспособлены к поглощению солнечной Е, есть хлорофилл, выделяется О2 как один из отходов, а полезный продукт - углевод транспортируется в другие части растения и запасается. Лист весьма специализированный орган, удовлетворяющий этим требованиям. Расположение листьев, которые пня перекрывают друг друга способствует фотосинтезу. У эукариот фотосинтез (Фт) происходит в особых органеллах -хлоропластах (Хл) Они рассеяны в цитоплазме, их число От 1 до 100. Двояковыпуклая форма на срезе, в сверху - округлые. Хл образуются из пропластид и состоят: 2 мембраны + строма (бесструктурное содержимое, гель, находятся ферменты + сахара и орган. кислоты). Строма пронизана системой параллельно расположенных элементарных мембран, которые являются продолжением внутренней мембраны. Их называют тилакоидами. Тилакоиды образуют граны Отдельные граны соединены друг с другом ламеллами. В мембранах гран встроены пигменты, улавливающие солнечный ост, и ферменты, синтезирующие АТФ Т. обр. а гранах Хл протекает световая фаза Фт. а в строме - темновая. Основные функции Хл - Фт и синтез специфических белков. Фотосинтетические пигменты: хлорофиллы и каратиноиды. Их роль - поглощение света и превращение сто энергии в химическую энергию Пигменты локализованы в мембранах хлоропластов, хлоропласты обычно располагаются так, чтоб их мембраны находились под прямым углом к источнику света. Хлорофиллы - поглощают красный и сине-фиолетовый свет. Зеленый свет они отражают, потому придают растениям зеленую окраску. Каратиноиды: желтые, оранжевые, красные или коричневые пигменты, которые сильно поглощают в сине-фиолетовой области. Они имеют три максимума поглощения в сине-фиолетовой области спектра, они не только функционируют как дополнительные пигменты, но и защищают хлорофилл от избытка света к от окисления кислородом, выделяющимся при фотосинтезе.

Механизм: Фотосинтез –2 фазы Фт: световая и темновая.

Световая фаза: Видимый свет Хл электрон переходит в возбужденное состояние электрон поднимается на более высокий энергетический уровень присоединяется к иону Н+. восстанавливает его до атома Н +НАДФ (никотинамидадениндинуклиотидфосфат) восстановление до НАДФ-Н2 Одновременно под действием hv фотолиз воды ионы ОН и (Н+) Ионы гидроксила, оставшись без противоионов Н+, отдают свои электроны и превращаются в свободные радикалы ОН, которые, взаимодействуя друг с другом, образуют воду и свободный О2 4 ОН 2 Н2О+О2

Протоны и электроны накапливаются по разные стороны мембраны грана Хл (Р - внутренняя сторона, а Э - наружная) и создают разность потенциалов, когда разность достигает критического уровня, протоны проходят по специальным каналам мембран, в которых находятся ферменты синтезирующие АТФ. Т. Обр. в световой фазе Фт: фотолиз воды с выделением кислорода, восстановление НАДФ до НАДФ+Н2 и синтез АТФ.

Темновая фаза: накопленная в световой фазе Е используется для синтеза моносахаридов из СО2 (поступает из воздуха через устьица) и Н2 (отсоединяется от НАДФ+Н2) путем сложных ферментативных реакций. Не требует прямого участия света, протекает в строме хлоропластов, как на свету, так и в темноте. Коэффициент полезного действия - 60%.

Значение огромно главный процесс, протекающий в биосфере, Е солнца аккумулируется в химических связях органнческих соединений, которые идут на питание всех гетеротрофов. При этом атмосфера обогащается кислородом и очищается от избытка углекислого газа