Фотосинтез в біології — суть процесу коротко і зрозуміло



Фотосинтез – це один з життєво важливих біологічних процесів, які протікають в природі та створюють сприятливі умови для життєдіяльності більшості живих організмів.

Основним результатом фотосинтезу є виділення органічних речовин і кисню.

Основна хімічна реакція проходить між водою і вуглекислим газом, але для її успішного протікання обов’язково потрібна участь світла.

Загальна схема фотосинтезу
Загальна схема фотосинтезу

Історія проведення наукових досліджень з фотосинтезу

У процесі вивчення рослин і тварин було зроблено ряд найважливіших експериментів, які привели вчених до відкриття фотосинтезу. Сталося це ще кілька століть тому.

У 1600 році бельгійський біолог Ян Ван Гельмонт провів досить простий, але дуже важливий експеримент. Він помістив в горщик із землею невелику вербову гілочку. Кілька років рослина отримувала в якості поливу дощову воду, що призвело до збільшення її маси на 60 кг. При цьому вага землі в горщику зменшилася всього на 50 грамів.

У 1771 році англієць на ім’я Джозеф Прістлі також провів значущий експеримент. Він закрив під ковпаком мишу, але істота загинула від задухи вже через 5 днів. Наступного разу він помістив під ковпак не тільки мишку, але і невелику гілочку зеленої м’яти.

Тварина вижила, а вчений зробив висновки про існування якогось процесу, протилежного диханню. Також цей експеримент довів здатність зелених рослин виділяти кисень в процесі власної життєдіяльності.

Важливо! Джозеф Прістлі більшу частину життя присвятив службі священнослужителем в англійській церкві, але увійшов в історію людства в ролі видатного вченого.

У 1782 році швейцарець Жан Сенеб’є навів наукові докази хімічного розпаду вуглекислого газу під тривалим впливом сонячного світла. Цей процес безперервно відбувається всередині зелених органоїдів практично всіх рослин.

У 1787 році француз Жак Бусенго виявив, що рослинність поглинає воду в процесі синтезу необхідних для її життєдіяльності органічних речовин. А вже в 1864 році, німецький біолог Юліус Сакса зробив науковий прорив у дослідженні процесів фотосинтезу і практично завершив ланцюжок відкриттів.

Саме Юліус Сакса зміг довести, що співвідношення вуглекислого газу, яке було спожито рослиною і кількість кисню, що виділила рослина складає пропорцію 1:1.

Світлозбиральний кластер фотосинтетичних пігментів на поверхні тилакоїдної мембрани хлоропластів
Світлозбиральний кластер фотосинтетичних пігментів на поверхні тилакоїдної мембрани хлоропластів

Особливості проходження процесів фотосинтезу

Фотосинтез може відбуватися в зелених рослинах, водоростях і численних бактеріях, які складають флору нашої планети. Для повноцінного проходження цієї хімічної реакції необхідна присутність наступних обов’язкових умов:

  • вуглекислий газ;
  • хлоропласт;
  • сонячне світло;
  • вода;
  • температура.

У процесі фотосинтезу вищих рослин беруть участь хлоропласти. Ці напівавтономні органели мають овальну форму і містять зелений пігмент – хлорофіл. Саме шляхом його наявності частина рослинності також характеризується зеленуватим відтінком.

У морських і річкових водоростях хлорофіл розташовується в хроматофорах – світловідбивних і пігментовмісних клітинах.

У бурих і червоних водоростей, що мешкають на глибині в цьому процесі беруть участь інші пігменти, що пов’язано з незначною кількістю сонячного світла, що надходить до них.

Якщо проаналізувати харчовий ланцюжок живих істот, то фотосинтезуючі організми будуть знаходиться на його початку. Таким чином, автотрофи вживаються в їжу практично всіма живими організмами Землі.

Важливо! В результаті фотосинтезу кисень, що виділяється, надходить в атмосферу. Він необхідний для дихання всіх рослин і тварин. Піднімаючись же в верхні шари атмосфери, кисень бере участь в утворенні озонового шару, що захищає поверхню планети від надмірного впливу ультрафіолетових променів.

Джозеф Прістлі — відкривач кисню та вуглецю, перший дослідник фотосинтезу
Джозеф Прістлі — відкривач кисню та вуглецю, перший дослідник фотосинтезу

Як відбувається процес фотосинтезу?

Фотосинтез проходить в наступній послідовності:

  • Світло потрапляє на хлоропласти, які розташовуються в листі та стеблах зелених рослин.
  • Напівавтономні органели, розташовані всередині рослинних клітин, починають споживати з ґрунту вологу, яка поступово розщеплюється на водень і кисень.
  • Частина отриманого кисню необхідна для окислювальних процесів у внутрішніх структурах самої рослини, а решта виділяється в навколишню атмосферу.
  • Накопичений в піреноїдах вуглекислий газ вступає в реакцію з воднем, що призводить до утворення сахаридів.
  • Сахариди взаємодіють з фосфором, азотом і сіркою, забезпечуючи рослину життєво необхідними сполуками, наприклад, крохмалем, білком і вітамінами.

Важливо! Ця хімічна реакція також призводить до вироблення кисню. Важливо! Оптимальною умовою для фотосинтезу є наявність сонячних променів, однак для деяких фотосинтезуючих рослин досить присутності й штучно створеного освітлення.

Фази фотосинтезу3

Основні фази фотосинтезу

Фотосинтез – це досить складний природний процес, який містить світлову і темнову фази.

Світлова фаза фотосинтезу

Особливості світлової фази

Цей етап фотосинтезу здійснюється безпосередньо на мембранах тилакоїдів, розташованих з внутрішньої сторони хлоропласту. Процес складається з декількох кроків, що проходять в наступному порядку:

  • Світло, що потрапляє на рослину, поглинається зеленим пігментом хлорофілу, що призводить до порушення молекули і її участі в процесі подальшого синтезу.
  • Вода розщеплюється на кілька складових, однією з яких є атоми водню. Саме ця речовина в підсумку використовується для синтезу вуглеводних сполук.
  • Синтез аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ) – діючої речовини, що грає роль енергетичного накопичувача в більшості біологічних процесів.

Світлова фаза може проходити лише за участю сонячного світла або штучного освітлення.

Темнова фаза фотосинтезу

Особливості темнової фази

Цей процес здійснюється в стромах хлоропластів, забезпечуючи виділення рослинами кисню і синтез глюкози. Для синтезування моносахаридів з вуглекислого газу активно використовуються речовини та енергія, які були запасені в результаті хімічних реакцій під впливом сонця.

Наприклад, для отримання 1 молекули глюкози рослині необхідно витратити 12 НАДФН і 18 АТФ.

Розглянута фаза проходить цілодобово, адже для її успішного здійснення не потрібні витрати світлової енергії. Варто зауважити, що, попри певні енергетичні втрати під час темнової фази фотосинтезу, загальний ККД біологічного процесу залишається досить високим.

Значення фотосинтезу для людини

Значення фотосинтезу для людини

У процесі фотосинтезу кожен листочок зеленої рослини виконує роль невеликої лабораторії, що відповідає за утворення кисню та органічних речовин. Саме результат цієї хімічної реакції забезпечує органічне життя планети необхідними ресурсами.

Тому вкрай важливо:

  • стежити за життєздатністю флори;
  • охороняти екологію;
  • уникати надмірної вирубки лісів.

Однак в мало засаджених рослинами областях, наприклад, пустелях або мегаполісах, людина також може продовжувати свою життєдіяльність.

Важливо! Наземні рослини забезпечують Землі лише 20% необхідного для існування живих організмів кисню. Решта ж 80% синтезуються шляхом морських, річкових і океанічних водоростей. Тому Світовий океан нерідко порівнюють з легенями планети.

Фотосинтез – складний біологічний процес, який відбувається в зелених рослинах, водоростях і деяких бактеріях. Саме за рахунок нього в атмосферу виділяється кисень, який забезпечує життєдіяльність всіх організмів. А ще при цьому процесі рослини виділяють необхідні для власного харчування органічні речовини.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *