Фотосинтез. Лист как орган фотосинтеза. Хлоропласты, их состав и строение. Пигменты. Световая и темновая фазы фотосинтеза

Фотосинтез- процесс образования органических вещ-в из CO₂ и H₂O на свету при участии фотосинтетических пигментов и энергии света- 6СО₂ + 6Н₂О + Q_света → С₆Н₁₂О₆ + 6О_2. Фотосинтез происходит в клетках зелёных растений с помо­щью пигментов, главным образом хлорофилла, находящегося в хлоропластах клетки. Его продуктами являются мономеры углеводов(моносахариды: глюко­за, фруктоза). Процесс фотосинтеза включает 2 стадии- фотолиз-получение водорода-кислород выделяется как побочный продукт реакции и получение глюкозы (восстановление). Хлорофиллы поглощают красный и сине-фиолетовый свет, отражают зеленый и поэтому придают растениям характерную зеленую окраску.

Бесхлорофильный фот-з-осуществляется археями(галобактерии);

Хлорофильный фот-з- оксигенный- с выделением кислорода;

Аноксигенный- не происх-т синтеза кислорода, использ-ся анаэробными фототрофными бактериями.

В системе процессов фотосинтеза различают два цикла реакций, две фазы, последовательно и непрерывно идущие друг за другом — световую и темновую.

В ходе первой стадии из АДФ и фосфата синтезируется АТФ, а НАДФ восстанавливается до НАДФ∙H₂. Синтез АТФ за счёт энергии световых квантов называется фотофосфорилированием. Этот процесс может быть циклическим (в реакции «работают» одни и те же электроны) и нециклическим (электроны в конце концов доходят до НАДФ и, взаимодействуя с ионами водорода, образуют НАДФ∙H₂). Кислород как побочный продукт реакции выделяется только во втором случае.

Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами: 1) синтезом АТФ; 2) образованием НАДФ·Н₂; 3) образованием кислорода. Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ·Н₂ транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы.

Темновая фаза- протекает в строме хлоропласта. Для ее реакций не нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и в темноте. Реакции темновой фазы представляют собой цепочку последовательных преобразований углекислого газа (поступает из воздуха), приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ. В процессе световой фа­зы фотосинтеза накапливается достаточно высокий уровень АТФ и НАДФ•Н. Однако сами по себе эти высокоэнергетические соединения не способны синте­зировать углеводы из CO₂. Поэтому становится очевидным, что и темновая фа­за фотосинтеза — сложный процесс, включающий большое количество реакций. Углекислый газ связывается с пятиуглеродным сахаром рибулозобисфосфатом(РДФ), образуя две молекулы трёхуглеродной фосфоглицериновой кислоты (ФГК). Последующий цикл реакций (цикл Кальвина) приводит к образованию из ФГК сахара (глюкозы).

Лист как орган фотосинтеза.

Лист сверху и снизу покрыт бесцветной кожицей-малопроницаемой для газов кутикулой. Углекислый газ, кот-ый усваивается в процессе фотосинтеза, поступает в лист ч/з устьица. Диффузия углекислого газа в лист происходит очень интенсивно. Для осуществления процесса фотосинтеза имеют значение особенности строения листа. К верхней стороне листа прилегает палисадная ткань, клетки кот-ой расположены перпендикулярно, плотно соприкасаются друг с другом и содержат много хлоропластов. К нижнему эпидермису прилегает губчатая паренхима с рыхлорасположенными клетками и межклетниками. Это приспособление служит для лучшего проникновения газов в клетки. Чтобы процесс фотосинтеза проходил непрерывно, клетки д.б. достаточно насыщены водой. При этом будут происходит транспирация, газообмен, процесс фотосинтеза пойдет нормально. Лист пронизан проводящими пучками, кот-ые обеспечивают отток из него продуктов ассимиляции.

Хлоропласты, их состав и строение. Пигменты.

Весь процесс фотосинтеза протекает в зеленых пластидах — хлоропластах. Оболочка хлоропласта, состоящая из двух мембран, окружает бесцветную строму, которая пронизана множеством плоских замкнутых мембранных карманов (цистерн) - тилакоидов, окрашенных в зеленый цвет. Поэтому клетки с хлоропластами бывают зелеными.Хлоропласты – это зеленые пластиды высших растений, содержащие хлорофилл – фотосинтезирующий пигмент. Представляют собой тельца округлой формы размерами. Химический состав хлоропласта: примерно 50% белка, 35% жиров, 7% пигментов, малое количество ДНК и РНК. При рассматривании под световым микроскопом видна зернистая структура пластид – это граны. Под электронным микроскопом наблюдаются небольшие прозрачные уплощенные мешочки (цистерны, или граны), образованные белково-липидной мембраной и располагающиеся в непосредственно в строме. Причем некоторые из них сгруппированы в пачки, похожие на столбики монет (тилакоиды гран), другие, более крупные находятся между тилакоидами. Благодаря такому строению, увеличивается активная синтезирующая поверхность липидно-белково-пигментного комплекса гран, в котором на свету происходит фотосинтез.

Для того чтобы свет мог оказывать влияние на растительный организм и, в частности, быть использованным в процессе фотосинтеза, необходимо его поглощение фоторецепторами-пигментами. Пигменты — это окрашенные вещества. Пигменты поглощают свет определенной длины волны. Непоглощенные участки солнечного спектра отражаются, что и обусловливает окраску пигментов. Так, зеленый пигмент хлорофилл поглощает красные и синие лучи, тогда как зеленые лучи в основном отражаются. Пигменты, сконцентрированные в пластидах, можно разделить на три группы: хлорофиллы, каротиноиды, фикобилины. Каротиноиды — это желтые и оранжевые пигменты. Каротиноиды содержатся во всех высших растениях и у многих микроорганизмов. Это самые распространенные пигменты с разнообразными функциями. Каротиноиды, содержащие кислород, получили название ксантофиллы. Основными представителями каротиноидов у высших растений являются два пигмента — каротин (оранжевый) и ксантофилл (желтый).Фикобилины — красные и синие пигменты, содержащиеся у цианобактерий и некоторых водорослей.