Фотосинтез и фотосинтезирующие пигменты: значение и фазы фотосинтеза, особенности пигментов

Фотосинтез и фотосинтезирующие пигменты

Значение фотосинтеза

Солнце — важнейший источник энергии для всего живого на планете Земля. Солнечная энергия способствует образованию из неорганических соединений органических. Основная роль в этом процессе отводится зеленым растениям, сине-зеленым водорослям (их еще называют цианобактериями) и некоторым простейшим животным.

У перечисленных организмов есть способность к преобразованию солнечной энергии в энергию химических связей. Такие живые организмы стали называть фототрофами или фотосинтетиками.

Что дает процесс фотосинтеза? Во-первых, с его помощью происходит накапливание массы органического вещества. Во-вторых, в атмосферу выделяется кислород, который является побочным продуктом фотосинтеза.

В этом всем и заключается значение фотосинтеза в масштабах вселенной — как биохимического процесса.

Процесс фотосинтеза состоит из световой и темновой фаз, на которых стоит остановиться чуть более подробно. Их еще называют этапами фотосинтеза.

Световая фаза фотосинтеза

Хлорофилл является главным элементом процесса фотосинтеза. Он представляет собой фотосинтезирующий пигмент, органическое вещество зеленого цвета, превращающий солнечную энергию в энергию химических связей. Хлорофилл содержат специализированные пластиды, которые называются хлоропластами.

Процесс фотосинтеза начинается, когда солнечный свет попадает на хлоропласт. Затем этот свет поглощает молекула хлорофилла. Один из электронов молекулы хлорофилла возбуждается и попадает на внешнюю поверхность мембраны тилакоида хлоропласта, получая, таким образом, определенную энергию.

Чрезмерная энергия возбужденных электронов становится причиной двух процессов: расщепления воды и синтез АТФ.

В результате расщепления воды происходит образование свободных атомов водорода и OH-радикалов.

Также стоит отметить, что оба процесса происходят в хлоропласте в фазе поглощения света хлорофиллом. Поскольку процессы протекают при свете, то они объединяются в световую фазу фотосинтеза.

Темновая фаза фотосинтеза

Последующие реакции фотосинтеза связаны с процессом образования углеводов. При этом они происходят как на свету, так и при отсутствии света. Именно второй вариант и дал название «темновая фаза». Все эти процессы образуют ряд последовательных реакций при участии ферментов. В результате этих реакций происходит образование из бедных на энергию веществ (воды и оксида углерода) углеводов.

Чтобы темновые реакции происходили, хлоропласт постоянно снабжается энергией и исходными веществами. Из атмосферы в листок попадает оксид углерода (углекислый газ). При расщеплении воды в световой фазе фотосинтеза из воды образуется водород.

В качестве источника энергии выступает АТФ, которая синтезируется в световой фазе фотосинтеза. Когда эти вещества попадают в хлоропласт, происходит синтез углеводов.

Фотосинтез имеет огромное значение. Каждый год растительность нашей планеты связывает примерно 170 млрд. тонн углерода. А еще растениями вводятся в синтез миллиарды тонн таких элементов как азот, сера, фосфор, магний, кальций и др.

Фотосинтезирующие пигменты

Пигменты фотосинтеза — специальные органические вещества, которые непосредственно участвуют в фотосинтезе. Они получили название фотосинтетических (фотосинтезирующих) пигментов.

Пигменты в биологии являются светочувствительными веществами, имеющими белковую природу, в которых за счет влияния солнечного света активизируются электроны.

Все пигменты образуют 3 класса:

• хлорофиллы (зеленые);
• каротиноиды (желтые);
• фикобилины (синие и красные).

Внутри каротиноидов есть еще одно разделение: на каротины и ксантофиллы.

Хлоропласты клеток зеленых растений могут состоять из одного или нескольких хлорофиллов, 1-3 каротинов, нескольких ксантофиллов. Фикобилины присутствуют как белковые комплексы — у красных и сине-зеленых водорослей это билипротеины.