Фотосинтез: световая и темновая фазы

Что такое фотосинтез

Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды за счёт энергии света, протекающий в хлоропластах зелёных растений, водорослей и некоторых бактерий. Это пример пластического обмена и одновременно главный способ запасания солнечной энергии на Земле. Суммарное уравнение фотосинтеза:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 (на свету, в хлорофилле)

Где идёт фотосинтез

Реакции происходят в хлоропластах. Внутри них есть мембранные структуры — тилакоиды, собранные в стопки (граны), и полужидкое содержимое — строма. Зелёный пигмент хлорофилл расположен в мембранах тилакоидов и поглощает свет преимущественно в красной и сине-фиолетовой части спектра.

Световая фаза

Световая фаза идёт в мембранах тилакоидов и возможна только на свету. Её суть:

• квант света возбуждает электроны хлорофилла;
• происходит фотолиз воды — разложение воды с выделением кислорода: 2H2O → 4H+ + 4e- + O2;
• энергия используется для синтеза аденозинтрифосфата (АТФ) и образования восстановителя НАДФ·H.

Кислород, который выделяют растения, образуется именно при фотолизе воды, а не из углекислого газа.

Темновая фаза

Темновая фаза протекает в строме хлоропласта и не требует света непосредственно, но использует продукты световой фазы. Здесь идёт фиксация углекислого газа и синтез глюкозы за счёт энергии АТФ и водорода с НАДФ·H. Этот цикл реакций называют циклом Кальвина.

Частая ошибка. Темновая фаза называется так не потому, что идёт в темноте, а потому, что её реакции не нуждаются в свете напрямую. В природе она протекает и днём.

Значение фотосинтеза

Благодаря фотосинтезу на Земле создаётся органическое вещество, которым питаются все остальные организмы, и поддерживается постоянный состав атмосферы. Растения обогащают воздух кислородом и поглощают углекислый газ, образовался озоновый слой, защищающий жизнь от ультрафиолета. По способу питания фотосинтезирующие организмы называют автотрофами: они сами создают органические вещества из неорганических. Животные и грибы — гетеротрофы, они получают готовые органические вещества с пищей. Таким образом, именно автотрофы стоят в начале всех пищевых цепей и являются производителями органики в природе.

Что влияет на скорость фотосинтеза

Интенсивность фотосинтеза зависит от условий среды. Главные факторы:

• освещённость — до определённого предела с ростом света фотосинтез усиливается;
• концентрация углекислого газа — её повышение ускоряет образование органики;
• температура — реакции идут активнее в тепле, но при перегреве замедляются;
• наличие воды — вода нужна и как исходное вещество, и для нормальной работы клеток.

Знание этих закономерностей применяют в сельском хозяйстве: в теплицах регулируют освещение, температуру и подкормку растений углекислым газом, чтобы повысить урожай.

Кратко о главном

• Фотосинтез — синтез органики из углекислого газа и воды за счёт энергии света в хлоропластах.
• Световая фаза идёт в тилакоидах: фотолиз воды, выделение кислорода, образование АТФ и НАДФ·H.
• Темновая фаза идёт в строме: фиксация углекислого газа и синтез глюкозы.
• Фотосинтез обеспечивает живое органическим веществом, кислородом и поддерживает атмосферу.