Значение для фотосинтеза различных участков солнечного спектра. Образование углеводов и аминокислот при фотосинтезе

Согласно первому закону фотохимии, только поглощённые лучи могут быть использованы в химических реакциях. В том случае, если реагирующие молекулы бесцветны и не поглощают свет, фотохимические реакции могут идти только в присутствии специальных веществ – фотосенсибилизаторов. Фотосенсибилизаторы – вещества, поглощающие энергию света и передающие её той или иной бесцветной молекуле.

Положение о том, что в процессе фотосинтеза могут быть использованы только поглощённые лучи, впервые получило экспериментальное подтверждение в опытах К.А.Тимирязева. До этого господствовало ошибочное представление, что наибольшее значение в процессе фотосинтеза имеют жёлтые лучи солнечного спектра, которые хлорофиллом не поглощаются. К.А.Тимирязев показал, что процесс усвоения CO₂ на свету представляет собой фотохимический процесс и подчиняется законам фотохимии, что процесс фотосинтеза проходит именно в тех лучах, которые поглощаются хлорофиллом. Хлорофилл является оптическим сенсибилизатором, поглощающим энергию света.

Наиболее интенсивное усвоение углекислого газа наблюдается в красных лучах. Затем, в направлении зелёной части спектра процесс фотосинтеза постепенно ослабевает, зелёные лучи хлорофиллом почти не поглощаются. В сине-фиолетовой части спектра наблюдается второй подъём интенсивности фотосинтеза. Таким образом, кривая интенсивности фотосинтеза имеет два максимума соответственно двум максимумам поглощения хлорофилла. Интенсивность процесса фотосинтеза в различных участках спектра получила название спектра действия.

Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.

Световая фаза — это этап, на котором энергия света, поглощенная хлорофиллом, преобразуется в химическую энергию АТФ и НАДФН2. Осуществляется на свету в мембранах гран при участии белков-переносчиков и АТФ-синтетазы.

Реакции, вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов:

возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;

Результатами световых реакций являются: образование кислорода, синтез АТФ, восстановление НАДФН₂.

Темновая фаза — процесс преобразования СO2 в глюкозу в строме хлоропластов с использованием энергии АТФ и НАДФН2.

Реакции фиксации углерода — это последовательные преобразования СO2 в глюкозу:

помимо молекул глюкозы в строме образуются аминокислоты, нуклеотиды, спирты.

Углеводы являются важнейшей составной частью всех растений. Они образуются в зеленых растений в результате фотосинтеза из углекислого газа и воды под действием световой энергии. При этом углерод из неорганической формы переходит в органическую.

По современным представлениям фотосинтез представляет собой цепь окислительно-восстановительных реакций с поглощением немалого количества солнечной энергии. Суммарно уравнение фотосинтеза имеет вид

6 CO₂ + 6 H₂O С₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Механизм этого процесса следующий: при фотосинтезе происходит разложение воды, и образующийся при этом водород идёт на восстановление углекислого газа. Происходит превращение кинетической энергии солнца в потенциальную химическую энергию, которая аккумулируется сложными органическими веществами.

Фотосинтез имеет огромное биологическое значение: благодаря ему ежегодно связывается около (15÷20)·1010 тонн углерода и выделяется в атмосферу 4·1011 тонн кислорода. Фотосинтез проходит в хлоропластах – клеточных органоидах, главной составной частью которых является хлорофилл.

Главным продуктом фотосинтеза являются углеводы (Гексозы).