Синтез первичного органического вещества

Основная доля первичной продукции на Земле создается в клетках зеленых растений под воздействием солнечной энергии.

Этот процесс именуется фотосинтезом.

Некоторая часть первичной продукции нарабатывается бактериями за счет реализации химических процессов, которые именуются хемосинтезом.

Процесс фотосинтеза состоит в том, что в результате сложных химических реакций вода и диоксид углерода соединяются в молекулы сахаров (в частности, в молекулы глюкозы) с выделением свободного кислорода при поглощении кванта света.

Согласно второму началу термодинамики, любые виды энергии в конечном счете переходят в тепловую форму и рассеиваются.

Реакция фотосинтеза казалось бы идет против термодинамического градиента. Она сопровождается накоплением энергии в органическом веществе, образующемся из углекислого газа и воды. Но следует помнить, что эта реакция идет за счет преобразования энергии фотонов солнечного света в энергию химических связей органического вещества (Q) и тогда термодинамическое противоречие исчезает:

6СО₂ + 6Н₂О+ = C₆H₁₂0₆ + 6 О₂ + Q.

Схематически этот процесс представлен на рис. 2.4.

Таким образом, растения на нашей планете непрерывно усваивают из атмосферного воздуха огромное количество диоксида углерода. (около 200 млрд. т в год и выделяют 145 млрд. т свободного кислорода, образуя более 100 млрд. т органической материи).

Именно растениям мы обязаны стабильностью газового состава атмосферы и ресурсами пищи и топлива на нашей планете.

Общее количество энергии, ежегодно запасаемой растениями на Земле, оценивается величиной 20,9 · 10²² кДж.

В реакции фотосинтеза углекислый газ и вода не сразу превращаются в сахар. Первичным продуктом является так называемая фосфоглицериновая кислота (ФГК). Она превращается в фосфоглицериновый альдегид при присоединении молекулы СО к рибулезодифосфату СН₂О (Р), в ходе реакции карбоксилирования.

Далее, в результате сложных химических процессов образуется фруктоза. Она является исходным материалом для образования других видов углеводов.

Синтез органического вещества может осуществляться и бактериями. Источником углерода для них является диоксид углерода, восстанавливающийся за счет молекулярного водорода или водорода, входящего в состав сероводорода или другого неорганического вещества.