Біологія ЗНО 2015

Процес синтезу органічних речовин з неорганічних, який відбувається з використанням світлової енергії і за участю хлорофілу, називають фотосинтезом. Процес фотосинтезу виражається таким сумарним рівнянням:

 

Основним фотосинтетичним пігментом вищих рослин є хлорофіл. За хімічною структурою розрізняють хлорофіл а (міститься у хлоропластах всіх зелених рослин та ціанобактерій), в, с та д (в клітинах водоростей).

Фотосинтез — це складний, багатоступінчастий процес, який складається з двох фаз: світлової і темнової.

Світлова фаза фотосинтезу відбувається на мембранах тилакоїдів хлоропластів. Ця стадія розпочинається з моменту поглинання квантів світла молекулою хлорофілу; при цьому електрони атома Магнію у молекулі хлорофілу переходять на більш високий енергетичний рівень, нагромаджуючи потенціальну енергію; частина електронів зразу ж повертається на своє попереднє місце, а енергія, що виділяється при цьому, випромінюється у вигляді тепла; значна частина електронів з високим рівнем енергії передає її іншим хімічним сполукам для фотохімічної роботи, яка здійснюється за кількома основними напрямками.

1. Відбувається процес розкладу (фотоліз) води; при цьому утворюються електрони (), протони (Н+) та молекулярний кисень відповідно до рівняння:

 

Протони Н+, приєднуючи електрони з високим рівнем енергії, перетворюються на атомарний Гідроген, який використовується у наступних реакціях фотосинтезу.

2. Перетворення енергії електронів на енергію АТФ. Оскільки під час фотосинтезу в макроергічних зв’язках АТФ акумулюється енергія світла, процес її утворення називається фотофосфорилюванням.

3. Відновлення універсального біологічного переносника Гідрогену НАДФ+ до НАДФ ∙ Н. Таким чином, у результаті світлової фази фотосинтезу утворюються АТФ з АДФ; НАДФ+ відновлюється і утворюється НАДФ ∙ Н; виділяється молекулярний кисень; АТФ і НАДФ ∙ Н використовуються у темновій фазі фотосинтезу.

Темпова фаза фотосинтезу, або цикл Кальвіна, — ряд послідовних реакцій, що супроводжуються поглинанням вуглекислого газу і утворенням вуглеводів, відбувається в стромі хлоропласта. Ці реакції можуть відбуватися і на світлі, і в темряві. СО2, який надходить із зовнішнього середовища, вловлюється п’ятикарбоновими органічними сполуками, що містяться у хлоропластах рослин; при цьому утворюється нестійка шестикарбонова сполука, що швидко розщеплюється на дві трикарбонові молекули.

У результаті семи послідовних ферментативних реакцій з використанням енергії АТФ і НАДФ-Н утворюється шестикарбонова молекула глюкози.

Сумарне рівняння реакції темнової фази:

 

де Ф — залишок фосфорної кислоти.

Отже, у темновій фазі фотосинтезу як результат ряду ферментативних реакцій відбувається відновлення вуглекислого газу до глюкози.

Значення фотосинтезу:

— фотосинтез підтримує баланс газів в атмосфері, необхідний для життя на Землі, перешкоджає збільшенню концентрації СО2, запобігає надмірному нагріванню Землі;

— виділення кисню в процесі фотосинтезу сприяло формуванню озонового екрану, який захищає все живе від згубного впливу ультрафіолетового випромінювання;

—   фотосинтез — єдиний процес на Землі, який іде в грандіозних масштабах і зв’язаний з перетворенням Е сонячного світла в Е хімічних зв’язків. Ця космічна Е, накопичена зеленими рослинами, складає основу для життєдіяльності всіх інших гетеротрофних організмів на Землі від бактерій до людини.