Зі шкільної лави поняття фотосинтез асоціюється з зеленим кольором. Це колір пігменту під назвою хлорофіл. Без його скупчення в листі процес фотосинтезу неможливий. Як же виживає біла секвойя?
Ця рослина-альбінос. Інші трави, кущі і дерева без хлорофілу гинуть. Секвойя ж — паразит, підживлюється від коренів інших рослин. Це позбавляє дерево від необхідності перетворювати енергію сонця в їжу для себе. Саме в цьому полягає суть фотосинтезу. Йому і присвятимо статтю.
процес фотосинтезу
фотосинтез рослин грунтується на 0,4% світлових променів. Половина з них не доходить до поверхні планети. З решти для фотосинтезу підходить тільки 1/8. Працюють обмеження по довжині світлової хвилі. З відповідних променів рослини забирають 0,4%.
Якщо переводити в енергію, це 1% від її загальної кількості. Звичний плин фотосинтезу проходить під дією сонячного світла. Однак, штучні промені рослини теж навчилися використовувати.
світловий фотосинтез зводиться до отримання глюкози. Вона йде на харчування рослин. Побічний продукт реакції — кисень. Він викидається представниками флори в зовнішнє середовище, поповнюючи атмосферу Землі.
Виходять кисень і глюкоза в ході реакції між вуглекислим газом і водою. Хлорофіл в цій взаємодії — своєрідний каталізатор. Без нього реакція неможлива.
Цікаво, що хлорофіл зустрічається тільки в рослинах. Функції, покладені на пігмент, нагадують роботу крові в організмі тварин. Хлорофіл подібний молекулі гемоглобіну, але з магнієм в центрі.
У клітинах ж людської крові задіяно залізо. Проте, на організми людей хлорофіл надає близьке до гемоглобіну дію, а саме, підвищує рівень кисню крові і прискорює обмін азоту.
реакція фотосинтезу може протікати швидко, або повільно. Все залежить від умов середовища. Важливі: інтенсивність світлового потоку, температура повітря, його насичення вуглекислим газом і киснем. Ідеалом вважається досягнення точки компенсації. Так називають збіг швидкостей дихання рослини і виділення їм кисню.
Якщо світло в клітини хлоропласти, в яких накопичується хлорофіл, надходить зверху, то воду для реакції рослини викачують з грунту. Ось навіщо потрібен полив рослин. Недолік вологи гальмує реакції фотосинтезу. У підсумку, рослина жовтіє, тобто втрачає хлорофіл.
Полів представника флори в цей момент, листя не зазеленіють. Викачувати воду з грунту теж допомагає хлорофіл. Виходить замкнуте коло. Немає поливу — немає хлорофілу, немає хлорофілу — немає доставки води в рослину.
Тепер, приділимо увагу глюкози. Раз зелень виробляє її з води і вуглекислого газу, значить, з неорганічного виходить органіка. Приєднуючи до цукру то фосфор, то сірку, то азот, рослини виробляють вітаміни, жири, білки, крохмаль. Доповнення до глюкози трави та дерева беруть з грунту. Елементи надходять розчиненими у воді.
фази фотосинтезу
фази фотосинтезу — це поділ процесу на фотоліз і відновну реакцію. Перший протікає на світлі і зводиться до виділення водню. Кисень служить побічним продуктом реакції, однак, теж потрібне рослині. Воно використовує газ в процесі дихання.
Світлова фаза фотосинтезу збуджує хлорофіл. Від надлишку енергії, його електрон відривається і починає переміщення по ланцюгу органічних сполук. В ході подорожі частка сприяє синтезу аденозіндіфосфорной кислоти з аденозинтрифосфорної.
На це йде дана електрону енергія. АДФ потрібна для утворення рослиною нуклеотидів. Вони входять в нуклеїнові кислоти, без яких неможливий метаболізм представників флори.
Розтративши енергію, електрон повертається до молекули хлорофілу. ця клітина фотосинтезу знову захоплює квант світла. Втомлений від роботи електрон підкріплюється нею, знову вирушаючи на справу. Така світлова фаза процесу. Однак, він не зупиняється і в темряві.
темновой фотосинтез спрямований на захоплення з зовнішнього середовища вже вуглекислого газу. Разом з воднем він бере участь в утворенні 6-вуглецевого цукру. Це і є глюкоза. цей результат фотосинтезу супроводжується, так само, освітою речовин, які допомагають захоплювати нові порції вуглекислого газу.
Захоплюються вони знову ж таки, хлоропластами. Ті витрачають енергію, накопичену за день. Ресурс йде на зв’язування вуглекислого газу з рібулозобісфосфатом. Це 5-вуглецевий цукор. Реакція дає дві молекули фосфоглицериновой кислоти.
У кожній з них по 3 атома вуглецю. Це один з етапів циклу Кальвіна. Він протікає в стромі, тобто підстилці хлоропластів. Складається цикл з трьох реакцій. Спочатку, вуглекислий газ приєднується до рубулозо-1,5-дифосфат.
Для реакції обов’язкова присутність рубулозобіфосфата-карбоксилази. Це фермент. В його присутності народжується гексоза. З неї і виходять молекули фосфоглицериновой кислоти.
Після отримання фосфогліцерінового з’єднання рослина відновлює його до Гліцеральдегід-3-фосфату. Його молекули йдуть на два «напряму». У першому утворюється глюкоза, а в другому рубулозо-1,5-дифосфат. Він, як пам’ятаємо, підхоплює газ вуглекислий.
фотосинтез на обох стадіях протікає в рослинах активно, оскільки ті пристосувалися захоплювати днем максимальну кількість енергії сонця. Згадаймо шкільні класи. фотосинтезу присвячені кілька уроків ботаніки.
Вчителі розповідають, чому у більшості рослин плоскі і широке листя. Так представники флори збільшують площу для уловлювання квантів світла. Не дарма і люди зробили сонячні батареї широкими, але плоскими.
Фотосинтез вуглекислого газу
Вуглекислий газ проникає в рослини через устиц. Це подібність пір в листі, стовбурах. Процес всмоктування газу і випуску після через ті ж устиц кисню нагадує дихання у людей.
Різниця лише в чергуванні стадій. Люди вдихають кисень, а видихають вуглекислий газ. У рослин все навпаки. Так на планеті утримується рівновага двох газів в атмосфері.
продукти фотосинтезу несуть в собі енергію сонця. Тварини переробляти її не вміють. З’їсти рослини — єдина можливість «зарядитися» від денного світила.
Переробляючи вуглекисле з’єднання, рослини здатні давати людям і тваринам в два рази більше. Представники флори працюють з 0,03% газу в атмосфері. Як видно, вуглекислий газ в ній не з переважаючих.
У штучних умовах вчені доводили відсоток вуглекислого речовини в повітрі до 0,05%. Огірки, при цьому, давали в 2 рази більше плодів. Так само реагували на зміни помідори, картопля, капуста.
Рівень вуглекислого газу вчені підвищували, спалюючи в теплицях тирса та інші відходи деревообробної промисловості. Цікаво, що при концентрації газу в 0,1% рослини вже не були раді.
Багато видів починали хворіти. У помідорів, наприклад, в атмосфері з надлишком вуглекислого з’єднання починали жовтіти і скручуватися листя. Це ще одне підтвердження небезпеки перенасичення атмосфери CO2. Продовжуючи вирубку лісів і розвиток промисловості, людина ризикує поставити залишилися рослини в непридатні для них умови.
Підвищувати рівень вуглекислого газу до оптимального можна не тільки шляхом спалювання відходів деревини, а й вносячи в грунт добрива. Вони провокують розмноження бактерій.
Багато мікроорганізмів виробляють вуглекисле з’єднання. Зосереджуючись у землі, воно тут же захоплюється рослинами, йдучи на благо представників флори і всього населення Землі.
значення фотосинтезу
Якщо допустити підвищення рівня вуглекислого газу в нижніх шарах атмосфери повсюдно, а не тільки в експериментальних теплицях, настане парниковий ефект. Це те саме глобальне потепління, яке чи то вже наближається, то чи й не «світить».
Вчені не сходяться в думках. Якщо говорити про факти, які говорять на користь парникового ефекту, згадується танення льодів Антарктики. Там живуть білі ведмеді. Уже кілька років вони занесені до Червоної книги.
Частиною життя ведмедів історично є подолання водних широт на шляху до нових льодовиках. Прагнучи до них, тварини все частіше вибиваються з сил, так і не досягнувши мети. Водні простори збільшуються.
Доплисти до клаптиків суші стає все складніше. Часом, ведмеді гинуть в дорозі. Часом, червонокнижні хижаки добираються до землі, але виснаженими. Сил на полювання і переходів вже по твердому грунті не залишається.
З вищесказаного робимо висновок: без фотосинтезу або з скороченням його частки, рівень вуглекислого газу в атмосфері спровокує парниковий ефект. Зміниться не тільки клімат планети, а й склад її мешканців, їх вигляд, пристосування до навколишнього середовища.
Так буде до тих пір, поки частка вуглекислого з’єднання в повітрі не досягне критичного 1%. Далі, під питання постає сам фотосинтез. води світових океанів можуть залишитися єдиним його джерелом. Водорості адже теж «дихають». Клітини, що зберігають хлорофіл, у них інші.
Однак, суть процесу фотосинтезу у наземних і водних рослин одна. Концентрація вуглекислого газу в атмосфері не обов’язково передається водному середовищі. У ній баланс може зберегтися.
Деякі вчені припускають, що при поступовому збільшенні частки вуглекислого газу в повітрі, представники флори зможуть пристосуватися до нових умов. Помідори не стануть згортати листя, капітулюючи перед реаліями майбутнього.
Можливо, рослини еволюціонують, навчившись переробляти більшу кількість СО2. Здогад вчених відноситься до категорії «краще не перевіряти». Занадто ризиковано.
значення фотосинтезу пов’язано не тільки з підтриманням життя самих рослин і насиченням атмосфери Землі киснем. Вчені б’ються над штучним проведенням реакції.
Розщеплюється під дією радіації сонця на водень і кисень вода — джерело енергії. Енергія ця, на відміну від одержуваної з нафтопродуктів і кам’яного вугілля, екологічно чиста, безпечна.
Де відбувається фотосинтез — неважливо. Важлива енергія, яку він несе з собою. Поки, людина отримує ресурс, лише поглинаючи рослинну їжу. Виникає питання, як же виживають м’ясоїдні? Вони не дарма полюють на травоїдних, а не собі подібних. У м’ясі тварин, що харчуються травами і листям, зберігається частина їх енергії.
Крім енергії фотосинтезу важливі і його продукти. Кисень, наприклад, йде не тільки на дихання тварин, а й на утворення озонового шару. Він розташовується в стратосфері Землі, на кордоні з космосом.
Озон — одна з модифікацій кисню, яку той приймає, піднімаючись на тисячокілометрові висоти. Тут елемент бореться з радіацією Сонця. Не будь озонового шару, випромінювання світила досягало б поверхні планети в небезпечних для всього живого дозах.
Цікаво, що в справі підтримки балансу газів на планеті можуть допомогти деякі безхребетні. Слимак Elisia Chloroti, наприклад, навчився асимілювати хлоропласти водоростей.
Мешканець морів з’їдає їх, «приручив» клітини з хлорофілом в слизовій свого шлунка. Геном слимака кодує білки, необхідні зеленому пігменту для фотосинтезу.
Вироблені речовини поставляються хлоропластам і ті «годують» безхребетні солоденької глюкозою. На ній і люди деякий час здатні виживати. Досить згадати лікарні, де ослабленим вводять глюкозу внутрішньовенно.
Цукор — основне джерело енергії і, головне, швидкий. Ланцюжок перетворення глюкози в чисту енергію коротше, ніж ланцюг перетворень жирів, білків. Звичайно, цукор навчилися синтезувати штучно.
Але, багато вчених схиляються до думки, що корисніше для організму глюкоза рослин, фруктів і овочів. Це подібно до ефекту вітамінів. У синтетичних і природних один склад, але трохи відрізнятися положення атомів. Досліди доводять, що аптечний вітамін С користь дає сумнівну, а ось той же речовина з лимона або капусти — безперечну.
Безперечна і користь фотосинтезу. Він звичний і, одночасно, зберігає ще багато таємниць. Пізнавайте їх, щоб забезпечити щасливе майбутнє і собі, і планеті в цілому.
