Фотасінтэз

Фотасі́нтэз (ад грэч. φωτο- — святло і σύνθεσις — сінтэз, сумяшчэнне, змяшчэнне разам) — працэс утварэння арганічнага рэчыва з вуглякіслага газу і вады на святле пры ўдзеле фотамінтэтычных пігментаў хларафіла ў раслін, бактэрыяхларафіл і бактэрыядапсін у бактэрый. Гэта адзін з самых важных біяхімічных працэсаў на Зямлі^[1].

Апісанне працэсу

Фотасінтэз адбываецца ў два этапы — этап святла, гэтак званы этап змены энергіі, у якім святло паглынаецца і яго энергія пераўтвараецца ў энергію хімічных сувязяў і ў якасці пабочнага прадукта вылучаецца кісларод, і цёмную фазу, гэтак званы этап змены фазы рэчыва, дзе энергія хімічных сувязяў злучэнняў, якія ўтварыліся ў фазе святла, выкарыстоўваюцца для сінтэзу арганічных злучэнняў. Абедзве фазы адбываюцца адначасова і пры наяўнасці святла. Эфектыўнасць пераўтварэння энергіі святла ў энергію хімічных сувязяў вугляводаў складе 22—33 %.

У гэтым працэсе адбываецца ператварэнне светлавой энергіі ў хімічную, якая назапашваецца ў арганічных рэчывах. Атрыманая ў выніку фотасінтэзу багатая на энергію глюкоза перамяшчаецца з хларапластаў у цытаплазму клеткі і выкарыстоўваецца па чатырох асноўных напрамках:

ідзе на пабудову яшчэ больш складаных рэчываў, якія патрэбны клетцы для пастаяннага выкарыстання;
выкарыстоўваецца для дыхання: распадаецца да вуглякіслага газу і вады, выдзеленая пры гэтым энергія выкарыстоўваецца клеткай для падтрымання сваёй жыццядзейнасці;
ператвараецца ў запасное арганічнае рэчыва крухмал, які можа выкарыстоўвацца як крыніца энергіі пры адсутнасці святла;
пераходзіць у іншыя, неасвятляемыя сонцам клеткі, дзе глюкоза выкарыстоўваецца па першых трох напрамках.

Апошняе асабліва важна для мнагаклетачных раслін, бо частка іх цела — карані — знаходзіцца пад зямлёй, куды святло не пранікае. Акрамя таго, многія жывыя клеткі раслін размешчаны ўнутры сцябла і таксама не асвятляюцца сонцам. Такім чынам, дзякуючы хларапластам забяспечваюцца энергіяй і пажыўнымі рэчывамі ўсе астатнія часткі расліны, бо фотасінтэз магчымы толькі ў гэтых пластыдах.

Фотасінтэз з’яўляецца адзіным працэсам у біясферы, які прыводзіць да засваення энергіі Сонца і забяспечвае існаванне як раслін, гэтак і ўсіх гетэратрофных арганізмаў^[2]. Гэты працэс падтрымлівае высокі ўзровень кіслароду ў атмасферы і спрыяе павелічэнню колькасці арганічнага вугляроду, павелічэнню масы арганічнага рэчыва за кошт неарганічнай матэрыі.

Гісторыя вывучэння

Першыя досведы па вывучэнні фотасінтэзу былі праведзены Джозефам Прыстлі у 1770 — 1780-х гадах, калі ён звярнуў увагу на «псаванне» паветра у герметычным посудзе падпаленай свечкай (паветра пераставаў падтрымліваць гарэнне, а зьмешчаныя ў яго жывёлы задыхаліся) і «выпраўленне» яго раслінамі. Прыстлі зрабіў выснову, што расліны вылучаюць кісларод, які неабходны для дыхання і гарэнні, аднак не заўважыў, што для гэтага раслінам патрэбена святло. Гэта паказаў неўзабаве Ян Інгенхауз.

Пазней было ўстаноўлена, што апроч вылучэння кіслароду расліны паглынаюць вуглякіслы газ і пры ўдзеле вады сінтэзуюць на святла арганічнае рэчыва. У 1842 годзе Роберт Майер на падставе закону захавання энергіі пастуляваць, што расліны пераўтвораць энергію сонечнага святла ў энергію хімічных сувязяў. У 1877 годзе В. Пфеффер назваў гэты працэс фотасінтэзам.

Хларафілs былі ўпершыню выдзелены ў 1818 г. П. Ж. Пельтье і Ж. Каванту. Падзяліць пігменты і вывучыць іх па асобнасці ўдалося М. С. Цвету з дапамогай створанага ім метаду храматаграфіі. Спектры паглынання хларафіла былі вывучаны К. А. Ціміразевым, ён жа, развіваючы палажэнні Майера, паказаў, што менавіта праглынутыя прамяні дазваляюць павысіць энергію сістэмы, стварыўшы замест слабых сувязяў С-О і О-Н высокаэнергетычныя С-С (да гэтага лічылася што ў фотасінтэзе выкарыстоўваюцца жоўтыя прамяні, не паглынаюць пігментамі ліста). Зроблена гэта было дзякуючы створанаму ім метадзе уліку фотасінтэзу па праглынутай CO₂: у ходзе эксперыментаў па асвятленні расліны святлом розных даўжынь хваль (рознага колеру) аказалася, што інтэнсіўнасць фотасінтэзу супадае са спектрам паглынання хларафіла.

Акісляльна-аднаўленчую сутнасць фотасінтэзу (як аксігеннага, так і анаксігеннага) пастуляваць Карнэліс ван Ніль, ён жа ў 1931 годзе даказаў, што пурпурныя бактэрыі і зялёныя шэрабактэрыі ажыццяўляюць анаксігенны фотасінтэз^[3]^[4]. Акісляльна-аднаўленчы характар фотасінтэзу азначаў, што кісларод у аксігеннам фотасінтэзе утворыцца цалкам з вады, што эксперыментальна пацвердзіў у 1941 годзе А. П. Вінаградаў ў досведах з ізатопнага пазнакай. У 1937 годзе Роберт Хіл усталяваў, што працэс акіслення вады (і вылучэнні кіслароду), а таксама асіміляцыі CO₂ можна раз’яднаць. У 1954—1958 гг. Д. Арнон ўсталяваў механізм светлавых стадый фотасінтэзу, а сутнасць працэсу асіміляцыі CO₂ была раскрытая Мелвін Кальвіна з выкарыстаннем ізатопаў вугляроду ў канцы 1940-х гг., за гэтую працу ў 1961 годзе яму была прысуджана Нобелеўская прэмія.

У 1955 годзе быў вылучаны і ачышчаны фермент рыбулозабісфасфат-карбоксілаза/аксігеназа. С₄-фотасінтэз быў апісаны Ю. С. Карпілава у 1960 годзе і М. Д. Хэтчам і Ч. Р. Слэк у 1966 годзе.

Зноскі

↑ Bryant DA., Frigaard NU. Prokaryotic photosynthesis and phototrophy illuminated. «Trends in microbiology». 11 (14), s. 488-96
↑ Ничипорович А. А. Ничипорович А. А. О Фотосинтезе растений. — М.: Правда, 1948. — 31 с
↑ Кондратьева Е. Н. Фототрофные бактерии // Жизнь растений : в 6 т. / гл. ред. Ал. А. Фёдоров. — М. : Просвещение, 1974. — Т. 1 : Введение. Бактерии и актиномицеты / под ред. Н. А. Красильникова, А. А. Уранова. — С. 323. — 487 с. — 300 000 экз.
↑ van Niel CB (1932). "On the morphology and physiology of the purple and green sulphur bacteria". Archiv für Mikrobiologie. 3 (1): 1–112. doi:10.1007 / BF00454965. {{cite journal}}: Праверце значэнне |doi= (даведка)

Літаратура

Біялогія: вучэб. дапам. для 7-га кл. агульнаадукац. устаноў з беларус. мовай навучання / В. М. Ціхаміраў [і інш.]; пад рэд. В. М. Ціхамірава; пер. з рус. мовы Г. І. Кулеш. — Мн.: Нар. асвета, 2010. ISBN 978-985-03-1340-9

Спасылкі

На Вікісховішчы ёсць медыяфайлы па тэме Фотасінтэз
Тыпы фотасінтэзу(недаступная спасылка)
Анімацыя фотасінтэзу(недаступная спасылка)
«Фотасінтэз» у навуковым даведніку Архівавана 28 лістапада 2009.
Фотасінтэз Архівавана 28 красавіка 2009.. Science Aid

[1] Bryant DA., Frigaard NU. Prokaryotic photosynthesis and phototrophy illuminated. «Trends in microbiology». 11 (14), s. 488-96

[2] Ничипорович А. А. Ничипорович А. А. О Фотосинтезе растений. — М.: Правда, 1948. — 31 с

[3] Кондратьева Е. Н. Фототрофные бактерии // Жизнь растений : в 6 т. / гл. ред. Ал. А. Фёдоров. — М. : Просвещение, 1974. — Т. 1 : Введение. Бактерии и актиномицеты / под ред. Н. А. Красильникова, А. А. Уранова. — С. 323. — 487 с. — 300 000 экз.

[4] van Niel CB (1932). "On the morphology and physiology of the purple and green sulphur bacteria". Archiv für Mikrobiologie. 3 (1): 1–112. doi:10.1007 / BF00454965. {{cite journal}}: Праверце значэнне |doi= (даведка)

[1]

[2]

[3]

[4]