Поміркуйте

Чому внутрішня мембрана хлоропласта утворює так багато складчастих структур?

Згадайте

• Яку будови мають хлоропласти?

• У клітинах яких організмів є хлоропласти?

У клітинах рослин процес фотосинтезу відбувається в хлоропластах.

Де відбувається фотосинтез

Фотосинтез — це процес утворення живими організмами органічних речовин із неорганічних із використанням енергії світла (мал. 15.1). Фотосинтез здійснюють як одноклітинні живі організми (ціанобактерії та водорості), так і багатоклітинні (водорості та наземні рослини). Фотосинтез може відбуватися в усіх частинах організму, що містять хлоропласти.

Предками хлоропластів були прокаріотичні ціанобактерії. Ці бактерії перетворилися на хлоропласти, коли утворили симбіоз із еукаріотичними клітинами і стали жити всередині них. Окрім хлоропластів, існують також інші типи пластид: хромопласти й лейкопласти. Але фотосинтез у них не відбувається.

У результаті фотосинтезу з вуглекислого газу (CO₂) й води (H₂O) за допомогою сонячної енергії утворюються вуглеводи (C₆H₁₂O₆):

Цей процес складається з двох основних фаз: світлової і темнової (мал. 15.2).

Процеси світлової фази фотосинтезу

У ході світлової фази спочатку кванти світла вловлюються пігментом хлорофілом, який розташований на мембранах тилакоїдів. Енергія квантів переходить до електронів, які захоплюються молекулами-переносниками.

Енергія цих електронів використовується в тилакоїдах для синтезу АТФ. Електрони утворюються в результаті розщеплення води (фотолізу) під дією світла. Сумарне рівняння фотолізу води можна представити так:

де е^- — електрон.

Кисень виділяється як побічний продукт реакції, а протони Н+ приєднують електрон, перетворюючись на атомарний. Гідроген, який підхоплюється молекулами-пере-носниками НАДФ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат). Приєднуючи до себе протони, вони стають акумуляторами енергії (НАДФ^Н₂) і використовуються в темновій фазі для синтезу вуглеводів.

Результатом світлової фази фотосинтезу є утворення кисню, синтез АТФ та відновлення НАДФ.

Процеси темнової фази фотосинтезу

Темнова фаза фотосинтезу відбувається в стромі хлоропластів. Сукупність реакцій, які задіяні в цьому процесі, називається циклом Кальвіна. У них за участю вуглекисло-

го газу, що надходить іззовні, та продуктів світлової фази фотосинтезу НАДФ^Н₂ і АТФ утворюються молекули глюкози.

Ця фаза називається темновою не тому, що світло не бере в ній участі. У більшості рослин вона відбувається як у темряві, так і на світлі, залежно від потреби клітин у глюкозі.

Біологічне значення та планетарна роль фотосинтезу

Процес фотосинтезу є основним способом утворення органічних речовин на нашій планеті. За рік фотосинтезуючі організми продукують понад 150 млрд тонн органічних речовин. Фотосинтез також забезпечує надходження в атмосферу кисню (щорічно

до 200 млрд тонн), який живі організми використовують у процесах дихання. Також фотосинтез перешкоджає накопиченню СО₂ в атмосфері, запобігаючи перегріванню планети.

Наслідками фотосинтезу стали формування великої кількості корисних копалин та озонового шару в атмосфері під дією ультрафіолетового випромінювання.

Наявність озонового шару різко знижує кількість ультрафіолетових променів, що надходять до поверхні планети. Це вберігає живі організми від можливих негативних наслідків (суттєво знижує ризик пошкодження молекул ДНК у клітинах).

Ключова ідея

Фотосинтез відбувається у хлоропластах і складається з двох фаз: світлової і темнової. У ході світлової фази кванти світла вловлюються пігментом хлорофілом, і їхня енергія використовується для синтезу АТФ. У темновій фазі фотосинтезу утворюються молекули глюкози. Живі організми в процесі фотосинтезу кисень виробляють, а в ході клітинного дихання споживають. Разом ці процеси забезпечують сприятливі умови для існування на Землі живих організмів.

Перевірте свої знання

1. Які типи пластид існують? 2. У яких пластидах відбувається фотосинтез? 3. Крім хлорофілу, у пластидах рослин є й інші пігменти. Навіщо вони їм потрібні? 4. Які процеси відбуваються під час фази фотосинтезу: а) світлової, б) темнової? 5. Порівняйте світлову фазу фотосинтезу та аеробне дихання. Про які особливості варто зауважити? 6. Яке значення клітинне дихання має для живих організмів? 7. На конкретних прикладах поясніть, у чому полягає планетарна роль клітинного дихання. 8*. Із додаткових джерел ознайомтеся із С₃-фотосинтезом і С₄-фотосинтезом. Порівняйте рослини, що мають ці типи фотосинтезу.

Це матеріал з підручника "Біологія 9 клас Задорожний" (поглиблений рівень)