Процесс фотосинтеза и его значение для растений

Значение фотосинтеза

Именно благодаря данному процессу Солнце является главным источником энергии на нашей планете. Многие организмы и вовсе живут лишь за счёт солнечной энергии. И они же, буквально, выдыхают её в окружающее пространство.

Это позволяет другим живым организмам пользоваться ей. К примеру, всем нам известно, что мощнейшими источниками энергии для человечества являются нефть, природный газ, торф и уголь. Но мало кто знает, что вся энергия, что выделяется при сжигании этих полезных ископаемых, была запасена в результате фотосинтеза.

Но важнейшим свойством фотосинтеза, разумеется, является поглощение углекислого газа и выработка кислорода.

Ведь именно благодаря этому и существует всё живое на нашей планете

Так что недооценивать важность этого процесса никак нельзя

Оглянитесь вокруг! Пожалуй, в каждом доме есть хотя бы одно зеленое растение, а за окном несколько деревьев или кустарников. Благодаря сложному химическом процессу происходящего в них фотосинтеза стало возможно зарождение жизни на Земле и существование человека. Разберем историю его открытия, суть процесса и реакции, которые протекают в разных фазах.

Световая фаза

Эта фаза осуществляется на мембранах тилакойдов. Что же такое эти тиалакойды? Тилакойды это структуры, находящиеся внутри хлоропластов и ограниченные мембраной.

Порядок процессов световой фазы фотосинтеза выглядит так:

• Свет попадает на молекулу хлорофилла, поглощается зеленым пигментом, чем приводит его в возбужденное состояние. Электрон, который входит в эту молекулу переходит на более высокий уровень и берет участие в процессе синтеза.
• Идет расщепление воды, во время которого протоны, под действием электронов преобразуются в атомы водорода, которые впоследствии расходуются на синтез углеводов.
• На последнем этапе световой фазы фотосинтеза происходит синтез АТФ (Аденозинтрифосфат). АТФ представляет собой органическое вещество, играющее роль своего рода аккумулятора энергии в биологических процессах.

Накопление органических веществ

Миллиарды растений ежедневно во время фотосинтеза в своих тканях органические вещества, или органическую массу.

За год наземные растения синтезируют около 50 млрд тонн органических веществ. Приблизительно столько же синтезируют растения морей и океанов.

А практически все остальные живые существа на планете живут за счет этих продуктов фотосинтеза.

Автотрофы и гетеротрофы

Наш (человеческий) организм не умеет синтезировать органические вещества из неорганических.

Поэтому для роста и развития мы вынуждены питаться животными и растениями, из которых получаем уже готовые органические вещества.

И животные, которых мы едим, тоже не умеют синтезировать из неорганических молекул нужные им белки, жиры и углеводы. Они их получают из растений.

А вот зеленые растения сами справляются с подобным синтезом.

Поэтому их называют автотрофами (от греческих слов автос — сам, трофи — пища), или самопитающимися. А животных, грибы и большинство бактерий — гетеротрофами (от гетерос — иной, различный).

Гетеротрофы поглощают уже готовые органические вещества, синтезированные автотрофами, и преобразуют их в своем организме.

В природе существуют и гетеротрофные растения — это некоторые растения-паразиты.

У них нет хлорофилла, а органические вещества они получают из тканей растения-хозяина, к которому они присасываются своими корнями.

Раффлезия

К гетеротрофным растениям относятся, например, раффлезия, гиднора, заразиха.

{"questions":,"answer":}}}]}

К какому веществу присоединяется углекислый газ в процессе фотосинтеза?

Работы М. Кальвина, проведенные с помощью радиоактивного углерода 14С, показали, что у большинства растений соединением, к которому присоединяется СО2, является рибулозодифосфат. Присоединяя СО2, он дает две молекулы фосфоглицериновой кислоты. Последняя фосфоорилируется при участии АТР с образованием дифосфоглицериновой кислоты, которая при участии NADPH восстанавливается и образует фосфоглицериновый альдегид, частично превращающийся в фосфодиоксиацетон. Благодаря синтетическому действию фермента альдолазы, фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон, соединяясь, образуют молекулу фруктозодифосфата, из которого далее синтезируются сахароза и различные полисахариды. Рибулозодифосфат — акцептор СО2, образуется в результате ряда ферментативных превращений фосфоглицеринового альдегида, фосфодиоксиацетона и фруктозодифосфата. В качестве промежуточных продуктов при этом возникают эритрозофосфат, седогептулозофосфат, ксилулозофосфат, рибозофосфат и рибулозофосфат. Ферментные системы, катализирующие все эти превращения, найдены в клетках хлореллы, в листьях шпината и в других растениях. Согласно М. Кальвину, процесс образования фосфоглицериновой кислоты из рибулозодифосфата и СО2 носит циклический характер. Ассимиляция углекислого газа с образованием фосфоглицериновой кислоты происходит без участия света и хлорофилла и является темновым процессом. Водород воды в конечном счете используется на восстановление фосфоглицериновой кислоты до фосфоглицеринового альдегида. Этот процесс катализируется ферментом дегидрогеназой фосфоглицеринового альдегида и в качестве источника водорода требует участия NADPH. Так как этот процесс в темноте немедленно прекращается, очевидно, что восстановление NADP осуществляется водородом, образующимся при фотолизе воды.

Как происходит фотосинтез

Для «приготовления своей пищи» растениям нужны углекислый газ, вода и солнечный свет. И эта «пища», которую они сами для себя создают, называется глюкозой. В дополнение к глюкозе растения также производят кислород.

Схема фотосинтеза

Световая и темновая фазы фотосинтеза

В процессе фотосинтеза существуют две различные фазы (два цикла реакций), которые следуют одна за другой — световая (для этой нужен солнечный свет) и темновая (солнечный свет не требуется, она может происходить в любое время суток).

Световая фаза

Хлорофилл поглощает энергию солнечного света. Эта энергия передаётся фотосистемам, ответственным за фотосинтез. На этой фазе используется вода (H2O), для обеспечения электронов и ионов водорода. И как итог, производится кислород (O2).

Электроны и ионы водорода используются для создания АТФ и НАДФН. АТФ является молекулой накопления энергии. НАДФН является молекулой-носителем / донором электронов. И АТФ, и НАДФН будут использоваться на следующей стадии фотосинтеза (темновой).

Темновая фаза

Уже на второй, темновой фазе фотосинтеза, углекислый газ (CO2) и энергия из АТФ вместе с НАДФН используются для образования глюкозы.

Тест на тему: «Воздушное питание. Фотосинтез»

Лимит времени:

из 15 заданий окончено

Вопросы:

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
5. 5
6. 6
7. 7
8. 8
9. 9
10. 10
11. 11
12. 12
13. 13
14. 14
15. 15

Информация

Проверочное тестовое задание включает в себя вопросы с одним и несколькими правильными ответами

Вы уже проходили тест ранее. Вы не можете запустить его снова.

Тест загружается…

Вы должны войти или зарегистрироваться для того, чтобы начать тест.

Вы должны закончить следующие тесты, чтобы начать этот:

Результаты

Правильных ответов: из 15

Ваше время:

Время вышло

Вы набрали из баллов ()

Средний результат
Ваш результат

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
5. 5
6. 6
7. 7
8. 8
9. 9
10. 10
11. 11
12. 12
13. 13
14. 14
15. 15

1. С ответом

2. С отметкой о просмотре

1. Задание 1 из 15

   Главная функция листа

   • дыхание

   • фотосинтез

   • размножение

   • развитие

   • выделение

   Правильно

   Неправильно

2. Задание 2 из 15

   2.

   Процесс образования в хлоропластах на свету органических веществ из воды и углекислого газа с выделением кислорода

   • размножение

   • выделение

   • дыхание

   • фотосинтез

   • окисление

   Правильно

   Неправильно

3. Задание 3 из 15

   Основной источник энергии для растений

   • свет

   • кислород

   • азот

   • углекислый газ

   • вода

   Правильно

   Неправильно

4. Задание 4 из 15

   Органическое вещество образуемое при фотосинтезе

   • белок

   • глюкоза

   • жир

   • целлюлоза

   • фруктоза

   Правильно

   Неправильно

5. Задание 5 из 15

   Углекислый газ и кислород поступают в лист через

   • прилистники

   • жилки

   • кожицу

   • устьица

   • черешок

   Правильно

   Неправильно

6. Задание 6 из 15

   Образовавшийся из глюкозы сахар превращается в

   • целлюлозу

   • крахмал

   • хитин

   • жир

   • фруктозу

   Правильно

   Неправильно

7. Задание 7 из 15

   В ходе фотосинтеза растение выделяет

   • воду

   • азот

   • кислород

   • аммиак

   • магний

   Правильно

   Неправильно

8. Задание 8 из 15

   8.

   Доказал, что растения не получают органические вещества в готовом виде из почвы, а сами образуют их

   • Ян Батист ван Гельмонт

   • К.А.Тимирязев

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

   • Жан Сенебье

   • Р.Гук

   • Антони ван Левенгук

   Правильно

   Неправильно

9. Задание 9 из 15

   9.

   Впервые описал роль хлорофилла в фотосинтезе

   • К. А. Тимирязев

   • Жан Сенебье

   • Ян Батист ван Гельмонт

   • Л.Пастер

   • Р.Броун

   Правильно

   Неправильно

10. Задание 10 из 15

    10.

    Доказал, что растения используют углекислый газ

    • Антони ван Левенгук

    • Жан Сенебье

    • Ян Батист ван Гельмонт

    • К. А. Тимирязев

    • Р.Гук

    Правильно

    Неправильно

11. Задание 11 из 15

    Растительный пигмент зеленого цвета

    • хроматофор

    • хлоропласт

    • хлорофилл

    • фукосантин

    • каротин

    • ксантофил

    • антоцианин

    • цитохром

    Правильно

    Неправильно

12. Задание 12 из 15

    Участвует в фотосинтезе

    • вода

    • углекислый газ

    • азот

    • железо

    • кислород

    • солнечный свет

    • цинк

    • кальций

    Правильно

    Неправильно

13. Задание 13 из 15

    К. А. Тимирязев назвал фотосинтез космическим процессом так как, растения

    • не получают органические вещества в готовом виде из почвы

    • используют углекислый газ

    • получают органические вещества в готовом виде из почвы

    • используют энергию солнца

    • самостоятельно образуют органические вещества

    • используют кислород

    • образуют углекислый газ

    • поглощают углекислый газ

    Правильно

    Неправильно

14. Задание 14 из 15

    Помогает обнаружить в клетках растений крахмал

    • аммиак

    • азот

    • соляная кислота

    • раствор йода

    • серная кислота

    • азотная кислота

    • раствор поваренной соли

    • сера

    Правильно

    Неправильно

15. Задание 15 из 15

    Выберите верные утверждения

    • при дыхании растения поглощают кислород

    • при фотосинтезе растения поглощают углекислый газ

    • фотосинтез — основа воздушного питания растений

    • при дыхании растения поглощают углекислый газ

    • солнце — основной источник энергии для растений

    • при фотосинтезе растения выделяют кислород

    • кислород не поддерживает горение

    Правильно

    Неправильно

Определение понятия

Фотосинтез представляет собой цепь уникальных сложных химико-физических реакций. Чтобы понять, каково значение фотосинтеза в природе, необходимо разобраться с его сутью. Все зеленые растения и некоторые виды бактерий обладают способностью поглощать лучи солнца и конвертировать их в электромагнитную энергию.

В тканях растения под воздействием солнечного света запускается ряд последовательных окислительно-восстановительных реакций. Водород и вода в них являются своеобразными восстановителями. Эти вещества отдают свои электроны окислителям — ацетату и двуокиси углерода. Конечными продуктами протекающих в листочках реакций являются восстановленные углеводные соединения и кислород, выделяемый в окружающую среду.

Роль растительного мира для Земли

Основные процессы, происходящие в зеленом листе, уже достаточно полно изучила наука биология. Значение фотосинтеза для биосферы огромно. Это единственная реакция, приводящая к росту количества свободной энергии.

В процессе фотосинтеза каждый год происходит образование ста пятидесяти миллиардов тонн вещества органического типа. Кроме того, за указанный период растениями выделяется практически 200 млн. тонн кислорода. В связи с этим можно утверждать, что роль фотосинтеза огромна для всего человечества, так как данный процесс служит основным источником энергии на Земле.

В процессе уникальной физико-химической реакции происходит круговорот углерода, кислорода, а также многих других элементов

Из этого вытекает еще одно немаловажное значение фотосинтеза в природе. Данной реакцией поддерживается определенный состав атмосферы, при котором возможна жизнь на Земле. Процесс, происходящий в растениях, ограничивает количество углекислого газа, не позволяя ему скапливаться в увеличенных концентрациях

Процесс, происходящий в растениях, ограничивает количество углекислого газа, не позволяя ему скапливаться в увеличенных концентрациях

Это также немаловажное значение фотосинтеза. На Земле благодаря зеленым растениям не создается так называемого парникового эффекта. Флора надежно защищает нашу планету от перегрева

Флора надежно защищает нашу планету от перегрева.

Слайд 102.Озоновый экранЕщё одно важнейшее следствие выделения растениями кислорода – образование

озонового экрана в верхних слоях атмосферы на высоте около 25км.

Озон (О3) образуется в результате фотодиссоциации молекул О2под действием солнечной радиации. Озон удерживает большую часть ультрафиолетовых лучей, губительно действующих на все живое . Возможность частичного разрушения озонового экрана из-за загрязнения атмосферы промышленности и другими отходами – серьёзная проблема охраны биосферы.

Космическая роль растений

1.Накопление органической массы.В процессе фотосинтеза наземныерастения образуют 100-172 млрд.т, а Растения морей и океанов -60-70 млрд.тбиомассы в год. Общая масса животныхна Земле -23 млрд.т, что составляетоколо1% от растительной биомассы. Из этогоколичества 20 млрд.т приходится на обитателей суши, а 3 млрд.т – на животных и микроорганизмы гидросферы. За время существования жизни наЗемле органические остаткинакапливались и модифицировались. Насуше эти органические веществапредставлены в виде подстилки, гумуса иторфа, из которых при определённыхусловиях образовался уголь. В морях и океанах орг.остатки оседали на дно ивходили в состав осадочных пород (20 000 000 млрд.т) а также под действиеммикроорганизмов, повышенных температур идавления образовались газ и нефть (10 000 -12 000 млрд.т)

3. Накопление кислорода в атмосфере.Первоначально в атмосфере Земли О2 присутствовал в следовых количествах.В настоящее время он составляет 21% по объему воздуха. Появление и накопление кислорода в атмосфере связано с жизнедеятельностью зелёных растений.Ежегодно в ходе фотосинтеза кислород поступает в атмосферу в количестве 70 – 120 млрд.т. Этот кислород необходим для дыхания всех гетеротрофов – бактерий, грибов, животных и человека, а также зелёных растений в ночное время. Особое значение в подержании высокой концентрации кислорода в атмосфере имеют леса. Подсчитано, что 1 га леса весной и летом за час выделяют кислорода в количестве, достаточном для дыхания 200 человек.

4. Обеспечение постоянства содержание постоянства содержания СО2 в атмосфере.Образование органических веществ гумуса, осадочных пород и горючих ископаемых выводило значительные количества СО2 изКруговорота углерода. В атмосфере ЗемлиСО2 становилось все меньше и в настоящее время он составляет только 0,03% ( по объёму), или 711 млрд.т в пересчете на углерод. Фотосинтез, с одной стороны, дыхание организмов и карбонатная система океана, с другой, поддерживают относительно постоянный уровень СО2 в атмосфере. Тенденция к повышению содержания СО2 В атмосфере из-за сжигания огромных количеств нефти, газа и др.причин может способствовать увеличению средней температуры на поверхности Земли, что приведет к ускорению таяния ледников в горах и на полюсах и затоплению прибрежных зон.

Круговорот углерода

Так выглядит в природе круговорот углерода

Углерод – необходимый химический элемент органических веществ любых классов.

Львиная доля круговорота этого вещества в круговороте принадлежит растениям. Именно они в процессе фотосинтеза  способствуют ассимиляции углекислого газа атмосферы и гидросферы растениями и цианобактериями, образуя углеводы.

Когда же живой организм дышит, происходит обратный процесс – образуется углекислый газ из углерода органических соединений.

Так что циркуляции углерода в биосфере способствуют всего лишь 2 казалось бы естественных и таких незаметных процесса – дыхание и фотосинтез.

Поддержание жизни

Фотосинтез постоянно образует из углекислого газа и воды органические вещества, которые являются пищей и средой обитания для различных животных и человека.

Вся энергия, используемая в жизни живых организмов, изначально – солнечная. Фотосинтез фиксирует эту энергию на Земле и передаёт всем обитателям планеты.

Вещество и энергия, запасённые при фотосинтезе, широко используются человеком:

ТОП-3 статьи

которые читают вместе с этой

• ископаемые энергоресурсы;
• древесина;
• дикорастущие растения как сырьё и эстетический ресурс;
• продукция пищевого и технического растениеводства.

1 гектар леса или парка поглощает летом за 1 час 8 кг углекислого газа. Такое количество выделяется за то же время двумястами человек.

Роль воздушного питания в жизни растений

Растения могут выделять кислород только на свету, в ходе фотосинтеза. Выделяемый кислород поступает в атмосферу и используется всеми живыми существами для дыхания. Ежегодно растениями на нашей планете выделяется до 400 млрд тонн кислорода.

Зеленые растения благодаря воздушному питанию играют очень важную роль в жизни нашей планеты. Благодаря фотосинтезу растительные организмы обеспечивают энергией не только себя, но и другие живые организмы, такие как грибы, животные. Клетками растений используются как питательные вещества органические соединения, которые образуются при фотосинтезе. При воздушном питании осуществляется обмен веществ между растениями и окружающей средой.

Глюкоза, являясь высокоэнергетическим веществом, может сразу же использоваться для жизнедеятельности растения (дыхания, построения клеток). В зависимости от потребностей растительных организмов она откладывается про запас в виде крахмала или сахаристых соков. Глюкоза может перерабатываться в белки, жиры и некоторые органические соединения.

В ходе фотосинтеза запасается энергия солнечного света, доступная и для остальных организмов.

Основная масса органических веществ, образуемых при воздушном дыхании растений, употребляется в пищу гетеротрофами. Эти организмы, в свою очередь, поглощают кислород, а выделяют в атмосферу углекислый газ. Происходит круговорот газов в природе.

Фотосинтез и его значение. Космическая роль фотосинтеза

Фотосинтез — это процесс преобразования энергии света в энергию химического связывания органических соединений при участии хлорофилла.

Фотосинтез происходит в хлоропластах, куда поступает углекислый газ и вода. Зеленый пигмент хлорофилл обеспечивает поглощение энергии света, необходимой для химических превращений. Растения в дальнейшем используют созданные молекулы простого углевода для синтеза крахмала, жиров, и других веществ. Кислород выделяется в окружающую среду. Процессы, происходящие в хлоропластах, показаны

Вследствие фотосинтеза ежегодно образуется около 150 миллиардов тонн органического вещества и около 200 миллиардов тонн кислорода. Этот процесс обеспечивает углеродный цикл в биосфере, предотвращая накопление углекислого газа и, тем самым, предотвращая парниковый эффект и перегрев Земли. Органические вещества, образующиеся в результате фотосинтеза, частично потребляются другими организмами, большая часть которых за миллионы лет образовала залежи полезных ископаемых (уголь и бурый уголь, нефть).

Рис.1. Фотосинтез

Как доказал русский ученый К.А. Тимирязев, фотосинтез невозможен без хлорофилла. Исследователь писал, что именно в зеленых листьях совершается процесс, связывающий жизнь на Земле с Солнцем, позволяющий всем на планете пользоваться общим источником энергии.

Значение фотосинтеза и космическая роль зеленых растений:

• Усвоение энергии света для создания органических соединений.
• Создание органической массы (177 млрд. т ежегодно), необходимой для животных и человека.
• Выделение кислорода в атмосферу Земли (около 450 млн. т в год).
• Поддержание концентрации СО₂ в воздухе на уровне 0,02–0,04%.
• Накопление энергии.
• Образование почвы.

Благодаря растениям поддерживается содержание молекул О₂ в атмосфере нашей планеты на уровне 21%. Над крупными городами, промышленными центрами, транспортными узлами воздух беднее кислородом, запылен, содержит больше углекислого газа, токсичных веществ.

Суть одного из важнейших процессов на Земле отражает химическое уравнение:

Образование биомассы

Живые существа, – растения, грибы, бактерии и животные, состоят из органических веществ. Вся масса органики изначально образуется в процессе фотосинтеза, идущего в автотрофных организмах – растениях и некоторых бактериях.

Рис. 1. Авто- и гетеротрофные организмы.

Гетеротрофные организмы, потребляя в пищу растения, лишь видоизменяют органические вещества, не увеличивая общую биомассу планеты. Уникальность фотосинтеза в том, что при синтезе органических веществ происходит запасание в их химических связях энергии солнца. Фактически, фотосинтезирующие организмы «привязывают» солнечную энергию к Земле.

Состав и структурное строение биосферы

Состав биосферы отличается разнообразием веществ. Составные компоненты находятся в состоянии непрерывного движения. В. И. Вернадский классифицировал основные компоненты обитаемой биооболочки, выделив их в 4 группы. Химическая структура глобальной экосистемы включает следующие вещества:

• Живое вещество. К этой категории относятся флора, фауна, представители микромира, прочие живые организмы. Органика и углеродные формы жизни осуществляют геохимические процессы, формируя облик планеты. Общая масса живого вещества составляет 0,01-0,02 % от совокупной массы неживых веществ.
• Биогенное вещество. Категория включает все продукты переработки, которые изменяются во время циклов рождения, питания, размножения, смерти, разложения, других функциональных процессов биомассы. Масштабы биогенного вещества соответствуют нефтяным и угольным месторождениям, осадочным породам, другим следам былой жизнедеятельности организмов.
• Косное вещество. К этому классу относят горные породы, лаву, метеоритные глыбы, образовавшиеся без участия переработки биомассой.

Лава – пример косного вещества

Биокосное вещество. Класс веществ, образующихся из косной материи при участии органических форм жизни. Основные представители биокосного вещества – почва и донный осадок.

Помимо основных категорий, выделяют радиоактивное вещество, находящееся в процессе деградации и вещество космического происхождения. Учитывая строение биосферы, концентрация веществ неравномерна на разных участках земной поверхности.

Как биосфера связана с другими оболочками планеты?

Биосфера – это обитаемая оболочка на поверхности и частично под поверхностью Земли. Ее связь с другими оболочками заключается во взаимном проникновении и взаимодействии – границы области обитания жизненных форм включают:

• гидросферу (без подземных вод);
• верхнюю часть литосферы;
• нижнюю часть атмосферы.

Вся деятельность организмов сосредоточена в этом небольшом, с космической точки зрения, пространстве.

Жизненные формы напрямую связаны со всеми оболочками, поскольку именно они формируют в них средовые условия.

Поддержание уровня кислорода в атмосфере

Побочный продукт фотосинтеза — кислород — выделяется растениями в объеме около 145 млрд тонн в год. А кислород — это исключительно важный газ для всего живого, включая и сами растения.

Его доля в атмосфере — 21%. И именно такая концентрация необходима нам для нормальной жизнедеятельности.

Всего на три процента меньше, и мы станем вялыми, сонливыми, будем плохо соображать и страдать от головных болей.

К тому же, когда кислород (O₂) поднимается достаточно высоко над поверхностью, то под действием солнечного излучения он превращается в озон (O₃).

Озон накапливается на высоте 20–40 км и образует там так называемый озоновый слой.

Этот слой поглощает часть опасного для нас ультрафиолета и тем самым защищает живые организмы от его чрезмерного и вредного воздействия.

Каково значение фотосинтеза в жизни живых организмов?

Показать ответ

Скрыть ответ

В процессе фотосинтеза из неорганических веществ синтезируются органические, которые являются пищей для живых организмов, а также запасается солнечная энергия, за счет которой существует все живое на Земле.

Плюс побочным продуктом является кислород, который необходим всему живому на планете.

{"questions":,"answer":0}}}]}

Границы

Границы биосферы в км Чем определяются границы распространения биосферы?

Поскольку Живое — главная составляющая биосферы, ее границы определяются возможностью выживать отдельных индивидуумов в условиях окружающей среды. В верхних слоях ультрафиолетовое излечение не дает развиваться живым организмам – это определяет верхнюю границу биосферы. Высокие температуры в земных глубинах устанавливают нижнюю черту жизни.

Где проходят границы биосферы?

Атмосфера – воздушный слой земного шара, состоит из азота, кислорода, диоксида углерода и др. Она защищает Землю от перегрева, действия космической радиации, ультрафиолета, метеоритов. В составе атмосферы выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу.

Тропосфера (озоновый слой земли) является верхней границей биосферы, находится на высоте 20 км.

Стратосфера – располагается на высоте 50 км над уровнем моря, воздух разжижается, нагревается, увеличивается концентрация озона, условия становятся непригодными для жизни.

Ионосфера – поверхностный слой атмосферы, поддается воздействию космического излучения, поэтому сильно ионизированный.

Литосфера – земная кора, твердый слой, который уходит на глубину 200км. К биосфере относится верхний шар, населенный живыми организмами. Нижняя граница по литосфере достигает 4км, глубина где были найдены бактерии. Опускаясь ниже, температура возрастает, достигая 100 градусов, что несовместимо с существованием живых организмов, происходит денатурация белка, все живое – гибнет.

Гидросфера – совокупность наземных и подземных вод. Это одна из оболочек нашей планеты, которая окружает материки и острова, составляет 70% поверхности земного шара. Нижняя граница биосферы расположена на глубине около 11 км. (в области Тихого океана).

Схема границ биосферы

Слои биосферы

Эубиосфера – основная прослойка биосфера. 99,9% живых существ постоянно населяют данный слой. Ширина эубиосферы 12-17км.

Парабиосфера, метабиосфера – соответственно верхний и нижний слои бисоферы, куда жизнь попадет случайно, заносится из эубиосферы.

Апобиосфера и абиосфера — самый верхний и самый нижний слои, куда жизнь не может попасть даже случайно.

В зависимости от среды обитания живых организмов выделяют:

• Аэробиосферу (жизнь осуществляется за счет атмосферной влаги и солнечной энергии, от верхушек деревьев до стратосферы);
• геобиосферу (организмы населяют почву, поверхность суши, деревья);
• гидробиосферу (все водные структуры заселенные гидробионтами, исключая подземные воды).

Световая фаза фотосинтеза

Чтобы лучше понять, что происходит во время фотосинтеза, разберём фазы фотосинтеза. Световая фаза фотосинтеза включает в себя фотохимические и фотофизические процессы, и может быть поделена на три этапа:

1. Фаза поглощения — энергия света улавливается при помощи светособирающих комплексов, переходит в энергию электронного возбуждения пигментов, передаётся в реакционный центр фотосистем I и II. 
2. Фаза реакционных центров — энергия электронного возбуждения пигментов светособирающих комплексов используется для активации реакционных центров фотосистем. В реакционном центре электрон от возбуждённого хлорофилла передаётся другим компонентам электрон-транспортной цепи, пигмент после отдачи электрона переходит в окисленное состояние и становится способным, в свою очередь, отнимать электроны у других веществ. Именно в этом процессе происходит преобразование физической формы энергии в химическую.
3. Фаза электрон-транспортной цепи — электроны переносятся по цепи переносчиков, образуются АТФ, НАДФН, O2. Необходимо, чтобы каждый переносчик электрон-транспортной цепи поочерёдно восстанавливался и окислялся, обеспечивая таким образом перенос энергии электронов. Любой этап переноса электрона сопровождается высвобождением или поглощением энергии. Часть энергии теряется. На некоторых участках электрон-транспортной цепи перенос электрона сопряжён с переносом протона.

Для того чтобы понять, что происходит во время фазы фотосинтеза, рассмотрим эти процессы подробнее. Кванты света улавливаются светособирающими комплексами фотосистемы I — молекула хлорофилла в составе светособирающего комплекса переходит в возбуждённое состояние, и энергия передаётся в реакционный центр фотосистемы I. Происходит возбуждение молекул хлорофилла фотосистемы I,   отщепляется электрон. Пройдя по цепочке внутренних компонентов фотосистемы I и внешних переносчиков, электрон в конце концов попадает к НАДФ+ — образуется восстановитель НАДФН. Получается, что хлорофилл фотосистемы I отдал электрон и приобрёл положительный заряд, и для дальнейшего функционирования необходимо восстановить нейтральность молекулы, получить электрон, чтобы закрыть «дырку». Этот электрон приходит от фотосистемы II.

На светособирающие комплексы фотосистемы II попадают кванты света — происходит возбуждение молекулы хлорофилла фотосистемы II, молекула хлорофилла отдаёт электрон и переходит в окисленное состояние. Нехватку электрона хлорофилл восполняет благодаря фотолизу воды, при этом образуется протоны H+, а также важный побочный продукт фотосинтеза — кислород. По цепи переносчиков электрон от хлорофилла фотосистемы II попадает к хлорофиллу реакционного центра фотосистемы I и восстанавливает его. Теперь этот хлорофилл может снова поглощать энергию кванта света и отдавать электрон в электрон-транспортную цепь.

Протоны, попадающие во внутритилакоидное пространство, используются для синтеза АТФ. С помощью фермента АТФ-синтазы за счёт градиента протонов образуется АТФ из АДФ и фосфата. Под градиентом понимают неравномерное распределение: во внутритилакоидном пространстве H+ больше, в строме — меньше. Поэтому частицы стремятся проникнуть в строму, переходят в неё через АТФ-синтазу, а в процессе пути сквозь белковый комплекс отдают ему часть энергии, которая и используется для синтеза АТФ. 

Какие соединения образуются в результате третьего, темнового этапа фотосинтеза?

Существенные результаты, проливающие свет на природу первичных продуктов, образующихся при фотосинтезе, получены с помощью изотопной методики. В этих исследованиях растения ячменя, а также одноклеточные зеленые водоросли Chlorella и Scenedesmus получали в качестве источника углерода углекислый газ, содержавший меченый радиоактивный углерод 14C. После чрезвычайно кратковременного облучения подопытных растений, исключавшего возможность вторичных реакций, исследовалось распределение изотопного углерода в различных продуктах фотосинтеза. Было установлено, что первый продукт фотосинтеза — фосфоглицериновая кислота; вместе с тем при весьма кратковременном облучении растений наряду с фосфоглицериновой кислотой образуется незначительное количество фосфоенолпировиноградной и яблочной кислот. Например, в опытах с одноклеточной зеленой водорослью Sceriedesmus после фотосинтеза, продолжавшегося пять секунд, 87% изотопного углерода было обнаружено в составе фосфоглицериновой кислоты, 10% — в фосфоенолпировиноградной кислоте и 3% — в яблочной кислоте. По-видимому, фосфоенолпировиноградная кислота является продуктом вторичного превращения фосфоглицериновой кислоты. При более длительном фотосинтезе, продолжающемся 15-60 секунд, радиоактивный углерод 14C обнаруживается также в гликолевой кислоте, триозофосфатах, сахарозе, аспарагиновой кислоте, аланине, серине, гликоколе, а также в белках. Позже всего меченый углерод обнаруживается в глюкозе, фруктозе, янтарной, фумаровой и лимонной кислотах, а также в некоторых аминокислотах и амидах (треонин, фенилаланин, тирозин, глютамин, аспарагин). Таким образом, опыты с усвоением растениями углекислого газа, содержащего меченый углерод, показали, что первым продуктом фотосинтеза является фосфоглицериновая кислота.

Значение

Значение фотосинтеза в природе очень велико. Благодаря ему из солнечной энергии вырабатывается жизненно важная органическая субстанция, поддерживающая всю биологическую жизнь на Земле.

Накопление органической массы

Растения накапливают при фотосинтезе углеводы и другие соединения, то есть органическую массу. Все живые организмы на планете могут питаться лишь этой накопленной массой. Пища, полученная из растений, служит основным источником биоэнергии.

Накопление энергии

Вбирая в себя солнечный свет, растения постепенно накапливают энергию. Эта энергия активно используется человеком. Уголь, торф, дрова — все это энергоносители, высвобождающие накопленную биоэнергию.

Недавно американские ученые начали исследовать природные батареи растительного мира и сделали сенсационное открытие: каждый год при благоприятных условиях растениями сохраняется такое количество энергии солнца, что ей можно освещать несколько небольших стран в течение 100 лет.

Кислород в атмосфере

Процесс фотосинтеза позволяет накапливать в атмосфере кислород. Благодаря этому все живые существа дышат и осуществляют свою жизнедеятельность. Также из кислорода образуется озоновый слой, не пропускающий на землю губительные ультрафиолетовые лучи.

Наземные растения способствуют появлению в атмосфере лишь 20 % кислорода, основная масса газовых выделений производится морскими и океанскими водорослями.

Почвообразование

Отмершие растения и их части (корни, опавшие листья) начинают разлагаться в верхнем слое земной поверхности, тем самым образуя состав почвы. Почва развивается благодаря взаимовлиянию элементов органической и неорганической природы. От количества органических элементов зависит ее плодородие.

Наукой доказано, что без взаимодействия продуктов жизнедеятельности животных и бактерий с органическими веществами растений почва образоваться не может.

Основа дыхания

Дыхание — это процесс, противоположный фотосинтезу. То есть происходит распад органической субстанции (углеводов) до неорганической (воды и углекислого газа). Вследствие этого освобождается энергия, необходимая растениям для жизнедеятельности.

Другие возможности усвоения СО2 в процессе фотосинтеза

Усвоение СО2 в процессе фотосинтеза происходит не только путем карбоксилирования рибулозодифосфата, но и путем карбоксилирования других соединений. Например, показано, что у сахарного тростника, кукурузы, сорго, проса и ряда других растений особенно важную роль в процессе фотосинтетической фиксации играет фермент фосфоенолпируват-карбоксилаза, синтезирующая из фосфоенолпирувата, СО2 и воды щавелевоуксусную кислоту. Растения, у которых первым продуктом фиксации СО2 является фосфоглицериновая кислота, принято называть С3-растениями, а те, у которых синтезируется щавелевоуксусная кислота, -C4-растениями. Упоминавшийся выше процесс фотодыхания характерен для С3-растений и является следствием ингибирующего действия кислорода на рибулозодифосфат-карбоксилазу.

Как происходит

Главным двигателем фотосинтеза является хлорофилл – специальный пигмент, содержащийся в клетках растений, который помимо всего прочего отвечает за зеленую окрасу листьев деревьев и прочих растений. Хлорофилл представляет собой сложное органическое соединение, обладающее к тому же важным свойством – способностью к поглощению солнечного света. Поглощая его, именно хлорофилл приводит в действие ту маленькую биохимическую лабораторию, содержащуюся в каждом маленьком листочке, в каждой травине и каждой водоросли. Далее происходит химическая реакция фотосинтеза (формулу смотрите выше) в ходе которой и происходит преображение воды и углекислого газа в необходимые растениям углеводы и необходимый всему живому кислород. Механизмы фотосинтеза являются гениальным творением природы.