Что такое фотосинтез

Краткий ответ

Фотосинтез — это процесс, при котором растения (и некоторые бактерии) на свету превращают неорганические вещества — воду и углекислый газ — в органические (прежде всего глюкозу), используя энергию солнечного света. Побочный продукт — кислород.

Суммарное уравнение:

$$6CO_2 + 6H_2O + \text{энергия света} \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$$

Ключевые шаги: как это устроено

1. Где происходит. В хлоропластах клеток листа. Внутри них есть два «цеха»:

• тилакоиды (стопки мембран) — здесь идёт световая фаза;
• строма (жидкость вокруг) — здесь идёт темновая фаза.

2. Световая фаза (на мембранах тилакоидов). Хлорофилл поглощает свет → энергия идёт на «разборку» воды (фотолиз): $$2H_2O \rightarrow 4H^+ + 4e^- + O_2$$ Образуются кислород (уходит в атмосферу), а также запасы энергии — АТФ и НАДФ·Н. Важно: кислород берётся именно из воды, а не из углекислого газа (это доказали опытом с «меченым» кислородом).

3. Темновая фаза (в строме, свет напрямую не нужен). CO₂ присоединяется к веществу-«ловушке» (цикл Кальвина), и за счёт АТФ и НАДФ·Н из световой фазы собираются молекулы глюкозы. Свет нужен лишь косвенно — чтобы предыдущая фаза дала энергию.

4. Почему листья зелёные. Хлорофилл лучше всего поглощает красный и сине-фиолетовый свет, а зелёный — отражает. Отражённый зелёный мы и видим.

5. Зачем это нужно. Пища для самого растения и всех гетеротрофов (включая нас), кислород для дыхания, а также основа круговорота углерода в биосфере.

Проверка результата

Сверь по трём пунктам — если всё сходится, принцип понят:

• CO₂ — источник углерода, вода — источник водорода и кислорода;
• энергия света → химическая энергия АТФ → химические связи глюкозы;
• фотосинтез и дыхание — противоположные процессы: $$\text{фотосинтез: } CO_2 + H_2O \rightarrow \text{органика} + O_2$$ $$\text{дыхание: } \text{органика} + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O + \text{энергия}$$

Вопрос для самопроверки: «Растение стоит в темноте. Идёт ли фотосинтез?» — Нет: без света не образуются АТФ и НАДФ·Н, значит, темновая фаза тоже остановится. Именно поэтому свет нужен для процесса в целом, хотя сам цикл Кальвина свет напрямую не использует.

Хочешь — разберём на примере, как меняется скорость фотосинтеза при разной освещённости или концентрации CO₂.