Процессы фотосинтеза и хемосинтеза

Живые организмы способны создавать сложные органические вещества, увеличивая собственную упорядоченность. Первичное органическое вещество биосферы создается растениями и некоторыми микроорганизмами из простых неорганических соединений в процессе реакций фотосинтеза и хемосинтеза.

Фотосинтез − это процесс образования органического вещества и свободного кислорода из простых неорганических веществ под воздействием энергии Солнца. В ходе фотосинтеза солнечная энергия преобразуется в энергию химических связей в органическом веществе.

Реакция фотосинтеза идет за счет солнечной энергии и хлорофилла − органического вещества зеленого света, содержащегося в клетках зеленых растений. Молекула хлорофилла под воздействием солнечного света способна высвобождать свободный электрон. Выделившиеся электроны приводят к двум процессам: образованию свободного кислорода, а также молекулы АТФ (аденозинтрифосфата) из АДФ (аденозиндифосфата). Оба этих процесса вместе составляют световую фазу фотосинтеза. Молекула АТФ обеспечивает сохранение энергии в живом веществе. При ее образовании энергия запасается, а при разложении − выделяется. Далее идет темновая фаза фотосинтеза, в ходе которой вода и углекислый газ под воздействием энергии АТФ превращаются в органическое вещество. АТФ отдает электрон и снова превращается в АДФ (рис. 9).

 

 

 

 

Итоговый процесс:

Солнечное излучение + 6Н₂О + 6СО₂ = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ .

Образующаяся молекула углевода служит основой для построения всех органических веществ в клетке.

Организмы, способные к фотосинтезу, называются фотосинтетиками. Некоторые виды фотосинтетиков вместо воды используют другие неорганические вещества. Например, серные бактерии в процессе фотосинтеза переводят сероводород в свободную серу:

Солнечное излучение + CO₂ + H₂S = органическое вещество + H₂O + S.

Значение фотосинтеза для биосферы состоит в следующем:

− аккумуляция энергии (накопление энергии в органическом веществе, ее концентрирование и повышение качества);

− образование первичного органического вещества, служащего пищей другим живым организмам биосферы; часть образующегося вещества может откладываться в запас;

− насыщение воздуха свободным кислородом.

Именно благодаря деятельности первых фотосинтетиков изменился состав первичной атмосфер: из нее исчезли большая часть аммиака, метана, появились кислород и озон.

Кроме фотосинтеза, в биосфере существует еще дна реакция получения первичного органического вещества из неорганики. При этом в качестве источника энергии используется не солнечное излучение, а химическая энергия реакции окисления. Соответствующий процесс получил название хемосинтез, а использующего его организмы (бактерии) − хемосинтетики.

В ходе хемосинтеза происходит превращение химической энергии одних веществ в химическую энергию других веществ, входящих в состав живых организмов.

Примером хемосинтетиков могут быть нитрифицирующие бактерии (окисляющие аммиак до оксидов азота и нитратов), железобактерии (переводящие двухвалентное железо в трехвалентное). Хемосинтетиками были одни из первых живых организмов на Земле.

Механизмы фотосинтеза и хемосинтеза очень сложны, включают много промежуточных стадий и еще полностью нераскрыты. В настоящее время ведутся работы по созданию искусственного фотосинтеза.