Кислород – важнейшая составляющая существования всего живого на Земле. Удивительно, но этот элемент на нашей планете, хоть его концентрация в воздухе по данным некоторых ученых неумолимо уменьшается, является восполнимым запасом. Еще более поразительным кажется тот факт, что синтезируется он из более чем доступных ресурсов – воды, солнечного света и углекислого газа. И осуществляют этот чудесный процесс растения.
Конечно, речь идет о фотосинтезе – удивительном творении природы. Несмотря на то, что ученые досконально изучили этот вопрос, повторить этапы фотосинтеза в лабораторных условиях нереально по сей день.
Этот процесс принято делить на два этапа:
- Световая фаза фотосинтеза.
- Темновая фаза фотосинтеза.
Из их названия вполне ясно, что первая часть процесса протекает на свету, то есть при участии солнечных лучей. Происходит она только в зеленых листьях растений, поскольку те содержат хлоропласты – особые элементы, в мембранах которых осуществляется синтез АТФ – молекулы, в которой запасается энергия.
При попадании фотонов солнечного света на листья растений, содержащих хлорофилл, происходит превращение энергии солнечного света в энергетические молекулы АТФ, уже упомянутые выше. Кроме того, благодаря отщеплению двух атомов водорода от молекулы воды (что также происходит при помощи солнечного света) образуется молекула НАДФ. Разложенная молекула воды, лишенная двух атомов водорода, остается со свободным кислородом, который и поступает в атмосферу. Таким образом, продукты фотосинтеза в световой фазе – это:
- кислород;
- энергетическая молекула АТФ;
- атомарный водород НАДФ Н2.
Любопытно, что образование кислорода в этом процессе вовсе не является конечной целью. Скорее, это побочный эффект. Далее происходит темновая фаза фотосинтеза, или хемосинтез, в котором принимают непосредственное участие продукты первой фазы. Рассмотрим его поподробнее.
Действительно, целью процесса не является образование кислорода. Темновая фаза фотосинтеза протекает в иной части листа – в стромах его хлоропластов. По окончанию световой фазы растение успевает запастись внушительным количеством энергетических молекул – АТФ и НАДФ Н2, следовательно, участие света больше не является необходимым. Именно с помощью этих молекул происходит синтез органических элементов. Логично, что задача энергетической молекулы АТФ – поставка энергии для осуществления процессов синтеза, в то время как роль НАДФ Н2 – восстановление.
В начале этой фазы молекула восстановителя окисляется, благодаря чему исчезают два атома водорода, что на выходе дает чистую молекулу НАДФ. В то же время АТФ отдает остаток фосфорной кислоты, превращаясь в АДФ. Эти два процесса происходят в матриксе листа. Вновь полученные молекулы после этого возвращаются в грани листьев, что дает возможность повторить весь процесс световой фазы. Однако и это не является ключевым процессом фотосинтеза, мы лишь обозначили цикличность и последовательность операций, происходящих в листьях.
Конечным продуктом данной фазы становится глюкоза – органическое соединение, относимое к простым сахарам. Впервые подробно описать синтез этой молекулы смог Мелвин Кальвин. Выяснилось, что обе молекулы, рассмотренные в рамках световой фазы, – энергетическая и восстановитель – участвуют в процессах синтеза. Кроме того, важными элементами для образования простых сахаров являются 6 молекул углекислого газа (CO2), 24 атомов водорода, 6 молекул воды:
6СО2 + 24Н + АТФ С6Н12О6 + 6Н2O.
Темновая фаза фотосинтеза важна растениям потому, что кроме глюкозы в этот период образуются различные аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты и глицерин.
Фотосинтез – в высшей степени уникальный природный процесс. Он не только является залогом поддержания постоянного уровня кислорода в атмосфере и озоновом слое, но и являет собой совершенство природы, когда из неорганических элементов создаются органические.
