фотосинтез

(от фото... и греч. synthesis — соединение), образование клетками высших растений, водорослей и нек-рыми бактериями органич. веществ при участии энергии света. Происходит с помощью пигментов (хлорофиллов и нек-рых других), присутствующих в хлоропластах и хроматофорах клеток. В основе Ф. лежит окислит.-восстановит, процесс, в к-ром электроны переносятся от донора-восстановителя (вода, водород и др.) к акцептору (С02, ацетат) с образованием восстановленных соединений (углеводы) и выделением О2, если окисляется H2O (фотосинтезирующие бактерии, использующие иные, чем вода, доноры, кислород не выделяют).

Преобразование энергии света в энергию химич. связей начинается в спец. структурах — реакционных центрах (РЦ). Они состоят из молекул хлорофилла а (у бактерий — бактериохлорофилла, у галобактерий — бактериородопсина), выполняющих функцию фотосенсибилизаторов, пигмента феофитина, связанных с ними доноров и акцепторов электронов и нек-рых других соединений.

В Ф. высших растений, водорослей и цианобактерий участвуют две последоват. фотореакции с разл. РЦ. При поглощении квантов пигментами фотосистемы II (ФС II) происходит перенос электронов от воды к промежуточному акцептору и через цепь переноса электронов к РЦ фотосистемы I (ФС I). Возбуждение ФС I сопровождается переносом электрона на вторую ступень (через промежуточный акцептор и ферредоксин к НАДФ+). В РЦ сосредоточена лишь небольшая (= 1%) часть хлорофилла, непосредственно участвующая в преобразовании энергии поглощённых фотонов в энергию химич. связей, основная его масса и дополнит, (сопровождающие) пигменты выполняют роль светособирающей антенны. Неск. десятков или сотен таких молекул, собранных в т. н. фотосинтетич. единицы, поглощают кванты и передают возбуждение на пигментные молекулы РЦ. Это значительно повышает скорость Ф. даже при невысоких интенсивностях света. В РЦ происходит образование первичных восстановителя и окислителя, к-рые затем инициируют цепь последоват. окислит.-восстановит, реакций, и энергия в итоге запасается в восстановленном никотинамидадениндинуклеотидфосфате (НАДФ-Н) и АТФ (фотосинтетич. фосфорилирование) — осн. продуктах фотохимич. световых стадий ф.

Продукты первичных стадий Ф. высших растений и водорослей, в к-рых запасена энергия света, используются в дальнейшем в цикле фиксации CO2 и превращении углерода в углеводы (т. н. цикл Калвина). CO2 присоединяется к рибулозодифосфату с участием фермента рибулозодифосфаткарбоксилазы. Из полученного щестиуглеродного соединения образуется трёхуглеродная (С3) фосфоглицериновая к-та (ФГК), восстанавливаемая затем с использованием АТФ и НАДФ-Н до трёхуглеродных сахаров (триозофосфатов), из к-рых и образуется конечный продукт Ф.— глюкоза. Вместе с тем часть триозофосфатов претерпевает процесс конденсации и перестроек, превращаясь в рибулозомонофосфат, к-рый фосфорилируется с участием «светового» АТФ до рибулозодифосфата — первичного акцептора CO2, что и обеспечивает непрерывную работу цикла. В нек-рых растениях (кукуруза, сахарный тростник и др.) первоначальное превращение углерода идёт не через трёхуглеродные, а через четырёхуглеродные соединения (С4-растения, С4-метаболизм углерода). Акцептором CO2 в клетках мезофилла таких растений служит фосфоенолпируват (ФЕП). Продукты его карбоксилирования — яблочная или аспарагиновая к-ты диффундируют в обкладочные клетки сосудистых пучков, где декарбоксилируются с освобождением CO2, к-рый и поступает в цикл Калвина. Преимущества такого «кооперативного» метаболизма обусловлены тем, что ФЕП-карбоксилаза при низкой концентрации CO2 более активна, чем рибулозодифосфаткарбоксилаза, и, кроме того, в обкладочных клетках с пониженной концентрацией O2 слабее выражено фотодыхание, связанное с окислением рибулозофосфата, и сопутствующие ему потери энергии (до 50%). С4-растеиия привлекают внимание исследователей высокой фотосинтетич. продуктивностью.

Ф. — единств, процесс в биосфере, ведущий к увеличению свободной энергии биосферы за счёт внеш. источника — Солнца и обеспечивающий существование как растений, так и всех гетеротрофных организмов, в т. ч. и человека. Ежегодно в результате Ф. на Земле образуется 150 млрд. т органич. вещества и выделяется ок. 200 млрд. т свободного О2. Кругооборот О2, углерода и др. элементов, вовлекаемых в Ф., создал и поддерживает совр. состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле. Ф. препятствует увеличению концентрации CO2 в атмосфере, предотвращая перегрев Земли (вследствие т. н. парникового эффекта). Кислород Ф. необходим не только для жизнедеятельности организмов, но и для защиты живого от губительного коротковолнового УФ-излучения (кислородно-озоновый экран атмосферы). Запасённая в продуктах Ф. энергия (в виде разл. видов топлива) является осн. источником энергии для человечества. Предполагается, что в энергетике будущего Ф. может занять одно из первых мест в качестве неиссякаемого и незагрязняющего среду источника энергии (создание «энергетич. плантаций» быстрорастущих растений с последующим использованием растит, массы для получения тепловой энергии или переработки в высококачеств. топливо — спирт). Не менее важна роль Ф. как основы получения продовольствия, кормов, технич. сырья. Несмотря на высокую эффективность начальных фотофизич. и фотохимич. стадий (ок. 95%), в урожай переходит лишь менее 1—2% солнечной энергии; потери обусловлены неполным поглощением света, лимитированием процесса на биохимич. и физиол. уровнях. Обеспечение растений водой, минеральным питанием, CO2, селекция сортов с высокой эффективностью Ф., создание благоприятной для светопоглощения структуры посевов и др. пути используют в целях реализации значит, резервов фотосинтетич. продуктивности.

Для ряда культур оправдано выращивание при полном или частичном искусств, освещении, биотехнол. способы получения растит, массы (особенно одноклеточных организмов), аквакультура для нек-рых водорослей, и т. п. В связи с этим особенно актуальными становятся разработка теоретич. основ управления Ф., исследование Ф. как целостного процесса, закономерностей его регулирования и адаптации к внеш. условиям.

фотосинтез

Схема двух фотохимических систем (ФС I и ФС II) фотосинтеза. Е — окислительно-восстановит, потенциал при рН 7 (в вольтах), Z — донор электронов для ФС II, P680 — энергетическая ловушка и реакционный центр ФС II (светособирающая антенна этого центра включает молекулы хлорофилла а, хлорофилла b, ксантофиллы), Q — первичный акцептор электронов в ФС II, АДФ — аденозиндифосфат, Рнеорг. — неорганич. фосфат, АТФ — аденозинтрифосфат, Р700 — энергетическая ловушка и реакционный центр ФС I (светособирающая антенна этого центра включает молекуллы хлорофилла а, хлорофилла b, каротин), ВВФ — вещество, восстанавливающее ферредоксин.

фотосинтез. Рис. 1

Упрощённая схема цикла Калвина — пути фиксации углерода при фотосинтезе.

фотосинтез. Рис. 2

Продукты световых и темиовых реакций фотосинтеза.

Источник: Биологический энциклопедический словарь на Gufo.me


Значения в других словарях

  1. фотосинтез — Образование клетками высших растений, водорослей и некоторыми бактериями органического вещества при участии энергии света. Происходит с помощью пигментов (хлорофиллов, бактериохлорофиллов и каротиноидов)... Микробиология. Словарь терминов
  2. ФОТОСИНТЕЗ — ФОТОСИНТЕЗ, химический процесс, возникающий в зеленых растениях, водорослях и многих бактериях, при котором вода и УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ превращаются в КИСЛОРОД и продукты питания растений при помощи энергии, поглощаемой из солнечного света. Научно-технический словарь
  3. фотосинтез — ФОТОСИНТЕЗ образование зелеными растениями и некоторыми бактериями орг. веществ с использованием энергии солнечного света. Происходит при участии пигментов (у растений хлорофиллов). В основе Ф. лежат окислительно-восстановит. Химическая энциклопедия
  4. фотосинтез — ФОТОСИНТЕЗ, а, м. (спец.). У растений и нек-рых микроорганизмов: биологический процесс превращения лучистой энергии Солнца в органическую (химическую) энергию. | прил. фотосинтетический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова
  5. ФОТОСИНТЕЗ — ФОТОСИНТЕЗ (от фото... и синтез) — превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами лучистой энергии Солнца в энергию химических связей органических веществ. Происходит с участием поглощающих свет пигментов (хлорофилл и др.). Большой энциклопедический словарь
  6. фотосинтез — орф. фотосинтез, -а Орфографический словарь Лопатина
  7. фотосинтез — ФОТОСИНТЕЗ (от греч. phos, род. падеж photos — свет и synthesis — соединение, составление), образование зелёными р-ниями и фотосинтезирующими бактериями необходимых для жизни органич. в-в за счёт энергии Солнца; осн. Сельскохозяйственный словарь
  8. фотосинтез — Фотосинтез — процесс синтеза органических веществ из углекислоты и воды за счет световой энергии. Свойствен высшим растениям, водорослям и бактериям фотосинтезирующим (см. фотосинтез бактериальный). Толковый словарь по почвоведению
  9. фотосинтез — ФОТОСИНТЕЗ — окислительно-восстановительная реакция синтеза органических веществ из неорганических с помощью световой энергии, улавливаемой хлорофиллом. Ботаника. Словарь терминов
  10. фотосинтез — ФОТОСИНТЕЗ (от греч. phоs, род. падеж photos — свет ц synthesis — соединение), синтез органич. вещества растениями (т. н. фотосинтетиками), в процессе которого происходит преобразование энергии солнечного света в энергию химич. связей. Ветеринарный энциклопедический словарь
  11. Фотосинтез — (от Фото... и Синтез образование высшими растениями, водорослями, фотосинтезирующими бактериями сложных органических веществ, необходимых для жизнедеятельности как самих растений, так и всех др. Большая советская энциклопедия
  12. фотосинтез — Способность фототрофных бактерий к фотосинтезу, как и у растений, определяется наличием магнийсодержащих порфириновых пигментов — хлорофиллов. Состав бактериальных хлорофиллов, называемых бактериохлорофиллами, отличается от хлорофиллов растений (рис. Биологическая энциклопедия
  13. фотосинтез — Образование клетками растений органического вещества из углекислоты и воды при участии энергии света. Характерная особенность клетки зелёного растения – присутствие пластид – мелких белково-липидных телец, несколько более плотных... Биология. Современная энциклопедия
  14. фотосинтез — ФОТОСИНТЕЗ [тэ], -а; м. Спец. Процесс образования углеводов из углекислоты и воды под действием света, поглощаемого хлорофиллом, в клетках зелёных растений, водорослей и некоторых микроорганизмов. ◁ Фотосинтетический, -ая, -ое. Ф-ая деятельность. Толковый словарь Кузнецова
  15. фотосинтез — [см. фото… + cuнmeз] – процесс создания зелёными растениями, содержащими хлорофил, органических веществ из неорганических (углекислота, вода) при помощи энергии, доставляемой лучами света Большой словарь иностранных слов
  16. фотосинтез — -а, м. бот. Образование в клетках зеленых растений, водорослей и в некоторых микроорганизмах углеводов из углекислоты и воды под действием света, поглощаемого светочувствительным пигментом, главным образом хлорофиллом (сопровождается выделением свободного кислорода). Малый академический словарь
  17. Фотосинтез — Зеленые растения способны строить (синтезировать) сложные органические вещества из минеральных, пользуясь для этого в качестве источника энергии светом. Как общее правило, исходными материалами для этого процесса... Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
  18. фотосинтез — Фото/си́нтез/. Морфемно-орфографический словарь
  19. Фотосинтез — Химический процесс, идущий в зеленых растениях под действием световой энергии с помощью пигментов (хлорофиллов и др.). При этом из углекислого газа и воды образуется глюкоза и выделяется кислород. Экологические термины и определения
  20. фотосинтез — фотосинтез м. Процесс создания в клетках зелёных растений, водорослей и некоторых микроорганизмов углеводов из углекислоты и воды под воздействием света, поглощаемого светочувствительным пигментом (преимущественно хлорофиллом). Толковый словарь Ефремовой
  21. фотосинтез — ФОТОС’ИНТЕЗ, фотосинтеза, мн. нет, ·муж. (бот., биол.). Процесс создания при помощи света органических соединений из углекислоты воздуха или воды, происходящий в растениях, которые содержат хлорофилл. см. фото... во 2 ·знач. Толковый словарь Ушакова