Розділ «Тема 18. ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН. ФОТОСИНТЕЗ. ХЕМОСИНТЕЗ»

• кожна з тріоз приєднує по одній фосфатній групі від 2АТФ, що збагачує молекули енергією (утворюються дифосфогліцерати);

• збагачені енергією тріози приєднують по одному атому водню від НАДФ • Н2 (утворюються гліцеральдегіди, або фосфогліцеринові альдегіди).

III. Регенерація акцепторів – це сукупність реакцій, які забезпечують відновлення рибулозобіфосфатів, які є акцепторами молекул вуглекислого газу:

• частина тріоз (фосфогліцеринових альдегідів) поєднується, утворюючи вуглеводи-гексози, а потім й інші органічні речовини (амінокислоти, нуклеотиди, органічні кислоти та ін.);

• інша частина утворює пентози (рибульозобіфосфати), які знову включаються в цикл Кальвіна.

Механізм процесів фотосинтезу

Отже, в темновій фазі з вуглекислого газу повітря, гідрогену від НАДФ за рахунок енергії АТФ утворюються глюкоза та інші органічні сполуки.

Значення фотосинтеза для існування біосфери

Значення фотосинтезу для біосфери важко переоцінити. Саме завдяки цьому процесові вловлюється світлова енергія, перетворюється фотоавтотрофними організмами на енергію хімічних зв'язків синтезованих вуглеводів, а вже потім, по ланцюгах живлення, вона передається гетеротрофним організмам. Щороку завдяки фотосинтезу на Землі синтезується близько 150 млрд тонн органічної речовини. У синтезовану органічну речовину переводиться лише 1-2% сонячної енергії. Це пояснюється неповним поглинанням світла рослинами, а також тим, що частина сонячного світла відбивається від поверхні Землі назад у Космос, поглинається атмосферою тощо.

Зелені рослини та ціанобактерії, поглинаючи вуглекислий газ і виділяючи кисень, впливають на газовий склад атмосфери. Весь кисень атмосфери – біогенного походження і є побічним продуктом фотосинтезу. Формування окиснювальної атмосфери повністю змінило стан земної поверхні, зробило можливою появу дихання. Згодом у процесі еволюції, після утворення озонового шару, живі організми вийшли на суходіл. Крім того, фотосинтез перешкоджає нагромадженню СO2, захищає планету від перегріву. Вміст СO2 в атмосфері в умовах сучасної екологічної кризи почав збільшуватися, що впливає на тепловий режим Землі. Вуглекислий газ та водяна пара поглинають теплові промені, які відбиваються від нашої планети і створюють парниковий ефект.

Щороку завдяки фотосинтезу на Землі виділяється понад 200 млрд тонн вільного кисню, який не тільки забезпечує дихання організмів, й створює озоновий шар, який захищає все живе на планеті від згубного впливу короткохвильових ультрафіолетових космічних променів. Озоновий екран – це шар атмосфери (стратосфери), у межах якого концентрація молекул озону (O3) в 10 разів вища, ніж біля поверхні Землі. Озоновий шар лежить в стратосфері на висоті від 15 до 35 км. Стратосферний озоновий екран дуже чутливий до сучасних техногенних впливів, що досягли загрозливих масштабів.

Енергія, отримувана людством при спалюванні викопного палива (вугілля, нафта, природний газ, торф), також є акумульованою енергією фотосинтезу.

Продуктивність фотосинтезу залежить від багатьох чинників середовища. Основними з них є світло (інтенсивність, тривалість освітлення, якість світла), концентрація СO2, температура, вода, концентрація хлорофілу, забруднення навколишнього середовища та ін.

БІОЛОГІЯ+ Томас Бітті (J. Thomas Beatty) з університету Британської Колумбії та Роберт Блейкеншіп (Robert Blakenship) з університету Арізони відкрили фотосинтезуючу бактерію GSBI, яка існує на дні океану. Замість сонячного світла вона використовує слабке світло гідротермальних джерел на глибині 2,4 км, куди денне світло потрапити не може. Аналіз ДНК ідентифікував цей новий організм як бактерію з родини зелених сіркобактерій, які є типовими фотоавтотрофами. Бактерії GSB1 мають складну систему антен, які збирають світло гідротермальних джерел. Ця енергія передасться до реакційного центру, де і відбувається фотосинтез. Цей приклад показує можливість існування фотосинтезу не лише на поверхні нашої планети і не тільки за рахунок сонячної енергії.

Поняття про хемосинтез та його значення

Хемосинтез – процес утворення органічних сполук із неорганічних завдяки енергії, яка вивільняється під час перетворення неорганічних сполук. Явище хемосинтезу відкрив у 1892 році російський мікробіолог С. М. Виноградський. Цей процес здійснюють хемоатотрофні бактерії: нітрифікуючі бактерії (наприклад, бактерії родів Nitrosomonas, Nitrosococcus), залізобактерії (наприклад, роди Geobacter, Gallionella) та сіркобактерії (бактерії родів Desulfuromonas, Desulfobacter, Beggiatoa).

Особливостями хемосинтезу, які відрізняють його від фотосинтезу, є те, що цей процес: а) здійснюється без участі світла; б) відбувається з використанням кисню, тобто це аеробний процес. Джерелом активного водню для відновлення НАДФ+, як і у фотоавтотрофів, є вода.

У планетарному масштабі хемосинтез становить не більше 1 % фотосинтезу, проте він має велике значення для біологічного колообігу та геохімічних перетворень. Значення хемосинтетиків є важливим у природі, оскільки вони забезпечують колообіг речовин (наприклад, нітрифікуючі бактерії, які окиснюють амоніак до нітритів і нітратів), беруть участь в утворенні гірських порід (наприклад, сіркобактерії, які утворюють вільну сірку), спричинюють корозію металів (наприклад, залізобактерії). Хемоавтотрофні організми можуть жити в океанах на великих глибинах, де є отруйний сірководень. Вони окиснюють його і отримують органічні речовини для життєдіяльності. У результаті отруйний для інших живих організмів сірководень знешкоджується. Отруйним для живого є і амоніак, який утворюється при гнитті рослинних та тваринних решток і використовується нітрифікуючими бактеріями. Хемосинтезуючі бактерії, що окиснюють сполуки Феруму, Мангану, поширені й у прісних водоймах. Імовірно, що саме за їх участю впродовж мільйонів років на дні деяких боліт, озер утворилися поклади залізних і манганових руд.

Деякі хемосинтезуючі бактерії використовуються людиною для очищення стічних вод (наприклад, сіркобактерії). Серед хемосинтетиків є такі бактерії, які здатні витримувати високі концентрації важких металів, що дозволяє розробляти біотехнології для вилужування металів із певних порід (наприклад, залізобактерії).

Загальна схема хемосинтезу (на прикладі хемосинтезу у залізобактерій)