Фотосинтез
Фотосинтез - це процес поглинання організмами світлової сонячної енергії та перетворення її на хімічну енергію. Крім зелени рослин, водоростей до фотосинтезу здатні й інші організми - деякі найпростіші, бактерії (ціанобактерії, пурпурові, зелені, галобактерії). Процес фотосинтезу цих груп організмів має свої особливості.
При фотосинтезі під дією світла з обов'язковою участю пігментів (хлорофілу – у вищих рослин та бактеріохлорофілу – у фотосинтезуючих бактерій) з вуглекислого газу та води утворюється органічна речовина. У зелених рослин виділяється у своїй кисень.
Усі фотосинтезують організми називаються фототрофами, оскільки для отримання енергії вони використовують сонячне світло. За рахунок енергії цього унікального процесу існують решта гетеротрофних організмів на нашій планеті (див. Автотрофи, Гетеротрофи).
Процес фотосинтезу відбувається у пластидах клітини — хлоропластах. Компоненти фотосинтезу - пігменти (зелені - хлорофіли та жовті - каротиноїди), ферменти та інші сполуки - впорядковано розташовуються в мембрані тилакоїдів або стромі хлоропласту.
Молекула хлорофілу має систему сполучених подвійних зв'язків, завдяки чому при поглинанні кванта світла вона здатна перейти в збуджений стан, тобто один з її електронів змінює своє становище, піднімаючись більш високий енергетичний рівень. Це збудження передається так званої основної молекули хлорофілу, яка здатна до поділу заряду: віддає електрон акцептору, який відправляє його системою переносників в електронно-транспортний ланцюг, де електрон віддає енергію в окислювально-відновних реакціях. За рахунок цієї енергії протони водню «перекачуються» із зовнішнього боку мембрани тилакоїдів навнутрішню. Утворюється різниця потенціалів водневих іонів, енергія якої йде на синтез АТФ (див. Аденозинтрифосфорна кислота (АТФ). Утворення АТФ у процесі фотосинтезу називається фотофосфо-рилюванням на відміну від окисного фосфорилювання, тобто утворення АТФ за рахунок процесу дихання.
Молекула хлорофілу, віддаючи електрон, окислюється. Виникає звана електронна недостатність. Щоб процес фотосинтезу не переривався, вона має бути відшкодована іншим електроном. Звідки він береться? Виявляється, джерело електронів, а також протонів (пам'ятаєте, вони створюють різницю потенціалів з обох боків мембрани) – вода. Під дією сонячного світла, а також за участю особливого ферменту зелена рослина здатна фотоокислювати воду:
Отримані таким чином електрони заповнюють електронну недостатність у молекулі хлорофілу, протони йдуть на відновлення НАДФ (активної групи ферментів, що транспортують водень), утворюючи ще один енергетичний еквівалент НАДФ-Н на додаток до АТФ. Крім електронів і протонів, при фотоокисленні води утворюється кисень, завдяки якому атмосфера Землі придатна для дихання.
Енергетичні еквіваленти АТФ і НАДФ-Н витрачають свою енергію макро-ергічних зв'язків на потреби клітини – на рух цитоплазми, транспорт іонів через мембрани, синтез речовин тощо, а також забезпечують енергією темнові біохімічні реакції фотосинтезу, в результаті яких синтезуються прості вуглеводи та крохмаль. Ці органічні речовини є субстратом для дихання або витрачаються на ріст і накопичення біомаси рослини.
Продуктивність сільськогосподарських рослин міцно пов'язані з інтенсивністю фотосинтезу.