Сущность и значение фотосинтеза

Фотосинтез — это сложный процесс трансформации поглощенной организмом энергии света в химическую энергию органических и неорганических соединений.

В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция — совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества.

Главную роль в процессе фотосинтеза играет использование энергии света для восстановления СО2 до уровня углеводов.

Общее уравнение фотосинтеза:

 

Однако энергия света может быть использована и в других эндэргонических реакциях (фототрофная функция фотосинтеза), например

– в восстановлении сульфата или нитрата,

– в образовании Н₂,

– при транспорте веществ через мембраны и на другие процессы.

За счет поглощенной солнечной энергии зеленое растение осуществляет ассимиляцию молекул углекислого газа и воды. В результате такой ассимиляции образуется органическое вещество и одновременно выделяется свободный кислород. Это органическое вещество и заключенная в нем энергия используются гетеротрофными организмами во всем сложном многообразии процессов их жизнедеятельности.

Способностью выполнять функции фотосинтеза у растений обладают лишь зеленые органы и ткани, в первую очередь листья.

Универсальным источником энергии, потребляемой живыми существами, являются органические соединения и содержащаяся в их молекулах химическая энергия. Энергия химических связей молекулы — это общая энергия образующих данные связи электронов. Это потенциал, который в эндэргонических процессах непосредственно использован быть не может.

Возможность использования потенциальной энергии химических связей в биологических процессах создается путем придания ей активной мобильной формы. Основной путь преодоления энергетической инерции молекулы состоит в переводе ее в состояние электронного возбуждения.

В биологических системах минимальной энергией обладают электроны, связанные непосредственно с кислородом, например молекула воды. Самым высоким энергетическим потенциалом обладают электроны, образующиеся в результате активации молекулы пигментов растений квантом света (hγ).

Именно при фотосинтезе происходит становление органической материи и запасание в ней солнечной энергии, за счет которой живое население планеты осуществляет весь сложный комплекс эндэргонических функций.

Фотосинтез — единственный процесс, с помощью которого космическая солнечная энергия улавливается и остается на Земле, трансформируясь в другие формы энергии.

В трудах Тимирязева ярко показана космическая роль зеленых растений. К.А.Тимирязев в публичной лекции, прочитанной в 1875 г., следующим образом представил космическую роль зеленых растений: «…луч солнца… упал на зеленую былинку пшеничного ростка… Он… затратился на внутреннюю работу,… превратясь в растворимый сахар… отложился, наконец, в зерне в виде крахмала или в виде клейковины. В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы. Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу».

Итак, значение фотосинтеза состоит в

– пополнении убыли органических соединений, непрерывно происходящей на нашей планете вследствие жизнедеятельности гетеротрофных организмов, а также в результате различных форм производственной деятельности человека;

– накоплении в продуктах фотосинтеза соответствующих количеств химической энергии;

– сохранении уровня содержания в атмосфере кислорода, необходимого для существования подавляющей части организмов, населяющих нашу планету;

– устранении возможности накопления в атмосфере избытка углекислого газа.

Уникальна, неповторима роль фотосинтеза как процесса, в ходе которого углекислый газ — конечный продукт распада органиче­ской материи — вновь возвращается в круговорот веществ приро­ды.