Cum sunt similare fotosinteza și chimiosinteza? Ce este chimiosinteza? Cum se aseamănă cu fotosinteza? Modalități de hrănire a organismelor

Procesul de chemosinteză în biologie este într-un fel un fenomen unic, deoarece este un tip neobișnuit de nutriție bacteriană, bazată pe asimilarea dioxidului de carbon CO 2 datorită oxidării compușilor anorganici. Mai mult, ceea ce este interesant, conform oamenilor de știință, chimiosinteza este cel mai vechi tip de nutriție autotrofă (genul de nutriție în care organismul însuși sintetizează substanțe organice din cele anorganice), care ar fi putut să apară și mai devreme.

Istoria descoperirii chimiosintezei

Ca fenomen biologic, chimiosinteza bacteriană a fost descoperită de biologul rus S. N. Vinogradsky în 1888. Omul de știință a demonstrat capacitatea unor bacterii de a elibera carbohidrați folosind energia chimică. De asemenea, a izolat o serie de bacterii chimiosintetice speciale, printre care cele mai notabile sunt bacteriile cu sulf, bacteriile de fier și bacteriile nitrificante.

Chemosinteza și fotosinteza: asemănări și diferențe

Să ne uităm acum la asemănările dintre chimiosinteză și fotosinteză și diferențele dintre ele.

Asemănări:

• Atât chimiosinteza, cât și fotosinteza sunt tipuri de nutriție autotrofă, când organismul secretă substanțe organice din cele anorganice.
• Energia unei astfel de reacții este stocată în acid adenozin trifosforic (abreviat ca ATP) și este ulterior utilizată pentru sinteza substanțelor organice.

Diferența dintre fotosinteză și chimiosinteză:

• Au o sursă diferită de energie și, ca urmare, reacții redox diferite. În chimiosinteză, sursa primară de energie nu este lumina solară, ci oxidarea anumitor substanțe.
• Chemosinteza este caracteristică exclusiv bacteriilor și zonelor.
• În timpul chimiosintezei, celulele bacteriene nu conțin clorofilă în timpul fotosintezei, dimpotrivă, o au.
• Sursa de carbon pentru sinteza materiei organice în timpul chemosintezei poate fi nu numai dioxid de carbon, ci și monoxid de carbon (CO), acid formic, acid acetic, metanol și carbonați.

Energia de chimiosinteză

Bacteriile chemosintetice își obțin energia prin oxidarea manganului, fierului, sulfului, amoniacului etc. În funcție de substratul oxidat, bacteriile pe care le-am menționat mai sus și-au primit denumirea: bacterii de fier, bacterii sulfuroase, arhee formatoare de metan, bacterii nitrificante etc. pe.

Importanța chimiosintezei în natură

Chemotrofe - organisme care primesc energie vitală prin chimiosinteză, joacă un rol important în ciclul substanțelor, în special azotul, în special mențin fertilitatea solului. De asemenea, datorită activității bacteriilor chemosintetice, rezerve mari de minereu și salpetru se acumulează în condiții naturale.

Reacții de chemosinteză

Acum să aruncăm o privire mai atentă la reacțiile de chimiosinteză existente, toate diferă în funcție de bacteriile chimiosintetice.

Bacteriile de fier

Acestea includ Leptothrix filamentos și oxidant de fier, Spherotillus, Gallionella și Metallogenium. Ei trăiesc în apele dulci și marine. Datorită reacției de chemosinteză, depozitele de minereu de fier se formează prin oxidarea fierului divalent în fier feric.

4FeCO 3 + O 2 + 6H 2 O → Fe(OH) 3 + 4CO 2 + E (energie)

Pe lângă energie, această reacție produce dioxid de carbon. De asemenea, pe lângă bacteriile oxidante de fier, există și bacterii oxidante de mangan.

Bacteriile cu sulf

Un alt nume pentru ele este tiobacteriile, care sunt un grup foarte mare de microorganisme. După cum sugerează și numele, aceste bacterii obțin energie prin oxidarea compușilor cu sulf redus.

2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 + E

Sulful obținut în urma reacției se poate acumula fie în bacterii în sine, fie eliberat în mediu sub formă de fulgi.

Bacteriile nitrificatoare

Aceste bacterii, care trăiesc în sol și apă, își obțin energia din amoniac și acid azot, joacă un rol foarte important în ciclul azotului.

2NH 3 + 3O 2 → HNO 2 + 2H 2 O + E

Acidul azot obținut în urma acestei reacții formează în sol săruri și nitrați, care contribuie la fertilitatea acestuia.

Chemosinteza, video

Și în sfârșit, un videoclip educațional despre esența chimiosintezei.

Acest articol este disponibil în limba engleză - .

În articolul nostru ne vom uita la ce organisme sunt supuse chimiosintezei. Aceasta este una dintre modalitățile de hrănire a organismelor vii, care apare în mod natural în unele bacterii.

Modalități de hrănire a organismelor

Pentru a înțelege ce este chimiosinteza, trebuie mai întâi să vă amintiți ce metode de hrănire folosesc diferitele organisme. Pe baza acestei caracteristici, se disting două grupuri de creaturi: hetero- și autotrofe. Primii sunt capabili să se hrănească numai cu substanțe organice gata preparate. Ele absorb și transformă proteinele, grăsimile și carbohidrații folosind vacuole sau organe specializate ale sistemului digestiv. Animalele, ciupercile și unele bacterii sunt heterotrofe.

Tipuri de autotrofe

Ei înșiși sintetizează substanțe organice, care sunt ulterior folosite pentru a desfășura diferite procese de viață. În funcție de sursa de energie utilizată, se mai disting două grupuri de organisme. Acestea sunt foto și chimiotrofe. Reprezentanții primei dintre acestea sunt plantele. Ei sintetizează carbohidrații în glucoză în timpul fotosintezei. Acest proces are loc numai în plastide verzi, cloroplaste, în prezența luminii solare, a apei și a dioxidului de carbon. Unele bacterii sunt chimiotrofe. Pentru a sintetiza materia organică, au nevoie de diverși compuși chimici, pe care îi oxidează. Asemănările dintre fotosinteză și chemosinteză constă în capacitatea organismelor de a forma în mod independent substanțele de care au nevoie, primind carbon, apă și săruri minerale din mediu.

Chemosinteza: definiția conceptului și istoria descoperirii

Să aruncăm o privire mai atentă. Care este una dintre metodele de nutriție autotrofă, în care are loc procesul de oxidare a compușilor minerali pentru sinteza celor organici. Acum să aflăm în ce organisme are loc chimiosinteza. Doar anumite tipuri de procariote au această capacitate unică în natură. Acest proces a fost descoperit la sfârșitul secolului al XIX-lea de microbiologul rus Serghei Nikolaevici Vinogradsky. Lucrând în laboratorul de la Strasbourg al lui Anton de Bary, a efectuat un experiment de obținere a energiei prin oxidarea sulfului. El a numit organisme care sunt capabile să efectueze acest proces chimic anooxidanți. În cursul cercetărilor sale, omul de știință a reușit să descopere și Înainte de descoperirea procesului de chemosinteză, doar plantele fotosintetice și algele albastru-verzi au fost clasificate ca organisme autotrofe.

Diferențele și asemănările dintre fotosinteză și chimiosinteză

Ambele tipuri de nutriție autotrofă reprezintă schimbul plastic, sau asimilarea. Aceasta înseamnă că în timpul acestor procese au loc formarea de substanțe organice și schimbul de gaze. În acest caz, reactivii de pornire sunt compuși minerali. Foto-și chemosinteza sunt modalități de efectuare a circulației substanțelor în biosferă. Toate tipurile de autotrofe oferă condițiile necesare vieții nu numai pentru ei înșiși, ci și pentru alte organisme. De exemplu, oxigenul este eliberat în timpul fotosintezei. Este necesar ca toate lucrurile vii să respire. Iar chimiotrofele transformă azotul atmosferic într-o stare în care poate fi absorbit de plante.

Dar există o serie de diferențe între aceste tipuri de alimente. Chemosinteza are loc la plantele care nu conțin clorofila pigmentului verde. Mai mult, pentru oxidare se folosesc compuși doar din anumite substanțe: sulf, azot, hidrogen sau fier. Această metodă de nutriție este deosebit de importantă în locurile în care lumina soarelui nu este disponibilă. Astfel, doar chimiotrofele pot trăi la adâncimi mari. Pentru procesul de fotosinteză, energia solară este o condiție prealabilă. Mai mult, la plante, acest proces are loc numai în celule specializate care conțin clorofila pigmentului verde. O altă condiție prealabilă pentru nutriția fototrofică este prezența dioxidului de carbon.

Bacteriile de fier

Ce este chimiosinteza poate fi luat în considerare folosind exemplul bacteriilor care se transformă Descoperirea lor îi aparține și lui S. N. Vinogradsky. În natură, ele sunt răspândite în corpurile de apă dulce și sărată. Esența chimiosintezei lor este schimbarea valenței fierului de la două la trei. Aceasta eliberează o cantitate mică de energie. Prin urmare, bacteriile de fier trebuie să efectueze acest proces foarte intens.

Deoarece bacteriile sunt unul dintre cele mai vechi organisme, ca urmare a activității lor vitale, pe planetă s-au format zăcăminte mari de minereuri de fier și mangan. În industrie, aceste procariote sunt folosite pentru a obține cupru pur.

Bacteriile cu sulf

Aceste procariote restaurează Procesul de chimiosinteză a fost descoperit prin studiul acestor organisme. Pentru oxidare, acest tip de bacterii utilizează hidrogen sulfurat, sulfuri, sulfați, politionați și alte substanțe. Și unele procariote din acest grup acumulează sulf elementar în timpul chimiosintezei. Acest lucru se poate întâmpla atât în ​​interiorul, cât și în exteriorul celulelor. Această capacitate este utilizată pentru a rezolva problema aerării suplimentare și a acidificării solului.

Habitatul natural al bacteriilor cu sulf sunt corpurile de apă dulce și sărată. Sunt cunoscute cazuri de formare a simbiozelor acestor organisme cu viermi tuburi și moluște care trăiesc în zona de nămol și fund.

Bacteriile fixatoare de azot

Importanța chimiosintezei în natură este determinată în mare măsură de activitatea procariotelor fixatoare de azot. Cele mai multe dintre ele trăiesc pe rădăcinile leguminoaselor și plantelor de cereale. Coabitarea lor este reciproc avantajoasă. Plantele furnizează procariotelor carbohidrați care au fost sintetizați în timpul fotosintezei. Și bacteriile produc azotul necesar pentru dezvoltarea completă a sistemului radicular.

Înainte de descoperirea proprietăților valoroase ale acestei specii, se credea că frunzele de leguminoase aveau o capacitate unică. Mai târziu s-a dovedit că plantele nu participă direct la procesul de fixare a azotului, dar procesul este realizat de bacteriile care trăiesc în rădăcinile lor.

Acest tip de procariotă realizează două tipuri de reacții chimice. Ca urmare a primei, amoniacul este transformat în nitrați. Soluțiile acestor substanțe intră în plantă prin sistemul radicular. Astfel de bacterii se numesc bacterii nitrificatoare. Un alt grup de procariote similare transformă nitrații în azot gazos. Se numesc denitrificatori. Ca urmare a activității lor combinate, în natură are loc o circulație continuă a acestui element chimic.

Bacteriile fixatoare de azot pătrund în rădăcinile plantelor în locurile în care țesutul tegumentar este deteriorat sau prin firele de păr din zona de absorbție. Odată înăuntru, celulele procariote încep să se dividă activ, ducând la formarea a numeroase proeminențe. Sunt vizibile cu ochiul liber. Omul folosește proprietatea bacteriilor fixatoare de azot pentru a furniza solului nitrați naturali, ceea ce duce la creșterea productivității.

Natura și chimiosinteza

Rolul chimiosintezei în natură este greu de supraestimat. Procesul de oxidare a compușilor anorganici din natură este o componentă importantă a ciclului general al substanțelor din biosferă. Independența relativă a chimiotrofelor față de energia luminii solare îi face singurii locuitori ai depresiunilor de adâncime și a zonelor de rift ale oceanului.

Amoniacul și hidrogenul sulfurat, care sunt procesate de aceste procariote, sunt substanțe toxice. În acest caz, semnificația chimiosintezei constă în neutralizarea acestor compuși. În știință, termenul „biosferă subterană” este cunoscut. Este format exclusiv din organisme care nu au nevoie de lumină sau oxigen pentru a trăi. Bacteriile anaerobe au această proprietate unică.

Deci, în articol ne-am dat seama ce este chimiosinteza. Esența acestui proces este oxidarea compușilor anorganici. Unele tipuri de procariote sunt organisme chemosintetice: bacteriile cu sulf, bacteriile de fier și bacteriile fixatoare de azot.

Fotosinteza este un proces efectuat de anumite bacterii, microorganisme și părți verzi ale plantelor pentru a transforma chimic substanțele organice din substanțe anorganice prin expunerea la energia luminoasă. În timpul fotosintezei, oxigenul este eliberat din carbohidrații absorbiți din atmosferă. Fotosinteza are loc diferit în diferite organisme și are propriile sale caracteristici. Astfel, plantele superioare folosesc pigmentul - clorofila, iar bacteriile - bacterioclorofila.

Fotosinteza în plante are loc astfel: fotonii emiși de soare intră în pigmentul frunzei - molecula de clorofilă În plus, trebuie să știți că fotosinteza are loc în două etape - lumină și întuneric.

Descrierea chimiosintezei

Chemosinteza este procesul de producere a substanțelor organice din substanțe anorganice folosind energia obținută ca urmare a reacției chimice de oxidare a unor compuși precum hidrogen sulfurat, hidrogen, amoniac etc. Este produs de bacterii care nu conțin clorofile. Această metodă de obținere a energiei este un fel de adaptare în acele locuri în care lumina soarelui și, prin urmare, energia solară, nu este disponibilă.

Diferențele și proprietățile fotosintezei și chimiosintezei

O trăsătură distinctivă a chimiosintezei și fotosintezei este faptul că principala „pârghie” pentru lucru a acesteia din urmă este lumina și energia pe care o eliberează. Stimulul actual pentru procesul de chimiosinteză îl reprezintă reacțiile chimice de la substanțele din mediu.

Fotosinteza și chemosinteza sunt foarte importante pentru ciclul naturii. Cu ajutorul lor, unele substanțe nu sunt absorbite de altele și nu dispar. Fără procesul de fotosinteză, atmosfera nu ar fi reînnoită cu oxigen, fără de care nicio creatură vie de pe planeta noastră nu poate trăi. Chemosinteza are un efect cu adevărat „fabul” asupra mediului, în funcție de compușii care sunt procesați de ce bacterii.

21. Metabolismul la nivelul corpului.

Pe baza naturii asimilării, organismele se disting între autotrofe, heterotrofe și mixotrofe.

Organismele autotrofe sau care se hrănesc singure sunt organisme capabile să sintetizeze compuși organici din cei anorganici. autotrofele sunt clasificate în organisme fotosintetice și chimiosintetice.

Organismele heterotrofe sunt organisme care necesită compuși organici gata preparati. Sunt animale, precum și microorganisme. Organismele heterotrofe obțin energie prin oxidarea compușilor organici. Animalele se caracterizează printr-o metodă de nutriție heterotrofă, care constă în consumarea alimentelor sub formă de particule solide, urmată de prelucrarea lor mecanică și chimică.

Dimpotrivă, microorganismele sunt caracterizate printr-o metodă osmotică de nutriție heterotrofă. Cu această metodă, nutriția are loc cu nutrienții dizolvați prin absorbția acestora pe întreaga suprafață a corpului.

Organismele mixotrofe (din latină mixtus - mixt) sunt organisme capabile atât să sintetizeze substanțe organice, cât și să le folosească în formă finită.

Pe baza naturii disimilației, se disting organisme aerobe și anaerobe.

Organismele aerobe (din greaca aer - aer) folosesc oxigenul liber pentru respiratie (oxidare). Majoritatea organismelor vii sunt aerobe. Dimpotrivă, anaerobii oxidează substraturile, precum zaharurile, în absența oxigenului, prin urmare, pentru ei, respirația este fermentație.

Multe microorganisme și helminți sunt anaerobi. De exemplu, bacteriile anaerobe dinitrificatoare oxidează compușii organici folosind nitriți, care este un oxidant anorganic.

Autotrofele și heterotrofele sunt interconectate prin nutriție (lanțuri trofice) și energie, drept urmare existența unora dintre ele depinde de altele și invers.

Activitatea vitală a organismelor cu diferite tipuri de nutriție creează cicluri de substanțe în natură.

Toate ființele vii au nevoie de hrană și nutrienți. Când se hrănesc, folosesc energia stocată în principal în compuși organici - proteine, grăsimi, carbohidrați. Organismele heterotrofe folosesc alimente de origine vegetală și animală care conțin deja compuși organici. Plantele creează materie organică prin procesul de fotosinteză.

Cercetările în fotosinteză au început în 1630 cu experimentele olandezului van Helmont. El a demonstrat că plantele nu obțin materie organică din sol, ci o creează singure.

Joseph Priestley în 1771 a dovedit „corecția” aerului cu plante. Așezate sub un capac de sticlă, au absorbit dioxidul de carbon eliberat de așchia care mocnește.

S-a stabilit acum că este procesul de formare a compușilor organici din CO2 și apă folosind energia luminoasă și are loc în cloroplastele plantelor verzi și pigmenții verzi ai unor bacterii fotosintetice.

Cloroplastele și pliurile membranei citoplasmatice a procariotelor conțin un pigment verde - clorofilă , a cărei moleculă este capabilă să fie excitată de lumina soarelui, donându-și electronii și mutându-i la niveluri mai mari de energie. Acest proces poate fi comparat cu aruncarea unei mingi în sus. Pe măsură ce mingea se ridică, ea stochează energia potențială; căzând, o pierde. Electronii nu cad înapoi, ci sunt preluați de purtătorii de electroni (NADP+ - nicotină middifosfat). În acest caz, energia acumulată anterior este cheltuită parțial pentru formarea ATP. Continuând comparația cu o minge aruncată, putem spune că mingea, pe măsură ce cade, încălzește spațiul înconjurător, iar o parte din energia electronilor în cădere este stocată sub formă de ATP. Procesul de fotosinteză este împărțit în reacții cauzate de lumină și reacții asociate cu fixarea carbonului: ușoarăȘi întuneric faze.

Faza de lumină- Acesta este stadiul în care energia luminoasă absorbită de clorofilă este transformată în energie electrochimică în lanțul de transport de electroni. Se desfășoară în lumină, în membrane grani, cu participarea proteinelor transportoare și a ATP sintetazei.

Reacții, cauzate de lumină, apar pe membranele fotosintetice ale granulelor de cloroplast:
1) excitarea electronilor clorofilei de către cuante de lumină și trecerea lor la un nivel de energie mai înalt;
2) reducerea acceptoarelor de electroni – NADP+ la NADP H
2H+ + 4e- + NADP+ → NADP H;
3) fotoliza apei: 2H2O → 4H+ + 4e- + O2.

Acest proces are loc în interiorul tilacoidelor - pliuri ale membranei interioare a cloroplastelor, din care se formează grana - stive de membrane.

rezultate reactii la lumina:
- fotoliza apei cu formarea de oxigen liber, sinteza ATP,
- reducerea NADP+ la NADP H.

Faza intunecata- procesul de transformare a CO2 în glucoză în stroma (spațiul dintre granule) cloroplaste folosind energia ATP și NADP H.

Rezultat reacții întunecate: conversia dioxidului de carbon în glucoză și apoi în amidon. Pe lângă moleculele de glucoză, în stromă are loc formarea de aminoacizi, nucleotide și alcooli.

Ecuația rezumativă a fotosintezei

6CO 2 + 6H 2O → C 6H 12O 6 + 6O 2

Semnificația fotosintezei:
se formează oxigen liber, care este necesar pentru respirația organismelor și formarea unui scut de ozon protector (protejarea organismelor de efectele nocive ale radiațiilor ultraviolete); producerea de substanțe organice brute - hrană pentru toate ființele vii; reducerea concentrației de dioxid de carbon din atmosferă.

Chemosinteza – formarea compușilor organici din cei anorganici datorită energiei reacțiilor redox ale compușilor cu hidrogen, azot, fier, sulf .

Rolul chimiosintezei: bacteriile chemosintetice distrug rocile, purifică apele uzate și participă la formarea mineralelor.

Chemosinteza (din chimio... si sinteza), sau mai corect, chemolitoautotrofia, este un tip de nutritie caracteristic unor bacterii care sunt capabile sa asimileze CO 2 ca unica sursa de carbon datorita energiei de oxidare a compusilor anorganici. Descoperirea chimiosintezei în 1887 (S. N. Vinogradsky) a schimbat semnificativ ideile despre principalele tipuri de metabolism în organismele vii. Spre deosebire de fotosinteză, chimiosinteza nu folosește energia luminoasă, ci energia obținută în urma reacțiilor redox, care trebuie să fie suficientă pentru sinteza acidului adenozin trifosforic (ATP) și să depășească 10 kcal/mol.

Bacteriile capabile de chimiosinteză nu sunt un singur grup taxonomic, ci sunt sistematizate în funcție de substratul anorganic oxidat. Printre acestea se numără microorganisme care oxidează hidrogenul, monoxidul de carbon, compușii cu sulf redus, fierul, amoniacul, nitriții și antimoniul.

Bacteriile cu hidrogen sunt grupul cel mai numeros și mai divers de organisme chemosintetice; se efectuează reacția 6H 2 + 2O 2 + CO 2 = (CH 2 O) + 5H 2 O, unde (CH 2 O) este simbolul substanțelor organice rezultate. În comparație cu alte microorganisme autotrofe, acestea se caracterizează printr-o rată mare de creștere și pot produce biomasă mare. Aceste bacterii sunt, de asemenea, capabile să crească pe medii care conțin substanțe organice, adică sunt bacterii micotrofe sau facultativ chemoautotrofe.

Aproape de bacteriile cu hidrogen sunt carboxiobacterii, care oxidează CO folosind reacția 25CO + 12O 2 + H 2 O + 24CO 2 + (CH 2 O). Bacteriile tionice oxidează hidrogenul sulfurat, tiosulfatul și sulful molecular la acid sulfuric. Unele dintre ele (Thiobacillus ferrooxidans) oxidează mineralele sulfurate, precum și fierul feros. Capacitatea de chimiosinteză a diferitelor bacterii cu sulf acvatic rămâne nedovedită.

Bacteriile nitrificatoare oxidează amoniacul în nitriți (etapa I de nitrificare) și nitriții în nitrat (etapa a 2-a). În condiții anaerobe, chimiosinteza se observă la unele bacterii denitrificatoare care oxidează hidrogenul sau sulful, dar acestea necesită adesea materie organică pentru biosinteză (litoheterotrofie). Chemosinteza a fost descrisă în unele bacterii producătoare de metan strict anaerobe, conform reacției 4H 2 + CO 2 = CH 4 + 2H 2 O.

Biosinteza compușilor organici în timpul chemosintezei are loc ca urmare a asimilării autotrofice a CO 2 (ciclul Calvin) în același mod ca în timpul fotosintezei. Energia sub formă de ATP este obținută din transferul de electroni printr-un lanț de enzime respiratorii încorporate în membrana celulară bacteriană. Unele substanțe oxidabile donează electroni lanțului la nivelul citocromului c, ceea ce creează un consum suplimentar de energie pentru sinteza agentului reducător. Datorită consumului mare de energie, bacteriile chimisintetizatoare, cu excepția celor cu hidrogen, formează puțină biomasă, dar oxidează o cantitate mare de substanțe anorganice.

În biosferă, bacteriile chemosintetice controlează situsurile oxidative ale ciclului celor mai importante elemente și, prin urmare, au o importanță excepțională pentru biogeochimie. Bacteriile cu hidrogen pot fi folosite pentru a produce proteine ​​și pentru a purifica atmosfera din CO 2 în sisteme ecologice închise. Din punct de vedere morfologic, bacteriile chemosintetice sunt foarte diverse, deși majoritatea aparțin pseudomonadelor, se găsesc printre bacteriile înmugurite și filamentoase, spirile, leptospire și corinebacterii.

Plantele verzi (autotrofe) sunt baza vieții de pe planetă. Aproape toate lanțurile trofice încep cu plante. Ele transformă energia care cade asupra lor sub formă de lumină solară în energie stocată în carbohidrați, dintre care cel mai important este glucoza de zahăr cu șase atomi de carbon. Acest proces de conversie a energiei se numește fotosinteză. Ecuația generală pentru fotosinteză arată astfel:

apa + dioxid de carbon + lumina > carbohidrati + oxigen

În 1905, fiziologul englez Frederick Blackman a efectuat cercetări și a stabilit procesele de bază ale fotosintezei. Blackman a concluzionat că au loc două procese: unul era foarte dependent de nivelul de lumină, dar nu de temperatură, în timp ce celălalt era puternic influențat de temperatură, indiferent de nivelul de lumină. Această perspectivă a stat la baza ideilor moderne despre fotosinteză. Cele două procese sunt uneori numite reacții „luminoase” și „întunecate”, ceea ce nu este în întregime corect, deoarece s-a dovedit că, deși reacțiile fazei „întunecate” apar în absența luminii, necesită produse ale „luminii”. fază.

Fotosinteza începe atunci când fotonii emiși de soare intră în molecule speciale de pigment care se găsesc în frunze - moleculele de clorofilă. Clorofila se găsește în celulele frunzelor, în membranele organelelor celulare ale cloroplastelor (ele sunt cele care dau frunzei culoarea verde). Procesul de captare a energiei constă din două etape și se desfășoară în grupuri separate de molecule - aceste grupuri sunt de obicei numite Fotosistem I și Fotosistem II. Numerele cluster reflectă ordinea în care au fost descoperite aceste procese, iar aceasta este una dintre ciudateniile științifice amuzante, deoarece în frunză reacțiile din Fotosistemul II apar mai întâi și abia apoi în Fotosistemul I.

Când un foton se ciocnește cu 250-400 de molecule ale Fotosistemului II, energia crește brusc și este transferată moleculei de clorofilă. În acest moment, au loc două reacții chimice: molecula de clorofilă pierde doi electroni (care sunt acceptați de o altă moleculă, numită acceptor de electroni) și molecula de apă se divide. Electronii celor doi atomi de hidrogen care făceau parte din molecula de apă înlocuiesc cei doi electroni pierduți de clorofilă.

După aceasta, electronul de înaltă energie („rapid”) este transferat unul altuia ca un cartof fierbinte de către purtătorii moleculari asamblați într-un lanț. În acest caz, o parte din energie este destinată formării moleculei de adenozin trifosfat (ATP), unul dintre principalii purtători de energie din celulă. Între timp, o moleculă de clorofilă Fotosistem I ușor diferită absoarbe energia fotonului și donează un electron unei alte molecule acceptoare. Acest electron este înlocuit în clorofilă de un electron care a ajuns de-a lungul lanțului de purtători din Fotosistemul II. Energia electronului din Fotosistemul I și ionii de hidrogen formați anterior în timpul divizării unei molecule de apă sunt folosite pentru a forma NADP-H, o altă moleculă purtătoare.

Ca urmare a procesului de captare a luminii, energia a doi fotoni este stocată în moleculele folosite de celulă pentru a desfășura reacții și se formează o moleculă suplimentară de oxigen. După ce energia solară este absorbită și stocată, este rândul carbohidraților să se formeze. Mecanismul de bază al sintezei carbohidraților la plante a fost descoperit de Melvin Calvin. Ciclul de conversie a energiei solare în carbohidrați constă dintr-o serie de reacții chimice care încep cu combinarea unei molecule de intrare cu o moleculă „ajutor”, urmată de inițierea altor reacții chimice. Aceste reacții duc la formarea produsului final și în același timp reproduc molecula „ajutor”, iar ciclul începe din nou. În ciclul Calvin, rolul unei astfel de molecule „ajutoare” este jucat de zahărul ribuloză difosfat (RDP) cu cinci atomi de carbon. Ciclul Calvin începe cu molecule de dioxid de carbon care se combină cu RDP. Datorită energiei luminii solare stocată sub formă de ATP și NADP-H, mai întâi au loc reacții chimice de fixare a carbonului pentru a forma carbohidrați, iar apoi au loc reacții de reconstrucție a ribulozei difosfat. În timpul a șase ture ale ciclului, șase atomi de carbon sunt incluși în moleculele precursorilor glucozei și ai altor carbohidrați. Acest ciclu de reacții chimice va continua atâta timp cât este furnizată energie. Datorită acestui ciclu, energia luminii solare devine disponibilă organismelor vii.