Фотосинтез — это процесс, при котором зелёные растения на свету создают из углекислого газа и воды органическое вещество (глюкозу) и выделяют кислород. Идёт он в хлоропластах и состоит из двух этапов — световой и темновой фазы. На этой странице простыми словами: что такое фотосинтез, где он происходит, чем отличаются его фазы, как выглядит уравнение фотосинтеза и что при нём образуется. В конце — интерактивный тренажёр для проверки себя.
Что такое фотосинтез и где он происходит
Фотосинтез (от греческого фотос — свет и синтез — соединение) — это образование органических веществ из неорганических на свету. Проще говоря, растение «готовит себе еду» из воздуха и воды, используя энергию солнечного света.
Происходит фотосинтез в хлоропластах — зелёных пластидах, которых особенно много в клетках листа. Внутри хлоропластов находится зелёный пигмент хлорофилл: именно он улавливает энергию света и запускает весь процесс. Зелёными растения кажутся как раз из-за хлорофилла.
Для фотосинтеза растению нужны три вещи:
- свет (солнечный или искусственный);
- вода — её корни всасывают из почвы;
- углекислый газ (CO₂) — он поступает из воздуха через устьица листа.
Весь фотосинтез делится на две последовательные фазы — световую и темновую. Их названия часто путают, поэтому разберём каждую отдельно.
Процесс фотосинтеза: что из чего образуется
Схема помогает увидеть главное: слева — то, что поступает в лист (свет, вода и углекислый газ), справа — то, что образуется (глюкоза и кислород). Кислород растение выделяет в воздух, а глюкозу использует как питание и запасает в виде крахмала.
Уравнение фотосинтеза
Весь процесс можно записать одним суммарным уравнением. Шесть молекул углекислого газа и шесть молекул воды под действием света и при участии хлорофилла превращаются в одну молекулу глюкозы и шесть молекул кислорода.
Световая и темновая фазы фотосинтеза
Фотосинтез идёт в два этапа. Световая фаза проходит на мембранах внутри хлоропласта и возможна только на свету: энергия света расщепляет воду, при этом выделяется кислород и запасается энергия (в молекулах АТФ и НАДФ·Н). Темновая фаза идёт в строме хлоропласта и света напрямую не требует: здесь из углекислого газа с помощью запасённой энергии собирается глюкоза. Важно: «темновая» не значит «ночная» — эта фаза использует продукты световой, поэтому в темноте без света она тоже вскоре остановится. Сравним обе фазы в таблице.
| Признак | Световая фаза | Темновая фаза |
|---|---|---|
| Где идёт | на мембранах тилакоидов (граны хлоропласта) | в строме хлоропласта |
| Нужен ли свет | да, идёт только на свету | напрямую нет, но зависит от продуктов световой фазы |
| Что нужно | свет, вода (H2O) | углекислый газ (CO2), энергия АТФ и НАДФ·Н |
| Что образуется | кислород (O2), АТФ, НАДФ·Н | глюкоза (C6H12O6) |
Значение фотосинтеза для жизни на Земле
Фотосинтез — один из важнейших процессов в природе. Благодаря ему:
- в воздухе поддерживается кислород, которым дышат люди, животные и сами растения;
- из воздуха удаляется углекислый газ;
- создаётся органическое вещество — основа питания для всех живых существ. Растения кормят травоядных, травоядные — хищников, поэтому вся пищевая цепочка начинается с фотосинтеза;
- запасается энергия света в органических веществах. Уголь, нефть и торф — это тоже «законсервированная» энергия древнего фотосинтеза.
Поэтому зелёные растения часто называют «лёгкими планеты»: они непрерывно снабжают биосферу кислородом и пищей.
Разбор: что из чего образуется
Пример 1. Откуда берётся глюкоза
Вопрос: из каких веществ растение делает глюкозу?
Разбор. Глюкоза (C₆H₁₂O₆) состоит из углерода, водорода и кислорода. Углерод растение берёт из углекислого газа (CO₂) воздуха, водород — из воды (H₂O). Энергию для «сборки» даёт свет, а собирается глюкоза уже в темновой фазе, в строме хлоропласта.
Ответ: глюкоза образуется из углекислого газа и воды за счёт энергии света.
Пример 2. Откуда берётся кислород
Вопрос: из какого вещества получается кислород, который выделяет растение?
Разбор. Многие думают, что кислород получается из углекислого газа, но это не так. В световой фазе энергия света расщепляет молекулы воды (H₂O) — при этом и выделяется кислород (O₂). Углекислый газ идёт только на построение глюкозы.
Ответ: кислород выделяется при расщеплении воды в световой фазе.
Пример 3. Проверяем уравнение по количеству атомов
Уравнение: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
Проверим углерод (C): слева 6 (из 6·CO₂), справа 6 (в глюкозе C₆…) — сходится.
Проверим кислород (O): слева 6·2 + 6·1 = 18, справа 6 (в глюкозе) + 6·2 = 18 — сходится.
Проверим водород (H): слева 6·2 = 12, справа 12 (в глюкозе C₆H₁₂O₆) — сходится.
Вывод: уравнение уравнено, все атомы на месте.
Частые ошибки про фотосинтез
-
Считают, что растения только выделяют кислород и совсем не дышат.
Растения дышат так же, как животные: они постоянно поглощают кислород и выделяют углекислый газ (дыхание). Просто днём на свету фотосинтез идёт активнее дыхания, поэтому кислорода выделяется больше, чем поглощается.
-
Путают световую и темновую фазы: думают, что глюкоза образуется в световой, а кислород — в темновой.
Наоборот. В световой фазе выделяется кислород и запасается энергия (АТФ, НАДФ·Н). Глюкоза собирается в темновой фазе из углекислого газа с помощью этой запасённой энергии.
-
Понимают «темновая фаза» как «фаза, которая идёт ночью, в темноте».
«Темновая» значит лишь «не требует света напрямую». Но она использует АТФ и НАДФ·Н из световой фазы, поэтому без света эти запасы кончаются и темновая фаза тоже вскоре останавливается. В реальности обе фазы идут днём, одна за другой.
-
Считают, что кислород образуется из углекислого газа.
Кислород выделяется из воды (H₂O) при её расщеплении в световой фазе. Углекислый газ (CO₂) идёт на построение глюкозы, а не на кислород.
Вопросы и ответы
Чем фотосинтез отличается от дыхания?
Это противоположные процессы. При фотосинтезе растение на свету поглощает углекислый газ и воду, создаёт глюкозу и выделяет кислород — то есть запасает энергию. При дыхании, наоборот, глюкоза и кислород расходуются, а выделяются углекислый газ, вода и энергия. Дышат все живые клетки постоянно, а фотосинтез идёт только в зелёных клетках и только на свету.
Нужен ли свет для темновой фазы фотосинтеза?
Напрямую свет темновой фазе не нужен — реакции идут в строме хлоропласта без участия света. Но темновая фаза использует АТФ и НАДФ·Н, которые образуются в световой фазе. Поэтому без света эти запасы быстро заканчиваются, и темновая фаза тоже останавливается. Название «темновая» означает не «ночная», а «не требующая света напрямую».
Где именно происходит фотосинтез?
Фотосинтез идёт в хлоропластах — зелёных пластидах клеток листа. Световая фаза проходит на мембранах тилакоидов (в гранах), а темновая — в строме хлоропласта. Зелёный цвет и способность улавливать свет придаёт хлоропластам пигмент хлорофилл.
Что образуется при фотосинтезе?
Главные продукты фотосинтеза — глюкоза (органическое вещество, питание растения) и кислород, который выделяется в воздух. По ходу процесса также образуются промежуточные вещества — АТФ и НАДФ·Н, которые переносят энергию из световой фазы в темновую.
В какое время суток идёт фотосинтез?
Фотосинтез идёт днём, пока есть свет. Ночью, в темноте, он прекращается, потому что световая фаза без света работать не может, а без её продуктов останавливается и темновая. При этом дыхание у растения продолжается круглосуточно.
