Фотосинтез — це процес, під час якого зелені рослини на світлі створюють з вуглекислого газу та води органічну речовину (глюкозу) і виділяють кисень. Він відбувається у хлоропластах і складається з двох етапів — світлової та темнової фаз. На цій сторінці простими словами: що таке фотосинтез, де він відбувається, чим відрізняються його фази, як виглядає рівняння фотосинтезу та що під час нього утворюється. Наприкінці — інтерактивний тренажер для перевірки знань.
Що таке фотосинтез і де він відбувається
Фотосинтез (від грецького фотос — світло та синтез — поєднання) — це утворення органічних речовин з неорганічних на світлі. Простіше кажучи, рослина «готує собі їжу» з повітря та води, використовуючи енергію сонячного світла.
Відбувається фотосинтез у хлоропластах — зелених пластидах, яких особливо багато в клітинах листка. Всередині хлоропластів міститься зелений пігмент хлорофіл: саме він вловлює енергію світла і запускає весь процес. Зеленими рослини здаються саме через хлорофіл.
Для фотосинтезу рослині потрібні три речі:
- світло (сонячне або штучне);
- вода — її коріння всмоктує з ґрунту;
- вуглекислий газ (CO₂) — він надходить з повітря через продихи листка.
Весь фотосинтез поділяється на дві послідовні фази — світлову та темнову. Їхні назви часто плутають, тому розберемо кожну окремо.
Процес фотосинтезу: що з чого утворюється
Схема допомагає побачити головне: зліва — те, що надходить у листок (світло, вода та вуглекислий газ), справа — те, що утворюється (глюкоза та кисень). Кисень рослина виділяє в повітря, а глюкозу використовує як живлення та запасає у вигляді крохмалю.
Рівняння фотосинтезу
Весь процес можна записати одним сумарним рівнянням. Шість молекул вуглекислого газу та шість молекул води під дією світла та за участю хлорофілу перетворюються на одну молекулу глюкози та шість молекул кисню.
Світлова та темнова фази фотосинтезу
Фотосинтез відбувається у два етапи. Світлова фаза проходить на мембранах всередині хлоропласта і можлива лише на світлі: енергія світла розщеплює воду, при цьому виділяється кисень і запасається енергія (у молекулах АТФ та НАДФ·Н). Темнова фаза йде у стромі хлоропласта і світла безпосередньо не потребує: тут з вуглекислого газу за допомогою запасеної енергії збирається глюкоза. Важливо: «темнова» не означає «нічна» — ця фаза використовує продукти світлової, тому в темряві без світла вона теж невдовзі зупиниться. Порівняємо обидві фази в таблиці.
| Ознака | Світлова фаза | Темнова фаза |
|---|---|---|
| Де відбувається | на мембранах тилакоїдів (грани хлоропласта) | у стромі хлоропласта |
| Чи потрібне світло | так, відбувається лише на світлі | безпосередньо ні, але залежить від продуктів світлової фази |
| Що потрібно | світло, вода (H2O) | вуглекислий газ (CO2), енергія АТФ та НАДФ·Н |
| Що утворюється | кисень (O2), АТФ, НАДФ·Н | глюкоза (C6H12O6) |
Значення фотосинтезу для життя на Землі
Фотосинтез — один із найважливіших процесів у природі. Завдяки йому:
- у повітрі підтримується кисень, яким дихають люди, тварини та самі рослини;
- з повітря видаляється вуглекислий газ;
- створюється органічна речовина — основа живлення для всіх живих істот. Рослини годують травоїдних, травоїдні — хижаків, тому весь харчовий ланцюг починається з фотосинтезу;
- запасається енергія світла в органічних речовинах. Вугілля, нафта та торф — це теж «законсервована» енергія давнього фотосинтезу.
Тому зелені рослини часто називають «легенями планети»: вони безперервно забезпечують біосферу киснем та їжею.
Розбір: що з чого утворюється
Приклад 1. Звідки береться глюкоза
Запитання: з яких речовин рослина робить глюкозу?
Розбір. Глюкоза (C₆H₁₂O₆) складається з вуглецю, водню та кисню. Вуглець рослина бере з вуглекислого газу (CO₂) повітря, водень — з води (H₂O). Енергію для «збирання» дає світло, а збирається глюкоза вже в темновій фазі, у стромі хлоропласта.
Відповідь: глюкоза утворюється з вуглекислого газу та води за рахунок енергії світла.
Приклад 2. Звідки береться кисень
Запитання: з якої речовини виходить кисень, який виділяє рослина?
Розбір. Багато хто думає, що кисень виходить з вуглекислого газу, але це не так. У світловій фазі енергія світла розщеплює молекули води (H₂O) — при цьому і виділяється кисень (O₂). Вуглекислий газ йде тільки на побудову глюкози.
Відповідь: кисень виділяється під час розщеплення води у світловій фазі.
Приклад 3. Перевіряємо рівняння за кількістю атомів
Рівняння: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
Перевіримо вуглець (C): зліва 6 (з 6·CO₂), справа 6 (у глюкозі C₆…) — сходиться.
Перевіримо кисень (O): зліва 6·2 + 6·1 = 18, справа 6 (у глюкозі) + 6·2 = 18 — сходиться.
Перевіримо водень (H): зліва 6·2 = 12, справа 12 (у глюкозі C₆H₁₂O₆) — сходиться.
Висновок: рівняння зрівняно, всі атоми на місці.
Часті помилки про фотосинтез
-
Вважають, що рослини тільки виділяють кисень і зовсім не дихають.
Рослини дихають так само, як тварини: вони постійно поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ (дихання). Просто вдень на світлі фотосинтез йде активніше за дихання, тому кисню виділяється більше, ніж поглинається.
-
Плутають світлову та темнову фази: думають, що глюкоза утворюється у світловій, а кисень — у темновій.
Навпаки. У світловій фазі виділяється кисень і запасається енергія (АТФ, НАДФ·Н). Глюкоза збирається у темновій фазі з вуглекислого газу за допомогою цієї запасеної енергії.
-
Розуміють «темнова фаза» як «фаза, яка йде вночі, у темряві».
«Темнова» означає лише «не потребує світла безпосередньо». Але вона використовує АТФ та НАДФ·Н зі світлової фази, тому без світла ці запаси закінчуються і темнова фаза теж невдовзі зупиняється. У реальності обидві фази йдуть вдень, одна за одною.
-
Вважають, що кисень утворюється з вуглекислого газу.
Кисень виділяється з води (H₂O) під час її розщеплення у світловій фазі. Вуглекислий газ (CO₂) йде на побудову глюкози, а не на кисень.
Запитання та відповіді
Чим фотосинтез відрізняється від дихання?
Це протилежні процеси. Під час фотосинтезу рослина на світлі поглинає вуглекислий газ і воду, створює глюкозу і виділяє кисень — тобто запасає енергію. Під час дихання, навпаки, глюкоза та кисень витрачаються, а виділяються вуглекислий газ, вода та енергія. Дихають усі живі клітини постійно, а фотосинтез йде лише в зелених клітинах і лише на світлі.
Чи потрібне світло для темнової фази фотосинтезу?
Безпосередньо світло темновій фазі не потрібне — реакції йдуть у стромі хлоропласта без участі світла. Але темнова фаза використовує АТФ та НАДФ·Н, які утворюються у світловій фазі. Тому без світла ці запаси швидко закінчуються, і темнова фаза теж зупиняється. Назва «темнова» означає не «нічна», а «та, що не потребує світла безпосередньо».
Де саме відбувається фотосинтез?
Фотосинтез йде у хлоропластах — зелених пластидах клітин листка. Світлова фаза проходить на мембранах тилакоїдів (у гранах), а темнова — у стромі хлоропласта. Зелений колір і здатність вловлювати світло надає хлоропластам пігмент хлорофіл.
Що утворюється під час фотосинтезу?
Головні продукти фотосинтезу — глюкоза (органічна речовина, живлення рослини) та кисень, який виділяється в повітря. Під час процесу також утворюються проміжні речовини — АТФ та НАДФ·Н, які переносять енергію зі світлової фази в темнову.
У який час доби йде фотосинтез?
Фотосинтез йде вдень, поки є світло. Вночі, у темряві, він припиняється, тому що світлова фаза без світла працювати не може, а без її продуктів зупиняється і темнова. При цьому дихання у рослини триває цілодобово.
