Научная расшифровка секрета фотосинтеза была длительным процессом: еще в 18 веке английский ученый Джозеф Пристли с помощью простого эксперимента обнаружил, что зеленые растения производят кислород. Он поместил веточку мяты в запечатанный сосуд с водой и соединил ее со стеклянной колбой, под которую поставил свечу. Через несколько дней он обнаружил, что свеча не погасла. Значит, растения должны были иметь возможность пополнять запасы воздуха, потребляемого горящей свечой.
Однако прошло еще несколько лет, прежде чем ученые поняли, что этот эффект связан не с ростом растения, а с влиянием солнечного света и углекислого газа (CO2) и воды (H2O). играть важную ролевую игру. Юлиус Роберт Майер, немецкий врач, наконец обнаружил в 1842 году, что растения преобразуют солнечную энергию в химическую энергию в процессе фотосинтеза. Зеленые растения и зеленые водоросли используют свет или его энергию для образования так называемых простых сахаров (обычно фруктозы или глюкозы) и кислорода посредством химической реакции углекислого газа и воды. Обобщенно в химической формуле это: 6 H2O + 6 CO2=6 O2+ C6H12O6.Из шести вод - и шесть молекул углекислого газа дают шесть молекул кислорода и одну молекулу сахара.
Растения поглощают воду через корни и углекислый газ через листья для фотосинтеза. С помощью солнечного света они производят сахара и выделяют чистый кислород в качестве побочного продукта
Кислород как побочный продукт
Растения хранят солнечную энергию в молекулах сахара. Кислород, образующийся во время фотосинтеза, в основном является просто отходами, которые выбрасываются в окружающую среду через устьица листьев. Однако этот кислород жизненно необходим животным и людям. Без кислорода, который производят растения и зеленые водоросли, жизнь на Земле была бы невозможна. Весь кислород в нашей атмосфере производился и производится зелеными растениями! Потому что только у них есть хлорофилл - зеленый пигмент, содержащийся в листьях и других частях растений и играющий центральную роль в фотосинтезе. Кстати, хлорофилл содержится и в красных листьях, но здесь зеленый пигмент перекрывается другими пигментами. Осенью хлорофилл в лиственных растениях расщепляется - появляются другие пигменты листьев, такие как каротиноиды и антоцианы, что приводит к осенней окраске.
Хлорофилл использует солнечную энергию
Хлорофилл - это так называемая молекула фоторецептора, поскольку она способна улавливать или поглощать световую энергию. Хлорофилл находится в хлоропластах, которые являются компонентами клеток растений. Он имеет очень сложную структуру и имеет магний в качестве центрального атома. Различают хлорофилл А и В, различающиеся по своей химической структуре, но дополняющие друг друга в поглощении солнечного света.
В растительных клетках под микроскопом видны зеленые листовые тела, так называемые хлоропласты. В них происходит фотосинтез
Используя целую цепочку сложных химических реакций, захваченную световую энергию, углекислый газ из воздуха, который растения поглощают через устьица на нижней стороне листьев, и воду, наконец, производят сахар. Проще говоря, молекулы воды сначала расщепляются, а водород (H+) поглощается веществом-носителем и транспортируется в так называемый цикл Кальвина. Именно здесь происходит вторая часть реакции, образование молекул сахара за счет восстановления углекислого газа. Эксперименты с радиоактивно меченым кислородом доказали, что выделяющийся кислород поступает из воды.
Зеленые пигментные комплексы, так называемые граны, расположены в хлоропластах. В них молекулы воды расщепляются с помощью солнечного света. Протоны водорода (Н+) транспортируются в цикл Кальвина с помощью вещества-носителя НАДФ, а также молекулы АТФ (аденозинтрифосфата) в качестве поставщика энергии. Цикл, состоящий из нескольких биохимических парциальных реакций, превращает поглощенный углекислый газ в сахар. АДФ (аденозиндифосфат), возвращаемый вместе с молекулой фосфата, «регенерируется» в зелени листа, т.е. превращается в АТФ
Водорастворимый простой сахар транспортируется из растения по путям в другие части растения и служит исходным материалом для образования других строительных блоков растения, таких как целлюлоза, которую мы, люди, не можем переваривать. В то же время сахар является еще и поставщиком энергии для метаболических процессов. В случае перепроизводства многие растения производят крахмал, в том числе путем связывания отдельных молекул сахара в длинные цепи. Крахмал запасается многими растениями в качестве запаса энергии в клубнях и семенах. Это значительно ускоряет появление новых всходов или прорастание и развитие молодых саженцев, так как им не нужно сначала обеспечивать себя энергией. Однако запасное вещество также является важным источником пищи для нас, людей, например, в виде картофельного крахмала или пшеничной муки. Таким образом, своим фотосинтезом растения сначала создают условия для жизни животных и человека на земле: кислород и пищу.