Словарь нанотехнологий
Фотосинтез

Фотосинтез

Термин

фотосинтез

Термин на английском

photosynthesis

Связанные термины

бактериохлорофилл, искусственный фотосинтез, супрамолекулярная фотохимия, хлорофилл

Определение

образование зелеными растениями и некоторыми бактериями органических веществ из неорганических с использованием энергии солнечного света.

Описание

Фотосинтез происходит при участии пигментов (хлорофиллов у растений, бактериохлорофиллов - у бактерий). В основе фотосинтеза лежат окислительно-восстановительные реакции, в которых электроны переносятся от донора (например, H₂O, H₂S) к акцептору (CO₂) с образованием восстановленных соединений (углеводов) и выделением O₂ (если донор электронов - H₂O), S (из H₂S) и др.

Суммарное уравнение фотосинтеза имеет вид:

СО₂ + 2Н₂А + h? = СН₂О + 2А + H₂O,

где Н₂А - восстановитель, который окисляется до A. В высших растениях, водорослях и цианобактериях восстановителем служит вода, а продуктом фотосинтеза - кислород. Такой фотосинтез называют оксигенным.

Механизм фотосинтеза включает множество стадий, отличающихся по энергии и времени протекания. Строение фотосинтетических устройств и число стадий фотосинтеза различны для разных живых организмов, однако три основных процесса являются общими:

1) поглощение света фотоантеннами и перенос энергии электронного возбуждения от фотоантенны в реакционный центр;

2) перенос электрона в реакционном центре и создание состояния с разделенными зарядами;

3) химические реакции, которые приводят к синтезу веществ - первичных (НАДФ и АТФ) и конечных продуктов фотосинтеза.

Энергия при фотосинтезе переходит из одной формы в другую по схеме: световая -> электронная -> электрическая -> химическая. Все компоненты природных фотосинтетических устройств - фотоантенны, реакционный центр и др. - представляют собой наноструктуры белковой природы.

Фотосинтез - один из самых распространенных процессов на Земле; он обеспечивает круговорот в природе углерода, кислорода и других элементов. Фотосинтез составляет материальную и энергетическую основу всего живого на планете. Ежегодно в результате фотосинтеза в виде органических вещества связывается около 8·10¹⁰ т углерода, образуется до 10¹¹ т целлюлозы. Благодаря фотосинтезу растения суши производят около 1,8·10¹¹ т сухой биомассы в год; примерно такое же количество биомассы растений образуется ежегодно в Мировом океане. Тропический лес вносит до 29% в общую продукцию фотосинтеза суши, а вклад лесов всех типов составляет 68%. Фотосинтез высших растений и водорослей - единственный источник атмосферного O₂.

Авторы

• Еремин Вадим Владимирович, д.ф.-м.н.

Ссылки

1. Рубин А.Б. Биофизика. - М., 1999. Т.1. Гл.13; Т.2. Гл.27.
2. Фотосинтез / Химическая энциклопедия. В 5 т. : т. 5. М.: Большая российская энциклопедия - С. 175 - 179
3. Холл Д., Рао К. X 72 Фотосинтез: Пер. с англ. - М.: Мир, 1983. - 134 с.

Разделы

Биомиметические наноматериалы

Бионанотехнологии, биофункциональные наноматериалы и наноразмерные биомолекулярные устройства