Фотосинтез - часть пластического обмена, процесс, в результате которого из неорганических веществ под влиянием кванта света синтезируются органические вещества. Этот процесс характерен для автотрофных организмов (в некоторых случаях миксотрофы) - для растений (кроме паразитических), протистов (эвглен, одноклеточных водорослей) и цианобактерий. В основном он протекает в специальных органоидах - хлоропластах, но у протистов этот процесс проходит в хроматофорах, а у цианобактерий - на фотосинтезирующих мембранах.

В фотосинтезе выделяют две фазы.

ᅠᅠ(для лучшего восприятия информации смотрите на схему, прикреплённую снизу под картинкой 1)

Световая фаза происходит только днём, так как для её протекания обязательно нужны кванты света (в искусственных условиях при искусственном освещении может идти и днём, и ночью, главное условие - наличие света). Она протекает на мембране тилакоидов (см. строение хлоропласта на картинке 2). Рассмотрим процесс фотосинтеза пошагово:

В составе хлоропластов находится две фотосистемы - фотосистема I и II.

Квант света попадает на фотохимический (реакционный) центр P700, где находится хлорофилл.

Квант света приводит электрон хлорофилла в возбуждение, и переносит его на более высокий энергетический уровень.

Этот электрон захватывается акцептором P430 (акцептор - атом, принимающий электрон за счёт своей пустой орбитали) и переносится на железосодержащий белок ферредоксин.

Далее электрон переносится на фермент редуктаза ферредоксина. Редуктаза переносит этот электрон на НАДФ⁺ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) и восстанавливает НАДФ⁺ до НАДФ · H - переносчика водорода (фотон водорода образуется при фотолизе воды).

В фотохимическом центре P700 возникает "дыра", так как электрон потерян.

В фотосистеме II так же имеется реакционный центр P680. Квант света, попадая на молекулу хлорофилла в центре, приводит электрон хлорофилла в возбуждение, и его перехватывает акцептор Z.

По цепи переносчиков (пластохинон, цитохром b, цитохром f, пластоцианин) электрон попадает в фотосистему I, где замещает потерянный электрон.

При этом, перемещаясь по цепи переносчиков от фотосистемы II к I, электрон теряет энергию, полученную при возбуждении квантом света. Эта энергия запасается в виде АТФ (E + АДФ + H₃PO₄ ⇒ АТФ + H₂O; реакция протекает при участии фермента АТФ-синтаза).

Теперь появляется "дыра" в фотосистеме II. Электрон здесь замещается теми электронами, которые образуются при фотолизе воды. Квант света разрушает две молекулы воды до молекулы кислорода (побочный продукт, выделяется в окружающую среду), четырёх протонов водорода (идут на восстановление НАДФ⁺) и приводит к выбросу четырёх электронов, один из которых и замещает потерянный в фотосистеме II электрон. Уравнение фотолиза воды - .

В ходе темновой фазы фотосинтеза происходит синтез молекулы глюкозы из 6 молекул углекислого газа, а также из водорода, полученного в результате фотолиза воды. Темновая фаза проходит как днём, так и ночью (название получено из-за того, что для протекания реакций не нужен свет). Она протекает в строме хлоропласта. Здесь в результате сложного процесса, названного циклом Кальвина, из углекислого газа и водорода при участии ферментов и энергии АТФ синтезируется молекула углевода глюкозы.

Сокращённое уравнение фотосинтеза:

ᅠᅠ

ᅠᅠХЕМОСИНТЕЗ

Хемосинтез - вид автотрофного питания, процесс, в результате которого происходит синтез органических веществ из неорганических с помощью энергии окисления неорганических веществ. К хемосинтезу способны бактерии - серобактерии, нитрифицирующие бактерии, водородные бактерии, железобактерии. В основном для окисления они используют кислород из атмосферы.

Серобактерии в основном используют сероводород для получения энергии:

ᅠᅠ

Выделившаяся сера накапливается в их клетках и в случае, если в следующий раз сероводород будет в недостатке, серобактерии смогут окислить серу при участии воды:

ᅠᅠ

В результате этих процессов выделяется энергия, которая запасается в виде АТФ и в дальнейшем будет участвовать в синтезе молекул глюкозы из CO₂.

Азотофиксирующие бактерии так же распространённые хемосинтетики. Они сначала окисляют аммиак до азотистой кислоты, а затем окисляют азотистую кислоту до азотной. При этом так же выделяется энергия:

ᅠᅠ

Водородные бактерии окисляют водород до воды:

ᅠᅠ

Железобактерии окисляют гидрокарбонат железа до гидроксида железа, при этом железо меняет свою валентность с II до III:

ᅠᅠ