Характеристики на фотосинтезата на сукуленти
В растенията постоянно се образуват различни органични вещества: протеини, мазнини, въглехидрати и други богати на енергия съединения. Лъчистата енергия се съхранява в зелените растения. Естественият източник на лъчиста енергия за растенията е слънцето.
Изписани са огромни обеми за влиянието на слънчевата енергия върху хлорофила, неговото усвояване и превръщане в химични съединения. Процесът на поглъщане на светлинни кванти и превръщане на въглеродния диоксид в органични съединения - фотосинтеза - сега е подробно проучен в биологията.
Влиянието на светлината върху зелените растения се изучава от доста дълго време. За първи път синтезът на органични вещества от слънчевата енергия е наречен фотосинтеза през 1877 г. Ето едно определение: „фотосинтезата е процес на абсорбиране на електромагнитната енергия на слънцето от хлорофил и спомагателни пигменти и превръщането й в химическа енергия, абсорбиране на въглероден диоксид от атмосферата, синтез на органични съединения и освобождаване на кислород в атмосферата.“ По този начин за успешното протичане на фотосинтезата са необходими светлина, въглероден диоксид, вода и специален пигмент - хлорофил.
Елементарното уравнение за фотосинтезата изглежда така:
6C02 + 6H20 + 674 kcal - (светлина, хлорофил) - C6H1206 + 602
Както можете да видите, въглеродният диоксид се редуцира до прости захари, които трябва незабавно да се окислят от свободния кислород и да се превърнат обратно във въглероден диоксид. Въпреки това, продуктите от фотосинтетичните реакции се отделят поради уникалната структура на специални клетъчни образувания - хлоропласти.
Хлоропластите са овални тела, свободно разположени в цитоплазмата на клетката. По структура хлоропластите са торба, образувана от две двойни мембрани, пробити от пори.
Вътрешенкухината е изпълнена с желатинообразно вещество - строма, в която има сплескани заоблени торбички - тилакоиди, сгънати като колони от монети в зърна. Обикновено в един развит хлоропласт има 100-150 зърна, състоящи се от 10-30 тилакоиди. Като се има предвид, че пигментите са концентрирани в тилакоидните мембрани, общата фотосинтетична повърхност е многократно по-голяма от повърхността на клетъчната мембрана.
Хлоропластите са зелени на цвят поради хлорофила. В допълнение към тях в клетките има още два вида пластиди: жълти и оранжеви - хромопласти и безцветни - левкопласти.
По време на фотосинтезата светлината се абсорбира от пигментите на хлоропластите. По-голямата част от слънчевата енергия се абсорбира от хлорофили и каротеноиди. Най-важните от тях са: хлорофил а, който има синьо-зелен цвят; хлорофил b - светлозелен; каротин - оранжев и ксантофил - жълт (последните два спадат към групата на каротеноидите).
По химическа структура хлорофилът е много близък до червения кръвен пигмент - хем, но съдържа не атом желязо, а атом магнезий. Хлорофил a се различава от хлорофил b само по това, че в последния метиловата група е заменена с радикала -CH. За образуването на хлорофил в растенията са необходими няколко добре дефинирани условия: наличието на пропластиди, способни да озеленяват (бъдещи хлоропласти), леки и железни соли, които са катализатори на процесите на абсорбиране на енергия, при липсата на които се наблюдава побеляване (хлороза) на зелените растителни тъкани.
В зелените клетки на листата на мезофитните растения в резултат на фотосинтетична реакция се образуват прости захари (глюкоза, фруктоза), които след това се синтезират в нишесте. Химията на фотосинтезата е доста сложна и представлява серия от трансформации на въглеродни съединения и образуването на богати на енергияорганични съединения на фосфора, има натрупване на енергия под формата на химични връзки.
Всички реакции на фотосинтезата условно се разделят на: светлинни и температурни.
Светлинните реакции възникват под въздействието на слънчевата енергия. Те включват: разграждането на водата на кислород и водород, образуването на енергийни фосфорни съединения и синтеза на аминокиселини и протеини.
Тъмните реакции протичат (не непременно през нощта и на тъмно) под действието на енергията на химичните връзки и имат крайния резултат образуването на прости захари и освобождаването на молекулярен кислород в атмосферата. Оптималната температура за процесите на фотосинтеза е в диапазона 20–30 °C. По време на вегетационния период мезофитните растения абсорбират въглероден диоксид, синтезират органични вещества и отделят кислород през деня. Процесът на дишане, който по същество е противоположен на фотосинтезата, протича постоянно през деня, но неговата интензивност се променя поради ежедневните колебания на околната температура. Температурният оптимум на дишането е много по-висок от фотосинтетичния, следователно на светлина при температура 15-30 ° C синтезът преобладава над разпадането. Ако температурата на въздуха се повиши до 45-50 ° C, фотосинтезата почти спира, докато процесът на дишане е в разгара си. Тоест една от причините за потискането и смъртта на мезофитните растения при повишени температури е тяхното изчерпване по време на активно дишане и инхибиране на фотосинтезата.