Обмен веществ и энергии — совокупность процессов превращения веществ и
энергии, происходящих в живых организмах, и обмен веществами и энергией
между организмом и окружающей средой. Обмен веществ и энергии является
основой жизнедеятельности организмов и принадлежит к числу важнейших
специфических признаков живой материи, отличающих живое от неживого. В
процессе обмена поступившие в организм вещества превращаются в
собственные вещества тканей и в конечные продукты, выводящиеся из
организма. При этих превращениях освобождается и поглощается энергия.
По
форме получаемого углерода клетки делят на аутотрофные — «сами себя
питающие» , использующие в качестве единственного источника углерода
диоксид углерода (двуокись углерода, углекислый газ) СО2, из которого
они способны строить все нужные им углеродсодержащие соединения, и на
гетеротрофные — «питающиеся за счет других» , не способные усваивать СО2
и получающие углерод в форме сравнительно сложных органических
соединений, таких, например, как глюкоза. Подавляющее большинство
аутотрофных организмов является фототрофами. Это — зеленые клетки высших
растений, сине-зеленые водоросли, фотосинтезирующие бактерии.
В
настоящее время известно, что фотосинтез проходит две стадии, но только
одна из них — на свету. Доказательства двухстадийности процесса впервые
были получены в 1905 году английским физиологом растений Ф. Ф.
Блэклином, который исследовал влияние освещенности и температуры на
объем фотосинтеза. Фотосинтез в растениях осуществляется в хлоропластах.
Он включает преобразования энергии (световой процесс) , превращение
вещества (темновой процесс) . Световой процесс происходит в гилакоидах,
темновой — в строме хлоропластов. Обобщенное циркулирование фотосинтеза
выглядит следующим образом:
свет
6СO2 + 12H2О-------------------C6H12O6 + 6H2О + 6O2
Два процесса фотосинтеза выражаются отдельными уравнениями
свет
12H2О-------------------12H2 + 6O2 + энергия АТФ
(световой процесс)
свет
12H2 + 6O2 + энергия АТФ-------------------С6H12O6 + H2О
(темновой процесс)
Фотосинтез
— единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению ее свободной
энергии за счет внешнего источника. Запасенная в продуктах фотосинтеза
энергия — основной источник энергии для человечества.
Ежегодно в
результате фотосинтеза на Земле образуется 150 млрд. тонн органического
вещества и выделяется около 200 млн. тонн свободного кислорода.
Круговорот
кислорода, углерода и других элементов, вовлекаемых в фотосинтез,
поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для жизни на
Земле. Фотосинтез препятствует увеличению концентрации СO2, предотвращая
перегрев Земли вследствие так называемого «парникового эффекта».
Поскольку зеленые растения представляют собой непосредственную или
опосредованную базу питания всех других гетеротрофных организмов,
фотосинтез удовлетворяет потребность в пище всего живого на нашей
планете. Он — важнейшая основа сельского и лесного хозяйства. Квадратный
метр поверхности листьев в течение одного часа продуцирует около одного
грамма сахара; это значит, что все растения, по приблизительной оценке,
изымают из атмосферы от 100 до 200 млрд. тонн С в год. Около 60 % этого
количества поглощают леса, занимающие 30 % непокрытой льдами
поверхности суши, 32 % — окультуренные земли, а оставшиеся 8 % —
растения степей и пустынных мест, а также городов и поселков.