Откуда клетки черпают пищевые вещества, строительные материалы и энергоносители? Клетки человека и животных извлекают их из крови, ведь в их организме есть пищеварительные органы, в которых переваривается пища и готовятся нужные клеткам питательные вещества.

В этом разделе сайта "Школьный ориентир" мы в основном рассказываем о биологических процессах, протекающих в организме животных и человека. Давайте заглянем и в растительную клетку. Вы, наверное, уже знаете, что эти клетки необходимые им питательные материалы умеют синтезировать самостоятельно.

Чтобы клетка могла расти и делиться, выполнять специальные функции и даже просто поддерживать свое существование, она должна всё время расходовать энергию. Для растительных клеток первоисточником этой энергии служит солнечный свет. В клетках зеленых растений осуществляется фотосинтез, то есть процесс поглощения световой энергии и превращения ее в химическую энергию, то есть в энергию химических связей молекул синтезируемых углеводов. В качестве такого вещества синтезируется простейший сахар – глюкоза.

Мы постоянно сталкиваемся с химической энергией. Вы, конечно, знаете, каким жаром пышет от костра. Этот жар – результат высвобождения химической энергии при разрушении молекул веществ, из которых состоит древесина, и окисления атомов углерода, входящих в ее состав. Высвобождаясь, химическая энергия превращается в тепловую и рассеивается в окружающем пространстве.

Синтез глюкозы и других углеводов (глюкоза, как и все сахара, относится к углеводам), от которого зависит вся жизнь на нашей планете, осуществляется в органеллах растительных клеток, содержащих пигмент хлорофилл и называемых хлоропластами, В клетках животных таких органелл не бывает.

Рабочими элементами хлоропластов являются стопки плоских мешочков, в которых сосредоточен хлорофилл. Мешочки хлорофилла, уложенные стопками, похожими на столбики монет, и как–то соединенные между собой, называют гранами. Они предназначены для улавливания энергии световых лучей.

Очень важную роль в этом процессе играют оболочки гран. Хлорофилл, взятый в чистом виде, не поглощает солнечный свет. Вернее, он его поглощает, но тотчас излучает обратно. При этом поглощенная им световая энергия рассеивается в окружающем пространстве. В гранах молекулы хлорофилла способны под действием света перейти в возбужденное состояние и продержаться в таком состоянии некоторое время. Это время исчисляется долями секунды, но и его достаточно, чтобы перевести «пойманную» энергию в такую форму, в какой она уже не потеряется. Так молекулы хлорофилла запасают энергию, которая затем используется для синтеза глюкозы.

При этом хлорофилл разлагает воду на кислород и водород. Кислород выделяется в атмосферу, а атомы водорода включаются в состав органических веществ.

Первая фаза фотосинтеза – улавливание энергии света и разложение воды – называется световой фазой фотосинтеза. Ее скорость зависит от интенсивности света. У растений, попавших в тень, эта фаза протекает вяло, и поэтому они медленно накапливают питательные вещества и плохо растут.

На втором этапе фотосинтеза происходит образование молекул глюкозы с использованием энергии, накопленной во время световой фазы. Для этого процесса свет уже не нужен, поэтому она называется темновой фазой фотосинтеза. (Только не подумайте, что она осуществляется ночью!) Темновая фаза фотосинтеза, как правило, не может идти при значительном понижении температуры. Вот почему растения высокогорий, несмотря на интенсивное освещение, растут очень медленно.

Фотосинтез в цифрах

Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле создается 150 миллиардов тонн органического вещества и в атмосферу поступает около 200 миллиардов тонн кислорода. При этом усваивается более 260 миллиардов тонн углекислого газа.

Интенсивность фотосинтеза древесных растений в 5–8 раз ниже, чем травы открытых лугов. Однако за счет многоярусной организации древесно–кустарникового полога и большей площади листьев деревьев и кустарников продуктивность лесных сообществ гораздо выше травянистых.

На широте Москвы деревья лиственных пород заняты фотосинтезом примерно 130 дней в году, а хвойные осуществляют фотосинтез в течение 160—170 дней.