Что такое фотосинтез и газообмен?

Фотосинтез — это процесс, при котором зелёные растения, водоросли и некоторые бактерии с помощью солнечного света превращают неорганические вещества в органические, запасая энергию. Ключевой пигмент — хлорофилл в хлоропластах. В классической упрощённой записи реакция выглядит так:
6CO₂ + 6H₂O + свет → C₆H₁₂O₆ (глюкоза) + 6O₂.

Что важно знать про фотосинтез:

1. Где идёт. В клетках листа (мезофилл), в хлоропластах, на внутренних мембранах — тилакоидах (световые реакции) и в строме (тёмновые реакции, кальвинов цикл).

2. Две стадии.
   • Световые реакции: поглощение света, возбуждение электронов, расщепление воды (фотолиз) с выделением O₂, синтез АТФ и НАДФ·Н.
   • Тёмновые реакции: фиксация CO₂ с помощью фермента RuBisCO и сборка углеводов за счёт АТФ и НАДФ·Н.

3. Зачем организму. Даёт растению источник углерода (сахара) и энергии (АТФ, затем — крахмал, целлюлоза, масла и т.д.).

4. Факторы. Интенсивность света, качество спектра, концентрация CO₂, температура, вода, содержание минеральных веществ (например, магний для хлорофилла).

5. Итоги для биосферы. Образование биомассы и кислорода, формирование пищевых цепей, глобальный углеродный цикл.

Газообмен — это взаимный обмен газами между организмом и внешней средой, а также между различными частями самого организма. Он нужен всем живым существам, потому что клетки постоянно используют кислород (или другие акцепторы электронов) для дыхания и выделяют CO₂ (или другие продукты).

Как это устроено у разных организмов:
• У растений. Газообмен с атмосферой идёт через устьица листа (поры, регулируемые замыкающими клетками) и через чечевичki на стеблях и коре. Днём при фотосинтезе растение поглощает CO₂ и выделяет O₂; ночью, когда фотосинтез не идёт, преобладает дыхание — поглощение O₂ и выделение CO₂. Внутри растения газы распространяются по межклетникам. Открытость устьиц регулируется водой, светом, CO₂ и гормонами (например, абсцизовой кислотой при засухе).
• У животных и человека. Газообмен включает внешнее дыхание (лёгкие/жабры/трахейная система у насекомых) и внутренний обмен газов между кровью и тканями. В лёгких O₂ диффундирует из воздуха в кровь, CO₂ — из крови в выдыхаемый воздух; перенос осуществляется гемоглобином. Эффективность зависит от площади поверхности, толщины мембран, разницы парциальных давлений и скорости кровотока/вентиляции.
• У микроорганизмов. Часто идёт простой диффузией через мембрану; у фототрофных бактерий есть свои пигменты и механизмы фиксации углерода.

Связь фотосинтеза и газообмена:
– Фотосинтез формирует «направление» газообмена у растений днём: CO₂ заходит, O₂ выходит.
– Дыхание идёт всегда и у всех: O₂ заходит, CO₂ выходит. Баланс этих потоков определяет чистую продукцию кислорода и фиксацию углерода.
– На уровне экосистемы фотосинтез — главный «насос» фиксации CO₂, газообмен — механизм, который делает возможным поступление/удаление газов для всех организмов.

Коротко: фотосинтез — это биохимический процесс синтеза органики из CO₂ и воды на свету с выделением O₂; газообмен — физико-физиологический процесс перемещения газов между организмом и средой (и внутри организма), который обеспечивает фотосинтез и дыхание.