Istorija proučavanja fotosinteze. Ukratko. Šta je fotosinteza? Primjena fotosinteze Šta je fotosinteza
Fotosinteza bez hlorofila
Prostorna lokalizacija
Fotosinteza biljaka se odvija u hloroplastima: izolovanim dvomembranskim ćelijskim organelama. Kloroplasti mogu biti u ćelijama plodova, stabljike, međutim, glavni organ fotosinteze, anatomski prilagođen za upravljanje njime, je list. U listu je tkivo palisadnog parenhima najbogatije hloroplastima. Kod nekih sukulenta sa degenerisanim listovima (kao što su kaktusi), glavna fotosintetska aktivnost povezana je sa stabljikom.
Svjetlost za fotosintezu hvata se potpunije zbog ravnog oblika lista, pružajući veliki omjer površine i zapremine. Voda se isporučuje iz korijena kroz razvijenu mrežu žila (lisnih žila). Ugljični dioksid dijelom ulazi difuzijom kroz kutikulu i epidermu, ali najveći dio difundira u list kroz stomate i kroz list kroz međućelijski prostor. Biljke koje provode CAM fotosintezu formirale su posebne mehanizme za aktivnu asimilaciju ugljičnog dioksida.
Unutrašnji prostor hloroplasta ispunjen je bezbojnim sadržajem (stroma) i prožet membranama (lamelama), koje, kada se spoje jedna s drugom, formiraju tilakoide, koji se grupišu u hrpe zvane grana. Intratilakoidni prostor je odvojen i ne komunicira sa ostatkom strome, takođe se pretpostavlja da unutrašnji prostor svih tilakoida međusobno komunicira. Svjetlosne faze fotosinteze su ograničene na membrane; autotrofna fiksacija CO 2 se događa u stromi.
Hloroplasti imaju svoju DNK, RNK, ribozome (tip 70), sinteza proteina je u toku (iako se ovaj proces kontroliše iz jezgra). Ne sintetiziraju se ponovo, već nastaju dijeljenjem prethodnih. Sve je to omogućilo da se smatraju potomcima slobodnih cijanobakterija, koje su u procesu simbiogeneze uključene u sastav eukariotske ćelije.
Fotosistem I
Kompleks za sakupljanje svjetlosti I sadrži približno 200 molekula hlorofila.
Reakcioni centar prvog fotosistema sadrži dimer hlorofila a sa maksimumom apsorpcije na 700 nm (P700). Nakon ekscitacije kvantom svjetlosti, obnavlja primarni akceptor - hlorofil a, koji je sekundarni (vitamin K 1 ili filokinon), nakon čega se elektron prenosi na feredoksin, koji obnavlja NADP pomoću enzima feredoksin-NADP-reduktaze.
Protein plastocijanin, redukovan u kompleksu b 6 f, transportuje se u reakcioni centar prvog fotosistema sa strane intratilakoidnog prostora i prenosi elektron na oksidovani P700.
Ciklični i pseudociklički transport elektrona
Pored gore opisane kompletne neciklične putanje elektrona, pronađene su ciklične i pseudociklične putanje.
Suština cikličkog puta je da feredoksin umjesto NADP-a obnavlja plastohinon, koji ga vraća nazad u b 6 f kompleks. Rezultat je veći gradijent protona i više ATP-a, ali nema NADPH.
Na pseudocikličnom putu, feredoksin redukuje kiseonik, koji se dalje pretvara u vodu i može se koristiti u fotosistemu II. Takođe ne proizvodi NADPH.
mračna faza
U tamnoj fazi, uz učešće ATP-a i NADPH, CO 2 se redukuje u glukozu (C 6 H 12 O 6). Iako svjetlo nije potrebno za ovaj proces, ono je uključeno u njegovu regulaciju.
C 3 -fotosinteza, Calvinov ciklus
U trećoj fazi je uključeno 5 PHA molekula, koji se formiranjem jedinjenja 4-, 5-, 6- i 7-ugljik spajaju u 3 5-ugljik ribuloza-1,5-bifosfat, za koji je potreban 3ATP .
Konačno, dva PHA su potrebna za sintezu glukoze. Za formiranje jednog od njegovih molekula potrebno je 6 krugova ciklusa, 6 CO 2, 12 NADPH i 18 ATP.
C 4 -fotosinteza
Glavni članci: Hatch-Slack-Karpilov ciklus, C4 fotosinteza
Pri niskoj koncentraciji CO 2 otopljenog u stromi, ribuloza bisfosfat karboksilaza katalizira reakciju oksidacije ribuloza-1,5-bisfosfata i njegovu razgradnju na 3-fosfoglicerin i fosfoglikolnu kiselinu, koja se prisilno koristi u procesu fotorespiracije.
Za povećanje koncentracije CO 2 C 4 biljke su promijenile anatomiju lista. Kalvinov ciklus kod njih je lokalizovan u ćelijama omotača provodnog snopa, dok se u ćelijama mezofila, pod dejstvom PEP-karboksilaze, fosfoenolpiruvat karboksilira dajući oksalo-sirćetnu kiselinu, koja prelazi u malat ili aspartat i transportuje se do ćelija omotača, gde se dekarboksilira formiranjem piruvata, koji se vraća u ćelije mezofila.
Sa 4 fotosinteza praktički nije praćena gubicima ribuloza-1,5-bisfosfata iz Calvinovog ciklusa, stoga je efikasnija. Međutim, nije potrebno 18, već 30 ATP za sintezu 1 molekule glukoze. To se isplati u tropskim krajevima, gdje vruća klima zahtijeva držanje stomata zatvorenim, sprječavajući CO2 da uđe u list, a također i u ruderalnoj životnoj strategiji.
CAM fotosinteza
Kasnije je utvrđeno da biljke, osim što oslobađaju kisik, apsorbiraju ugljični dioksid i uz sudjelovanje vode sintetiziraju organsku tvar na svjetlu. U Robertu Majeru, na osnovu zakona održanja energije, on je pretpostavio da biljke pretvaraju energiju sunčeve svetlosti u energiju hemijskih veza. U W. Pfefferu je ovaj proces nazvao fotosintezom.
Klorofili su prvi put izolovani u P. J. Peltieru i J. Caventu. MS Cvet je uspeo da odvoji pigmente i da ih zasebno prouči metodom hromatografije koju je stvorio. Spektre apsorpcije hlorofila proučavao je K. A. Timiryazev, koji je, razvijajući Mayerove odredbe, pokazao da su apsorbirani zraci omogućili povećanje energije sistema stvaranjem visokoenergetskih C-C umjesto slabih C-O i O-H veza. (prije se vjerovalo da se u fotosintezi koriste žute zrake koje ne apsorbiraju pigmenti lista). To je učinjeno zahvaljujući metodi koju je stvorio za uzimanje u obzir fotosinteze apsorbovanim CO 2: u toku eksperimenata osvjetljavanja biljke svjetlošću različitih valnih dužina (različitih boja) pokazalo se da se intenzitet fotosinteze poklapa sa apsorpcioni spektar hlorofila.
Redox suštinu fotosinteze (i oksigenske i anoksigene) pretpostavio je Cornelis van Niel. To je značilo da se kisik u fotosintezi u potpunosti formira iz vode, što je eksperimentalno potvrdio A.P. Vinogradov u eksperimentima s izotopskim obilježavanjem. U gospodinu Robertu Hilu je otkrio da se proces oksidacije vode (i oslobađanja kiseonika), kao i asimilacije CO 2 može odvojiti. V-D Arnon je uspostavio mehanizam svjetlosnih faza fotosinteze, a suštinu procesa asimilacije CO 2 otkrio je Melvin Calvin koristeći izotope ugljika kasnih 1940-ih, za ovaj rad dobio je Nobelovu nagradu.
Druge činjenice
vidi takođe
Književnost
- Hall D., Rao K. Fotosinteza: Per. sa engleskog. - M.: Mir, 1983.
- Fiziologija biljaka / ur. prof. Ermakova I. P. - M.: Akademija, 2007
- Molekularna biologija ćelije / Albertis B., Bray D. et al. U 3 sv. - M.: Mir, 1994
- Rubin A. B. Biofizika. U 2 tom. - M.: Ed. Moskovski univerzitet i nauka, 2004.
- Chernavskaya N. M.,
DEFINICIJA: Fotosinteza je proces stvaranja organskih tvari iz ugljičnog dioksida i vode, na svjetlu, uz oslobađanje kisika.
Kratko objašnjenje fotosintezeU proces fotosinteze su uključeni:
1) hloroplasti,
3) ugljični dioksid,
5) temperatura.
Kod viših biljaka fotosinteza se odvija u hloroplastima - plastidima ovalnog oblika (poluautonomne organele) koji sadrže pigment hlorofil, zbog čije zelene boje dijelovi biljke imaju i zelenu boju.
U algama, hlorofil se nalazi u hromatoforama (ćelije koje sadrže pigment i reflektuju svetlost). Smeđe i crvene alge, koje žive na značajnim dubinama gdje sunčeva svjetlost ne dopire dobro, imaju druge pigmente.
Ako pogledate piramidu ishrane svih živih bića, fotosintetski organizmi su na samom dnu, kao dio autotrofa (organizama koji sintetiziraju organske tvari od neorganskih). Stoga su izvor hrane za sav život na planeti.
Tokom fotosinteze, kiseonik se oslobađa u atmosferu. Ozon se formira iz njega u gornjim slojevima atmosfere. Ozonski štit štiti površinu Zemlje od oštrog ultraljubičastog zračenja, zahvaljujući kojem se život mogao preseliti iz mora na kopno.
Kiseonik je neophodan za disanje biljaka i životinja. Kada se glukoza oksidira uz sudjelovanje kisika, mitohondrije pohranjuju gotovo 20 puta više energije nego bez njega. Ovo čini upotrebu hrane mnogo efikasnijom, što je dovelo do visoke stope metabolizma kod ptica i sisara.
Detaljniji opis procesa fotosinteze biljaka
Tok fotosinteze:
Proces fotosinteze počinje tako što svjetlost udara u hloroplaste - unutarćelijske poluautonomne organele koje sadrže zeleni pigment. Pod utjecajem svjetlosti, hloroplasti počinju da troše vodu iz tla, cijepajući je na vodik i kisik.
Dio kisika se oslobađa u atmosferu, drugi dio odlazi na oksidativne procese u biljci.
Šećer se kombinuje sa azotom, sumporom i fosforom koji dolaze iz tla, pa na taj način zelene biljke proizvode skrob, masti, proteine, vitamine i druga složena jedinjenja neophodna za njihov život.
Fotosinteza se najbolje odvija pod utjecajem sunčeve svjetlosti, međutim, neke biljke mogu se zadovoljiti umjetnim osvjetljenjem.
Složen opis mehanizama fotosinteze za naprednog čitaoca
Do 60-ih godina 20. vijeka naučnici su poznavali samo jedan mehanizam za fiksiranje ugljičnog dioksida - duž C3-pentoza fosfatnog puta. Međutim, nedavno je grupa australskih naučnika uspjela dokazati da se u nekim biljkama redukcija ugljičnog dioksida događa kroz ciklus C4 dikarboksilnih kiselina.
Kod biljaka s reakcijom C3 fotosinteza se najaktivnije odvija u uvjetima umjerene temperature i svjetlosti, uglavnom u šumama i na tamnim mjestima. Ove biljke uključuju gotovo sve kultivisane biljke i većinu povrća. Oni čine osnovu ljudske ishrane.
Kod biljaka s reakcijom C4 fotosinteza se najaktivnije odvija u uvjetima visoke temperature i svjetlosti. Takve biljke uključuju, na primjer, kukuruz, sirak i šećernu trsku, koji rastu u toplim i tropskim klimama.
Sam metabolizam biljaka otkriven je sasvim nedavno, kada se moglo otkriti da se kod nekih biljaka koje imaju posebna tkiva za skladištenje vode ugljični dioksid akumulira u obliku organskih kiselina i fiksira u ugljikohidratima tek nakon jednog dana. Ovaj mehanizam pomaže biljkama da štede vodu.
Kako se odvija proces fotosinteze
Biljke apsorbiraju svjetlost zelenom supstancom zvanom hlorofil. Hlorofil se nalazi u hloroplastima, koji se nalaze u stabljikama ili plodovima. Posebno ih je veliki broj u listovima, jer zbog svoje vrlo ravne strukture, list može privući puno svjetla, odnosno dobiti mnogo više energije za proces fotosinteze.
Nakon apsorpcije, hlorofil je u pobuđenom stanju i prenosi energiju drugim molekulima biljnog organizma, posebno onima koji su direktno uključeni u fotosintezu. Druga faza procesa fotosinteze odvija se bez obaveznog sudjelovanja svjetlosti i sastoji se u dobivanju kemijske veze uz sudjelovanje ugljičnog dioksida dobivenog iz zraka i vode. U ovoj fazi sintetiziraju se razne tvari koje su vrlo korisne za život, poput škroba i glukoze.
Ove organske supstance biljke koriste za ishranu različitih delova, kao i za održavanje normalnog života. Osim toga, ove tvari dobivaju i životinje, jedući biljke. Ljudi također dobivaju ove tvari jedući životinjske i biljne proizvode.
uslovi za fotosintezu
Fotosinteza se može odvijati i pod utjecajem umjetne svjetlosti i sunčeve svjetlosti. U pravilu, u prirodi biljke intenzivno "rade" u proljetno-ljetnom periodu, kada ima puno potrebne sunčeve svjetlosti. U jesen je manje svjetla, dan se skraćuje, lišće prvo požuti, a zatim opada. Ali čim se pojavi toplo prolećno sunce, ponovo se pojavljuje zeleno lišće i zelene "fabrike" će ponovo nastaviti sa radom kako bi obezbedile kiseonik, tako neophodan za život, kao i mnoge druge hranljive materije.
Alternativna definicija fotosinteze
Fotosinteza (od drugog grčkog phot - svjetlost i synthesis - veza, savijanje, vezivanje, sinteza) - proces pretvaranja svjetlosne energije u energiju kemijskih veza organskih tvari u svjetlosti od strane fotoautotrofa uz sudjelovanje fotosintetskih pigmenata (klorofil u biljkama , bakteriohlorofil i bakteriorodopsin u bakterijama). U modernoj fiziologiji biljaka, fotosinteza se češće shvaća kao fotoautotrofna funkcija - skup procesa apsorpcije, transformacije i korištenja energije svjetlosnih kvanta u različitim endergonskim reakcijama, uključujući pretvaranje ugljičnog dioksida u organske tvari.
Faze fotosinteze
Fotosinteza je prilično složen proces i uključuje dvije faze: svjetlost, koja se uvijek javlja isključivo na svjetlu, i tamu. Svi procesi se odvijaju unutar hloroplasta na posebnim malim organima - tilakodijama. Tokom svjetlosne faze, kvant svjetlosti apsorbira hlorofil, što rezultira stvaranjem ATP i NADPH molekula. Voda se razgrađuje, stvarajući vodikove ione i oslobađajući molekul kisika. Postavlja se pitanje koje su to neshvatljive misteriozne supstance: ATP i NADH?
ATP je poseban organski molekul koji se nalazi u svim živim organizmima i često se naziva "energetskom" valutom. Upravo ovi molekuli sadrže visokoenergetske veze i izvor su energije za bilo koju organsku sintezu i hemijske procese u tijelu. Pa, NADPH je zapravo izvor vodika, koristi se direktno u sintezi visokomolekularnih organskih supstanci - ugljikohidrata, što se javlja u drugoj, tamnoj fazi fotosinteze korištenjem ugljičnog dioksida.
Svetlosna faza fotosinteze
Kloroplasti sadrže mnogo molekula hlorofila i svi apsorbiraju sunčevu svjetlost. Istovremeno, svjetlost apsorbiraju drugi pigmenti, ali oni ne znaju kako provesti fotosintezu. Sam proces se odvija samo u nekim molekulima hlorofila, kojih je vrlo malo. Drugi molekuli hlorofila, karotenoida i drugih supstanci formiraju posebne komplekse antena i svetlosnih žetve (SSC). One, poput antena, apsorbiraju kvante svjetlosti i prenose uzbuđenje do posebnih reakcionih centara ili zamki. Ovi centri se nalaze u fotosistemima, kojih u biljkama postoje dva: fotosistem II i fotosistem I. Sadrže posebne molekule hlorofila: u fotosistemu II - P680, au fotosistemu I - P700. Oni apsorbuju svetlost upravo ove talasne dužine (680 i 700 nm).
Shema jasnije pokazuje kako sve izgleda i kako se dešava tokom svjetlosne faze fotosinteze.
Na slici vidimo dva fotosistema sa hlorofilima P680 i P700. Na slici su prikazani i nosači duž kojih se transportuju elektroni.
Dakle: oba molekula hlorofila dva fotosistema apsorbuju kvant svetlosti i pobuđuju se. E-elektron (crveni na slici) prelazi na viši energetski nivo.
Pobuđeni elektroni imaju vrlo visoku energiju, odvajaju se i ulaze u poseban lanac nosača, koji se nalazi u membranama tilakoida - unutarnjim strukturama hloroplasta. Slika pokazuje da iz fotosistema II, iz hlorofila P680, elektron prelazi na plastohinon, a iz fotosistema I sa hlorofila P700 na feredoksin. U samim molekulima klorofila, umjesto elektrona, nakon njihovog razdvajanja nastaju plave rupe s pozitivnim nabojem. sta da radim?
Da bi se nadoknadio nedostatak elektrona, molekul hlorofila P680 fotosistema II prihvata elektrone iz vode i formiraju se joni vodonika. Osim toga, upravo zbog razgradnje vode kisik se oslobađa u atmosferu. A molekul hlorofila P700, kao što se vidi sa slike, nadoknađuje nedostatak elektrona kroz sistem nosača iz fotosistema II.
Općenito, koliko god bilo teško, ovako teče svjetlosna faza fotosinteze, njena glavna suština leži u prijenosu elektrona. Sa slike se takođe vidi da se paralelno sa transportom elektrona kroz membranu kreću ioni vodonika H+ koji se akumuliraju unutar tilakoida. Budući da ih tamo ima puno, oni se pomiču prema van uz pomoć posebnog faktora konjugacije, koji je narandžast na slici, prikazan desno i izgleda kao gljiva.
Konačno, vidimo završnu fazu transporta elektrona, koja rezultira formiranjem gore pomenutog jedinjenja NADH. A zbog prijenosa H+ jona, sintetiše se energetska valuta - ATP (prikazano desno na slici).
Dakle, svjetlosna faza fotosinteze je završena, kisik se oslobađa u atmosferu, formiraju se ATP i NADH. I šta je sljedeće? Gdje je obećano organsko? A onda dolazi mračna faza, koja se sastoji uglavnom od hemijskih procesa.
Tamna faza fotosinteze
Za tamnu fazu fotosinteze obavezna komponenta je ugljični dioksid – CO2. Stoga ga biljka mora stalno apsorbirati iz atmosfere. U tu svrhu postoje posebne strukture na površini lista - stomati. Kada se otvore, CO2 ulazi tačno unutar lista, rastvara se u vodi i reaguje sa svetlosnom fazom fotosinteze.
Tokom svjetlosne faze, u većini biljaka, CO2 se veže za organsko jedinjenje sa pet ugljika (koji je lanac od pet molekula ugljika), što rezultira stvaranjem dva molekula spoja sa tri ugljika (3-fosfoglicerinska kiselina). Jer ova jedinjenja sa tri ugljika su primarni rezultat, biljke sa ovom vrstom fotosinteze nazivaju se C3-biljke.
Dalja sinteza u hloroplastima je prilično teška. Na kraju stvara spoj sa šest ugljika iz kojeg se kasnije mogu sintetizirati glukoza, saharoza ili škrob. U obliku ovih organskih supstanci, biljka skladišti energiju. Pritom, samo mali dio njih ostaje u listu, koji se koristi za svoje potrebe, dok ostatak ugljikohidrata putuje po cijeloj biljci, ulazeći tamo gdje je energija najpotrebnija - na primjer, u tačkama rasta.
Kako objasniti tako složen proces kao što je fotosinteza, kratko i jasno? Biljke su jedini živi organizmi koji mogu proizvoditi vlastitu hranu. Kako to rade? Za rast primaju sve potrebne tvari iz okoline: ugljični dioksid - iz zraka, vode i - iz tla. Takođe im je potrebna energija iz sunčeve svetlosti. Ova energija pokreće određene kemijske reakcije tokom kojih se ugljični dioksid i voda pretvaraju u glukozu (hrana) i fotosinteza. Kratko i jasno, suština procesa se može objasniti i deci školskog uzrasta.
"Zajedno sa svetlošću"
Riječ "fotosinteza" dolazi od dvije grčke riječi - "foto" i "sinteza", kombinacije koja u prijevodu znači "zajedno sa svjetlom". Sunčeva energija se pretvara u hemijsku energiju. Hemijska jednadžba fotosinteze:
6CO 2 + 12H 2 O + svjetlost \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.
To znači da se 6 molekula ugljičnog dioksida i dvanaest molekula vode koristi (zajedno sa sunčevom svjetlošću) za proizvodnju glukoze, što rezultira šest molekula kisika i šest molekula vode. Ako ovo predstavimo u obliku verbalne jednadžbe, dobićemo sljedeće:
Voda + sunce => glukoza + kiseonik + voda.
Sunce je veoma moćan izvor energije. Ljudi ga uvijek pokušavaju koristiti za proizvodnju struje, izolaciju kuća, grijanje vode i tako dalje. Biljke su "shvatile" kako da koriste solarnu energiju prije milionima godina jer je to bila neophodna za njihov opstanak. Fotosinteza se može kratko i jasno objasniti na sljedeći način: biljke koriste svjetlosnu energiju sunca i pretvaraju je u kemijsku energiju, a rezultat toga je šećer (glukoza), čiji se višak pohranjuje kao škrob u listovima, korijenu, stabljici. i sjemenke biljke. Energija sunca prenosi se na biljke, kao i na životinje koje te biljke jedu. Kada su biljci potrebne hranljive materije za rast i druge životne procese, ove rezerve su veoma korisne.
Kako biljke apsorbuju sunčevu energiju?
Govoreći o fotosintezi kratko i jasno, vrijedi se dotaknuti pitanja kako biljke uspijevaju apsorbirati sunčevu energiju. To je zbog posebne strukture listova, koja uključuje zelene ćelije - hloroplaste, koji sadrže posebnu tvar zvanu klorofil. To je ono što listovima daje zelenu boju i odgovorno je za apsorpciju energije sunčeve svjetlosti.
Zašto je većina listova široka i ravna?
Fotosinteza se odvija u listovima biljaka. Iznenađujuća je činjenica da su biljke vrlo dobro prilagođene da hvataju sunčevu svjetlost i apsorbiraju ugljični dioksid. Zbog široke površine, uhvatit će se mnogo više svjetla. Iz tog razloga su solarni paneli, koji se ponekad postavljaju na krovove kuća, također široki i ravni. Što je veća površina, to je bolja apsorpcija.
Šta je još važno za biljke?
Baš kao i ljudima, i biljkama su potrebni nutrijenti i hranjivi sastojci da bi ostale zdrave, rasle i dobro funkcionirale. Dobijaju minerale otopljene u vodi iz tla kroz svoje korijenje. Ako zemljištu nedostaju mineralne hranjive tvari, biljka se neće normalno razvijati. Poljoprivrednici često testiraju tlo kako bi bili sigurni da ima dovoljno hranjivih tvari za rast usjeva. Inače pribjegavajte upotrebi gnojiva koja sadrže esencijalne minerale za ishranu i rast biljaka.
Zašto je fotosinteza toliko važna?
Objašnjavajući djeci kratko i jasno fotosintezu, vrijedi spomenuti da je ovaj proces jedna od najvažnijih kemijskih reakcija na svijetu. Koji su razlozi za ovako glasnu izjavu? Prvo, fotosinteza hrani biljke, koje zauzvrat hrane sva druga živa bića na planeti, uključujući životinje i ljude. Drugo, kao rezultat fotosinteze, kisik neophodan za disanje se oslobađa u atmosferu. Sva živa bića udišu kisik i izdišu ugljični dioksid. Srećom, biljke rade suprotno, zbog čega su ljudima i životinjama veoma važne da dišu.
Zadivljujući proces
Ispostavilo se da i biljke znaju disati, ali, za razliku od ljudi i životinja, apsorbiraju ugljični dioksid iz zraka, a ne kisik. Biljke takođe piju. Zato ih treba zalijevati, inače će uginuti. Uz pomoć korijenskog sistema voda i hranjive tvari se transportuju do svih dijelova biljnog tijela, a ugljični dioksid se apsorbira kroz male rupice na listovima. Okidač za pokretanje hemijske reakcije je sunčeva svetlost. Sve nastale metaboličke produkte biljke koriste za ishranu, kisik se oslobađa u atmosferu. Tako možete ukratko i jasno objasniti kako se odvija proces fotosinteze.
Fotosinteza: svijetla i tamna faza fotosinteze
Proces koji se razmatra sastoji se od dva glavna dijela. Postoje dvije faze fotosinteze (opis i tabela - ispod). Prva se zove svetlosna faza. Javlja se samo u prisustvu svjetlosti u tilakoidnim membranama uz učešće hlorofila, proteina nosača elektrona i enzima ATP sintetaze. Šta još krije fotosinteza? Upalite i zamjenjujte jedno drugo kako dan i noć dolaze (Calvinovi ciklusi). U mračnoj fazi dolazi do proizvodnje iste glukoze, hrane za biljke. Ovaj proces se naziva i reakcija nezavisna od svetlosti.
| svetlosna faza | tamna faza |
1. Reakcije koje se odvijaju u hloroplastima moguće su samo u prisustvu svjetlosti. Ove reakcije pretvaraju svjetlosnu energiju u kemijsku energiju. 2. Hlorofil i drugi pigmenti apsorbuju energiju sunčeve svetlosti. Ova energija se prenosi na fotosisteme odgovorne za fotosintezu. 3. Voda se koristi za elektrone i vodonikove jone, a takođe učestvuje u proizvodnji kiseonika 4. Elektroni i vodikovi joni se koriste za stvaranje ATP-a (molekula za skladištenje energije) koji je potreban u sljedećoj fazi fotosinteze | 1. Reakcije ciklusa off-light javljaju se u stromi hloroplasta 2. Ugljični dioksid i energija iz ATP-a se koriste u obliku glukoze |
Zaključak
Iz svega navedenog mogu se izvući sljedeći zaključci:
- Fotosinteza je proces koji omogućava dobijanje energije od sunca.
- Svjetlosna energija sunca pretvara se u hemijsku energiju pomoću hlorofila.
- Klorofil daje biljkama zelenu boju.
- Fotosinteza se odvija u hloroplastima lišća biljaka.
- Ugljični dioksid i voda neophodni su za fotosintezu.
- Ugljični dioksid ulazi u biljku kroz sitne rupice, stomate, a kisik izlazi kroz njih.
- Voda se apsorbuje u biljku kroz njeno korenje.
- Bez fotosinteze ne bi bilo hrane na svijetu.
fotosinteza je proces sinteze organskih supstanci od neorganskih supstanci koristeći svjetlosnu energiju. U velikoj većini slučajeva, fotosintezu provode biljke koristeći ćelijske organele kao npr hloroplasti sadrži zeleni pigment hlorofil.
Da biljke nisu sposobne sintetizirati organsku tvar, onda gotovo svi drugi organizmi na Zemlji ne bi imali što jesti, jer životinje, gljive i mnoge bakterije ne mogu sintetizirati organske tvari iz anorganskih. Oni samo upijaju gotove, dijele ih na jednostavnije, od kojih opet sklapaju složene, ali već karakteristične za njihovo tijelo.
To je slučaj ako vrlo kratko govorimo o fotosintezi i njenoj ulozi. Da biste razumjeli fotosintezu, morate reći više: koje specifične anorganske tvari se koriste, kako se sinteza odvija?
Za fotosintezu su potrebne dvije neorganske tvari - ugljični dioksid (CO 2) i voda (H 2 O). Prvu apsorbiraju iz zraka nadzemni dijelovi biljaka uglavnom kroz stomate. Voda - iz tla, odakle se provodnim sistemom biljaka dostavlja do fotosintetskih ćelija. Za fotosintezu je također potrebna energija fotona (hν), ali se oni ne mogu pripisati materiji.
Ukupno, kao rezultat fotosinteze, nastaju organska tvar i kisik (O 2). Obično se pod organskom materijom najčešće misli na glukozu (C 6 H 12 O 6).
Organska jedinjenja uglavnom se sastoje od atoma ugljika, vodika i kisika. Nalaze se u ugljičnom dioksidu i vodi. Međutim, fotosinteza oslobađa kisik. Njegovi atomi potiču iz vode.
Ukratko i općenito, jednadžba za reakciju fotosinteze obično se piše na sljedeći način:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Ali ova jednadžba ne odražava suštinu fotosinteze, ne čini je razumljivom. Gledajte, iako je jednadžba izbalansirana, ima ukupno 12 atoma u slobodnom kisiku, ali rekli smo da dolaze iz vode, a ima ih samo 6.
U stvari, fotosinteza se odvija u dvije faze. Prvi se zove svjetlo, sekunda - mračno. Takvi nazivi su zbog činjenice da je svjetlost potrebna samo za svetlosna faza , tamna faza nezavisno od njegovog prisustva, ali to ne znači da hoda u mraku. Svjetlosna faza se nastavlja na tilakoidnim membranama hloroplast, tamno - u stromi hloroplasta.
U svjetlosnoj fazi ne dolazi do vezivanja CO2. Postoji samo hvatanje sunčeve energije hlorofilnim kompleksima, njeno skladištenje u ATP, korištenje energije za vraćanje NADP u NADP*H 2 . Tok energije iz hlorofila pobuđen svjetlošću osiguravaju elektroni koji se prenose kroz lanac transporta elektrona enzima ugrađenih u tilakoidne membrane.
Vodik za NADP se uzima iz vode, koja se pod dejstvom sunčeve svetlosti razlaže na atome kiseonika, vodonikove protone i elektrone. Ovaj proces se zove fotoliza. Kiseonik iz vode nije potreban za fotosintezu. Atomi kiseonika iz dva molekula vode se kombinuju i formiraju molekularni kiseonik. Jednačina reakcije za svjetlosnu fazu fotosinteze ukratko izgleda ovako:
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2
Stoga se oslobađanje kisika događa u svjetlosnoj fazi fotosinteze. Broj ATP molekula sintetiziranih iz ADP-a i fosforne kiseline po fotolizi jednog molekula vode može biti različit: jedan ili dva.
Dakle, ATP i NADP * H 2 dolaze iz svijetle faze u tamnu fazu. Ovdje se energija prvog i obnavljajuća sila drugog troše na vezivanje ugljičnog dioksida. Ovaj korak fotosinteze ne može se objasniti jednostavno i ukratko, jer se ne odvija na način da se šest molekula CO 2 spoji s vodikom koji se oslobađa iz NADP * H 2 molekula i nastane glukoza:
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reakcija se odvija trošenjem energije iz ATP-a, koji se razlaže na ADP i fosfornu kiselinu).
Gornja reakcija je samo pojednostavljenje radi lakšeg razumijevanja. Zapravo, molekule ugljičnog dioksida se vezuju jedan po jedan, pridružujući se već pripremljenoj organskoj tvari od pet ugljika. Formira se nestabilna organska tvar sa šest ugljika, koja se raspada na molekule ugljikohidrata sa tri ugljika. Neki od ovih molekula se koriste za resintezu početne supstance sa pet ugljenika za vezivanje CO 2 . Ova resinteza je obezbeđena Calvinov ciklus. Manji dio molekula ugljikohidrata, koji uključuje tri atoma ugljika, napušta ciklus. Već iz njih i drugih tvari sintetiziraju se sve ostale organske tvari (ugljikohidrati, masti, bjelančevine).
To jest, u stvari, trougljični šećeri, a ne glukoza, izlaze iz tamne faze fotosinteze.