Sejarah studi fotosintesis. Secara singkat. Apa itu fotosintesis? Penerapan Fotosintesis Apa itu Fotosintesis

Fotosintesis bebas klorofil

Lokalisasi spasial

Fotosintesis tumbuhan dilakukan di kloroplas: organel sel dua membran yang terisolasi. Kloroplas dapat ditemukan di sel buah, batang, namun organ utama fotosintesis yang secara anatomi disesuaikan untuk pengelolaannya adalah daun. Pada daun, jaringan parenkim palisade paling kaya akan kloroplas. Pada beberapa sukulen dengan daun yang merosot (seperti kaktus), aktivitas fotosintesis utama dikaitkan dengan batang.

Cahaya untuk fotosintesis ditangkap lebih penuh karena bentuk daun yang datar, sehingga memberikan rasio permukaan dan volume yang besar. Air dialirkan dari akar melalui jaringan pembuluh yang berkembang (urat daun). Karbon dioksida masuk sebagian melalui difusi melalui kutikula dan epidermis, tetapi sebagian besar berdifusi ke dalam daun melalui stomata dan melalui daun melalui ruang antar sel. Tumbuhan yang melakukan fotosintesis CAM telah membentuk mekanisme khusus untuk asimilasi aktif karbon dioksida.

Ruang bagian dalam kloroplas diisi dengan isi tidak berwarna (stroma) dan ditembus oleh membran (lamela), yang bila digabungkan satu sama lain akan membentuk tilakoid, yang selanjutnya dikelompokkan menjadi tumpukan yang disebut grana. Ruang intratilakoid terpisah dan tidak berkomunikasi dengan stroma lainnya, juga diasumsikan bahwa ruang internal semua tilakoid berkomunikasi satu sama lain. Tahap cahaya fotosintesis terbatas pada membran; fiksasi autotrofik CO2 terjadi di stroma.

Kloroplas memiliki DNA, RNA, ribosom sendiri (tipe 70-an), sintesis protein sedang berlangsung (walaupun proses ini dikendalikan dari nukleus). Mereka tidak disintesis lagi, tetapi dibentuk dengan membagi yang sebelumnya. Semua ini memungkinkan untuk menganggap mereka sebagai keturunan cyanobacteria bebas, yang merupakan bagian dari sel eukariotik dalam proses simbiogenesis.

Fotosistem I

Kompleks pemanen cahaya I mengandung sekitar 200 molekul klorofil.

Pusat reaksi fotosistem pertama mengandung klorofil a dimer dengan serapan maksimum pada 700 nm (P700). Setelah tereksitasi oleh kuantum cahaya, ia mengembalikan akseptor primer - klorofil a, yang bersifat sekunder (vitamin K 1 atau phylloquinone), setelah itu elektron ditransfer ke ferredoxin, yang memulihkan NADP menggunakan enzim ferredoxin-NADP-reductase.

Protein plastosianin, yang direduksi dalam kompleks b 6 f, diangkut ke pusat reaksi fotosistem pertama dari sisi ruang intratilakoid dan mentransfer elektron ke P700 yang teroksidasi.

Transpor elektron siklik dan pseudosiklik

Selain jalur elektron non-siklik lengkap yang dijelaskan di atas, jalur siklik dan pseudo-siklik telah ditemukan.

Inti dari jalur siklik adalah bahwa ferredoxin, bukan NADP, mengembalikan plastoquinone, yang mentransfernya kembali ke kompleks b6f. Hasilnya adalah gradien proton lebih besar dan lebih banyak ATP, tetapi tidak ada NADPH.

Pada jalur pseudosiklik, ferredoxin mereduksi oksigen, yang selanjutnya diubah menjadi air dan dapat digunakan dalam fotosistem II. Itu juga tidak menghasilkan NADPH.

panggung gelap

Pada tahap gelap, dengan partisipasi ATP dan NADPH, CO 2 direduksi menjadi glukosa (C 6 H 12 O 6). Meskipun cahaya tidak diperlukan untuk proses ini, cahaya terlibat dalam pengaturannya.

C 3 -fotosintesis, siklus Calvin

Pada tahap ketiga, 5 molekul PHA terlibat, yang melalui pembentukan senyawa 4-, 5-, 6-, dan 7-karbon, digabungkan menjadi 3 5-karbon ribulosa-1,5-bifosfat, yang membutuhkan 3ATP .

Akhirnya, dua PHA diperlukan untuk sintesis glukosa. Untuk pembentukan salah satu molekulnya diperlukan 6 putaran siklus, 6 CO 2, 12 NADPH dan 18 ATP.

C 4 -fotosintesis

Artikel utama: Siklus Hatch-Slack-Karpilov, fotosintesis C4

Pada konsentrasi rendah CO 2 yang terlarut dalam stroma, ribulosa bifosfat karboksilase mengkatalisis reaksi oksidasi ribulosa-1,5-bifosfat dan penguraiannya menjadi asam 3-fosfogliserat dan asam fosfoglikolat, yang terpaksa digunakan dalam proses fotorespirasi.

Untuk meningkatkan konsentrasi CO 2 C 4 tanaman telah mengubah anatomi daun. Siklus Calvin di dalamnya terlokalisasi di sel-sel selubung berkas penghantar, sedangkan di sel mesofil, di bawah aksi PEP-karboksilase, fosfoenolpiruvat dikarboksilasi untuk membentuk asam oksaloasetat, yang berubah menjadi malat atau aspartat dan diangkut ke sel-sel selubung, di mana ia didekarboksilasi dengan pembentukan piruvat, yang dikembalikan ke sel-sel mesofil.

Dengan 4 fotosintesis praktis tidak disertai hilangnya ribulosa-1,5-bifosfat dari siklus Calvin, sehingga lebih efisien. Namun, dibutuhkan bukan 18, melainkan 30 ATP untuk sintesis 1 molekul glukosa. Hal ini terbayar di daerah tropis, di mana iklim panas mengharuskan stomata tetap tertutup, mencegah CO2 memasuki daun, dan juga dalam strategi kehidupan yang kasar.

fotosintesis CAM

Belakangan diketahui bahwa, selain melepaskan oksigen, tumbuhan juga menyerap karbon dioksida dan, dengan partisipasi air, mensintesis bahan organik dalam cahaya. Dalam Robert Mayer, berdasarkan hukum kekekalan energi, ia mendalilkan bahwa tumbuhan mengubah energi sinar matahari menjadi energi ikatan kimia. Dalam W. Pfeffer disebut proses ini fotosintesis.

Klorofil pertama kali diisolasi di P.J. Peltier dan J. Cavent. MS Tsvet berhasil memisahkan pigmen dan mempelajarinya secara terpisah menggunakan metode kromatografi yang ia ciptakan. Spektrum serapan klorofil dipelajari oleh K. A. Timiryazev, yang mengembangkan ketentuan Mayer, menunjukkan bahwa sinar yang diseraplah yang memungkinkan peningkatan energi sistem dengan menciptakan C-C berenergi tinggi alih-alih ikatan C-O dan O-H yang lemah. (sebelumnya diyakini bahwa dalam fotosintesis menggunakan sinar kuning yang tidak diserap oleh pigmen daun). Hal ini dilakukan berkat metode yang ia ciptakan untuk memperhitungkan fotosintesis dengan menyerap CO 2: dalam percobaan menerangi tanaman dengan cahaya dengan panjang gelombang berbeda (warna berbeda), ternyata intensitas fotosintesis bertepatan dengan spektrum serapan klorofil.

Esensi redoks fotosintesis (baik oksigenik maupun anoksigenik) didalilkan oleh Cornelis van Niel. Ini berarti bahwa oksigen selama fotosintesis seluruhnya terbentuk dari air, yang secara eksperimental dikonfirmasi oleh A.P. Vinogradov dalam eksperimen pelabelan isotop. Robert Hill menemukan bahwa proses oksidasi air (dan pelepasan oksigen), serta asimilasi CO 2 dapat dipisahkan. V-D.Arnon menetapkan mekanisme tahap cahaya fotosintesis, dan inti dari proses asimilasi CO 2 diungkapkan oleh Melvin Calvin menggunakan isotop karbon pada akhir tahun 1940-an, untuk karyanya ini ia dianugerahi Hadiah Nobel.

Fakta lain

Lihat juga

literatur

Hall D., Rao K. Fotosintesis: Per. dari bahasa Inggris. - M.: Mir, 1983.
Fisiologi Tumbuhan / ed. Prof. Ermakova I.P. - M.: Akademi, 2007
Biologi molekuler sel / Albertis B., Bray D. dkk Dalam 3 jilid. - M.: Mir, 1994
Rubin A.B. Biofisika. Dalam 2 jilid. - M.: Ed. Universitas dan Sains Moskow, 2004.
Chernavskaya N.M.,

DEFINISI: Fotosintesis adalah proses pembentukan zat organik dari karbon dioksida dan air, dalam cahaya, dengan pelepasan oksigen.

Penjelasan singkat tentang fotosintesis

Berikut ini yang terlibat dalam proses fotosintesis:

1) kloroplas,

3) karbon dioksida,

5) suhu.

Pada tumbuhan tingkat tinggi, fotosintesis terjadi pada kloroplas - plastida berbentuk oval (organel semi otonom) yang mengandung pigmen klorofil, karena warnanya yang hijau, bagian tumbuhan tersebut juga mempunyai warna hijau.

Pada alga, klorofil ditemukan pada kromatofor (sel yang mengandung pigmen dan memantulkan cahaya). Ganggang coklat dan merah, yang hidup di kedalaman yang cukup dalam dimana sinar matahari tidak dapat menjangkau dengan baik, memiliki pigmen lain.

Jika melihat piramida makanan semua makhluk hidup, organisme fotosintesis berada di urutan paling bawah, sebagai bagian dari autotrof (organisme yang mensintesis zat organik dari zat anorganik). Oleh karena itu, mereka adalah sumber makanan bagi semua kehidupan di planet ini.

Selama fotosintesis, oksigen dilepaskan ke atmosfer. Ozon terbentuk darinya di lapisan atas atmosfer. Perisai ozon melindungi permukaan bumi dari radiasi ultraviolet yang keras, sehingga kehidupan dapat berpindah dari laut ke darat.

Oksigen sangat penting untuk pernapasan tumbuhan dan hewan. Ketika glukosa dioksidasi dengan partisipasi oksigen, mitokondria menyimpan energi hampir 20 kali lebih banyak dibandingkan tanpa oksigen. Hal ini membuat penggunaan makanan jauh lebih efisien, yang menyebabkan tingginya tingkat metabolisme pada burung dan mamalia.

Penjelasan lebih rinci tentang proses fotosintesis tumbuhan

Jalannya fotosintesis:

Proses fotosintesis dimulai dengan paparan cahaya terhadap kloroplas, organel semi-otonom intraseluler yang mengandung pigmen hijau. Di bawah pengaruh cahaya, kloroplas mulai mengonsumsi air dari tanah, memecahnya menjadi hidrogen dan oksigen.

Sebagian oksigen dilepaskan ke atmosfer, sebagian lagi digunakan untuk proses oksidatif di tumbuhan.

Gula bergabung dengan nitrogen, belerang dan fosfor yang berasal dari tanah, dengan cara ini tumbuhan hijau menghasilkan pati, lemak, protein, vitamin dan senyawa kompleks lainnya yang diperlukan untuk aktivitas vitalnya.

Fotosintesis paling baik dilakukan di bawah pengaruh sinar matahari, namun beberapa tanaman dapat puas dengan pencahayaan buatan.

Deskripsi kompleks tentang mekanisme fotosintesis untuk pembaca tingkat lanjut

Hingga tahun 60-an abad ke-20, para ilmuwan hanya mengetahui satu mekanisme untuk memperbaiki karbon dioksida - melalui jalur C3-pentosa fosfat. Namun, baru-baru ini sekelompok ilmuwan Australia mampu membuktikan bahwa pada beberapa tumbuhan reduksi karbon dioksida terjadi melalui siklus asam dikarboksilat C4.

Pada tumbuhan dengan reaksi C3, fotosintesis terjadi paling aktif pada kondisi suhu dan cahaya sedang, terutama di hutan dan tempat gelap. Tanaman ini mencakup hampir semua tanaman budidaya dan sebagian besar sayuran. Mereka menjadi dasar pola makan manusia.

Pada tumbuhan dengan reaksi C4, fotosintesis terjadi paling aktif pada kondisi suhu dan cahaya tinggi. Tanaman tersebut misalnya jagung, sorgum, dan tebu, yang tumbuh di daerah beriklim hangat dan tropis.

Metabolisme tumbuhan sendiri ditemukan baru-baru ini, ketika diketahui bahwa pada beberapa tumbuhan yang memiliki jaringan khusus untuk menyimpan air, karbon dioksida terakumulasi dalam bentuk asam organik dan difiksasi dalam karbohidrat hanya setelah satu hari. Mekanisme ini membantu tanaman menghemat air.

Bagaimana proses fotosintesis berlangsung

Tumbuhan menyerap cahaya dengan zat hijau yang disebut klorofil. Klorofil terdapat pada kloroplas yang terdapat pada batang atau buah. Jumlahnya sangat banyak pada daun, karena karena strukturnya yang sangat datar, daun dapat menarik banyak cahaya, sehingga memperoleh lebih banyak energi untuk proses fotosintesis.

Setelah penyerapan, klorofil berada dalam keadaan tereksitasi dan mentransfer energi ke molekul lain dalam organisme tumbuhan, terutama yang terlibat langsung dalam fotosintesis. Tahap kedua dari proses fotosintesis berlangsung tanpa partisipasi wajib cahaya dan terdiri dari perolehan ikatan kimia dengan partisipasi karbon dioksida yang diperoleh dari udara dan air. Pada tahap ini berbagai zat yang sangat berguna bagi kehidupan, seperti pati dan glukosa, disintesis.

Zat organik ini digunakan oleh tanaman itu sendiri untuk memberi nutrisi pada berbagai bagiannya, serta untuk menjaga kehidupan normal. Selain itu, zat tersebut juga diperoleh dari hewan dengan memakan tumbuhan. Orang juga mendapatkan zat ini dengan mengonsumsi produk hewani dan nabati.

kondisi untuk fotosintesis

Fotosintesis dapat terjadi baik di bawah pengaruh cahaya buatan maupun sinar matahari. Biasanya, di alam, tanaman "bekerja" secara intensif di musim semi-musim panas, ketika terdapat banyak sinar matahari yang diperlukan. Di musim gugur, cahayanya berkurang, siang hari menjadi lebih pendek, daun-daun mula-mula menguning, lalu rontok. Namun begitu hangatnya matahari musim semi muncul, dedaunan hijau muncul kembali dan "pabrik" hijau akan melanjutkan pekerjaannya lagi untuk menyediakan oksigen, yang sangat diperlukan untuk kehidupan, serta banyak nutrisi lainnya.

Definisi alternatif fotosintesis

Fotosintesis (dari bahasa Yunani lainnya phot - cahaya dan sintesis - koneksi, pelipatan, pengikatan, sintesis) - proses mengubah energi cahaya menjadi energi ikatan kimia zat organik dalam cahaya oleh fotoautotrof dengan partisipasi pigmen fotosintesis (klorofil pada tumbuhan , bakterioklorofil dan bakteriorhodopsin pada bakteri). Dalam fisiologi tumbuhan modern, fotosintesis lebih sering dipahami sebagai fungsi fotoautotrofik - serangkaian proses penyerapan, transformasi, dan penggunaan energi kuanta cahaya dalam berbagai reaksi endergonik, termasuk konversi karbon dioksida menjadi zat organik.

Fase fotosintesis

Fotosintesis adalah proses yang agak rumit dan mencakup dua fase: cahaya, yang selalu terjadi secara eksklusif dalam cahaya, dan gelap. Semua proses terjadi di dalam kloroplas pada organ kecil khusus - tilakodia. Selama fase cahaya, sejumlah cahaya diserap oleh klorofil, menghasilkan pembentukan molekul ATP dan NADPH. Air terurai, membentuk ion hidrogen dan melepaskan molekul oksigen. Timbul pertanyaan, apakah zat misterius yang tidak dapat dipahami ini: ATP dan NADH?

ATP adalah molekul organik khusus yang ditemukan di semua organisme hidup dan sering disebut sebagai mata uang "energi". Molekul inilah yang mengandung ikatan berenergi tinggi dan merupakan sumber energi untuk setiap sintesis organik dan proses kimia dalam tubuh. Nah, NADPH sebenarnya adalah sumber hidrogen, digunakan langsung dalam sintesis zat organik bermolekul tinggi - karbohidrat, yang terjadi pada fase gelap kedua fotosintesis menggunakan karbon dioksida.

Fase terang fotosintesis

Kloroplas mengandung banyak molekul klorofil, dan semuanya menyerap sinar matahari. Pada saat yang sama, cahaya diserap oleh pigmen lain, tetapi mereka tidak mampu melakukan fotosintesis. Prosesnya sendiri hanya terjadi pada beberapa molekul klorofil yang jumlahnya sangat sedikit. Molekul klorofil, karotenoid, dan zat lain lainnya membentuk antena khusus dan kompleks pemanen cahaya (SSC). Mereka, seperti antena, menyerap kuanta cahaya dan mengirimkan eksitasi ke pusat reaksi atau perangkap khusus. Pusat-pusat ini terletak di fotosistem, yang terdapat dua di tumbuhan: fotosistem II dan fotosistem I. Mereka mengandung molekul klorofil khusus: masing-masing, di fotosistem II - P680, dan di fotosistem I - P700. Mereka menyerap cahaya dengan panjang gelombang ini (680 dan 700 nm).

Skema ini memperjelas bagaimana segala sesuatu terlihat dan terjadi selama fase cahaya fotosintesis.

Pada gambar kita melihat dua fotosistem dengan klorofil P680 dan P700. Gambar tersebut juga menunjukkan pembawa yang membawa elektron.

Jadi: kedua molekul klorofil dari dua fotosistem menyerap sejumlah cahaya dan tereksitasi. E-elektron (warna merah pada gambar) bergerak ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Elektron yang tereksitasi memiliki energi yang sangat tinggi, mereka lepas dan memasuki rantai pembawa khusus, yang terletak di membran tilakoid - struktur internal kloroplas. Gambar tersebut menunjukkan bahwa dari fotosistem II, dari klorofil P680, sebuah elektron berpindah ke plastoquinone, dan dari fotosistem I dari klorofil P700, ke ferredoxin. Dalam molekul klorofil itu sendiri, alih-alih elektron, setelah pemisahannya, lubang biru dengan muatan positif terbentuk. Apa yang harus dilakukan?

Untuk menutupi kekurangan elektron, molekul klorofil P680 fotosistem II menerima elektron dari air, dan ion hidrogen terbentuk. Selain itu, justru karena pemecahan air maka oksigen dilepaskan ke atmosfer. Dan molekul klorofil P700, seperti terlihat pada gambar, mengisi kekurangan elektron melalui sistem pembawa dari fotosistem II.

Secara umum, betapapun sulitnya, begitulah proses fotosintesis fase terang, esensi utamanya terletak pada transfer elektron. Dapat juga dilihat dari gambar bahwa bersamaan dengan transpor elektron, ion hidrogen H+ bergerak melalui membran dan terakumulasi di dalam tilakoid. Karena jumlahnya banyak di sana, mereka bergerak keluar dengan bantuan faktor konjugasi khusus, yang pada gambar berwarna oranye, ditunjukkan di sebelah kanan dan terlihat seperti jamur.

Terakhir, kita melihat tahap akhir transpor elektron, yang menghasilkan pembentukan senyawa NADH yang disebutkan di atas. Dan karena transfer ion H +, mata uang energi - ATP disintesis (ditunjukkan di sebelah kanan pada gambar).

Jadi, fase cahaya fotosintesis selesai, oksigen dilepaskan ke atmosfer, ATP dan NADH terbentuk. Dan apa selanjutnya? Dimana organik yang dijanjikan? Dan kemudian tibalah tahap gelap, yang sebagian besar terdiri dari proses kimia.

Fase gelap fotosintesis

Untuk fase gelap fotosintesis, komponen wajibnya adalah karbon dioksida - CO2. Oleh karena itu, tanaman harus terus-menerus menyerapnya dari atmosfer. Untuk tujuan ini, ada struktur khusus pada permukaan daun - stomata. Ketika terbuka, CO2 masuk tepat ke dalam daun, larut dalam air dan bereaksi dengan fase cahaya fotosintesis.

Selama fase cahaya, di sebagian besar tumbuhan, CO2 berikatan dengan senyawa organik lima karbon (yang merupakan rantai lima molekul karbon), menghasilkan pembentukan dua molekul senyawa tiga karbon (asam 3-fosfogliserat). Karena senyawa tiga karbon inilah yang merupakan hasil utama, tumbuhan yang melakukan fotosintesis seperti ini disebut tumbuhan C3.

Sintesis lebih lanjut dalam kloroplas cukup sulit. Ini akhirnya membentuk senyawa enam karbon, dari mana glukosa, sukrosa atau pati nantinya dapat disintesis. Dalam bentuk zat organik tersebut, tumbuhan menyimpan energi. Pada saat yang sama, hanya sebagian kecil yang tersisa di daun, yang digunakan untuk kebutuhannya, sedangkan sisa karbohidrat menyebar ke seluruh tanaman, memasuki tempat yang paling membutuhkan energi - misalnya, pada titik pertumbuhan.

Bagaimana menjelaskan proses kompleks seperti fotosintesis secara singkat dan jelas? Tumbuhan adalah satu-satunya organisme hidup yang dapat menghasilkan makanannya sendiri. Bagaimana mereka melakukannya? Untuk pertumbuhan, mereka menerima semua zat yang diperlukan dari lingkungan: karbon dioksida - dari udara, air dan - dari tanah. Mereka juga membutuhkan energi dari sinar matahari. Energi ini memicu reaksi kimia tertentu di mana karbon dioksida dan air diubah menjadi glukosa (nutrisi) dan fotosintesis terjadi. Secara singkat dan jelas inti prosesnya dapat dijelaskan bahkan kepada anak usia sekolah.

"Bersama Cahaya"

Kata "fotosintesis" berasal dari dua kata Yunani - "foto" dan "sintesis", kombinasi yang dalam terjemahannya berarti "bersama dengan cahaya". Energi matahari diubah menjadi energi kimia. Persamaan kimia fotosintesis:

6CO 2 + 12H 2 O + cahaya \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

Ini berarti bahwa 6 molekul karbon dioksida dan dua belas molekul air digunakan (bersama dengan sinar matahari) untuk menghasilkan glukosa, menghasilkan enam molekul oksigen dan enam molekul air. Jika kita merepresentasikannya dalam bentuk persamaan verbal, kita mendapatkan yang berikut:

Air + matahari => glukosa + oksigen + air.

Matahari merupakan sumber energi yang sangat kuat. Masyarakat selalu berusaha memanfaatkannya untuk menghasilkan listrik, menyekat rumah, memanaskan air, dan sebagainya. Tumbuhan “menemukan” cara menggunakan energi matahari jutaan tahun yang lalu karena hal itu penting untuk kelangsungan hidup mereka. Fotosintesis dapat dijelaskan secara singkat dan jelas sebagai berikut: tumbuhan memanfaatkan energi cahaya matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia, yang hasilnya adalah gula (glukosa), yang kelebihannya disimpan sebagai pati di daun, akar, batang. dan benih tanaman. Energi matahari ditransfer ke tumbuhan, serta hewan yang dimakan tumbuhan tersebut. Ketika tanaman membutuhkan unsur hara untuk pertumbuhan dan proses kehidupan lainnya, cadangan tersebut sangat berguna.

Bagaimana tumbuhan menyerap energi matahari?

Berbicara tentang fotosintesis secara singkat dan jelas, ada baiknya menyinggung pertanyaan bagaimana tumbuhan bisa menyerap energi matahari. Hal ini disebabkan struktur khusus daun, yang meliputi sel-sel hijau - kloroplas, yang mengandung zat khusus yang disebut klorofil. Inilah yang memberi warna hijau pada daun dan bertugas menyerap energi sinar matahari.

Mengapa sebagian besar daunnya lebar dan rata?

Fotosintesis terjadi di daun tumbuhan. Fakta yang mengejutkan adalah tanaman beradaptasi dengan sangat baik dalam memerangkap sinar matahari dan menyerap karbon dioksida. Karena permukaannya yang luas, cahaya yang ditangkap akan lebih banyak. Oleh karena itu, panel surya yang terkadang dipasang di atap rumah juga berukuran lebar dan datar. Semakin besar permukaannya, semakin baik daya serapnya.

Apa lagi yang penting bagi tanaman?

Sama seperti manusia, tumbuhan juga memerlukan unsur hara dan unsur hara agar tetap sehat, tumbuh dan berfungsi dengan baik. Mereka mendapatkan mineral yang terlarut dalam air dari tanah melalui akarnya. Jika tanah kekurangan unsur hara mineral, tanaman tidak akan berkembang secara normal. Petani sering menguji tanah untuk memastikan tanah memiliki cukup nutrisi untuk pertumbuhan tanaman. Jika tidak, gunakanlah pupuk yang mengandung mineral penting untuk nutrisi dan pertumbuhan tanaman.

Mengapa fotosintesis begitu penting?

Menjelaskan fotosintesis secara singkat dan jelas untuk anak-anak, perlu disebutkan bahwa proses ini adalah salah satu reaksi kimia terpenting di dunia. Apa alasan pernyataan keras tersebut? Pertama, fotosintesis memberi makan tanaman, yang pada gilirannya memberi makan semua makhluk hidup di planet ini, termasuk hewan dan manusia. Kedua, sebagai hasil fotosintesis, oksigen yang diperlukan untuk respirasi dilepaskan ke atmosfer. Semua makhluk hidup menghirup oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida. Untungnya, tumbuhan melakukan hal sebaliknya, itulah sebabnya tumbuhan sangat penting bagi manusia dan hewan untuk bernafas.

Proses yang luar biasa

Tumbuhan ternyata juga bisa bernapas, tapi tidak seperti manusia dan hewan, mereka menyerap karbon dioksida dari udara, bukan oksigen. Tumbuhan juga minum. Itu sebabnya Anda perlu menyiraminya, kalau tidak mereka akan mati. Dengan bantuan sistem perakaran, air dan unsur hara diangkut ke seluruh bagian tubuh tumbuhan, dan karbon dioksida diserap melalui lubang-lubang kecil di daun. Pemicu dimulainya reaksi kimia adalah sinar matahari. Semua produk metabolisme yang dihasilkan digunakan tanaman untuk nutrisi, oksigen dilepaskan ke atmosfer. Demikianlah penjelasan singkat dan jelas bagaimana proses fotosintesis terjadi.

Fotosintesis: fase fotosintesis terang dan gelap

Proses yang dipertimbangkan terdiri dari dua bagian utama. Ada dua fase fotosintesis (deskripsi dan tabel di bawah). Yang pertama disebut fase cahaya. Ini terjadi hanya dengan adanya cahaya di membran tilakoid dengan partisipasi klorofil, protein pembawa elektron, dan enzim ATP sintetase. Apa lagi yang disembunyikan fotosintesis? Menyalakan dan menggantikan satu sama lain saat siang dan malam tiba (siklus Calvin). Selama fase gelap, produksi glukosa yang sama, makanan bagi tanaman, terjadi. Proses ini disebut juga reaksi tidak tergantung cahaya.

fase cahaya

fase gelap

1. Reaksi yang terjadi di kloroplas hanya mungkin terjadi dengan adanya cahaya. Reaksi-reaksi ini mengubah energi cahaya menjadi energi kimia.

2. Klorofil dan pigmen lainnya menyerap energi dari sinar matahari. Energi ini ditransfer ke fotosistem yang bertanggung jawab untuk fotosintesis.

3. Air digunakan untuk elektron dan ion hidrogen, dan juga berperan dalam produksi oksigen

4. Elektron dan ion hidrogen digunakan untuk membuat ATP (molekul penyimpan energi), yang dibutuhkan pada fase fotosintesis berikutnya

1. Reaksi siklus off-light terjadi di stroma kloroplas

2. Karbon dioksida dan energi dari ATP digunakan dalam bentuk glukosa

Kesimpulan

Dari uraian di atas, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

Fotosintesis adalah proses yang memungkinkan memperoleh energi dari matahari.
Energi cahaya matahari diubah menjadi energi kimia oleh klorofil.
Klorofil memberi warna hijau pada tumbuhan.
Fotosintesis terjadi di kloroplas daun tumbuhan.
Karbon dioksida dan air sangat penting untuk fotosintesis.
Karbon dioksida memasuki tanaman melalui lubang kecil, stomata, dan oksigen keluar melalui lubang tersebut.
Air diserap ke dalam tanaman melalui akarnya.
Tanpa fotosintesis, tidak akan ada makanan di dunia.

Fotosintesis adalah proses sintesis zat organik dari zat anorganik dengan menggunakan energi cahaya. Dalam sebagian besar kasus, fotosintesis dilakukan oleh tumbuhan menggunakan organel sel seperti kloroplas mengandung pigmen hijau klorofil.

Jika tumbuhan tidak mampu mensintesis bahan organik, maka hampir semua organisme lain di bumi tidak akan memiliki makanan, karena hewan, jamur, dan banyak bakteri tidak dapat mensintesis bahan organik dari bahan anorganik. Mereka hanya menyerap yang sudah jadi, membaginya menjadi yang lebih sederhana, dari mana mereka kembali merakit yang rumit, tetapi sudah menjadi ciri khas tubuh mereka.

Hal ini terjadi jika kita berbicara secara singkat tentang fotosintesis dan perannya. Untuk memahami fotosintesis, kita perlu menjelaskan lebih lanjut: zat anorganik spesifik apa yang digunakan, bagaimana sintesis terjadi?

Fotosintesis membutuhkan dua zat anorganik - karbon dioksida (CO 2) dan air (H 2 O). Yang pertama diserap dari udara oleh bagian tanaman di atas tanah terutama melalui stomata. Air - dari tanah, dari mana ia dikirim ke sel fotosintesis melalui sistem penghantar tumbuhan. Fotosintesis juga memerlukan energi foton (hν), namun tidak dapat dikaitkan dengan materi.

Secara total, bahan organik dan oksigen (O 2) terbentuk sebagai hasil fotosintesis. Biasanya, bahan organik paling sering dipahami sebagai glukosa (C 6 H 12 O 6).

Senyawa organik sebagian besar terdiri dari atom karbon, hidrogen dan oksigen. Mereka ditemukan dalam karbon dioksida dan air. Namun, fotosintesis melepaskan oksigen. Atom-atomnya berasal dari air.

Secara singkat dan umum persamaan reaksi fotosintesis biasanya ditulis sebagai berikut:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Namun persamaan ini tidak mencerminkan esensi fotosintesis dan tidak membuatnya dapat dimengerti. Begini, walaupun persamaannya seimbang, ia memiliki total 12 atom dalam oksigen bebas. Tapi kita bilang mereka berasal dari air, dan hanya ada 6 atom.

Faktanya, fotosintesis terjadi dalam dua fase. Yang pertama disebut lampu, Kedua - gelap. Nama-nama seperti itu disebabkan oleh kenyataan bahwa cahaya dibutuhkan hanya untuk fase cahaya , fase gelap terlepas dari kehadirannya, namun ini tidak berarti bahwa ia berjalan dalam kegelapan. Fase cahaya berlangsung pada membran tilakoid kloroplas, gelap - di stroma kloroplas.

Pada fase terang, pengikatan CO2 tidak terjadi. Yang ada hanyalah penangkapan energi matahari oleh kompleks klorofil, penyimpanannya di dalam ATP, penggunaan energi untuk mengembalikan NADP ke NADP*H 2 . Aliran energi dari klorofil yang tereksitasi oleh cahaya disediakan oleh elektron yang ditransmisikan melalui rantai transpor elektron enzim yang dibangun ke dalam membran tilakoid.

Hidrogen untuk NADP diambil dari air, yang, di bawah pengaruh sinar matahari, terurai menjadi atom oksigen, proton hidrogen, dan elektron. Proses ini disebut fotolisis. Oksigen dari air tidak diperlukan untuk fotosintesis. Atom oksigen dari dua molekul air bergabung membentuk molekul oksigen. Persamaan reaksi fase terang fotosintesis secara singkat terlihat seperti ini:

H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2

Dengan demikian, pelepasan oksigen terjadi pada fase cahaya fotosintesis. Jumlah molekul ATP yang disintesis dari ADP dan asam fosfat per fotolisis satu molekul air bisa berbeda: satu atau dua.

Jadi, ATP dan NADP * H 2 berpindah dari fase terang ke fase gelap. Di sini, energi gaya pertama dan gaya restoratif kedua dihabiskan untuk pengikatan karbon dioksida. Langkah fotosintesis ini tidak dapat dijelaskan secara sederhana dan singkat, karena tidak berlangsung sedemikian rupa sehingga enam molekul CO2 bergabung dengan hidrogen yang dilepaskan dari molekul NADP*H2 dan terbentuk glukosa:

6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reaksi terjadi dengan pengeluaran energi dari ATP, yang terurai menjadi ADP dan asam fosfat).

Reaksi di atas hanyalah penyederhanaan untuk memudahkan pemahaman. Faktanya, molekul karbon dioksida mengikat satu per satu, bergabung dengan bahan organik berkarbon lima yang sudah disiapkan. Zat organik enam karbon yang tidak stabil terbentuk, yang terurai menjadi molekul karbohidrat tiga karbon. Beberapa molekul ini digunakan untuk resintesis zat awal berkarbon lima untuk mengikat CO2. Resintesis ini disediakan siklus Calvin. Sebagian kecil molekul karbohidrat, yang mencakup tiga atom karbon, keluar dari siklus. Dari mereka dan zat lain, semua zat organik lainnya (karbohidrat, lemak, protein) disintesis.

Faktanya, gula tiga karbon, dan bukan glukosa, yang keluar dari fase gelap fotosintesis.