Marafetas 

Fotosintezės tyrimo istorija. Trumpai. Kas yra fotosintezė? Fotosintezės taikymas Kas yra fotosintezė

Fotosintezė be chlorofilo

Erdvinė lokalizacija

Augalų fotosintezė vyksta chloroplastuose: izoliuotose dviejų membranų ląstelių organelėse. Chloroplastų gali būti vaisių, stiebų ląstelėse, tačiau pagrindinis fotosintezės organas, anatomiškai pritaikytas jo valdymui, yra lapas. Lape palisado parenchimos audinys yra turtingiausias chloroplastų. Kai kuriuose sukulentuose su išsigimusiais lapais (pavyzdžiui, kaktusų) pagrindinė fotosintezės veikla yra susijusi su stiebu.

Dėl plokščios lapo formos fotosintezei reikalinga šviesa užfiksuojama geriau, todėl susidaro didelis paviršiaus ir tūrio santykis. Vanduo tiekiamas iš šaknų per išvystytą kraujagyslių tinklą (lapų gyslas). Anglies dioksidas iš dalies patenka difuzijos būdu per odelę ir epidermį, tačiau didžioji jo dalis pasklinda į lapą per stomatą ir per lapą per tarpląstelinę erdvę. Augalai, vykdantys CAM fotosintezę, suformavo specialius aktyvaus anglies dioksido asimiliacijos mechanizmus.

Vidinė chloroplasto erdvė užpildyta bespalviu turiniu (stroma) ir persmelkta membranomis (lamelėmis), kurios, susijungusios viena su kita, sudaro tilakoidus, kurie savo ruožtu sugrupuojami į krūvas, vadinamas grana. Intratilakoidinė erdvė yra atskirta ir nesusisiekia su likusia stromos dalimi, taip pat daroma prielaida, kad visų tilakoidų vidinė erdvė bendrauja tarpusavyje. Šviesios fotosintezės stadijos apsiriboja membranomis, o stromoje vyksta autotrofinė CO 2 fiksacija.

Chloroplastai turi savo DNR, RNR, ribosomas (70s tipo), vyksta baltymų sintezė (nors šis procesas valdomas iš branduolio). Jie nesintetinami iš naujo, o susidaro dalijant ankstesnius. Visa tai leido juos laikyti laisvųjų cianobakterijų palikuonimis, kurios simbiogenezės procese buvo įtrauktos į eukariotinės ląstelės sudėtį.

Fotosistema I

Šviesos surinkimo komplekse I yra apie 200 chlorofilo molekulių.

Pirmosios fotosistemos reakcijos centre yra chlorofilo dimeras, kurio sugerties maksimumas yra 700 nm (P700). Sužadintas šviesos kvantu, jis atkuria pirminį akceptorių – chlorofilą a, kuris yra antrinis (vitaminas K 1 arba filochinonas), po to elektronas perkeliamas į ferredoksiną, kuris atkuria NADP naudojant fermentą ferredoksino-NADP-reduktazę.

Baltymas plastocianinas, redukuotas b 6 f komplekse, yra pernešamas į pirmosios fotosistemos reakcijos centrą iš intratilakoidinės erdvės pusės ir perkelia elektroną į oksiduotą P700.

Ciklinis ir pseudociklinis elektronų pernešimas

Be viso neciklinio elektronų kelio, aprašyto aukščiau, buvo rasti cikliniai ir pseudocikliniai keliai.

Ciklinio kelio esmė yra ta, kad ferredoksinas vietoj NADP atkuria plastochinoną, kuris perkelia jį atgal į b 6 f kompleksą. Rezultatas yra didesnis protonų gradientas ir daugiau ATP, bet nėra NADPH.

Pseudocikliniame kelyje ferredoksinas sumažina deguonies kiekį, kuris toliau virsta vandeniu ir gali būti naudojamas II fotosistemoje. Jis taip pat negamina NADPH.

tamsi stadija

Tamsioje stadijoje, dalyvaujant ATP ir NADPH, CO 2 redukuojamas iki gliukozės (C 6 H 12 O 6). Nors šviesa šiam procesui nereikalinga, ji dalyvauja jo reguliavime.

C 3 -fotosintezė, Kalvino ciklas

Trečiajame etape dalyvauja 5 PHA molekulės, kurios, susidarant 4-, 5-, 6- ir 7-anglies junginiams, sujungiamos į 3 5-anglies ribolozės-1,5-bifosfatą, kuriam reikia 3ATP. .

Galiausiai, gliukozės sintezei reikia dviejų PHA. Kad susidarytų viena iš jo molekulių, reikalingi 6 ciklo apsisukimai, 6 CO 2, 12 NADPH ir 18 ATP.

C 4 -fotosintezė

Pagrindiniai straipsniai: Ciklas Hatch-Slack-Karpilov, C4 fotosintezė

Esant žemai stromoje ištirpusio CO 2 koncentracijai, ribulozės bisfosfato karboksilazė katalizuoja ribulozės-1,5-bisfosfato oksidacijos reakciją ir jo skilimą į 3-fosfoglicerino rūgštį ir fosfoglikolio rūgštį, kuri yra priverstinai naudojama fotokvėpavimo procese.

Norėdami padidinti CO 2 C 4 koncentraciją, augalai pakeitė lapo anatomiją. Kalvino ciklas juose yra lokalizuotas laidžiojo pluošto apvalkalo ląstelėse, o mezofilo ląstelėse, veikiant PEP-karboksilazei, fosfenolpiruvatas karboksilinamas, kad susidarytų oksaloacto rūgštis, kuri virsta malatu arba aspartatu ir yra pernešamas į apvalkalo ląsteles, kur dekarboksilinamas susidarant piruvatui, grįžta į mezofilo ląsteles.

Su 4 fotosinteze praktiškai nėra ribuliozės-1,5-bisfosfato nuostolių iš Kalvino ciklo, todėl ji yra efektyvesnė. Tačiau 1 gliukozės molekulės sintezei reikia ne 18, o 30 ATP. Tai pasiteisina tropikuose, kur dėl karšto klimato stomatas reikia laikyti uždarytas, neleidžiant CO2 patekti į lapą, taip pat taikant ruderalinio gyvenimo strategiją.

CAM fotosintezė

Vėliau buvo nustatyta, kad augalai, be deguonies išskyrimo, sugeria anglies dioksidą ir, dalyvaujant vandeniui, šviesoje sintetina organines medžiagas. Robertas Mayeris, remdamasis energijos tvermės dėsniu, teigė, kad augalai saulės šviesos energiją paverčia cheminių ryšių energija. W. Pfefferis šį procesą pavadino fotosinteze.

Chlorofilai pirmą kartą buvo išskirti P. J. Peltier ir J. Cavent. MS Tsvet savo sukurtu chromatografijos metodu sugebėjo atskirti pigmentus ir ištirti juos atskirai. Chlorofilo sugerties spektrus tyrė K. A. Timiryazevas, kuris, plėtodamas Mayer nuostatas, parodė, kad būtent sugerti spinduliai leido padidinti sistemos energiją sukuriant didelės energijos C-C vietoj silpnų C-O ir O-H ryšių. (prieš tai buvo manoma, kad fotosintezėje naudojami geltoni spinduliai, kurių nesugeria lapų pigmentai). Tai buvo padaryta dėl jo sukurto metodo, skirto atsižvelgti į fotosintezę sugertu CO 2: atliekant eksperimentus apšviečiant augalą skirtingo bangos ilgio (skirtingų spalvų) šviesa, paaiškėjo, kad fotosintezės intensyvumas sutampa su fotosintezės intensyvumu. chlorofilo absorbcijos spektras.

Fotosintezės redoksinę esmę (ir deguoninę, ir anoksigeninę) postulavo Cornelis van Niel. Tai reiškė, kad deguonis fotosintezėje susidaro tik iš vandens, ką eksperimentiškai patvirtino A. P. Vinogradovas, atlikdamas eksperimentus su izotopiniu žymėjimu. Ponas Robertas Hillas nustatė, kad vandens oksidacijos (ir deguonies išsiskyrimo), taip pat CO 2 asimiliacijos procesas gali būti atsietas. V-D.Arnonas nustatė fotosintezės šviesos stadijų mechanizmą, o CO 2 asimiliacijos proceso esmę 1940-ųjų pabaigoje naudodamas anglies izotopus atskleidė Melvinas Calvinas, už šį darbą buvo apdovanotas Nobelio premija.

Kiti faktai

taip pat žr

Literatūra

  • D salė, Rao K. Fotosintezė: Per. iš anglų kalbos. - M.: Mir, 1983 m.
  • Augalų fiziologija / red. prof. Ermakova I. P. - M .: Akademija, 2007 m
  • Ląstelės molekulinė biologija / Albertis B., Bray D. ir kt., 3 t. - M.: Mir, 1994 m
  • Rubinas A. B. Biofizika. 2 t. - M.: Red. Maskvos universitetas ir mokslas, 2004 m.
  • Černavskaja N. M.,

APIBRĖŽIMAS: Fotosintezė yra organinių medžiagų susidarymo procesas iš anglies dioksido ir vandens, esant šviesai, išskiriant deguonį.

Trumpas fotosintezės paaiškinimas

Fotosintezės procese dalyvauja:

1) chloroplastai,

3) anglies dioksidas,

5) temperatūra.

Aukštesniuose augaluose fotosintezė vyksta chloroplastuose – ovalo formos plastidėse (pusiau autonominėse organelėse), kuriose yra pigmento chlorofilo, dėl kurio žalios spalvos augalo dalys taip pat turi žalią spalvą.

Dumbliuose chlorofilas randamas chromatoforuose (pigmento turinčiose ir šviesą atspindinčiose ląstelėse). Rudieji ir raudonieji dumbliai, gyvenantys dideliame gylyje, kur saulės spinduliai prastai pasiekia, turi kitų pigmentų.

Jei pažvelgsite į visų gyvų būtybių maisto piramidę, fotosintetiniai organizmai yra pačiame apačioje, kaip autotrofų (organinių medžiagų, sintetinančių iš neorganinių) dalis. Todėl jie yra maisto šaltinis visai planetos gyvybei.

Fotosintezės metu į atmosferą išsiskiria deguonis. Iš jo viršutiniuose atmosferos sluoksniuose susidaro ozonas. Ozono skydas apsaugo Žemės paviršių nuo atšiaurios ultravioletinės spinduliuotės, kurios dėka gyvybė galėjo persikelti iš jūros į sausumą.

Deguonis yra būtinas augalų ir gyvūnų kvėpavimui. Kai gliukozė oksiduojama dalyvaujant deguoniui, mitochondrijos sukaupia beveik 20 kartų daugiau energijos nei be jos. Dėl to maisto naudojimas tampa daug efektyvesnis, todėl paukščių ir žinduolių medžiagų apykaita sulėtėja.

Išsamesnis augalų fotosintezės proceso aprašymas

Fotosintezės eiga:

Fotosintezės procesas prasideda nuo šviesos patekimo į chloroplastus – tarpląstelinius pusiau autonominius organelius, kuriuose yra žalio pigmento. Šviesos įtakoje chloroplastai pradeda vartoti vandenį iš dirvožemio, skaidydami jį į vandenilį ir deguonį.

Dalis deguonies patenka į atmosferą, kita dalis patenka į oksidacinius procesus augale.

Cukrus jungiasi su iš dirvos gaunamu azotu, siera ir fosforu, tokiu būdu žalieji augalai gamina krakmolą, riebalus, baltymus, vitaminus ir kitus jų gyvenimui reikalingus kompleksinius junginius.

Fotosintezę geriausia atlikti veikiant saulės spinduliams, tačiau kai kurie augalai gali pasitenkinti dirbtiniu apšvietimu.

Sudėtingas fotosintezės mechanizmų aprašymas pažengusiems skaitytojams

Iki XX amžiaus 60-ųjų mokslininkai žinojo tik vieną anglies dioksido fiksavimo mechanizmą - išilgai C3-pentozės fosfato kelio. Tačiau neseniai Australijos mokslininkų grupei pavyko įrodyti, kad kai kuriuose augaluose anglies dioksido kiekis sumažėja per C4 dikarboksirūgščių ciklą.

Augaluose su C3 reakcija fotosintezė aktyviausiai vyksta vidutinės temperatūros ir šviesos sąlygomis, daugiausia miškuose ir tamsiose vietose. Šie augalai apima beveik visus kultūrinius augalus ir daugumą daržovių. Jie sudaro žmogaus mitybos pagrindą.

Augaluose, kuriuose vyksta C4 reakcija, fotosintezė aktyviausiai vyksta aukštos temperatūros ir šviesos sąlygomis. Tokie augalai yra, pavyzdžiui, kukurūzai, sorgai ir cukranendrės, kurie auga šiltame ir atogrąžų klimate.

Pati augalų medžiagų apykaita buvo atrasta visai neseniai, kai pavyko išsiaiškinti, kad kai kuriuose augaluose, turinčiuose specialius audinius vandeniui kaupti, anglies dioksidas kaupiasi organinių rūgščių pavidalu ir angliavandeniuose užsifiksuoja tik po paros. Šis mechanizmas padeda augalams taupyti vandenį.

Kaip vyksta fotosintezės procesas

Augalai sugeria šviesą žalia medžiaga, vadinama chlorofilu. Chlorofilas randamas chloroplastuose, kurių yra stiebuose arba vaisiuose. Ypač daug jų yra lapuose, nes dėl labai plokščios struktūros lapas gali pritraukti daug šviesos, atitinkamai gauti daug daugiau energijos fotosintezės procesui.

Po absorbcijos chlorofilas yra sužadintos būsenos ir perduoda energiją kitoms augalo organizmo molekulėms, ypač toms, kurios tiesiogiai dalyvauja fotosintezėje. Antrasis fotosintezės proceso etapas vyksta be privalomo šviesos ir susideda iš cheminės jungties gavimo dalyvaujant anglies dioksidui, gautam iš oro ir vandens. Šiame etape sintetinamos įvairios gyvybei labai naudingos medžiagos, tokios kaip krakmolas ir gliukozė.

Šias organines medžiagas patys augalai naudoja įvairioms jo dalims maitinti, taip pat normaliam gyvenimui palaikyti. Be to, šias medžiagas gauna ir gyvūnai, valgydami augalus. Šių medžiagų žmonės gauna ir valgydami gyvulinius bei augalinius produktus.

fotosintezės sąlygos

Fotosintezė gali vykti tiek veikiant dirbtinei šviesai, tiek saulės šviesai. Paprastai gamtoje augalai intensyviai „dirba“ pavasario-vasaros laikotarpiu, kai yra daug būtinos saulės šviesos. Rudenį būna mažiau šviesos, trumpėja diena, lapai iš pradžių pagelsta, paskui nukrinta. Tačiau kai tik pasirodys šilta pavasario saulė, vėl atsiras žalia lapija ir žalios „gamyklos“ vėl pradės savo darbą, aprūpindamos gyvybei taip reikalingu deguonimi ir daugybe kitų maistinių medžiagų.

Alternatyvus fotosintezės apibrėžimas

Fotosintezė (iš kitos graikų kalbos foto - šviesa ir sintezė - sujungimas, lankstymas, surišimas, sintezė) - šviesos energijos pavertimo organinių medžiagų cheminių ryšių energija šviesoje fotoautotrofais, dalyvaujant fotosintetiniams pigmentams (chlorofilui augaluose). , bakteriochlorofilas ir bakteriorodopsinas bakterijose). Šiuolaikinėje augalų fiziologijoje fotosintezė dažniau suprantama kaip fotoautotrofinė funkcija – šviesos kvantų absorbcijos, transformacijos ir energijos panaudojimo procesų visuma įvairiose endergoninėse reakcijose, įskaitant anglies dioksido pavertimą organinėmis medžiagomis.

Fotosintezės fazės

Fotosintezė yra gana sudėtingas procesas ir apima dvi fazes: šviesą, kuri visada vyksta tik šviesoje, ir tamsos. Visi procesai vyksta chloroplastų viduje ant specialių mažų organų – tilakodijų. Šviesos fazės metu chlorofilas sugeria šviesos kvantą, todėl susidaro ATP ir NADPH molekulės. Vanduo skyla, sudarydamas vandenilio jonus ir išskirdamas deguonies molekulę. Kyla klausimas, kas yra šios nesuvokiamos paslaptingos medžiagos: ATP ir NADH?

ATP yra ypatinga organinė molekulė, randama visuose gyvuose organizmuose ir dažnai vadinama „energijos“ valiuta. Būtent šiose molekulėse yra didelės energijos jungčių ir jos yra energijos šaltinis bet kokiai organinei sintezei ir cheminiams procesams organizme. Na, o NADPH iš tikrųjų yra vandenilio šaltinis, jis tiesiogiai naudojamas didelės molekulinės masės organinių medžiagų – angliavandenių – sintezėje, kuri vyksta antroje, tamsioje fotosintezės fazėje naudojant anglies dioksidą.

Šviesioji fotosintezės fazė

Chloroplastuose yra daug chlorofilo molekulių ir jie visi sugeria saulės šviesą. Tuo pačiu metu šviesą sugeria kiti pigmentai, tačiau jie nežino, kaip atlikti fotosintezę. Pats procesas vyksta tik kai kuriose chlorofilo molekulėse, kurių yra labai nedaug. Kitos chlorofilo, karotinoidų ir kitų medžiagų molekulės sudaro specialius antenų ir šviesos surinkimo kompleksus (SSC). Jos, kaip ir antenos, sugeria šviesos kvantus ir perduoda sužadinimą į specialius reakcijos centrus arba spąstus. Šie centrai išsidėstę fotosistemose, kurių augaluose yra dvi: fotosistema II ir fotosistema I. Juose yra specialių chlorofilo molekulių: atitinkamai II fotosistemoje – P680, o I fotosistemoje – P700. Jie sugeria būtent tokio bangos ilgio šviesą (680 ir 700 nm).

Schema aiškiai parodo, kaip viskas atrodo ir vyksta šviesioje fotosintezės fazėje.

Paveiksle matome dvi fotosistemas su chlorofilais P680 ir P700. Paveiksle taip pat pavaizduoti nešikliai, kuriais pernešami elektronai.

Taigi: abi dviejų fotosistemų chlorofilo molekulės sugeria šviesos kvantą ir yra sužadintos. E-elektronas (paveiksle raudonas) pereina į aukštesnį energijos lygį.

Sužadinti elektronai turi labai didelę energiją, jie atsiskiria ir patenka į specialią nešėjų grandinę, kuri yra tilakoidų membranose – vidinėse chloroplastų struktūrose. Paveikslėlyje parodyta, kad iš II fotosistemos iš chlorofilo P680 elektronas pereina į plastochinoną, o iš I fotosistemos iš chlorofilo P700 – į ferredoksiną. Pačiose chlorofilo molekulėse vietoj elektronų, joms atsiskyrus, susidaro mėlynos skylės su teigiamu krūviu. Ką daryti?

Kad kompensuotų elektrono trūkumą, II fotosistemos chlorofilo P680 molekulė priima elektronus iš vandens ir susidaro vandenilio jonai. Be to, būtent dėl ​​vandens irimo į atmosferą patenka deguonis. O chlorofilo P700 molekulė, kaip matyti iš paveikslo, kompensuoja elektronų trūkumą per II fotosistemos nešiklių sistemą.

Apskritai, kad ir kaip sunku būtų, taip vyksta šviesos fotosintezės fazė, pagrindinė jos esmė yra elektronų perdavimas. Taip pat iš paveikslo matyti, kad lygiagrečiai pernešant elektronus per membraną juda vandenilio jonai H+, kurie kaupiasi tilakoido viduje. Kadangi jų ten daug, jie juda į išorę pasitelkę specialų konjugavimo faktorių, kuris paveiksle yra oranžinis, parodytas dešinėje ir atrodo kaip grybas.

Galiausiai matome paskutinę elektronų transportavimo stadiją, dėl kurios susidaro jau minėtas NADH junginys. O dėl H + jonų perdavimo susintetinama energijos valiuta – ATP (pavaizduota paveikslėlyje dešinėje).

Taigi, šviesos fotosintezės fazė baigta, deguonis išsiskiria į atmosferą, susidaro ATP ir NADH. O kas toliau? Kur žadėta ekologiška? Ir tada ateina tamsioji stadija, kurią daugiausia sudaro cheminiai procesai.

Tamsioji fotosintezės fazė

Tamsiojoje fotosintezės fazėje privalomas komponentas yra anglies dioksidas - CO2. Todėl augalas turi nuolat jį sugerti iš atmosferos. Tam tikslui lapo paviršiuje yra specialios struktūros – stomatai. Jiems atsivėrus, CO2 patenka tiksliai į lapo vidų, ištirpsta vandenyje ir reaguoja su šviesia fotosintezės faze.

Lengvosios fazės metu daugumoje augalų CO2 prisijungia prie penkių anglies organinių junginių (kuris yra penkių anglies molekulių grandinė), todėl susidaro dvi trijų anglies junginių (3-fosfoglicerino rūgšties) molekulės. Nes šie trijų anglies junginiai yra pagrindinis rezultatas, augalai su tokio tipo fotosinteze vadinami C3 augalais.

Tolesnė sintezė chloroplastuose yra gana sudėtinga. Galiausiai susidaro šešių anglies junginių junginys, iš kurio vėliau gali būti susintetinta gliukozė, sacharozė arba krakmolas. Šių organinių medžiagų pavidalu augalas kaupia energiją. Tuo pačiu metu lape lieka tik nedidelė jų dalis, kuri panaudojama savo reikmėms, o likusieji angliavandeniai keliauja po visą augalą, patenka ten, kur labiausiai reikia energijos – pavyzdžiui, augimo taškuose.

Kaip trumpai ir aiškiai paaiškinti tokį sudėtingą procesą kaip fotosintezė? Augalai yra vieninteliai gyvi organizmai, galintys patys gaminti maistą. Kaip jie tai padaro? Visas augimui reikalingas medžiagas jie gauna iš aplinkos: anglies dvideginio – iš oro, vandens ir – iš dirvožemio. Jiems taip pat reikia saulės šviesos energijos. Ši energija sukelia tam tikras chemines reakcijas, kurių metu anglies dioksidas ir vanduo paverčiami gliukoze (mityba), o vyksta fotosintezė. Trumpai ir aiškiai proceso esmę galima paaiškinti net mokyklinio amžiaus vaikams.

„Kartu su šviesa“

Žodis „fotosintezė“ kilęs iš dviejų graikų kalbos žodžių – „foto“ ir „sintezė“, derinio, kuris vertime reiškia „kartu su šviesa“. Saulės energija paverčiama chemine energija. Cheminė fotosintezės lygtis:

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

Tai reiškia, kad gliukozei gaminti naudojamos 6 anglies dioksido molekulės ir dvylika vandens molekulių (kartu su saulės šviesa), todėl susidaro šešios deguonies molekulės ir šešios vandens molekulės. Jei tai pavaizduojame žodinės lygties forma, gauname:

Vanduo + saulė => gliukozė + deguonis + vanduo.

Saulė yra labai galingas energijos šaltinis. Žmonės visada stengiasi jį panaudoti gamindami elektrą, apšiltindami namus, šildydami vandenį ir pan. Augalai prieš milijonus metų „suprato“, kaip panaudoti saulės energiją, nes tai buvo būtina jų išlikimui. Fotosintezę galima trumpai ir aiškiai paaiškinti taip: augalai naudoja saulės šviesos energiją ir paverčia ją chemine energija, kurios rezultatas – cukrus (gliukozė), kurio perteklius kaupiamas kaip krakmolas lapuose, šaknyse, stiebuose. ir augalo sėklos. Saulės energija perduodama augalams, taip pat gyvūnams, kuriuos šie augalai valgo. Kai augalui reikia maistinių medžiagų augimui ir kitiems gyvenimo procesams, šios atsargos yra labai naudingos.

Kaip augalai sugeria saulės energiją?

Trumpai ir aiškiai kalbant apie fotosintezę, verta paliesti klausimą, kaip augalai sugeba įsisavinti saulės energiją. Taip yra dėl ypatingos lapų struktūros, į kurią įeina žaliosios ląstelės – chloroplastai, kuriuose yra specialios medžiagos, vadinamos chlorofilu. Būtent tai suteikia lapams žalią spalvą ir yra atsakinga už saulės šviesos energijos sugėrimą.


Kodėl dauguma lapų yra platūs ir plokšti?

Fotosintezė vyksta augalų lapuose. Stebina tai, kad augalai yra labai gerai prisitaikę gaudyti saulės šviesą ir sugerti anglies dioksidą. Dėl plataus paviršiaus bus užfiksuota daug daugiau šviesos. Būtent dėl ​​šios priežasties saulės baterijos, kurios kartais įrengiamos ant namų stogų, taip pat yra plačios ir plokščios. Kuo didesnis paviršius, tuo geriau sugeriama.

Kas dar svarbu augalams?

Kaip ir žmonėms, augalams taip pat reikia maistinių medžiagų, kad išliktų sveiki, augtų ir gerai veiktų. Vandenyje ištirpusių mineralų jie gauna iš dirvožemio per savo šaknis. Jei dirvoje trūksta mineralinių maisto medžiagų, augalas normaliai vystysis. Ūkininkai dažnai išbando dirvožemį, kad įsitikintų, jog jame yra pakankamai maistinių medžiagų pasėliams augti. Kitu atveju naudokite trąšas, kuriose yra būtinų augalų mitybai ir augimui mineralų.

Kodėl fotosintezė tokia svarbi?

Trumpai ir aiškiai vaikams paaiškinant fotosintezę, verta paminėti, kad šis procesas yra viena svarbiausių cheminių reakcijų pasaulyje. Kokios tokio skambaus pareiškimo priežastys? Pirma, fotosintezė maitina augalus, kurie savo ruožtu maitina visus kitus planetos gyvius, įskaitant gyvūnus ir žmones. Antra, dėl fotosintezės į atmosferą patenka kvėpavimui reikalingas deguonis. Visi gyvi daiktai įkvepia deguonį ir iškvepia anglies dioksidą. Laimei, augalai elgiasi priešingai, todėl žmonėms ir gyvūnams jiems labai svarbu kvėpuoti.

Nuostabus procesas

Augalai, pasirodo, irgi moka kvėpuoti, tačiau, skirtingai nei žmonės ir gyvūnai, iš oro sugeria anglies dvideginį, o ne deguonį. Augalai taip pat geria. Štai kodėl reikia juos laistyti, kitaip jie mirs. Šaknų sistemos pagalba vanduo ir maisto medžiagos pernešamos į visas augalo kūno dalis, o anglies dvideginis absorbuojamas per mažas lapų skylutes. Cheminės reakcijos pradžios veiksnys yra saulės šviesa. Visus susidariusius medžiagų apykaitos produktus augalai naudoja mitybai, į atmosferą išleidžiamas deguonis. Taip galite trumpai ir aiškiai paaiškinti, kaip vyksta fotosintezės procesas.

Fotosintezė: šviesioji ir tamsioji fotosintezės fazės

Nagrinėjamas procesas susideda iš dviejų pagrindinių dalių. Yra dvi fotosintezės fazės (aprašymas ir lentelė – žemiau). Pirmasis vadinamas šviesos faze. Jis atsiranda tik esant šviesai tilaoidinėse membranose, dalyvaujant chlorofilui, elektronų nešiklius ir fermentą ATP sintetazę. Ką dar slepia fotosintezė? Uždekite ir pakeiskite vienas kitą, kai ateina diena ir naktis (Calvin ciklai). Tamsiosios fazės metu susidaro ta pati gliukozė, maistas augalams. Šis procesas taip pat vadinamas nepriklausoma nuo šviesos reakcija.

šviesos fazė tamsi fazė

1. Chloroplastuose vykstančios reakcijos galimos tik esant šviesai. Šios reakcijos paverčia šviesos energiją chemine energija.

2. Chlorofilas ir kiti pigmentai sugeria saulės spindulių energiją. Ši energija perduodama fotosistemoms, atsakingoms už fotosintezę.

3. Vanduo naudojamas elektronams ir vandenilio jonams, taip pat dalyvauja deguonies gamyboje

4. Elektronai ir vandenilio jonai naudojami ATP (energijos kaupimo molekulei) sukurti, kuri reikalinga kitoje fotosintezės fazėje.

1. Nešviesos ciklo reakcijos vyksta chloroplastų stromoje

2. Anglies dioksidas ir energija iš ATP naudojami gliukozės pavidalu

Išvada

Iš viso to, kas išdėstyta pirmiau, galima padaryti tokias išvadas:

  • Fotosintezė yra procesas, kurio metu galima gauti energijos iš saulės.
  • Saulės šviesos energiją chlorofilas paverčia chemine energija.
  • Chlorofilas suteikia augalams žalią spalvą.
  • Fotosintezė vyksta augalų lapų chloroplastuose.
  • Anglies dioksidas ir vanduo yra būtini fotosintezei.
  • Anglies dioksidas į augalą patenka per mažytes skylutes, stomatas, o pro jas išeina deguonis.
  • Vanduo į augalą įsigeria per jo šaknis.
  • Be fotosintezės pasaulyje nebūtų maisto.

Fotosintezė yra organinių medžiagų sintezės iš neorganinių medžiagų, naudojant šviesos energiją, procesas. Daugeliu atvejų fotosintezę vykdo augalai, naudodami ląstelių organelius, tokius kaip chloroplastai kurių sudėtyje yra žalio pigmento chlorofilas.

Jei augalai nepajėgtų sintetinti organinių medžiagų, tai beveik visi kiti Žemės organizmai neturėtų ką valgyti, nes gyvūnai, grybai ir daugelis bakterijų negali sintetinti organinių medžiagų iš neorganinių. Jie sugeria tik paruoštus, skaido į paprastesnius, iš kurių vėl surenka sudėtingus, bet jau būdingus savo kūnui.

Taip yra, jei apie fotosintezę ir jos vaidmenį kalbame labai trumpai. Norint suprasti fotosintezę, reikia pasakyti plačiau: kokios konkrečios neorganinės medžiagos naudojamos, kaip vyksta sintezė?

Fotosintezei reikalingos dvi neorganinės medžiagos – anglies dioksidas (CO 2) ir vanduo (H 2 O). Pirmąjį iš oro sugeria augalų oro dalys, daugiausia per stomatą. Vanduo – iš dirvožemio, iš kur laidžiąja augalų sistema tiekia į fotosintetines ląsteles. Fotosintezei taip pat reikia fotonų energijos (hν), tačiau jų negalima priskirti medžiagai.

Iš viso dėl fotosintezės susidaro organinės medžiagos ir deguonis (O 2). Paprastai prie organinių medžiagų dažniausiai turima omenyje gliukozė (C 6 H 12 O 6).

Organiniai junginiai daugiausia sudaryti iš anglies, vandenilio ir deguonies atomų. Jų yra anglies dvideginyje ir vandenyje. Tačiau fotosintezė išskiria deguonį. Jo atomai kilę iš vandens.

Trumpai ir paprastai fotosintezės reakcijos lygtis paprastai rašoma taip:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Bet ši lygtis neatspindi fotosintezės esmės, nedaro jos suprantamos. Žiūrėk, nors lygtis subalansuota, bet iš viso laisvo deguonies atomų yra 12. Bet mes sakėme, kad jie kilę iš vandens, o jų yra tik 6.

Tiesą sakant, fotosintezė vyksta dviem etapais. Pirmasis vadinamas šviesa, antras - tamsus. Tokie pavadinimai yra dėl to, kad šviesos reikia tik šviesos fazė , tamsi fazė nepriklauso nuo jo buvimo, tačiau tai nereiškia, kad jis vaikšto tamsoje. Šviesos fazė tęsiasi ant tilaoidinių membranų chloroplastas, tamsiai – chloroplasto stromoje.

Lengvoje fazėje CO 2 surišimas nevyksta. Yra tik saulės energijos gaudymas chlorofilo kompleksais, jos saugojimas ATP, energijos naudojimas atkurti NADP į NADP*H 2 . Šviesos sužadinto chlorofilo energijos srautą užtikrina elektronai, perduodami fermentų elektronų transportavimo grandine, įmontuota į tilakoidų membranas.

Vandenilis NADP paimamas iš vandens, kuris, veikiamas saulės šviesos, skyla į deguonies atomus, vandenilio protonus ir elektronus. Šis procesas vadinamas fotolizė. Deguonis iš vandens fotosintezei nereikalingas. Dviejų vandens molekulių deguonies atomai susijungia ir sudaro molekulinį deguonį. Fotosintezės šviesos fazės reakcijos lygtis trumpai atrodo taip:

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

Taigi deguonies išsiskyrimas vyksta šviesioje fotosintezės fazėje. Vienos vandens molekulės fotolizės metu iš ADP ir fosforo rūgšties susintetintų ATP molekulių skaičius gali būti skirtingas: viena arba dvi.

Taigi, ATP ir NADP * H 2 ateina iš šviesiosios fazės į tamsiąją. Čia pirmojo energija ir antrojo atkuriamoji jėga išleidžiama anglies dioksidui surišti. Šis fotosintezės etapas negali būti paaiškintas paprastai ir trumpai, nes jis nevyksta taip, kad šešios CO 2 molekulės susijungtų su vandeniliu, išsiskiriančiu iš NADP * H 2 molekulių ir susidaro gliukozė:

6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6 NADP
(reakcija vyksta sunaudojant ATP energiją, kuri skyla į ADP ir fosforo rūgštį).

Aukščiau pateikta reakcija yra tik supaprastinimas, kad būtų lengviau suprasti. Tiesą sakant, anglies dioksido molekulės jungiasi po vieną, prisijungdamos prie jau paruoštos penkių anglies organinių medžiagų. Susidaro nestabili šešių angliavandenių organinė medžiaga, kuri skyla į trijų angliavandenių molekules. Kai kurios iš šių molekulių naudojamos pradinei penkių anglies junginių medžiagai pakartotinai sintezuoti CO 2 surišimui. Ši pakartotinė sintezė yra numatyta Kalvino ciklas. Mažesnė angliavandenių molekulių dalis, kurią sudaro trys anglies atomai, palieka ciklą. Jau iš jų ir kitų medžiagų sintetinamos visos kitos organinės medžiagos (angliavandeniai, riebalai, baltymai).

Tai iš tikrųjų yra trijų anglies cukrų, o ne gliukozė, išeina iš tamsiosios fotosintezės fazės.