Istoria studiului fotosintezei. Scurt. Ce este fotosinteza? Aplicații ale fotosintezei Ce este fotosinteza

Fotosinteza fara clorofila

Localizare spațială

Fotosinteza plantelor se realizează în cloroplaste: organele celulare izolate cu două membrane. Cloroplastele pot fi în celulele fructelor, tulpinilor, cu toate acestea, principalul organ al fotosintezei, adaptat anatomic pentru gestionarea sa, este o frunză. În frunză, țesutul parenchimului palisat este cel mai bogat în cloroplaste. La unele suculente cu frunze degenerate (cum ar fi cactușii), principala activitate fotosintetică este asociată cu tulpina.

Lumina pentru fotosinteză este captată mai complet datorită formei plate a frunzei, oferind un raport mare suprafață/volum. Apa este livrată de la rădăcină printr-o rețea dezvoltată de vase (vene ale frunzelor). Dioxidul de carbon intră parțial prin difuzie prin cuticulă și epidermă, dar cea mai mare parte difuzează în frunză prin stomată și prin frunză prin spațiul intercelular. Plantele care efectuează fotosinteza CAM au format mecanisme speciale pentru asimilarea activă a dioxidului de carbon.

Spațiul interior al cloroplastei este umplut cu conținut incolor (stromă) și pătruns cu membrane (lamele), care, atunci când sunt combinate între ele, formează tilacoizi, care la rândul lor sunt grupați în stive numite grana. Spațiul intratilacoid este separat și nu comunică cu restul stromei, de asemenea, se presupune că spațiul intern al tuturor tilacoizilor comunică între ei. Stadiile ușoare ale fotosintezei sunt limitate la membrane; fixarea autotrofă a CO 2 are loc în stromă.

Cloroplastele au propriul lor ADN, ARN, ribozomi (tipul 70), sinteza proteinelor este în curs (deși acest proces este controlat din nucleu). Nu se sintetizează din nou, ci se formează prin împărțirea celor anterioare. Toate acestea au făcut posibil să se considere descendenți ai cianobacteriilor libere, care au fost incluse în compoziția celulei eucariote în procesul de simbiogeneză.

Fotosistemul I

Complexul I de recoltare a luminii conține aproximativ 200 de molecule de clorofilă.

Centrul de reacție al primului fotosistem conține un dimer de clorofilă cu o absorbție maximă la 700 nm (P700). După ce este excitat de un cuantum de lumină, reface acceptorul primar - clorofila a, care este secundar (vitamina K 1 sau filochinona), după care electronul este transferat la ferredoxină, care restabilește NADP folosind enzima ferredoxin-NADP-reductază.

Proteina plastocianina, redusă în complexul b6f, este transportată în centrul de reacție al primului fotosistem din partea spațiului intratilacoid și transferă un electron către P700 oxidat.

Transportul de electroni ciclic și pseudociclic

În plus față de calea completă a electronilor neciclice descrisă mai sus, au fost găsite căi ciclice și pseudo-ciclice.

Esența căii ciclice este că ferredoxina în loc de NADP restaurează plastochinona, care o transferă înapoi în complexul b6f. Rezultatul este un gradient de protoni mai mare și mai mult ATP, dar fără NADPH.

Pe calea pseudociclică, ferredoxina reduce oxigenul, care este transformat în continuare în apă și poate fi utilizat în fotosistemul II. De asemenea, nu produce NADPH.

stadiu întunecat

În stadiul de întuneric, cu participarea ATP și NADPH, CO 2 este redus la glucoză (C 6 H 12 O 6). Deși lumina nu este necesară pentru acest proces, ea este implicată în reglarea acestuia.

C 3 -fotosinteză, ciclul Calvin

În a treia etapă sunt implicate 5 molecule PHA care, prin formarea de compuși cu 4, 5, 6 și 7 atomi de carbon, sunt combinate în ribuloză-1,5-bifosfat cu 3 atomi de carbon, care necesită 3ATP. .

În cele din urmă, sunt necesare două PHA pentru sinteza glucozei. Pentru formarea uneia dintre moleculele sale, sunt necesare 6 ture ale ciclului, 6 CO 2, 12 NADPH și 18 ATP.

C 4 -fotosinteză

Articole principale: Ciclul Hatch-Slack-Karpilov, C4 fotosinteza

La o concentrație scăzută de CO 2 dizolvată în stromă, ribuloza bifosfat carboxilaza catalizează reacția de oxidare a ribulozei-1,5-bisfosfatului și descompunerea acesteia în acid 3-fosfogliceric și acid fosfoglicolic, care este folosit forțat în procesul de fotorespirație.

Pentru a crește concentrația de CO 2 C 4 plantele au modificat anatomia frunzei. Ciclul Calvin în ele este localizat în celulele învelișului fasciculului conducător, în timp ce în celulele mezofilei, sub acțiunea PEP-carboxilazei, fosfoenolpiruvatul este carboxilat pentru a forma acid oxaloacetic, care se transformă în malat sau aspartat și este transportat la celulele tecii, unde este decarboxilat cu formarea de piruvat, returnat la celulele mezofile.

Cu 4 fotosinteza practic nu este însoțită de pierderi de ribuloză-1,5-bisfosfat din ciclul Calvin, prin urmare este mai eficientă. Cu toate acestea, necesită nu 18, ci 30 ATP pentru sinteza unei molecule de glucoză. Acest lucru dă roade la tropice, unde clima caldă necesită menținerea stomatelor închise, împiedicând intrarea CO2 în frunză și, de asemenea, într-o strategie de viață ruderală.

fotosinteza CAM

Mai târziu s-a constatat că, pe lângă eliberarea de oxigen, plantele absorb dioxidul de carbon și, cu participarea apei, sintetizează materia organică în lumină. În Robert Mayer, bazat pe legea conservării energiei, el a postulat că plantele convertesc energia luminii solare în energia legăturilor chimice. În W. Pfeffer a numit acest proces fotosinteză.

Clorofilele au fost izolate pentru prima dată în P. J. Peltier și J. Cavent. MS Tsvet a reușit să separe pigmenții și să-i studieze separat folosind metoda cromatografiei pe care a creat-o. Spectrele de absorbție ale clorofilei au fost studiate de K. A. Timiryazev, care, dezvoltând prevederile lui Mayer, a arătat că razele absorbite au făcut posibilă creșterea energiei sistemului prin crearea C-C de înaltă energie în loc de legături slabe C-O și O-H. (înainte de asta se credea că în fotosinteză folosește raze galbene care nu sunt absorbite de pigmenții frunzelor). Acest lucru a fost realizat datorită metodei pe care a creat-o pentru a lua în considerare fotosinteza prin CO 2 absorbit: în cursul experimentelor de iluminare a unei plante cu lumină de diferite lungimi de undă (de diferite culori), s-a dovedit că intensitatea fotosintezei coincide cu spectrul de absorbție al clorofilei.

Esența redox a fotosintezei (atât oxigenată, cât și anoxigenă) a fost postulată de Cornelis van Niel. Aceasta a însemnat că oxigenul din fotosinteză este format în întregime din apă, ceea ce a fost confirmat experimental de A.P. Vinogradov în experimente cu etichetare izotopică. În domnul Robert Hill a constatat că procesul de oxidare a apei (și eliberare de oxigen), precum și asimilarea CO 2 pot fi decuplate. V-D. Arnon a stabilit mecanismul etapelor luminoase ale fotosintezei, iar esența procesului de asimilare a CO 2 a fost dezvăluită de Melvin Calvin folosind izotopi de carbon la sfârșitul anilor 1940, pentru această lucrare fiind distins cu Premiul Nobel.

Alte fapte

Vezi si

Literatură

• Sala D., Rao K. Fotosinteza: Per. din engleza. - M.: Mir, 1983.
• Fiziologia plantelor / ed. prof. Ermakova I. P. - M .: Academia, 2007
• Biologia moleculară a celulei / Albertis B., Bray D. și colab., în 3 vol. - M.: Mir, 1994
• Rubin A.B. Biofizică. În 2 vol. - M.: Ed. Universitatea și Știința din Moscova, 2004.
• Chernavskaya N. M.,

DEFINIȚIE: Fotosinteza este procesul de formare a substanțelor organice din dioxid de carbon și apă, la lumină, cu eliberare de oxigen.

Scurtă explicație a fotosintezei

Următoarele sunt implicate în procesul de fotosinteză:

1) cloroplaste,

3) dioxid de carbon,

5) temperatura.

La plantele superioare, fotosinteza are loc în cloroplaste - plastide de formă ovală (organite semi-autonome) care conțin pigmentul clorofilă, datorită culorii verzi a cărei părți ale plantei au și o culoare verde.

În alge, clorofila se găsește în cromatofori (celule care conțin pigment și care reflectă lumina). Algele brune și roșii, care trăiesc la adâncimi considerabile unde lumina soarelui nu ajunge bine, au alți pigmenți.

Dacă te uiți la piramida alimentară a tuturor ființelor vii, organismele fotosintetice se află chiar în partea de jos, ca parte a autotrofelor (organisme care sintetizează substanțe organice din cele anorganice). Prin urmare, ele sunt o sursă de hrană pentru toată viața de pe planetă.

În timpul fotosintezei, oxigenul este eliberat în atmosferă. Din el se formează ozonul în atmosfera superioară. Scutul de ozon protejează suprafața Pământului de radiațiile ultraviolete dure, datorită cărora viața a putut să iasă din mare pe uscat.

Oxigenul este esențial pentru respirația plantelor și animalelor. Când glucoza este oxidată cu participarea oxigenului, mitocondriile stochează de aproape 20 de ori mai multă energie decât fără ea. Acest lucru face ca utilizarea alimentelor să fie mult mai eficientă, ceea ce a dus la rate metabolice ridicate la păsări și mamifere.

O descriere mai detaliată a procesului de fotosinteză a plantelor

Cursul fotosintezei:

Procesul de fotosinteză începe cu lumina care lovește cloroplastele - organele semi-autonome intracelulare care conțin un pigment verde. Sub influența luminii, cloroplastele încep să consume apa din sol, împărțind-o în hidrogen și oxigen.

O parte din oxigen este eliberată în atmosferă, cealaltă parte merge la procesele oxidative din plantă.

Zahărul se combină cu azotul, sulful și fosforul provenind din sol, în acest fel plantele verzi produc amidon, grăsimi, proteine, vitamine și alți compuși complecși necesari vieții lor.

Fotosinteza se face cel mai bine sub influența luminii solare, cu toate acestea, unele plante se pot mulțumi cu iluminarea artificială.

O descriere complexă a mecanismelor fotosintezei pentru cititorul avansat

Până în anii 60 ai secolului XX, oamenii de știință cunoșteau un singur mecanism de fixare a dioxidului de carbon - de-a lungul căii fosfatului C3-pentoză. Cu toate acestea, recent un grup de oameni de știință australieni a reușit să demonstreze că la unele plante reducerea dioxidului de carbon are loc prin ciclul acizilor dicarboxilici C4.

La plantele cu reacția C3, fotosinteza are loc cel mai activ în condiții de temperatură moderată și lumină, în principal în păduri și în locuri întunecate. Aceste plante includ aproape toate plantele cultivate și majoritatea legumelor. Ele formează baza dietei umane.

La plantele cu reacția C4, fotosinteza are loc cel mai activ în condiții de temperatură și lumină ridicate. Astfel de plante includ, de exemplu, porumb, sorg și trestie de zahăr, care cresc în climat cald și tropical.

Metabolismul plantelor în sine a fost descoperit destul de recent, când s-a putut afla că la unele plante care au țesuturi speciale pentru stocarea apei, dioxidul de carbon se acumulează sub formă de acizi organici și se fixează în carbohidrați abia după o zi. Acest mecanism ajută plantele să economisească apă.

Cum are loc procesul de fotosinteză

Plantele absorb lumina cu o substanță verde numită clorofilă. Clorofila se găsește în cloroplaste, care se găsesc în tulpini sau fructe. Există un număr deosebit de mare de ele în frunze, deoarece datorită structurii lor foarte plate, frunza poate atrage multă lumină, respectiv, obține mult mai multă energie pentru procesul de fotosinteză.

După absorbție, clorofila este într-o stare excitată și transferă energie altor molecule ale organismului vegetal, în special celor care sunt direct implicate în fotosinteză. A doua etapă a procesului de fotosinteză are loc fără participarea obligatorie a luminii și constă în obținerea unei legături chimice cu participarea dioxidului de carbon obținut din aer și apă. În această etapă, sunt sintetizate diverse substanțe foarte utile pentru viață, precum amidonul și glucoza.

Aceste substanțe organice sunt folosite de plante înseși pentru a-și hrăni diferitele părți, precum și pentru a menține viața normală. În plus, aceste substanțe sunt obținute și de animale, care mănâncă plante. Oamenii obțin aceste substanțe și prin consumul de produse animale și vegetale.

condiţii pentru fotosinteză

Fotosinteza poate avea loc atât sub influența luminii artificiale, cât și a luminii solare. De regulă, în natură, plantele „lucrează” intens în perioada primăvară-vară, când există multă lumină solară necesară. Toamna este mai puțină lumină, ziua se scurtează, frunzele se îngălbenesc mai întâi, apoi cad. Dar, de îndată ce apare soarele cald de primăvară, frunzișul verde reapare și „fabricile” verzi își vor relua munca pentru a asigura oxigenul, atât de necesar vieții, precum și mulți alți nutrienți.

Definiție alternativă a fotosintezei

Fotosinteza (din altă foto greacă - lumină și sinteză - conexiune, pliere, legare, sinteză) - procesul de transformare a energiei luminii în energia legăturilor chimice ale substanțelor organice în lumină de către fotoautotrofe cu participarea pigmenților fotosintetici (clorofila în plante , bacterioclorofilă și bacteriorhodopsină în bacterii ). În fiziologia modernă a plantelor, fotosinteza este mai des înțeleasă ca o funcție fotoautotrofă - un set de procese de absorbție, transformare și utilizare a energiei cuantelor luminoase în diferite reacții endergonice, inclusiv conversia dioxidului de carbon în substanțe organice.

Fazele fotosintezei

Fotosinteza este un proces destul de complex și include două faze: lumina, care apare întotdeauna exclusiv în lumină, și întuneric. Toate procesele au loc în interiorul cloroplastelor pe organe mici speciale - tilacodia. În timpul fazei de lumină, o cantitate de lumină este absorbită de clorofilă, ducând la formarea moleculelor de ATP și NADPH. Apa se descompune, formând ioni de hidrogen și eliberând o moleculă de oxigen. Apare întrebarea, care sunt aceste substanțe misterioase de neînțeles: ATP și NADH?

ATP este o moleculă organică specială găsită în toate organismele vii și este adesea denumită moneda „energiei”. Aceste molecule conțin legături de înaltă energie și sunt sursa de energie pentru orice sinteză organică și procese chimice din organism. Ei bine, NADPH este de fapt o sursă de hidrogen, este folosit direct în sinteza substanțelor organice cu molecul mare - carbohidrați, care apare în a doua fază întunecată a fotosintezei folosind dioxid de carbon.

Faza ușoară a fotosintezei

Cloroplastele conțin o mulțime de molecule de clorofilă și toate absorb lumina soarelui. În același timp, lumina este absorbită de alți pigmenți, dar ei nu știu cum să efectueze fotosinteza. Procesul în sine are loc numai în unele molecule de clorofilă, care sunt foarte puține. Alte molecule de clorofilă, carotenoide și alte substanțe formează antene speciale și complexe de captare a luminii (SSC). Ele, ca și antenele, absorb cuante de lumină și transmit excitația către centre de reacție sau capcane speciale. Acești centri sunt localizați în fotosisteme, dintre care există două în plante: fotosistemul II și fotosistemul I. Conțin molecule speciale de clorofilă: respectiv, în fotosistemul II - P680, și în fotosistemul I - P700. Ele absorb lumina exact de această lungime de undă (680 și 700 nm).

Schema face mai clar cum arată totul și cum se întâmplă în timpul fazei de lumină a fotosintezei.

În figură vedem două fotosisteme cu clorofilele P680 și P700. Figura prezintă, de asemenea, purtătorii de-a lungul cărora sunt transportați electronii.

Deci: ambele molecule de clorofilă ale două fotosisteme absorb o cantitate de lumină și sunt excitate. Electronul e (roșu în figură) se deplasează la un nivel de energie mai înalt.

Electronii excitați au o energie foarte mare, se desprind și intră într-un lanț special de purtători, care se află în membranele tilacoizilor - structurile interne ale cloroplastelor. Figura arată că din fotosistemul II, de la clorofila P680, un electron trece la plastochinonă, iar din fotosistemul I de la clorofila P700, la ferredoxină. În moleculele de clorofilă înseși, în loc de electroni, după separarea lor, se formează găuri albastre cu sarcină pozitivă. Ce să fac?

Pentru a compensa lipsa unui electron, molecula de clorofilă P680 a fotosistemului II acceptă electroni din apă și se formează ioni de hidrogen. În plus, tocmai din cauza defalcării apei este eliberat oxigenul în atmosferă. Iar molecula de clorofilă P700, după cum se poate observa din figură, compensează lipsa de electroni prin sistemul de purtători din fotosistemul II.

În general, oricât de dificil este, așa decurge faza luminoasă a fotosintezei, esența sa principală constă în transferul de electroni. Se poate observa și din figură că în paralel cu transportul electronilor, ionii de hidrogen H+ se deplasează prin membrană și se acumulează în interiorul tilacoidului. Deoarece există o mulțime de ele acolo, se deplasează spre exterior cu ajutorul unui factor de conjugare special, care este portocaliu în figură, afișat în dreapta și arată ca o ciupercă.

În cele din urmă, vedem etapa finală a transportului de electroni, care are ca rezultat formarea compusului NADH menționat mai sus. Și datorită transferului de ioni H +, moneda energetică - ATP este sintetizată (prezentată în dreapta în figură).

Deci, faza ușoară a fotosintezei este finalizată, oxigenul este eliberat în atmosferă, se formează ATP și NADH. Și ce urmează? Unde este organicul promis? Și apoi vine etapa întunecată, care constă în principal în procese chimice.

Faza întunecată a fotosintezei

Pentru faza întunecată a fotosintezei, o componentă obligatorie este dioxidul de carbon - CO2. Prin urmare, planta trebuie să o absoarbă în mod constant din atmosferă. În acest scop, pe suprafața frunzei există structuri speciale - stomate. Când se deschid, CO2 intră exact în interiorul frunzei, se dizolvă în apă și reacționează cu faza ușoară a fotosintezei.

În timpul fazei de lumină, la majoritatea plantelor, CO2 se leagă de un compus organic cu cinci atomi de carbon (care este un lanț de molecule de cinci atomi de carbon), rezultând formarea a două molecule dintr-un compus cu trei atomi de carbon (acid 3-fosfogliceric). Deoarece acești compuși cu trei atomi de carbon sunt rezultatul principal, plantele cu acest tip de fotosinteză sunt numite plante C3.

Sinteza ulterioară în cloroplaste este destul de dificilă. În cele din urmă formează un compus cu șase atomi de carbon, din care mai târziu pot fi sintetizate glucoza, zaharoza sau amidonul. Sub forma acestor substanțe organice, planta stochează energie. În același timp, doar o mică parte dintre ele rămâne în frunză, care este folosită pentru nevoile sale, în timp ce restul carbohidraților călătoresc în întreaga plantă, intrând acolo unde este cea mai necesară energie - de exemplu, în punctele de creștere.

Cum să explic pe scurt și clar un proces atât de complex precum fotosinteza? Plantele sunt singurele organisme vii care își pot produce propria hrană. Cum o fac? Pentru creștere, primesc toate substanțele necesare din mediu: dioxid de carbon - din aer, apă și - din sol. De asemenea, au nevoie de energie din lumina soarelui. Această energie declanșează anumite reacții chimice în timpul cărora dioxidul de carbon și apa sunt transformate în glucoză (nutriție), iar fotosinteza este. Pe scurt și clar, esența procesului poate fi explicată chiar și copiilor de vârstă școlară.

„Împreună cu Lumina”

Cuvântul „fotosinteză” provine din două cuvinte grecești – „foto” și „sinteză”, o combinație care în traducere înseamnă „împreună cu lumina”. Energia solară este transformată în energie chimică. Ecuația chimică a fotosintezei:

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

Aceasta înseamnă că 6 molecule de dioxid de carbon și douăsprezece molecule de apă sunt folosite (împreună cu lumina soarelui) pentru a produce glucoză, rezultând șase molecule de oxigen și șase molecule de apă. Dacă reprezentăm aceasta sub forma unei ecuații verbale, obținem următoarele:

Apa + soare => glucoza + oxigen + apa.

Soarele este o sursă foarte puternică de energie. Oamenii încearcă întotdeauna să-l folosească pentru a genera electricitate, a izola casele, a încălzi apa și așa mai departe. Plantele „și-au dat seama” cum să folosească energia solară cu milioane de ani în urmă pentru că era necesară pentru supraviețuirea lor. Fotosinteza poate fi explicată pe scurt și clar după cum urmează: plantele folosesc energia luminoasă a soarelui și o transformă în energie chimică, al cărei rezultat este zahărul (glucoza), al cărui exces este stocat sub formă de amidon în frunze, rădăcini, tulpini. și semințele plantei. Energia soarelui este transferată plantelor, precum și animalelor pe care le mănâncă aceste plante. Atunci când o plantă are nevoie de nutrienți pentru creștere și alte procese de viață, aceste rezerve sunt foarte utile.

Cum absorb plantele energia solară?

Vorbind despre fotosinteză pe scurt și în mod clar, merită să atingem întrebarea cum reușesc plantele să absoarbă energia solară. Acest lucru se datorează structurii speciale a frunzelor, care include celule verzi - cloroplaste, care conțin o substanță specială numită clorofilă. Acesta este ceea ce dă frunzelor culoarea verde și este responsabil pentru absorbția energiei luminii solare.

De ce majoritatea frunzelor sunt late și plate?

Fotosinteza are loc în frunzele plantelor. Faptul surprinzător este că plantele sunt foarte bine adaptate să prindă lumina soarelui și să absoarbă dioxidul de carbon. Datorită suprafeței largi, va fi captată mult mai multă lumină. Din acest motiv, panourile solare, care uneori sunt instalate pe acoperișurile caselor, sunt, de asemenea, largi și plate. Cu cât suprafața este mai mare, cu atât este mai bună absorbția.

Ce altceva este important pentru plante?

La fel ca și oamenii, plantele au nevoie de nutrienți și nutrienți pentru a rămâne sănătoși, pentru a crește și a funcționa bine. Ei obțin minerale dizolvate în apă din sol prin rădăcini. Dacă solului îi lipsesc substanțele nutritive minerale, planta nu se va dezvolta normal. Fermierii testează adesea solul pentru a se asigura că are suficienți nutrienți pentru creșterea culturilor. În caz contrar, recurge la utilizarea îngrășămintelor care conțin minerale esențiale pentru nutriția și creșterea plantelor.

De ce este atât de importantă fotosinteza?

Explicând pe scurt și clar pentru copii fotosinteza, merită menționat că acest proces este una dintre cele mai importante reacții chimice din lume. Care sunt motivele unei afirmații atât de puternice? În primul rând, fotosinteza hrănește plantele, care, la rândul lor, hrănesc toate celelalte viețuitoare de pe planetă, inclusiv animale și oameni. În al doilea rând, ca rezultat al fotosintezei, oxigenul necesar respirației este eliberat în atmosferă. Toate ființele vii inspiră oxigen și expiră dioxid de carbon. Din fericire, plantele fac opusul, motiv pentru care sunt foarte importante pentru ca oamenii și animalele să respire.

Proces uimitor

Se pare că și plantele știu să respire, dar, spre deosebire de oameni și animale, ele absorb dioxidul de carbon din aer, nu oxigenul. Plantele beau și ele. De aceea trebuie să le udați, altfel vor muri. Cu ajutorul sistemului radicular, apa și nutrienții sunt transportate în toate părțile corpului plantei, iar dioxidul de carbon este absorbit prin mici găuri din frunze. Declanșatorul pentru începerea unei reacții chimice este lumina soarelui. Toate produsele metabolice rezultate sunt folosite de plante pentru nutriție, oxigenul este eliberat în atmosferă. Acesta este modul în care puteți explica pe scurt și clar cum are loc procesul de fotosinteză.

Fotosinteza: fazele luminoase și întunecate ale fotosintezei

Procesul luat în considerare constă din două părți principale. Există două faze ale fotosintezei (descriere și tabel - mai jos). Prima se numește faza luminoasă. Apare numai în prezența luminii în membranele tilacoide cu participarea clorofilei, a proteinelor purtătoare de electroni și a enzimei ATP sintetaza. Ce altceva ascunde fotosinteza? Aprindeți și înlocuiți unul pe altul pe măsură ce se aprind ziua și noaptea (cicluri Calvin). În timpul fazei întunecate, are loc producerea aceleiași glucoze, hrană pentru plante. Acest proces se mai numește și reacție independentă de lumină.

faza luminoasa

faza intunecata

1. Reacțiile care apar în cloroplaste sunt posibile numai în prezența luminii. Aceste reacții transformă energia luminii în energie chimică. 2. Clorofila și alți pigmenți absorb energie din lumina soarelui. Această energie este transferată către fotosistemele responsabile de fotosinteză. 3. Apa este folosită pentru electroni și ioni de hidrogen și, de asemenea, participă la producerea de oxigen 4. Electronii și ionii de hidrogen sunt folosiți pentru a crea ATP (moleculă de stocare a energiei), care este necesar în următoarea fază a fotosintezei

1. Reacțiile ciclului off-light apar în stroma cloroplastelor 2. Dioxidul de carbon și energia din ATP sunt folosite sub formă de glucoză

Concluzie

Din toate cele de mai sus se pot trage următoarele concluzii:

• Fotosinteza este procesul care face posibilă obținerea energiei de la soare.
• Energia luminoasă a soarelui este transformată în energie chimică de către clorofilă.
• Clorofila dă plantelor culoarea lor verde.
• Fotosinteza are loc în cloroplastele frunzelor plantelor.
• Dioxidul de carbon și apa sunt esențiale pentru fotosinteză.
• Dioxidul de carbon intră în plantă prin găuri minuscule, stomatele și oxigenul iese prin ele.
• Apa este absorbită în plantă prin rădăcini.
• Fără fotosinteză, nu ar exista hrană în lume.

Fotosinteză este procesul de sinteză a substanțelor organice din substanțe anorganice folosind energia luminii. În marea majoritate a cazurilor, fotosinteza este efectuată de plante folosind organele celulare precum cloroplaste conţinând pigment verde clorofilă.

Dacă plantele nu ar fi capabile să sintetizeze materie organică, atunci aproape toate celelalte organisme de pe Pământ nu ar avea ce să mănânce, deoarece animalele, ciupercile și multe bacterii nu pot sintetiza substanțe organice din cele anorganice. Ei le absorb doar pe cele gata făcute, le împart în altele mai simple, din care le asamblează din nou pe cele complexe, dar deja caracteristice corpului lor.

Acesta este cazul dacă vorbim foarte pe scurt despre fotosinteză și rolul acesteia. Pentru a înțelege fotosinteza, trebuie să spuneți mai multe: ce substanțe anorganice specifice sunt folosite, cum are loc sinteza?

Fotosinteza necesită două substanțe anorganice - dioxid de carbon (CO 2 ) și apă (H 2 O). Primul este absorbit din aer de părțile aeriene ale plantelor, în principal prin stomate. Apa - din sol, de unde este livrata celulelor fotosintetice de catre sistemul conductor al plantelor. Fotosinteza necesită și energia fotonilor (hν), dar aceștia nu pot fi atribuiți materiei.

În total, în urma fotosintezei, se formează materia organică și oxigenul (O 2). De obicei, în materie organică, se înțelege cel mai adesea glucoza (C 6 H 12 O 6).

Compușii organici sunt alcătuiți în mare parte din atomi de carbon, hidrogen și oxigen. Se găsesc în dioxid de carbon și apă. Cu toate acestea, fotosinteza eliberează oxigen. Atomii săi provin din apă.

Pe scurt și în general, ecuația pentru reacția fotosintezei este de obicei scrisă după cum urmează:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Dar această ecuație nu reflectă esența fotosintezei, nu o face de înțeles. Uite, deși ecuația este echilibrată, are în total 12 atomi în oxigen liber.Dar noi am spus că provin din apă și sunt doar 6.

De fapt, fotosinteza are loc în două faze. Primul se numește ușoară, al doilea - întuneric. Astfel de nume se datorează faptului că lumina este necesară doar pentru faza luminoasa , faza intunecata independent de prezența sa, dar asta nu înseamnă că merge pe întuneric. Faza ușoară se desfășoară pe membranele tilacoide cloroplast, întuneric - în stroma cloroplastului.

În faza uşoară, legarea CO2 nu are loc. Există doar captarea energiei solare de către complexele de clorofilă, stocarea acesteia în ATP, utilizarea energiei pentru a restabili NADP la NADP*H 2 . Fluxul de energie din clorofilă excitat de lumină este asigurat de electronii transmiși prin lanțul de transport de electroni al enzimelor construite în membranele tilacoide.

Hidrogenul pentru NADP este luat din apă, care, sub acțiunea luminii solare, se descompune în atomi de oxigen, protoni de hidrogen și electroni. Acest proces se numește fotoliză. Oxigenul din apă nu este necesar pentru fotosinteză. Atomii de oxigen din două molecule de apă se combină pentru a forma oxigen molecular. Ecuația de reacție pentru faza luminoasă a fotosintezei arată pe scurt astfel:

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

Astfel, eliberarea de oxigen are loc în faza luminoasă a fotosintezei. Numărul de molecule de ATP sintetizate din ADP și acid fosforic pe fotoliza unei molecule de apă poate fi diferit: unul sau două.

Deci, ATP și NADP * H 2 vin din faza luminoasă în faza întunecată. Aici, energia primului și forța de restabilire a celui de-al doilea sunt cheltuite pentru legarea dioxidului de carbon. Această etapă a fotosintezei nu poate fi explicată simplu și pe scurt, deoarece nu se desfășoară în așa fel încât șase molecule de CO 2 să se combine cu hidrogenul eliberat din moleculele NADP * H 2 și se formează glucoza:

6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reacția are loc cu cheltuirea energiei din ATP, care se descompune în ADP și acid fosforic).

Reacția de mai sus este doar o simplificare pentru ușurință de înțelegere. De fapt, moleculele de dioxid de carbon se leagă una câte una, alăturându-se materiei organice cu cinci atomi de carbon deja pregătite. Se formează o substanță organică instabilă cu șase atomi de carbon, care se descompune în molecule de carbohidrați cu trei atomi de carbon. Unele dintre aceste molecule sunt folosite pentru resinteza substanței inițiale cu cinci atomi de carbon pentru legarea CO2. Această resinteză este asigurată Ciclul Calvin. O parte mai mică a moleculelor de carbohidrați, care include trei atomi de carbon, părăsește ciclul. Deja din ele și din alte substanțe, toate celelalte substanțe organice (carbohidrați, grăsimi, proteine) sunt sintetizate.

Adică, de fapt, zaharurile cu trei atomi de carbon, și nu glucoza, ies din faza întunecată a fotosintezei.