Фотосинтезата е збир на процеси на формирање на светлосна енергија во енергија на хемиски врски органска материјасо учество на фотосинтетички бои.

Овој тип на исхрана е типичен за растенијата, прокариотите и некои видови едноклеточни еукариоти.

За време на природната синтеза, јаглеродот и водата, во интеракција со светлината, се претвораат во гликоза и слободен кислород:

6CO2 + 6H2O + светлосна енергија → C6H12O6 + 6O2

Современата физиологија на растенијата го разбира концептот на фотосинтеза како фотоавтотрофична функција, која е збир на процеси на апсорпција, трансформација и употреба на квантите на светлосната енергија во различни неспонтани реакции, вклучително и конверзија на јаглерод диоксид во органска материја.

Фази

Фотосинтеза во растенијата се јавува во лисјата преку хлоропластите- полуавтономни двомембрански органели кои припаѓаат на класата на пластиди. Рамниот облик на плочите обезбедува висококвалитетна апсорпција и целосна употреба на светлосната енергија и јаглерод диоксид. Водата неопходна за природна синтеза доаѓа од корените преку ткивото што го спроведува вода. Размената на гасови се случува со дифузија низ стомите и делумно низ кутикулата.

Хлоропластите се полни со безбојна строма и навлегуваат ламели, кои, кога се поврзани една со друга, формираат тилакоиди. Во нив се јавува фотосинтеза. Самите цијанобактерии се хлоропласти, така што апаратот за природна синтеза во нив не е одвоен во посебна органела.

Продолжува фотосинтезата со учество на пигменти, кои обично се хлорофили. Некои организми содржат друг пигмент, каротеноид или фикобилин. Прокариотите го имаат пигментот бактериохлорофил, а овие организми не ослободуваат кислород по завршувањето на природната синтеза.

Фотосинтезата поминува низ две фази - светло и темно. Секој од нив се карактеризира со одредени реакции и супстанции кои содејствуваат. Да го разгледаме подетално процесот на фазите на фотосинтезата.

Светлина

Првата фаза на фотосинтезатасе карактеризира со формирање на високоенергетски производи, кои се АТП, клеточниот извор на енергија и NADP, редукциониот агенс. На крајот од фазата, кислородот се произведува како нуспроизвод. Светлосната фаза нужно се јавува со сончева светлина.

Процесот на фотосинтеза се јавува во тилакоидните мембрани со учество на протеини за транспорт на електрони, АТП синтетаза и хлорофил (или друг пигмент).

Функционирањето на електрохемиските синџири, преку кои се пренесуваат електрони и делумно водородни протони, се формираат во сложени комплекси формирани од пигменти и ензими.

Опис на процесот на лесна фаза:

  1. Кога сончевата светлина ги погодува листовите на растителните организми, електроните на хлорофилот во структурата на плочите се возбудуваат;
  2. Во активна состојба, честичките ја напуштаат молекулата на пигментот и слетуваат на надворешната страна на тилакоидот, кој е негативно наелектризиран. Ова се случува истовремено со оксидација и последователно намалување на молекулите на хлорофилот, кои ги одземаат следните електрони од водата што влегува во листовите;
  3. Потоа се случува фотолиза на водата со формирање на јони, кои донираат електрони и се претвораат во радикали OH кои можат да учествуваат во понатамошни реакции;
  4. Овие радикали потоа се комбинираат за да формираат молекули на вода и слободен кислород ослободен во атмосферата;
  5. Тилакоидната мембрана добива позитивен полнеж од едната страна поради водородниот јон, а од другата страна негативен полнеж поради електроните;
  6. Кога ќе се постигне разлика од 200 mV помеѓу страните на мембраната, протоните минуваат низ ензимот ATP синтетаза, што доведува до конверзија на ADP во ATP (процес на фосфорилација);
  7. Со атомскиот водород ослободен од вода, NADP + се намалува на NADP H2;

Додека слободниот кислород се ослободува во атмосферата за време на реакциите, ATP и NADP H2 учествуваат во темната фаза на природната синтеза.

Темно

Задолжителна компонента за оваа фаза е јаглерод диоксид, од кои растенијата постојано апсорбираат надворешна срединапреку стомите во лисјата. Процесите на темната фаза се одвиваат во стромата на хлоропластот. Бидејќи во оваа фаза не е потребна многу сончева енергија и ќе има доволно ATP и NADP H2 произведени за време на светлосната фаза, реакциите во организмите може да се појават и дење и ноќе. Процесите во оваа фаза се случуваат побрзо отколку во претходната.

Севкупноста на сите процеси што се случуваат во темната фаза е претставена во форма на уникатен синџир на секвенцијални трансформации на јаглерод диоксид што доаѓа од надворешната средина:

  1. Првата реакција во таков синџир е фиксација на јаглерод диоксид. Присуството на ензимот RiBP-карбоксилаза придонесува за брз и непречен тек на реакцијата, што резултира со формирање на соединение со шест јаглерод што се распаѓа на 2 молекули фосфоглицеринска киселина;
  2. Потоа се јавува прилично сложен циклус, вклучувајќи одреден број реакции, по чие завршување фосфоглицеринската киселина се претвора во природен шеќер - гликоза. Овој процес се нарекува Калвин циклус;

Заедно со шеќерот се јавува и формирање на масни киселини, амино киселини, глицерол и нуклеотиди.

Суштината на фотосинтезата

Од табелата во која се споредуваат светлите и темните фази на природната синтеза, можете накратко да ја опишете суштината на секоја од нив. Лесна фазасе јавува во граната на хлоропластот со задолжително вклучување на светлосната енергија во реакцијата. Реакциите вклучуваат компоненти како протеини за пренос на електрони, АТП синтетаза и хлорофил, кои при интеракција со вода формираат слободен кислород, АТП и NADP H2. За темната фаза, која се јавува во стромата на хлоропластот, сончевата светлина не е потребна. АТП и NADP H2 добиени во претходната фаза, при интеракција со јаглерод диоксид, формираат природен шеќер (гликоза).

Како што може да се види од горенаведеното, фотосинтезата се чини дека е прилично сложен и повеќестепен феномен, вклучувајќи и многу реакции кои вклучуваат различни супстанции. Како резултат на природната синтеза се добива кислород кој е неопходен за дишење на живите организми и нивна заштита од ултравиолетово зрачење преку формирање на озонската обвивка.

Фотосинтезата е конверзија на светлосната енергија во енергија на хемиски врскиоргански соединенија.

Фотосинтезата е карактеристична за растенијата, вклучувајќи ги сите алги, голем број прокариоти, вклучувајќи цијанобактерии и некои едноклеточни еукариоти.

Во повеќето случаи, фотосинтезата произведува кислород (О2) како нуспроизвод. Сепак, ова не е секогаш случај бидејќи постојат неколку различни патишта за фотосинтеза. Во случај на ослободување на кислород, неговиот извор е вода, од која се одвојуваат атоми на водород за потребите на фотосинтезата.

Фотосинтезата се состои од многу реакции во кои се вклучени различни пигменти, ензими, коензими итн. Главни пигменти се хлорофилите, покрај нив - каротеноидите и фикобилините.

Во природата, два патишта на фотосинтеза на растенијата се вообичаени: C 3 и C 4. Другите организми имаат свои специфични реакции. Она што ги обединува овие различни процеси под терминот „фотосинтеза“ е тоа што во сите нив, енергијата на фотоните се претвора во хемиска врска. За споредба: за време на хемосинтезата, енергијата се претвора хемиска врсканекои соединенија (неоргански) на други - органски.

Постојат две фази на фотосинтезата - светло и темно.Првиот зависи од светлосното зрачење (hν), кое е неопходно за да се појават реакции. Темната фаза е независна од светлина.

Кај растенијата, фотосинтезата се јавува во хлоропластите. Како резултат на сите реакции се формираат примарни органски материи од кои потоа се синтетизираат јаглехидратите, аминокиселините, масни киселини и сл. Вкупната реакција на фотосинтезата обично се запишува во однос на гликоза - најчестиот производ на фотосинтезата:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Атомите на кислород вклучени во молекулата О 2 не се земаат од јаглерод диоксид, туку од вода. Јаглерод диоксид - извор на јаглерод, што е поважно. Благодарение на неговото врзување, растенијата имаат можност да синтетизираат органска материја.

Хемиската реакција претставена погоре е генерализирана и тотална. Тоа е далеку од суштината на процесот. Значи, гликозата не се формира од шест одделни молекули на јаглерод диоксид. Врзувањето на CO 2 се случува една по една молекула, која прво се прикачува на постоечки шеќер со пет јаглерод.

Прокариотите имаат свои карактеристики на фотосинтеза. Значи, кај бактериите, главниот пигмент е бактериохлорофилот, а кислородот не се ослободува, бидејќи водородот не се зема од вода, туку често од водород сулфид или други супстанции. Кај сино-зелените алги, главниот пигмент е хлорофилот, а кислородот се ослободува при фотосинтезата.

Лесна фаза на фотосинтеза

Во лесната фаза на фотосинтезата, ATP и NADP H 2 се синтетизираат поради зрачната енергија.Тоа се случува на хлоропласт тилакоиди, каде пигментите и ензимите формираат комплексни комплекси за функционирање на електрохемиските кола преку кои се пренесуваат електрони и делумно водородни протони.

Електроните на крајот завршуваат со коензимот NADP, кој, негативно наелектризиран, привлекува дел од протоните и се претвора во NADP H 2. Исто така, акумулацијата на протони од едната страна на тилакоидната мембрана и електрони од другата создава електрохемиски градиент, чиј потенцијал го користи ензимот АТП синтетаза за синтеза на АТП од АДП и фосфорна киселина.

Главните пигменти на фотосинтезата се различните хлорофили. Нивните молекули го доловуваат зрачењето на одредени, делумно различни спектри на светлина. Во овој случај, некои електрони од молекулите на хлорофилот се движат кон повисоко ниво на енергија. Ова е нестабилна состојба и теоретски, електроните преку истото зрачење треба да ја дадат во вселената енергијата добиена однадвор и да се вратат на претходното ниво. Меѓутоа, во фотосинтетичките ќелии, возбудените електрони се заробени од акцепторите и, со постепено намалување на нивната енергија, се пренесуваат по синџир на носители.

Постојат два вида фотосистеми на тилакоидните мембрани кои испуштаат електрони кога се изложени на светлина.Фотосистемите се комплексен комплекс од претежно хлорофилни пигменти со реакционен центар од кој се отстрануваат електроните. Во фотосистемот, сончевата светлина фаќа многу молекули, но целата енергија се собира во центарот за реакција.

Електроните од фотосистемот I, минувајќи низ синџирот на транспортери, го намалуваат NADP.

Енергијата на електроните ослободени од фотосистемот II се користи за синтеза на АТП.И самите електрони на фотосистемот II ги исполнуваат електронските дупки на фотосистемот I.

Дупките на вториот фотосистем се полни со електрони кои произлегуваат од фотолиза на вода. Фотолизата се јавува и со учество на светлина и се состои од распаѓање на H 2 O на протони, електрони и кислород. Како резултат на фотолиза на водата се формира слободен кислород. Протоните се вклучени во создавање на електрохемиски градиент и намалување на NADP. Електроните се примаат со хлорофил на фотосистемот II.

Приближна сумарна равенка за лесната фаза на фотосинтезата:

H 2 O + NADP + 2ADP + 2P → ½O 2 + NADP H 2 + 2ATP

Цикличен транспорт на електрони

Т.н нециклична светлосна фаза на фотосинтезата. Има повеќе цикличен транспорт на електрони кога не се јавува редукција на NADP. Во овој случај, електроните од фотосистемот I одат во синџирот на транспортерот, каде што се јавува синтеза на АТП. Односно, овој синџир на транспорт на електрони прима електрони од фотосистемот I, а не II. Првиот фотосистем, како што беше, спроведува циклус: електроните што ги емитираат се враќаат во него. Попатно, дел од својата енергија трошат на синтеза на АТП.

Фотофосфорилација и оксидативна фосфорилација

Лесната фаза на фотосинтезата може да се спореди со фазата на клеточно дишење - оксидативна фосфорилација, која се јавува на кристата на митохондриите. Таму се јавува и синтеза на АТП поради пренос на електрони и протони низ синџир на носители. Меѓутоа, во случај на фотосинтеза, енергијата се складира во АТП не за потребите на клетката, туку главно за потребите на темната фаза на фотосинтезата. И ако за време на дишењето првичниот извор на енергија се органски материи, тогаш за време на фотосинтезата тоа е сончева светлина. Синтезата на АТП за време на фотосинтезата се нарекува фотофосфорилацијанаместо оксидативна фосфорилација.

Темна фаза на фотосинтезата

За прв пат, темната фаза на фотосинтезата беше детално проучувана од Калвин, Бенсон и Басем. Циклусот на реакција што го откриле подоцна бил наречен Калвин циклус, или C3 фотосинтеза. Во одредени групи на растенија, забележан е модифициран фотосинтетички пат - C 4, исто така наречен циклус Hatch-Slack.

Во темните реакции на фотосинтезата, CO 2 е фиксиран.Темната фаза се јавува во стромата на хлоропластот.

Намалувањето на CO 2 се јавува поради енергијата на ATP и редуцирачката сила на NADP H 2 формирана во светлосни реакции. Без нив, фиксацијата на јаглеродот не се јавува. Затоа, иако темната фаза не зависи директно од светлината, таа обично се јавува и на светлина.

Калвин циклус

Првата реакција на темната фаза е додавање на CO 2 ( карбоксилацијад) до 1,5-рибулоза бифосфат ( Рибулоза-1,5-бифосфат) – RiBF. Вториот е двојно фосфорилирана рибоза. Оваа реакција е катализирана од ензимот рибулоза-1,5-дифосфат карбоксилаза, исто така познат рубиско.

Како резултат на карбоксилација, се формира нестабилно соединение со шест јаглерод, кое, како резултат на хидролиза, се распаѓа на две молекули со три јаглерод фосфоглицеринска киселина (PGA)- првиот производ на фотосинтезата. PGA се нарекува и фосфоглицерат.

RiBP + CO 2 + H 2 O → 2FGK

FHA содржи три јаглеродни атоми, од кои едниот е дел од киселинската карбоксилна група (-COOH):

Шеќер со три јаглерод (глицералдехид фосфат) се формира од PGA триоза фосфат (ТП), веќе вклучува алдехидна група (-CHO):

FHA (3-киселина) → TF (3-шеќер)

Оваа реакција бара енергија на АТП и намалувачка моќ на NADP H2. ТФ е првиот јаглехидрат на фотосинтезата.

По ова, најголемиот дел од триоза фосфатот се троши на регенерација на рибулоза бифосфат (RiBP), кој повторно се користи за фиксирање на CO 2. Регенерацијата вклучува серија реакции кои трошат АТП кои вклучуваат шеќерни фосфати со бројни јаглеродни атоми од 3 до 7.

Овој циклус на RiBF е циклусот Калвин.

Помал дел од ТФ формиран во него го напушта циклусот Калвин. Во однос на 6 врзани молекули на јаглерод диоксид, приносот е 2 молекули триоза фосфат. Вкупната реакција на циклусот со влезни и излезни производи:

6CO 2 + 6H 2 O → 2TP

Во овој случај, 6 молекули RiBP учествуваат во врзувањето и се формираат 12 молекули PGA, кои се претвораат во 12 TF, од кои 10 молекули остануваат во циклусот и се претвораат во 6 молекули RiBP. Бидејќи TP е шеќер со три јаглерод, а RiBP е пет јаглероден, тогаш во однос на јаглеродните атоми имаме: 10 * 3 = 6 * 5. Бројот на јаглеродни атоми што го обезбедуваат циклусот не се менува, сите потребни RiBP се регенерира. И шест молекули на јаглерод диоксид кои влегуваат во циклусот се трошат за формирање на две молекули на триоза фосфат што го напуштаат циклусот.

Циклусот Калвин, на 6 врзани CO 2 молекули, бара 18 ATP молекули и 12 NADP H 2 молекули, кои беа синтетизирани во реакциите на светлосната фаза на фотосинтезата.

Пресметката се заснова на две молекули на триоза фосфат што го напуштаат циклусот, бидејќи последователно формираната молекула на гликоза вклучува 6 атоми на јаглерод.

Триоза фосфат (ТП) е крајниот производ на циклусот Калвин, но тешко е да се именува финалниот производфотосинтезата, бидејќи речиси не се акумулира, но, реагирајќи со други супстанции, се претвора во гликоза, сахароза, скроб, масти, масни киселини, амино киселини. Освен ТФ важна улогаФГК игра. Сепак, таквите реакции се случуваат не само кај фотосинтетичките организми. Во оваа смисла, темната фаза на фотосинтезата е иста како и циклусот Калвин.

Шеќерот со шест јаглерод се формира од FHA со ензимска катализа фруктоза 6-фосфат, кој се претвора во гликоза. Во растенијата, гликозата може да се полимеризира во скроб и целулоза. Синтезата на јаглени хидрати е слична на обратниот процес на гликолиза.

Фотореспирација

Кислородот ја инхибира фотосинтезата. Колку повеќе O 2 во околината, толку е помалку ефикасен процесот на секвестрација на CO 2. Факт е дека ензимот рибулоза бифосфат карбоксилаза (рубиско) може да реагира не само со јаглерод диоксид, туку и со кислород. Во овој случај, темните реакции се малку различни.

Фосфогликолат е фосфогликолна киселина. Фосфатната група веднаш се одвојува од неа и се претвора во гликолна киселина (гликолат). За да го „рециклира“, повторно е потребен кислород. Затоа, колку повеќе кислород во атмосферата, толку повеќе ќе го стимулира фотореспирацијата и толку повеќе кислород ќе му треба на растението за да се ослободи од производите на реакцијата.

Фотореспирацијата е потрошувачка на кислород зависна од светлина и ослободување на јаглерод диоксид.Односно, размената на гасови се случува како за време на дишењето, но се јавува во хлоропластите и зависи од светлосното зрачење. Фотореспирацијата зависи само од светлината затоа што рибулозата бифосфат се формира само за време на фотосинтезата.

За време на фотореспирацијата, атомите на јаглерод од гликолат се враќаат во циклусот Калвин во форма на фосфоглицеринска киселина (фосфоглицерат).

2 гликолат (C 2) → 2 глиоксилат (C 2) → 2 глицин (C 2) - CO 2 → серин (C 3) → хидроксипируват (C 3) → глицерат (C 3) → FHA (C 3)

Како што можете да видите, враќањето не е целосно, бидејќи еден јаглероден атом се губи кога две молекули глицин се претвораат во една молекула на аминокиселината серин и се ослободува јаглерод диоксид.

Кислородот е потребен при конверзија на гликолат во глиоксилат и глицин во серин.

Трансформацијата на гликолат во глиоксилат, а потоа во глицин се случува во пероксизомите, а синтезата на серин во митохондриите. Серинот повторно влегува во пероксизомите, каде што прво се претвора во хидроксипируват, а потоа во глицерат. Глицератот веќе влегува во хлоропластите, каде од него се синтетизира PGA.

Фотореспирацијата е карактеристична главно за растенијата со C 3 тип на фотосинтеза. Може да се смета за штетно, бидејќи енергијата се троши на претворање на гликолат во PGA. Очигледно фотореспирацијата настанала поради фактот што древните растенија не биле подготвени голем бројкислород во атмосферата. Првично, нивната еволуција се одвиваше во атмосфера богата со јаглерод диоксид, и токму тоа главно го зароби реакциониот центар на ензимот рубиско.

C 4 фотосинтеза, или циклусот Хеч-Слек

Ако за време на C3-фотосинтезата првиот производ од темната фаза е фосфоглицеричната киселина, која содржи три јаглеродни атоми, тогаш за време на C4-патот првите производи се киселини кои содржат четири јаглеродни атоми: јаболкова, оксалоцетна, аспарагинска.

Фотосинтезата C4 е забележана кај многу тропски растенија, на пример, шеќерна трска и пченка.

Растенијата C4 поефикасно апсорбираат јаглерод моноксид и речиси немаат фотореспирација.

Растенијата во кои темната фаза на фотосинтезата продолжува по патеката C4 имаат посебна структура на листот. Во него, васкуларните снопови се опкружени со двоен слој на клетки. Внатрешниот слој е поставата на проводниот сноп. Надворешниот слој е мезофилни клетки. Хлоропластите на клеточните слоеви се различни едни од други.

Мезофилните хлоропласти се карактеризираат со голема грана, висока активност на фотосистемите и отсуство на ензимот RiBP-карбоксилаза (рубиско) и скроб. Односно, хлоропластите на овие клетки се прилагодени првенствено за лесната фаза на фотосинтезата.

Во хлоропластите на клетките на васкуларниот сноп, граната е речиси неразвиена, но концентрацијата на RiBP карбоксилазата е висока. Овие хлоропласти се прилагодени за темната фаза на фотосинтезата.

Јаглеродниот диоксид најпрво влегува во клетките на мезофилот, се врзува за органските киселини, во оваа форма се транспортира до клетките на обвивката, се ослободува и понатаму се врзува на ист начин како кај растенијата C 3. Односно, патеката C 4 го надополнува, наместо да го заменува C 3 .

Во мезофилот, CO2 се комбинира со фосфенолпируват (PEP) за да формира оксалоацетат (киселина) што содржи четири атоми на јаглерод:

Реакцијата се јавува со учество на ензимот PEP карбоксилаза, кој има поголем афинитет за CO 2 од рубиско. Покрај тоа, PEP карбоксилазата не комуницира со кислород, што значи дека не се троши на фотореспирација. Така, предноста на C4 фотосинтезата е поефикасна фиксација на јаглерод диоксид, зголемување на неговата концентрација во клетките на обвивката и, според тоа, повеќе ефикасна работа RiBP-карбоксилаза, која речиси и не се троши на фотореспирација.

Оксалоацетатот се претвора во 4-јаглерод дикарбоксилна киселина(малат или аспартат), кој се транспортира во хлоропластите на облогите на клетките на васкуларните снопови. Овде киселината се декарбоксилира (отстранување на CO2), се оксидира (отстранување на водород) и се претвора во пируват. Водородот го намалува NADP. Пируватот се враќа во мезофилот, каде што PEP се регенерира од него со потрошувачката на АТП.

Одделениот CO 2 во хлоропластите на клетките на обвивката оди до вообичаениот C 3 пат на темната фаза на фотосинтезата, т.е. до циклусот Калвин.

Фотосинтезата преку патеката Hatch-Slack бара повеќе енергија.

Се верува дека патеката C4 настанала подоцна во еволуцијата од патеката C3 и во голема мера е адаптација против фотореспирацијата.

Прашање 1. Колку гликоза се синтетизира при фотосинтезата за секој од 4-те милијарди жители на Земјата годишно?
Ако се земе предвид дека целата вегетација на планетата произведува околу 130.000 милиони тони шеќери годишно, тогаш на еден жител на Земјата (под претпоставка дека населението на Земјата е 4 милијарди жители) има 32,5 милиони тони (130.000/4 = 32.5) .

Прашање 2. Од каде доаѓа кислородот што се ослободува при фотосинтезата?
Кислородот што влегува во атмосферата за време на процесот на фотосинтеза се формира за време на реакцијата на фотолиза - распаѓање на водата под влијание на енергијата на сончевата светлина (2H 2 O + светлосна енергија = 2H 2 + O 2).

Прашање 3. Кое е значењето на светлосната фаза на фотосинтезата; темна фаза?
Фотосинтезае процес на синтеза на органски материи од неоргански под влијание на енергијата на сончевата светлина.
Фотосинтеза во растителни клеткиоди во хлоропластите. Вкупна формула:
6CO 2 + 6H 2 O + светлосна енергија = C 6 H 12 O 6 + 6O 2.
Лесната фаза на фотосинтезата се јавува само во светлината: лесен квант исфрла електрон од молекулата на хлорофилот што лежи во тилакоидната мембрана.; исфрлениот електрон или се враќа назад или завршува во синџир на ензими кои меѓусебно се оксидираат. Ланец на ензими пренесува електрон на надворешната страна на тилакоидната мембрана до транспортер на електрони. Мембраната е негативно наелектризирана однадвор. Позитивно наелектризираната молекула на хлорофил што лежи во центарот на мембраната ги оксидира ензимите што содржат јони на манган што лежат на внатрешната страна на мембраната. Овие ензими учествуваат во реакциите на фотолиза на водата, што резултира со формирање на H +; Водородните протони се ослободуваат на внатрешната површина на тилакоидната мембрана, а на оваа површина се појавува позитивен полнеж. Кога потенцијалната разлика низ тилакоидната мембрана ќе достигне 200 mV, протоните почнуваат да течат низ каналот АТП синтетаза. АТП се синтетизира.
Во темната фаза, гликозата се синтетизира од CO 2 и атомскиот водород се врзува за носачите користејќи ја енергијата на АТП. Целосна реакција на темната фаза:
6CO 2 + 24H = C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.
Фотосинтезата е многу продуктивна, но лисните хлоропласти зафаќаат само 1 светлосен квантум од 10.000 за да учествуваат во овој процес, сепак, ова е доволно за зеленото растение да синтетизира 1 g гликоза на час од површината на листот од 1 m2.

Прашање 4. Зошто на вишите растенија им е потребно присуство на хемосинтетички бактерии во почвата?
На растенијата им се потребни минерални соли кои содржат елементи како што се азот, фосфор и калиум за нормален раст и развој. Многу видови бактерии се способни да го синтетизираат потребното органски соединенијаод неорганските, поради енергијата на хемиските оксидациони реакции кои се случуваат во клетката, припаѓаат на хемотрофите. Супстанциите заробени од бактеријата се оксидираат, а добиената енергија се користи за синтеза на комплекси органски молекулиод CO 2 и H 2 O. Овој процес се нарекува хемосинтеза.
Најважната група на хемосинтетички организми се нитрификационите бактерии. Истражувајќи ги, С.Н. Виноградски го открил процесот во 1887 година хемосинтеза. Нитрификационите бактерии кои живеат во почвата го оксидираат амонијакот формиран за време на распаѓањето на органските остатоци до азотна киселина:
2MN 3 + ZO 2 = 2HNO 2 + 2H 2 O + 635 kJ.
Потоа оксидираат бактерии од другите видови од оваа група азотна киселинана азот:
2HNO 2 + O 2 = 2HNO 3 + 151,1 kJ.
Во интеракција со почвените минерали, азотни и азотна киселинаформираат соли, кои се најважните компоненти на минералната исхрана на вишите растенија. Под влијание на други видови бактерии во почвата се формираат фосфати кои ги користат и вишите растенија.
Така, хемосинтеза е процес на синтеза на органски материи од неоргански со помош на енергијата на хемиските оксидациони реакции кои се случуваат во клетката.

Како што имплицира името, фотосинтезата во суштина е природна синтеза на органски материи, претворајќи го CO2 од атмосферата и водата во гликоза и слободен кислород.

Ова бара присуство на сончева енергија.

Хемиска равенкаПроцесот на фотосинтеза генерално може да се претстави на следниов начин:

Фотосинтезата има две фази: темна и светла. Хемиските реакции на темната фаза на фотосинтезата значително се разликуваат од реакциите на светлата фаза, но темната и светлата фаза на фотосинтезата зависат една од друга.

Светлосната фаза може да се појави во лисјата на растенијата исклучиво на сончева светлина. За темнината неопходно е присуството на јаглерод диоксид, поради што растението мора постојано да го апсорбира од атмосферата. Сите компаративни карактеристикиТемните и светлите фази на фотосинтезата ќе бидат дадени подолу. За таа цел е создаден споредбена табела„Фази на фотосинтеза“.

Лесна фаза на фотосинтеза

Главните процеси во светлосната фаза на фотосинтезата се случуваат во тилакоидните мембрани. Вклучува хлорофил, протеини за транспорт на електрони, АТП синтетаза (ензим што ја забрзува реакцијата) и сончева светлина.

Понатаму, механизмот на реакција може да се опише на следниов начин: кога сончевата светлина ги погодува зелените лисја на растенијата, електроните на хлорофилот (негативен полнеж) се возбудуваат во нивната структура, кои, откако ќе поминат во активна состојба, ја напуштаат молекулата на пигментот и завршуваат на надвор од тилакоидот, чија мембрана е исто така негативно наелектризирана. Во исто време, молекулите на хлорофилот се оксидираат, а веќе оксидираните се намалуваат, со што се земаат електрони од водата што се наоѓа во структурата на листот.

Овој процес води до фактот дека молекулите на водата се распаѓаат, а јоните создадени како резултат на фотолизата на водата ги откажуваат своите електрони и се претвораат во радикали OH кои се способни да вршат понатамошни реакции. Овие реактивни OH радикали потоа се комбинираат за да создадат полноправни молекули на вода и кислород. Во овој случај, слободниот кислород бега во надворешната средина.

Како резултат на сите овие реакции и трансформации, лисната тилакоидна мембрана од едната страна е позитивно наелектризирана (поради јонот H+), а од другата - негативно (поради електроните). Кога разликата помеѓу овие полнежи на двете страни на мембраната ќе достигне повеќе од 200 mV, протоните минуваат низ посебни канали на ензимот АТП синтетаза и поради тоа, АДП се претвора во АТП (како резултат на процесот на фосфорилација). А атомскиот водород, кој се ослободува од водата, го враќа специфичниот носач NADP + во NADP H2. Како што можеме да видиме, како резултат на лесната фаза на фотосинтезата, се случуваат три главни процеси:

  1. АТП синтеза;
  2. создавање на NADP H2;
  3. формирање на слободен кислород.

Вториот се ослободува во атмосферата, а NADP H2 и ATP учествуваат во темната фаза на фотосинтезата.

Темна фаза на фотосинтезата

Темната и светлата фаза на фотосинтезата се карактеризираат со големи трошења на енергија од страна на растението, но темната фаза продолжува побрзо и бара помалку енергија. Реакциите на темната фаза не бараат сончева светлина, така што тие можат да се појават и дење и ноќе.

Сите главни процеси од оваа фаза се случуваат во стромата на растението хлоропласт и претставуваат единствен синџир на последователни трансформации на јаглерод диоксид од атмосферата. Првата реакција во таков синџир е фиксација на јаглерод диоксид. За да се случи понепречено и побрзо, природата го обезбеди ензимот RiBP-карбоксилаза, кој ја катализира фиксацијата на CO2.

Следно, се случува цел циклус на реакции, чие завршување е конверзија на фосфоглицеричната киселина во гликоза (природен шеќер). Сите овие реакции ја користат енергијата на ATP и NADP H2, кои се создадени во светлосната фаза на фотосинтезата. Покрај гликозата, фотосинтезата произведува и други супстанции. Меѓу нив се различни амино киселини, масни киселини, глицерол и нуклеотиди.

Фази на фотосинтеза: споредбена табела

Критериуми за споредба Лесна фаза Темна фаза
Сончева светлина Задолжително Факултативно
Место на реакција Грана на хлоропласт Строма на хлоропласт
Зависност од извор на енергија Зависи од сончевата светлина Зависи од ATP и NADP H2 формирани во светлосната фаза и од количината на CO2 од атмосферата
Почетни материјали Хлорофил, протеини за транспорт на електрони, АТП синтетаза Јаглерод диоксид
Суштината на фазата и она што се формира Се ослободува слободен О2, се формираат ATP и NADP H2 Формирање на природен шеќер (гликоза) и апсорпција на CO2 од атмосферата

Фотосинтеза - видео

Како накратко и јасно да се објасни таков сложен процес како фотосинтезата? Растенијата се единствените живи организми кои можат сами да произведуваат храна. Како го прават тоа? За раст и да ги добиете сите потребни материи од животната средина: јаглерод диоксид - од воздухот, водата и - од почвата. Потребна им е и енергија, која ја добиваат од сончевите зраци. Оваа енергија предизвикува одредени хемиски реакции при кои јаглерод диоксидот и водата се претвораат во гликоза (храна) и претставува фотосинтеза. Суштината на процесот може да се објасни накратко и јасно дури и на децата на училишна возраст.

„Заедно со светлината“

Зборот „фотосинтеза“ доаѓа од два грчки зборови- „фото“ и „синтеза“, комбинација што во превод значи „заедно со светлината“. Сончевата енергија се претвора во хемиска енергија. Хемиска равенка на фотосинтезата:

6CO 2 + 12H 2 O + светлина = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

Ова значи дека 6 молекули јаглерод диоксид и дванаесет молекули вода се користат (заедно со сончевата светлина) за производство на гликоза, што резултира со шест молекули кислород и шест молекули вода. Ако го претставите ова како вербална равенка, ќе го добиете следново:

Вода + сонце => гликоза + кислород + вода.

Сонцето е многу моќен извор на енергија. Луѓето секогаш се обидуваат да го користат за производство на електрична енергија, изолација на куќи, загревање вода итн. Растенијата сфатиле како да ја користат сончевата енергија пред милиони години бидејќи таа била неопходна за нивниот опстанок. Фотосинтезата може кратко и јасно да се објасни на овој начин: растенијата користат светлосна енергија од сонцето и ја претвораат во хемиска енергија, чиј резултат е шеќер (гликоза), чиј вишок се складира како скроб во лисјата, корените, стеблата и семиња на растението. Сончевата енергија се пренесува на растенијата, како и на животните кои ги јадат овие растенија. Кога на растението му се потребни хранливи материи за раст и други животни процеси, овие резерви се многу корисни.

Како растенијата ја апсорбираат енергијата од сонцето?

Зборувајќи за фотосинтезата накратко и јасно, вреди да се одговори на прашањето како растенијата успеваат да ја апсорбираат сончевата енергија. Ова се случува поради посебната структура на листовите, која вклучува зелени клетки - хлоропласти, кои содржат посебна супстанција наречена хлорофил. Тоа е она што ги дава лисјата зеленаи е одговорен за апсорпција на енергија од сончевата светлина.


Зошто повеќето лисја се широки и рамни?

Фотосинтезата се јавува во лисјата на растенијата. Неверојатен факте тоа што растенијата се многу добро прилагодени да ја фатат сончевата светлина и да апсорбираат јаглерод диоксид. Благодарение на широката површина, ќе се фати многу повеќе светлина. Тоа е поради оваа причина соларни панели, кои понекогаш се поставуваат на покривите на куќите, исто така се широки и рамни. Колку е поголема површината, толку е подобра апсорпцијата.

Што друго е важно за растенијата?

Како и луѓето, на растенијата исто така им се потребни корисни хранливи материи за да останат здрави, да растат и добро да ги извршуваат своите витални функции. Тие добиваат минерали растворени во вода од почвата преку нивните корени. Ако на почвата и недостасуваат минерални хранливи материи, растението нема да се развива нормално. Земјоделците често ја тестираат почвата за да се осигураат дека има доволно хранливи материи за да растат културите. Во спротивно, прибегнете кон употреба на ѓубрива кои содржат есенцијални минерали за исхрана и раст на растенијата.

Зошто фотосинтезата е толку важна?

За да се објасни накратко и јасно фотосинтезата за децата, вреди да се каже дека овој процес е една од најважните хемиски реакции во светот. Кои се причините за ваква гласна изјава? Прво, фотосинтезата ги храни растенијата, кои пак го хранат секое друго живо суштество на планетата, вклучувајќи ги животните и луѓето. Второ, како резултат на фотосинтезата, кислородот неопходен за дишење се ослободува во атмосферата. Сите живи суштества вдишуваат кислород и издишуваат јаглерод диоксид. За среќа, растенијата го прават спротивното, па затоа се многу важни за луѓето и животните, бидејќи им даваат способност да дишат.

Неверојатен процес

Растенијата, се испоставува, исто така знаат како да дишат, но, за разлика од луѓето и животните, тие апсорбираат јаглерод диоксид од воздухот, а не кислород. И растенијата пијат. Затоа треба да ги полевате, инаку ќе умрат. Со помош на кореновиот систем, водата и хранливите материи се транспортираат до сите делови на телото на растението, а јаглерод диоксидот се апсорбира преку мали дупки на листовите. Активирајте за почеток хемиска реакцијае сончева светлина. Сите добиени метаболички производи растенијата ги користат за исхрана, кислородот се ослободува во атмосферата. Така можете накратко и јасно да објасните како се случува процесот на фотосинтеза.

Фотосинтеза: светли и темни фази на фотосинтезата

Процесот што се разгледува се состои од два главни дела. Постојат две фази на фотосинтеза (опис и табела подолу). Првата се нарекува светлосна фаза. Се јавува само во присуство на светлина во тилакоидните мембрани со учество на хлорофил, транспортни протеини на електрони и ензимот АТП синтетаза. Што друго крие фотосинтезата? Осветлете и заменете се едни со други како што напредуваат денот и ноќта (циклуси на Калвин). За време на темната фаза, се јавува производство на истата гликоза, храна за растенијата. Овој процес се нарекува и реакција независна од светлина.

Лесна фаза Темна фаза

1. Реакциите што се случуваат во хлоропластите се можни само во присуство на светлина. Во овие реакции, светлосната енергија се претвора во хемиска енергија

2. Хлорофилот и другите пигменти ја апсорбираат енергијата од сончевата светлина. Оваа енергија се пренесува на фотосистемите одговорни за фотосинтезата

3. Водата се користи за електрони и водородни јони, а учествува и во производството на кислород

4. Електроните и водородните јони се користат за создавање на АТП (молекула за складирање енергија), која е потребна во следната фаза на фотосинтезата

1. Во стромата на хлоропластите се јавуваат реакции на екстра-лесен циклус

2. Јаглерод диоксидот и енергијата од АТП се користат во форма на гликоза

Заклучок

Од сето горенаведено, може да се извлечат следните заклучоци:

  • Фотосинтезата е процес кој произведува енергија од сонцето.
  • Светлината енергија од сонцето се претвора во хемиска енергија со хлорофил.
  • Хлорофилот им дава зелена боја на растенијата.
  • Фотосинтезата се јавува во хлоропластите на клетките на листовите на растенијата.
  • Јаглерод диоксидот и водата се неопходни за фотосинтеза.
  • Јаглеродниот диоксид навлегува во растението преку ситни дупки, стомати, а кислородот излегува низ нив.
  • Водата се апсорбира во растението преку неговите корени.
  • Без фотосинтеза немаше да има храна во светот.