Ce este necesar pentru fotosinteză. Fotosinteză. Sensul fotosintezei. Fazele de lumină și întuneric ale fotosintezei
Fotosinteză - acesta este un ansamblu de procese pentru sinteza compușilor organici din cei anorganici datorită conversiei energiei luminoase în energia legăturilor chimice. Plantele verzi aparțin organismelor fototrofe, unele procariote - cianobacterii, bacterii cu sulf violet și verde, flagelate de plante.
Cercetările asupra procesului de fotosinteză au început în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea. O descoperire importantă a fost făcută de remarcabilul om de știință rus K. A. Timiryazev, care a fundamentat doctrina rolului cosmic al plantelor verzi. plantele absorb razele de soareși transformă energia luminii în energia legăturilor chimice ale compușilor organici sintetizați de aceștia. Astfel, ele asigură conservarea și dezvoltarea vieții pe Pământ. De asemenea, omul de știință a fundamentat teoretic și a demonstrat experimental rolul clorofilei în absorbția luminii în timpul fotosintezei.
Clorofilele sunt principalii pigmenți fotosintetici. Sunt similare ca structură cu hemul hemoglobinei, dar conțin magneziu în loc de fier. Conținutul de fier este necesar pentru a asigura sinteza moleculelor de clorofilă. Există mai multe clorofile care diferă în structura lor chimică. Obligatoriu pentru toate fototrofele este clorofila a . Clorofilăb găsite în plantele verzi clorofila c în diatomee și alge brune. Clorofila d caracteristic algelor roșii.
Bacteriile fotosintetice verzi și violet au special bacterioclorofile . Fotosinteza bacteriilor are multe în comun cu fotosinteza plantelor. Diferă prin faptul că, în bacterii, hidrogenul sulfurat este donatorul, iar la plante este apa. Bacteriile verzi și violete nu au fotosistemul II. Fotosinteza bacteriană nu este însoțită de eliberarea de oxigen. Ecuația generală pentru fotosinteza bacteriană este:
6C02 + 12H2S → C6H12O6 + 12S + 6H20.
Fotosinteza se bazează pe un proces redox. Este asociat cu transferul de electroni de la compuși-furnizori de electroni-donatori la compușii care îi percep - acceptori. Energia luminii este transformată în energia compușilor organici sintetizați (carbohidrați).
Membranele de cloroplast au structuri speciale - centre de reacție care conțin clorofilă. În plantele verzi și cianobacteriile, două fotosisteme – mai întâi eu) Și secunda (II) , care au centre de reacție diferite și sunt interconectate printr-un sistem de transport de electroni.
Două faze ale fotosintezei
Procesul de fotosinteză constă din două faze: lumină și întuneric.
Apare numai în prezența luminii pe membranele interioare ale mitocondriilor din membranele structurilor speciale - tilacoizi . Pigmenții fotosintetici captează cuante de lumină (fotoni). Aceasta duce la „excitarea” unuia dintre electronii moleculei de clorofilă. Cu ajutorul moleculelor purtătoare, electronul se deplasează pe suprafața exterioară a membranei tilacoide, dobândind o anumită energie potențială.
Acest electron este fotosistemul I poate reveni la nivelul său de energie și o poate restabili. NADP (nicotinamid adenin dinucleotid fosfat) poate fi de asemenea transmis. Interacționând cu ionii de hidrogen, electronii restaurează acest compus. NADP redus (NADP H) furnizează hidrogen pentru a reduce CO 2 atmosferic la glucoză.
Procese similare au loc în fotosistemul II . Electronii excitați pot fi transferați către fotosistemul I și restabiliți-l. Restaurarea fotosistemului II are loc datorită electronilor furnizați de moleculele de apă. Moleculele de apă se descompun (fotoliza apei) în protoni de hidrogen și oxigen molecular, care este eliberat în atmosferă. Electronii sunt folosiți pentru a restabili fotosistemul II. Ecuația fotolizei apei:
2Н 2 0 → 4Н + + 0 2 + 2е.
Când electronii revin de la suprafața exterioară a membranei tilacoide la nivelul de energie anterior, energia este eliberată. Este stocat sub formă de legături chimice ale moleculelor de ATP, care sunt sintetizate în timpul reacțiilor din ambele fotosisteme. Procesul de sinteză a ATP cu ADP și acid fosforic se numește fotofosforilarea . O parte din energie este folosită pentru a evapora apa.
În timpul fazei de lumină a fotosintezei, se formează compuși bogați în energie: ATP și NADP H. În timpul dezintegrarii (fotolizei) unei molecule de apă, oxigenul molecular este eliberat în atmosferă.
Reacțiile au loc în mediu intern cloroplaste. Ele pot apărea cu sau fără lumină. Sunt sintetizate materie organică(CO 2 este redus la glucoză) folosind energia care a fost generată în faza de lumină.
Procesul de reducere a dioxidului de carbon este ciclic și se numește Ciclul Calvin . Numit după cercetătorul american M. Calvin, care a descoperit acest proces ciclic.
Ciclul începe cu reacția dioxidului de carbon atmosferic cu ribuloză bifosfat. Enzima catalizează procesul carboxilază . Bifosfatul de ribuloză este un zahăr cu cinci atomi de carbon combinat cu două reziduuri de acid fosforic. Există o serie de transformări chimice, fiecare dintre ele catalizează propria sa enzimă specifică. Cum se formează produsul final al fotosintezei? glucoză , iar ribuloza bifosfat este de asemenea redus.
Ecuația generală a procesului de fotosinteză:
6C0 2 + 6H 2 0 → C 6 H 12 O 6 + 60 2
Datorită procesului de fotosinteză, energia luminoasă a Soarelui este absorbită și transformată în energia legăturilor chimice ale carbohidraților sintetizați. Energia este transferată de-a lungul lanțurilor trofice către organisme heterotrofe. În timpul fotosintezei, dioxidul de carbon este absorbit și oxigenul este eliberat. Tot oxigenul atmosferic este de origine fotosintetică. Peste 200 de miliarde de tone de oxigen liber sunt eliberate anual. Oxigenul protejează viața de pe Pământ de radiații ultraviolete, creând un scut de ozon al atmosferei.
Procesul de fotosinteză este ineficient, deoarece doar 1-2% este transferat în materia organică sintetizată. energie solara. Acest lucru se datorează faptului că plantele nu absorb suficientă lumină, o parte din aceasta este absorbită de atmosferă etc. Cea mai mare parte a luminii solare este reflectată de la suprafața Pământului înapoi în spațiu.
Există trei tipuri de plastide:
- cloroplaste- verde, funcție - fotosinteză
- cromoplaste- roșu și galben, sunt cloroplaste dărăpănate, pot da o culoare strălucitoare petalelor și fructelor.
- leucoplaste- incolor, functie - stoc de substante.
Structura cloroplastelor
acoperit cu două membrane. Membrana exterioară este netedă, cea interioară are excrescențe în interior - tilacoizi. Stivele de tilacoizi scurti sunt numite boabe, ele măresc aria membranei interioare pentru a găzdui cât mai multe enzime de fotosinteză pe ea.
Mediul intern al cloroplastei se numește stromă. Conține ADN circular și ribozomi, datorită cărora cloroplastele produc în mod independent unele dintre proteine pentru ele însele, de aceea sunt numite organite semi-autonome. (Se crede că plastidele anterioare erau bacterii libere care au fost absorbite de o celulă mare, dar nu digerate.)
Fotosinteza (simplu)
În frunze verzi la lumină
În cloroplaste cu clorofilă
Din dioxid de carbon și apă
Se sintetizează glucoza și oxigenul.
Fotosinteza (dificultate medie)
1. Faza de lumină.
Apare la lumină în boabele de cloroplaste. Sub acțiunea luminii are loc descompunerea (fotoliza) apei, se obține oxigenul care este emis, precum și atomii de hidrogen (NADP-H) și energia ATP, care sunt utilizate în etapa următoare.
2. Faza intunecata.
Apare atât la lumină, cât și la întuneric (lumina nu este necesară), în stroma cloroplastelor. Din dioxidul de carbon obţinut din mediu inconjurator iar atomii de hidrogen obținuți în etapa anterioară, datorită energiei ATP obținute în etapa anterioară, se sintetizează glucoza.
1. Stabiliți o corespondență între procesul de fotosinteză și faza în care are loc: 1) lumină, 2) întuneric. Scrieți numerele 1 și 2 în ordinea corectă.
A) formarea moleculelor NADP-2H
B) eliberarea de oxigen
C) sinteza unei monozaharide
D) sinteza moleculelor de ATP
D) adăugarea de dioxid de carbon la un carbohidrat
Răspuns
2. Stabiliți o corespondență între caracteristica și faza fotosintezei: 1) lumină, 2) întuneric. Scrieți numerele 1 și 2 în ordinea corectă.
A) fotoliza apei
B) fixarea dioxidului de carbon
C) scindarea moleculelor de ATP
D) excitarea clorofilei de către cuante de lumină
D) sinteza glucozei
Răspuns
3. Stabiliți o corespondență între procesul de fotosinteză și faza în care are loc: 1) lumină, 2) întuneric. Scrie numerele 1 și 2 în ordinea corectă.
A) formarea moleculelor NADP * 2H
B) eliberarea de oxigen
B) sinteza glucozei
D) sinteza moleculelor de ATP
D) recuperarea dioxidului de carbon
Răspuns
4. Stabiliți o corespondență între procesele și faza fotosintezei: 1) lumină, 2) întuneric. Notați numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) polimerizarea glucozei
B) legarea dioxidului de carbon
B) sinteza ATP
D) fotoliza apei
E) formarea atomilor de hidrogen
E) sinteza glucozei
Răspuns
5. Stabiliți o corespondență între fazele fotosintezei și caracteristicile acestora: 1) lumină, 2) întuneric. Notați numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) se efectuează fotoliza apei
B) Se formează ATP
B) oxigenul este eliberat în atmosferă
D) continuă cu cheltuirea energiei ATP
D) Reacțiile pot avea loc atât la lumină, cât și la întuneric.
Răspuns
MODIFICAREA 6:
A) refacerea NADP+
B) transportul ionilor de hidrogen prin membrana
C) conversia NADP-2R în NADP+
D) mișcarea electronilor excitați
Analizați tabelul. Completați celulele goale ale tabelului folosind conceptele și termenii din listă. Pentru fiecare celulă cu litere, selectați termenul corespunzător din lista furnizată.
1) membrane tilacoide
2) faza luminii
3) fixarea carbonului anorganic
4) fotosinteza apei
5) faza întunecată
6) citoplasma celulară
Răspuns
Alege trei opțiuni. Faza întunecată a fotosintezei este caracterizată de
1) cursul proceselor pe membranele interioare ale cloroplastelor
2) sinteza glucozei
3) fixarea dioxidului de carbon
4) cursul proceselor în stroma cloroplastelor
5) prezența fotolizei apei
6) formarea de ATP
Răspuns
1. Semnele enumerate mai jos, cu excepția a două, sunt folosite pentru a descrie structura și funcțiile organoidului celular reprezentat. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
2) acumulează molecule de ATP
3) asigură fotosinteza
5) are semiautonomie
Răspuns
2. Toate semnele enumerate mai jos, cu excepția a două, pot fi folosite pentru a descrie organoidul celular prezentat în figură. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) organoid cu o singură membrană
2) constă din cristae și cromatină
3) conține ADN circular
4) își sintetizează propria proteină
5) capabil de diviziune
Răspuns
Toate caracteristicile de mai jos, cu excepția a două, pot fi folosite pentru a descrie structura și funcțiile cloroplastei. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) este un organoid cu două membrane
2) are propria moleculă de ADN închisă
3) este un organoid semi-autonom
4) formează un fus de diviziune
5) umplut cu seva celulară cu zaharoză
Răspuns
Alege-l pe cel mai mult varianta corecta. Organele celulare care conțin o moleculă de ADN
1) ribozom
2) cloroplast
3) centrul celular
4) Complexul Golgi
Răspuns
Alege una, cea mai corectă variantă. În sinteza ce substanță participă atomii de hidrogen în faza întunecată a fotosintezei?
1) NADF-2N
2) glucoză
3) ATP
4) apa
Răspuns
Toate semnele de mai jos, cu excepția a două, pot fi folosite pentru a determina procesele fazei luminoase a fotosintezei. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) fotoliza apei
4) formarea oxigenului molecular
Răspuns
Alege două răspunsuri corecte din cinci și notează numerele sub care sunt indicate. În faza ușoară a fotosintezei în celulă
1) oxigenul se formează ca urmare a descompunerii moleculelor de apă
2) carbohidrații sunt sintetizați din dioxid de carbon și apă
3) polimerizarea moleculelor de glucoză are loc odată cu formarea amidonului
4) Moleculele de ATP sunt sintetizate
5) energia moleculelor de ATP este cheltuită pentru sinteza carbohidraților
Răspuns
Alege una, cea mai corectă variantă. Ce organel celular conține ADN
1) vacuol
2) ribozom
3) cloroplast
4) lizozom
Răspuns
Introduceți în textul „Sinteza substanțelor organice într-o plantă” termenii lipsă din lista propusă, folosind simboluri digitale pentru aceasta. Notează numerele alese în ordinea corespunzătoare literelor. Plantele stochează energia de care au nevoie pentru a supraviețui sub formă de materie organică. Aceste substanțe sunt sintetizate în timpul __________ (A). Acest proces are loc în celulele frunzelor din __________ (B) - plastide speciale Culoare verde. Conțin o substanță verde specială - __________ (B). O condiție prealabilă formarea de substanțe organice pe lângă apă și dioxid de carbon este __________ (D).
Lista termenilor:
1) respirație
2) evaporare
3) leucoplast
4) alimente
5) lumina
6) fotosinteza
7) cloroplast
8) clorofilă
Răspuns
Alege una, cea mai corectă variantă. În celule, sinteza primară a glucozei are loc în
1) mitocondriile
2) reticulul endoplasmatic
3) Complexul Golgi
4) cloroplaste
Răspuns
Alege una, cea mai corectă variantă. Moleculele de oxigen în procesul de fotosinteză se formează din cauza descompunerii moleculelor
1) dioxid de carbon
2) glucoză
3) ATP
4) apa
Răspuns
Alege una, cea mai corectă variantă. Sunt corecte următoarele afirmații despre fotosinteză? A) În faza de lumină, energia luminii este transformată în energia legăturilor chimice ale glucozei. B) Reacțiile în fază întunecată au loc pe membranele tilacoide, în care intră moleculele de dioxid de carbon.
1) doar A este adevărat
2) numai B este adevărat
3) ambele afirmații sunt corecte
4) ambele judecăți sunt greșite
Răspuns
1. Setați succesiunea corectă a proceselor care au loc în timpul fotosintezei. Notați numerele sub care sunt indicate în tabel.
1) Utilizarea dioxidului de carbon
2) Formarea oxigenului
3) Sinteza carbohidraților
4) Sinteza moleculelor de ATP
5) Excitarea clorofilei
Răspuns
2. Setați succesiunea corectă a proceselor de fotosinteză.
1) conversia energiei solare în energie ATP
2) formarea electronilor excitati de clorofila
3) fixarea dioxidului de carbon
4) formarea amidonului
5) conversia energiei ATP în energie glucoză
Răspuns
3. Setați secvența proceselor care au loc în timpul fotosintezei. Scrieți șirul corespunzătoare de numere.
2) Defalcarea ATP și eliberarea de energie
3) sinteza glucozei
4) sinteza moleculelor de ATP
5) excitarea clorofilei
Răspuns
Alegeți trei caracteristici ale structurii și funcțiilor cloroplastelor
1) membranele interioare formează crestae
2) în boabe au loc multe reacții
3) în ele are loc sinteza glucozei
4) sunt locul sintezei lipidelor
5) constau din două particule diferite
6) organite cu două membrane
Răspuns
Definiți trei afirmatii adevarate din lista generală și notează în tabel numerele sub care sunt indicate. În timpul fazei de lumină a fotosintezei,
1) fotoliza apei
2) reducerea dioxidului de carbon la glucoză
3) sinteza moleculelor de ATP datorită energiei luminii solare
4) combinarea hidrogenului cu purtătorul NADP+
5) utilizarea energiei moleculelor de ATP pentru sinteza carbohidraților
Răspuns
Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, pot fi utilizate pentru a descrie faza luminoasă a fotosintezei. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) se formează un produs secundar - oxigen
2) apare în stroma cloroplastului
3) legarea dioxidului de carbon
4) sinteza ATP
5) fotoliza apei
Răspuns
Alege una, cea mai corectă variantă. Procesul de fotosinteză ar trebui considerat drept una dintre verigile importante ale ciclului carbonului din biosferă, deoarece în timpul său
1) plantele implică carbon din natura neînsuflețită în viață
2) plantele eliberează oxigen în atmosferă
3) organismele eliberează dioxid de carbon în timpul respirației
4) productie industriala completați atmosfera cu dioxid de carbon
Răspuns
Stabiliți o corespondență între etapele procesului și proceselor: 1) fotosinteza, 2) biosinteza proteinelor. Scrieți numerele 1 și 2 în ordinea corectă.
a) eliberarea de oxigen liber
B) formarea legăturilor peptidice între aminoacizi
C) sinteza ARNm pe ADN
D) procesul de traducere
D) refacerea carbohidraților
E) conversia NADP+ în NADP 2H
Răspuns
Selectați organelele celulare și structurile lor implicate în procesul de fotosinteză.
1) lizozomi
2) cloroplaste
3) tilacoizi
4) boabe
5) vacuole
6) ribozomi
Răspuns
Termenii enumerați mai jos, cu excepția a doi, sunt utilizați pentru a descrie plastide. Identificați doi termeni care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicați în tabel.
1) pigment
2) glicocalix
3) grana
4) Krista
5) tilacoid
Răspuns
Răspuns
Toate caracteristicile următoare, cu excepția a două, pot fi utilizate pentru a descrie procesul de fotosinteză. Identificați două caracteristici care „cad” din lista generală și notați ca răspuns numerele sub care sunt indicate.
1) Energia luminoasă este utilizată pentru a efectua procesul.
2) Procesul are loc în prezența enzimelor.
3) Rolul central în proces revine moleculei de clorofilă.
4) Procesul este însoțit de descompunerea moleculei de glucoză.
5) Procesul nu poate avea loc în celulele procariote.
Răspuns
Conceptele enumerate mai jos, cu excepția a două, sunt folosite pentru a descrie faza întunecată a fotosintezei. Identificați două concepte care „căd” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) fixarea dioxidului de carbon
2) fotoliza
3) oxidarea NADP 2H
4) grana
5) stroma
Răspuns
Semnele enumerate mai jos, cu excepția a două, sunt folosite pentru a descrie structura și funcțiile organoidului celular reprezentat. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) împarte biopolimerii în monomeri
2) acumulează molecule de ATP
3) asigură fotosinteza
4) se referă la organele cu două membrane
5) are semiautonomie
Răspuns
© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019
Plantele au proprietate unică produce oxigen. Dintre tot ce există, mai multe specii sunt capabile de acest lucru. Acest proces în știință se numește fotosinteză.
Ce este necesar pentru fotosinteză
Oxigenul este produs numai dacă toate elementele necesare pentru:
1. O plantă care are verde (având clorofile în frunză).
2. Energia solară.
3. Apa conținută într-o farfurie de frunze.
4. Dioxid de carbon.
Cercetarea fotosintezei
Van Helmont și-a dedicat cercetările primului studiu al plantelor. În timpul lucrării sale, el a demonstrat că plantele iau hrană nu numai din sol, ci se hrănesc și cu dioxid de carbon. Aproape 3 secole mai târziu, Frederick Blackman, prin cercetări, a dovedit existența procesului de fotosinteză. Blackman nu numai că a determinat reacția plantelor în cursul producției de oxigen, dar a constatat și că în timp întunecat Plantele respiră oxigen în timpul zilei, absorbindu-l. Definiția acestui proces a fost dată abia în 1877.
Cum se eliberează oxigenul
Procesul de fotosinteză este următorul:
lovește clorofilele lumina soarelui. Apoi încep două procese:
1. Procesul Fotosistem II. Când un foton se ciocnește cu 250-400 de molecule ale fotosistemului II, energia începe să crească brusc, apoi această energie este transferată moleculei de clorofilă. Încep două reacții. Clorofila pierde 2, iar în același moment o moleculă de apă se desparte. 2 electroni de atomi înlocuiesc electronii pierduți din clorofilă. Apoi purtătorii moleculari aruncă electronul „rapid” unul către celălalt. O parte din energie este cheltuită pentru formarea moleculelor de adenozin trifosfat (ATP).
2. Procesul fotosistemului I. Molecula de clorofilă a fotosistemului I absoarbe energia unui foton și transferă electronul acestuia către o altă moleculă. Electronul pierdut este înlocuit cu un electron din fotosistemul II. Energia din fotosistemul I și ionii de hidrogen sunt cheltuite pentru formarea unei noi molecule purtătoare.
Într-o formă simplificată și vizuală, întreaga reacție poate fi descrisă printr-o formulă chimică simplă:
CO2 + H2O + lumină → carbohidrați + O2
Când este extinsă, formula arată astfel:
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2
Există, de asemenea, o fază întunecată a fotosintezei. Se mai numește și metabolică. În timpul etapei întunecate, dioxidul de carbon este redus la glucoză.
Concluzie
Toate plantele verzi produc oxigenul necesar vieții. În funcție de vârsta plantei, de datele sale fizice, cantitatea de oxigen eliberată poate varia. Acest proces a fost numit fotosinteză de către W. Pfeffer în 1877.
Știați că fiecare frunză verde este o „fabrică” în miniatură nutriențiși oxigen, care este necesar pentru viața normală nu numai pentru animale, ci și pentru oameni. Fotosinteza este procesul de producere a acestor substanțe din apă și dioxid de carbon din atmosferă. Acesta este un proces chimic foarte complex care are loc cu participarea luminii. Fără îndoială, toată lumea este interesată de modul în care are loc procesul de fotosinteză. Procesul constă din două etape: prima etapă este absorbția cuantelor de lumină, iar a doua etapă este utilizarea energiei acestora în diferite reacții chimice.
Cum decurge procesul de fotosinteză?
Plantele absorb lumina cu ajutorul unei substanțe verzi numite clorofilă. Clorofila este conținută în cloroplaste, care se găsesc în fructe și tulpini. Dar mai ales un număr mare dintre ele se găsesc în pliante, deoarece un pliant, datorită structurii sale destul de simple, poate atrage o cantitate mare de lumină și, în consecință, primește mult mai multă energie pentru procesul de fotosinteză.
Clorofila, după absorbție, se află într-o stare excitată și transferă energie altor molecule ale organismului vegetal, în special cele care sunt direct implicate în fotosinteză o primesc. 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, care se obține din apă și aer. În această etapă, sinteza diferitelor foarte substanțe utile pentru funcții vitale precum glucoza și amidonul.
Plantele însele folosesc aceste substanțe organice pentru a hrăni diverse părți ale acesteia, precum și pentru a menține viața normală. În plus, aceste substanțe sunt obținute și de animalele care se hrănesc cu plante. O persoană primește aceste substanțe prin consumul de produse de origine vegetală și animală.
Condiții de fotosinteză
Procesul de fotosinteză poate avea loc nu numai sub influența luminii artificiale, ci și a luminii solare. În natură, de regulă, plantele își desfășoară intens activitățile în perioada primăvară-vară, adică într-un moment în care este nevoie de multă lumină solară. Sveta în perioada de toamna mai puțin, ziua se scurtează, frunzele se îngălbenesc și apoi cad. Dar de îndată ce apare soarele cald de primăvară, frunzișul verde se trezește și „fabricile” verzi își reiau activitatea pentru a furniza o cantitate mare de nutrienți și oxigen, atât de necesar vieții.
Unde are loc procesul de fotosinteză?
Fotosinteza are loc în principal, așa cum am spus mai sus, dacă vă amintiți, în frunzele plantelor, pentru că acestea sunt cele care au capacitatea de a prelua o cantitate mare de lumină, atât de necesară procesului de fotosinteză.
În concluzie, putem rezuma și spune că un astfel de proces precum fotosinteza este o parte integrantă a vieții plantelor. Sperăm că articolul nostru i-a ajutat pe mulți să înțeleagă ce este fotosinteza și de ce este necesară.
Cel mai important proces organic, fără de care ar fi pusă sub semnul întrebării existența tuturor ființelor vii de pe planeta noastră, este fotosinteza. Ce este fotosinteza? cunoscut de toată lumea de la școală. În linii mari, acesta este procesul de formare a substanțelor organice din dioxid de carbon și apă, care are loc în lumină și este însoțit de eliberarea de oxigen. O definiție mai complexă este următoarea: fotosinteza este procesul de transformare a energiei luminii în energia legăturilor chimice ale substanțelor de origine organică cu participarea pigmenților fotosintetici. ÎN practica contemporană fotosinteza este de obicei înțeleasă ca un set de procese de absorbție, sinteză și utilizare a luminii într-o serie de reacții endergonice, dintre care una este conversia dioxidului de carbon în substanțe organice. Și acum să aflăm mai detaliat cum decurge fotosinteza și în ce faze este împărțit acest proces!
caracteristici generale
Cloroplastele, pe care le are fiecare plantă, sunt responsabile de fotosinteză. Ce sunt cloroplastele? Acestea sunt plastide ovale care conțin un pigment precum clorofila. Clorofila este cea care determină culoarea verde a plantelor. În alge, acest pigment este prezent în compoziția cromatoforilor - celule care reflectă lumina care conțin pigment. forme diferite. Algele brune și roșii, care trăiesc la adâncimi considerabile unde lumina soarelui nu ajunge bine, au pigmenți diferiți.
Substanțele fotosintezei fac parte din autotrofe - organisme capabile să sintetizeze substanțe organice din substanțe anorganice. Sunt treapta cea mai de jos a piramidei alimentare, prin urmare sunt incluse în dieta tuturor organismelor vii de pe planeta Pământ.
Beneficiile fotosintezei
De ce este necesară fotosinteza? Oxigenul eliberat de plante în timpul fotosintezei intră în atmosferă. Ridicându-se în straturile sale superioare, formează ozon, care protejează suprafața pământului de radiațiile solare puternice. Datorită ecranului cu ozon, organismele vii pot rămâne confortabil pe uscat. În plus, după cum știți, oxigenul este necesar pentru respirația organismelor vii.
Progresul procesului
Totul începe cu faptul că lumina pătrunde în cloroplaste. Sub influența sa, organelele atrag apă din sol și, de asemenea, o împart în hidrogen și oxigen. Astfel, au loc două procese. Fotosinteza plantelor începe în momentul în care frunzele au absorbit deja apă și dioxid de carbon. Energia luminoasă se acumulează în tilacoizi - compartimente speciale ale cloroplastelor și împarte molecula de apă în două componente. O parte din oxigen ajunge la respirația plantei, iar restul merge în atmosferă.
Apoi dioxidul de carbon intră în pirenoizi - granule proteice înconjurate de amidon. Aici intervine hidrogenul. Amestecându-se între ele, aceste substanțe formează zahăr. Această reacție are loc și cu eliberarea de oxigen. Când zahărul (denumirea generală a carbohidraților simpli) este amestecat cu azotul, sulful și fosforul care intră în plantă din sol, se formează amidon (un carbohidrat complex), proteine, grăsimi, vitamine și alte substanțe necesare vieții plantei. În marea majoritate a cazurilor, fotosinteza are loc în condiții de lumină naturală. in orice caz iluminat artificial poate participa si.
Până în anii 60 ai secolului XX, știința a fost conștientă de un mecanism de reducere a dioxidului de carbon - de-a lungul căii C 3 -pentozei fosfat. Recent, oamenii de știință australieni au demonstrat că unele specii de plante acest proces poate trece prin ciclul acidului C4-dicarboxilic.
Plantele care refac dioxidul de carbon prin calea C3 au cele mai bune rezultate la temperaturi moderate și lumină scăzută, în păduri sau păduri. locuri întunecate. Aceste plante includ partea leului plante cultivate si aproape toate legumele care stau la baza alimentatiei noastre.
În a doua clasă de plante, fotosinteza se desfășoară cel mai activ în condiții temperatura ridicatași iluminare puternică. Acest grup include plantele care cresc în climat tropical și cald, cum ar fi porumbul, trestia de zahăr, sorgul și așa mai departe.
Metabolismul plantelor, apropo, a fost descoperit destul de recent. Oamenii de știință au putut afla că unele plante au țesuturi speciale pentru a conserva rezervele de apă. Dioxidul de carbon se acumulează în ele sub formă de acizi organici și trece în carbohidrați abia după 24 de ore. Acest mecanism oferă plantelor posibilitatea de a conserva apa.
Cum merge procesul?
Știm deja în in termeni generali cum decurge procesul de fotosinteză și ce fel de fotosinteză are loc, acum să-l cunoaștem mai profund.
Totul începe cu faptul că planta absoarbe lumina. Clorofila o ajută în acest sens, care sub formă de cloroplaste se află în frunzele, tulpinile și fructele plantei. Cantitatea principală din această substanță este concentrată în frunze. Chestia este că, datorită structurii sale plate, foaia atrage multă lumină. Și cu cât mai multă lumină, cu atât mai multă energie pentru fotosinteză. Astfel, frunzele din plantă acționează ca un fel de localizatori care captează lumina.
Când lumina este absorbită, clorofila este într-o stare excitată. Transferă energie către alte organe ale plantelor care sunt implicate în următoarea etapă a fotosintezei. A doua etapă a procesului se desfășoară fără participarea luminii și constă în reactie chimica cu participarea apei obținute din sol și a dioxidului de carbon obținut din aer. În această etapă se sintetizează carbohidrații, care sunt esențiali pentru viața oricărui organism. ÎN acest caz nu numai că hrănesc planta însăși, ci sunt transmise și animalelor care o mănâncă. Oamenii obțin aceste substanțe și prin consumul de produse vegetale sau animale.
Fazele procesului
Fiind un proces destul de complex, fotosinteza este împărțită în două faze: lumină și întuneric. După cum sugerează și numele, prima fază necesită prezența radiației solare, în timp ce a doua nu. În timpul fazei de lumină, clorofila absoarbe o cantitate de lumină, formând molecule de ATP și NADH, fără de care fotosinteza este imposibilă. Ce sunt ATP și NADH?
ATP (adenositrifosfat) este o coenzimă nucleică care conține legături de înaltă energie și servește ca sursă de energie în orice transformare organică. Conjuncția este adesea denumită volută de energie.
NADH (nicotinamid adenin dinucleotide) este o sursă de hidrogen care este utilizată pentru a sintetiza carbohidrați cu participarea dioxidului de carbon în a doua fază a unui proces cum ar fi fotosinteza.
faza luminoasa
Cloroplastele conțin multe molecule de clorofilă, fiecare dintre acestea absorbind lumina. Alți pigmenți îl absorb și ei, dar nu sunt capabili de fotosinteză. Procesul are loc numai în parte din moleculele de clorofilă. Moleculele rămase formează antene și complexe de captare a luminii (LSC). Acestea acumulează cuante de lumină și le transferă în centrele de reacție, care sunt numite și capcane. Centrii de reacție sunt localizați în fotosisteme, dintre care două într-o plantă fotosintetică. Prima conține o moleculă de clorofilă capabilă să absoarbă lumina cu o lungime de undă de 700 nm, iar a doua - 680 nm.
Deci, două tipuri de molecule de clorofilă absorb lumina și sunt excitate, ceea ce contribuie la tranziția electronilor la un nivel de energie mai ridicat. Electroni excitați care au o cantitate mare energie, se desprind și intră în lanțul de purtători situat în membranele tilacoide (structuri interne ale cloroplastelor).
Tranziția electronică
Un electron din primul fotosistem trece de la clorofila P680 la plastochinonă, iar un electron din al doilea sistem la ferredoxină. În același timp, se formează un loc liber la locul detașării electronilor din molecula de clorofilă.
Pentru a compensa deficitul, molecula de clorofilă P680 acceptă electroni din apă, formând ioni de hidrogen. Și a doua moleculă de clorofilă compensează deficitul prin sistemul purtător de la primul fotosistem.
Așa decurge faza luminoasă a fotosintezei, a cărei esență este transferul de electroni. Paralel cu transportul de electroni are loc mișcarea ionilor de hidrogen prin membrană. Acest lucru duce la acumularea lor în interiorul tilacoidului. Acumulându-se în cantități mari, ele sunt eliberate în exterior cu ajutorul unui factor de conjugare. Rezultatul transportului de electroni este formarea compusului NADH. Și transferul unui ion de hidrogen duce la formarea monedei energetice ATP.
La sfârșitul fazei de lumină, oxigenul intră în atmosferă, iar în interiorul petalei se formează ATP și NADH. Apoi începe faza întunecată a fotosintezei.
faza intunecata
Această fază a fotosintezei necesită dioxid de carbon. Planta o absoarbe constant din aer. În acest scop, pe suprafața frunzei există stomatele - structuri speciale care, atunci când sunt deschise, absorb dioxidul de carbon. Intrând în interiorul frunzei, se dizolvă în apă și participă la procesele fazei luminoase.
În timpul fazei de lumină în majoritatea plantelor, dioxidul de carbon se leagă de un compus organic care conține 5 atomi de carbon. Ca rezultat, se formează o pereche de molecule dintr-un compus cu trei atomi de carbon numit acid 3-fosfogliceric. Pentru că acest compus este rezultatul principal al procesului, plantele cu acest tip de fotosinteză sunt numite plante C 3.
Procesele ulterioare care au loc în cloroplaste sunt foarte dificile pentru profanii fără experiență. Rezultatul final este un compus cu șase atomi de carbon care sintetizează carbohidrați simpli sau complecși. Planta stochează energia sub formă de carbohidrați. O mică parte din substanțe rămâne în frunză și își satisface nevoile. Carbohidrații rămași circulă în întreaga plantă și merg în locurile unde este cel mai necesar.
Fotosinteza iarna
Mulți, cel puțin o dată în viață, s-au întrebat de unde vine oxigenul în sezonul rece. În primul rând, oxigenul este produs nu numai de plantele de foioase, ci și de plantele conifere și marine. Si daca plante de foioaseîngheață iarna, apoi coniferele continuă să respire, deși mai puțin intens. În al doilea rând, conținutul de oxigen din atmosferă nu depinde de dacă copacii și-au pierdut frunzele. Oxigenul ocupă 21% din atmosferă, oriunde pe planeta noastră în orice moment al anului. Această valoare nu se schimbă, deoarece masele de aer se mișcă foarte repede, iar iarna nu vine în același timp în toate țările. Și, în al treilea rând, iarna în straturile inferioare ale aerului pe care le inspirăm, conținutul de oxigen este chiar mai mare decât vara. Motivul acestui fenomen este temperatura scazuta ceea ce face ca oxigenul să devină mai dens.
Concluzie
Astăzi ne-am amintit ce este fotosinteza, ce este clorofila și modul în care plantele eliberează oxigen prin absorbția dioxidului de carbon. Desigur, fotosinteza este cel mai important proces din viața noastră. Ne amintește de nevoia de a respecta natura.
