Cărui proces aparține fotosinteza? Fotosinteza: ce este, definiție, faze
Viața pe Pământ este posibilă datorită în principal luminii energie solara. Această energie este transformată în energia legăturilor chimice materie organică, formată în timpul procesului de fotosinteză.
Toate plantele și unele procariote (bacterii fotosintetice și alge albastre-verzi) se angajează în fotosinteză. Astfel de organisme sunt numite fototrofe . Energia pentru fotosinteză provine din lumină, care este captată de molecule speciale numite pigmenți fotosintetici. Deoarece este absorbită doar o anumită lungime de undă a luminii, unele dintre undele luminoase nu sunt absorbite, ci reflectate. În funcție de compoziția spectrală a luminii reflectate, pigmenții capătă culoare - verde, galben, roșu etc.
Există trei tipuri de pigmenți fotosintetici - clorofilele, carotenoidele și ficobilinele . Cel mai important pigment este clorofila. Baza este un miez plat de porfirină format din patru inele pirol conectate prin punți de metil, cu un atom de magneziu în centru. Există diferite clorofile de tip a. Plantele superioare, algele verzi și euglena au clorofila-B, care se formează din clorofila-A. Algele brune și diatomee conțin clorofila-C în loc de clorofila-B, iar algele roșii conțin clorofila-D. Un alt grup de pigmenți este format din carotenoizi, care variază în culori de la galben la roșu. Se găsesc în toate plastidele colorate (cloroplaste, cromoplaste) ale plantelor. Mai mult, în părțile verzi ale plantelor, clorofila maschează carotenoizii, făcându-le invizibile până la apariția vremii reci. Toamna, pigmenții verzi sunt distruși și carotenoizii devin clar vizibili. Carotenoizii sunt sintetizați de bacterii și ciuperci fototrofe. Ficobilinele sunt prezente în algele roșii și cianobacteriile.
Etapa de lumină a fotosintezei
Clorofilele și alți pigmenți din cloroplaste formează specific complexe de recoltare a luminii . Folosind rezonanța electromagnetică, ei transferă energia colectată către molecule speciale de clorofilă. Aceste molecule, sub influența energiei de excitație, dau electroni moleculelor altor substanțe - vectori și apoi iau electroni din proteine și apoi din apă. Împărțirea apei în timpul fotosintezei se numește fotoliză . Acest lucru se întâmplă în cavitățile tilacoidale. Protonii trec prin canale speciale în stromă. Aceasta eliberează energia necesară pentru sinteza ATP:
2H2O = 4e + 4H + + O2
ADP + P = ATP
Participarea energiei luminoase aici este condiție prealabilă, de aceea această etapă se numește stadiul luminii. Oxigenul produs ca produs secundar este îndepărtat în exterior și utilizat de celulă pentru respirație.
Etapa întunecată a fotosintezei
Următoarele reacții au loc în stroma cloroplastei. Monozaharidele se formează din dioxid de carbon și apă. De unul singur acest proces contrazice legile termodinamicii, dar din moment ce moleculele de ATP sunt implicate în acest lucru, sinteza glucozei este un proces real datorită acestei energii. Mai târziu, din moleculele sale sunt create polizaharide - celuloză, amidon și alte molecule organice complexe. Ecuația generală pentru fotosinteză poate fi reprezentată după cum urmează:
6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2
În special, o mulțime de amidon se depune în cloroplaste în timpul zilei în timpul proceselor fotosintetice intense; noaptea, amidonul este descompus în forme solubile și utilizat de plantă.
Doriți să înțelegeți mai detaliat acest subiect sau altul în biologie? Înscrieți-vă la lecții online cu autorul acestui articol, Vladimir Smirnov.
Articolul este un extras din lucrarea lui Vladimir Smirnov „Geneza”; orice copiere și utilizare a materialului trebuie să includă atribuirea.
De asemenea, vă sugerăm să vizionați o lecție video despre fotosinteză de la botanistul nostru Irina:
site-ul web, atunci când copiați materialul integral sau parțial, este necesar un link către sursă.
FOTOSINTEZA este
fotosinteza este carbohidrați.
I Faza de lumină
1. Etapa fotofizică
2. Etapa fotochimică
II Faza intunecata
3.
SENS
4. Ecran cu ozon.
Pigmenții plantelor fotosintetice, rolul lor fiziologic.
· Clorofilă - Acest pigment verde care oferă culoare Culoare verde planta, cu participarea ei se determină procesul de fotosinteză. Conform structurii sale chimice, este un complex de Mg de diverși tetrapiroli. Clorofilele au o structură de porfirină și sunt structural apropiate de hem.
În grupele pirolice ale clorofilei există sisteme de legături alternante duble și simple. Acesta este grupul cromofor al clorofilei, care determină absorbția anumitor raze din spectrul solar și culoarea acestuia. Miezurile de porfir D sunt de 10 nm și lungimea reziduului de fitol este de 2 nm.
Moleculele de clorofilă sunt polare, miezul său de porfirină are proprietăți hidrofile, iar capătul fitol este hidrofob. Această proprietate a moleculei de clorofilă determină localizarea sa specifică în membranele cloroplastice.
Partea porfirina a moleculei este asociata cu proteine, iar partea fitol este scufundata in stratul lipidic.
Clorofila unei celule vii intacte are capacitatea de a fotooxida și fotoreduce în mod reversibil. Capacitatea pentru reacții redox este asociată cu prezența în molecula de clorofilă a legăturilor duble conjugate cu electroni p mobili și atomi de N cu electroni nedefiniți.
ROL FIZIOLOGIC
1) absorbi selectiv energia luminii,
2) stocați-l sub formă de energie de excitație electronică,
3) transforma fotochimic energia stării excitate în energia chimică a compușilor primari fotoreduși și fotooxidați.
· Carotenoide - Acest Pigmenții liposolubili de culori galbene, portocalii și roșii sunt prezenți în cloroplastele tuturor plantelor. Carotenoizii se găsesc în toate plantele superioare și în multe microorganisme. Aceștia sunt cei mai comuni pigmenți cu o varietate de funcții. Carotenoizii au o absorbție maximă în părțile violet-albastru și albastru ale spectrului de lumină. Ele nu sunt capabile de fluorescență, spre deosebire de clorofilă.
Carotenoizii includ 3 grupe de compuși:
caroteni portocalii sau roșii;
Xantofile galbene;
Acizi carotenoizi.
ROL FIZIOLOGIC
1) Absorbția luminii ca pigmenți suplimentari;
2) Protecția moleculelor de clorofilă împotriva foto-oxidării ireversibile;
3) stingerea radicalilor activi;
4) Participa la fototropism, deoarece contribuie la direcția creșterii lăstarilor.
· Ficobilinele - Acest pigmenți roșii și albaștri găsiți în cianobacterii și unele alge. Ficobilinele constau din 4 inele pirol consecutive. Ficobilinele sunt grupe cromoforice de proteine globuline numite proteine de ficobilină. Ele sunt împărțite în:
- ficoeritrine - alb roșu;
- ficocianina - veverițe albastre;
- aloficocianina - veverițe albastre.
Toate au capacitate fluorescentă. Ficobilinele au o absorbție maximă în părțile portocalii, galbene și verzi ale spectrului de lumină și permit algelor să utilizeze mai pe deplin lumina care pătrunde în apă.
La o adâncime de 30 m, razele roșii dispar complet
La o adâncime de 180 m - galben
La o adâncime de 320 m – verde
La o adâncime de peste 500 m, razele albastre și violete nu pătrund.
Ficobilinele sunt pigmenți suplimentari; aproximativ 90% din energia luminoasă absorbită de ficobiline este transferată la clorofilă.
ROL FIZIOLOGIC
1) Maximele de absorbție a luminii ale ficobilinelor sunt situate între cele două maxime de absorbție ale clorofilei: în părțile portocalii, galbene și verzi ale spectrului.
2) Ficobilinele îndeplinesc funcțiile unui complex de recoltare a luminii în alge.
3) Plantele au ficobilin-fitocrom; nu este implicat în fotosinteză, dar este un fotoreceptor de lumină roșie și îndeplinește o funcție de reglare în celulele plantei.
Esența etapei fotofizice. Etapa fotochimică. Transportul de electroni ciclic și neciclic.
Esența etapei fotofizice
Stadiul fotofizic este cel mai important, deoarece realizează tranziția și transformarea energiei de la un sistem la altul (viind din neviu).
Etapa fotochimică
Reacții foto-chimice ale fotosintezei- sunt reacții în care energia luminii este transformată în energia legăturilor chimice, în primul rând în energia legăturilor fosfor. ATP. Este ATP care asigură cursul tuturor proceselor; în același timp, sub influența luminii, apa se descompune și se formează un produs redus. NADP si iese in evidenta O2.
Energia cuantelor de lumină absorbită curge de la sute de molecule de pigment ale complexului de recoltare a luminii către o moleculă de capcană de clorofilă, dând un electron acceptorului - oxidant. Electronul intră în lanțul de transport de electroni; se presupune că complexul de recoltare a luminii este format din 3 părți:
componenta principală a antenei
· două sisteme de fixare a fotografiilor.
Complexul de clorofilă antenei este scufundat în grosimea membranei tilacoide a cloroplastelor; combinația de molecule de pigment de antenă și centrul de reacție constituie fotosistemul în procesul de fotosinteză. Iau parte 2 fotosisteme:
· s-a stabilit că fotosistem 1 include pigmenți de focalizare a luminii și centru de reacție 1,
· sistemul foto 2 include pigmenți de focalizare a luminiiȘi centru de reacție 2.
Fotosistemul capcană pentru clorofilă 1 absoarbe lumina de la o lungime de undă mare 700 nm. In secunda sistem 680 nm. Lumina este absorbită separat de aceste două fotosisteme, iar fotosinteza normală necesită participarea lor simultană. Transferul de-a lungul unui lanț de purtători implică o serie de reacții redox în care sunt transferați fie un atom de hidrogen, fie electroni.
Există două tipuri de flux de electroni:
· ciclic
· neciclice.
Cu un flux ciclic de electroni dintr-o moleculă de clorofilă sunt transferate la acceptor din molecula de clorofilă și revin înapoi la acesta
, cu flux aciclic are loc foto-oxidarea apei și transferul de electroni din apă în NADP
Energia eliberată în timpul reacțiilor redox este parțial utilizată pentru sinteza ATP. 
Fotosistemul I
Complexul I de recoltare a luminii conține aproximativ 200 de molecule de clorofilă.
În centrul de reacție al primului fotosistem se află un dimer de clorofilă a cu o absorbție maximă la 700 nm (P700). După excitarea de către un cuantic de lumină, restabilește acceptorul primar - clorofila a, care restabilește acceptorul secundar (vitamina K 1 sau filochinona), după care electronul este transferat la ferredoxină, care reduce NADP folosind enzima ferredoxin-NADP reductază.
Proteina plastocianină, redusă în complexul b6f, este transportată în centrul de reacție al primului fotosistem din partea spațiului intratilacoid și transferă un electron către P700 oxidat.
Fotosistemul II
Un fotosistem este un set de SSC, un centru de reacție fotochimică și purtători de electroni. Complexul II de recoltare a luminii conține 200 de molecule de clorofilă a, 100 de molecule de clorofilă b, 50 de molecule de carotenoide și 2 molecule de feofitină. Centrul de reacție al fotosistemului II este un complex pigment-protein situat în membranele tilacoide și înconjurat de SSC. Conține un dimer de clorofilă a cu un maxim de absorbție la 680 nm (P680). Energia unui cuantum de lumină din SSC este transferată în cele din urmă către acesta, în urma căreia unul dintre electroni trece la o stare de energie mai mare, conexiunea sa cu nucleul este slăbită și molecula excitată P680 devine un agent reducător puternic (E0 = -0,7 V).
P680 reduce feofitina, apoi electronul este transferat la chinone care fac parte din PS II și apoi la plastochinone, transportate în formă redusă în complexul b6f. O moleculă de plastochinonă poartă 2 electroni și 2 protoni, care sunt prelevați din stromă.
Umplerea golului de electroni din molecula P680 are loc din cauza apei. PS II include un complex de oxidare a apei care conține 4 ioni de mangan în centrul activ. Pentru a forma o moleculă de oxigen, sunt necesare două molecule de apă, dând 4 electroni. Prin urmare, procesul se desfășoară în 4 cicluri și pentru implementarea sa completă sunt necesare 4 cuante de lumină. Complexul este situat pe partea spațiului intratilacoid și cei 4 protoni rezultați sunt eliberați în el.
Astfel, rezultatul total al lucrării PS II este oxidarea a 2 molecule de apă cu ajutorul a 4 cuante de lumină cu formarea a 4 protoni în spațiul intratilacoid și a 2 plastochinone reduse în membrană.
Fosforilarea fotosintetică. Mecanismul de cuplare a transportului de electroni cu formarea unui gradient transmembranar de potențial electrochimic. Organizarea structurală și funcțională și mecanismul de funcționare a complexului ATP sintetază.
Fosforilarea fotosintetică- sinteza ATP din ADP și fosfor anorganic în cloroplaste, cuplat cu transportul de electroni indus de lumină.
După cele două tipuri de flux de electroni, se disting fotofosforilarea ciclică și neciclică.
Transferul de electroni de-a lungul lanțului de flux ciclic este asociat cu sinteza a două legături ATP de înaltă energie. Toată energia luminoasă absorbită de pigmentul centrului de reacție al fotosistemului I este cheltuită numai pentru sinteza ATP. Cu F. f. ciclic. nu se formează echivalenți reducători pentru ciclul carbonului și nu se eliberează O2. Ciclic f. f. descris de ecuația:
neciclic f. f. asociat cu fluxul de electroni din apă prin transportoarele fotosistemelor I și II NADP +. Energia luminii în acest proces este stocată în legături de mare energie ale ATP, forma redusă de NADPH2 și oxigen molecular. Ecuația generală a unei funcții funcționale neciclice. ca urmare a:
Mecanismul de cuplare a transportului de electroni cu formarea unui gradient transmembranar de potențial electrochimic
Teoria chemosmotică. Purtătorii de electroni sunt localizați asimetric în membrane. În acest caz, purtătorii de electroni (citocromi) alternează cu purtători de electroni și protoni (plastochinone). Molecula de plastochinonă acceptă mai întâi doi electroni: HRP + 2e - -> HRP -2.
Plastochinona este un derivat al chinonei, în stare complet oxidată conține doi atomi de oxigen legați la inelul de carbon prin legături duble. Într-o stare complet redusă, atomii de oxigen din inelul benzenic se combină cu protoni: pentru a forma o formă neutră din punct de vedere electric: PX -2 + 2H + -> PCN 2. Protonii sunt eliberați în spațiul din tilacoid. Astfel, atunci când o pereche de electroni este transferată de la Chl 680 la Chl 700, spaţiul interior protonii se acumulează în tilacoizi. Ca urmare a transferului activ al protonilor din stromă în spațiul intratilacoid, pe membrană se creează un potențial electrochimic de hidrogen (ΔμH +), care are două componente: ΔμH chimic (concentrație), rezultat din distribuția neuniformă a H. + ioni de pe diferite părți ale membranei și electrice, datorită sarcinii opuse diferitelor părți ale membranei (datorită acumulării de protoni din interior membrane).
__________________________________________________________________________
Organizarea structurală și funcțională și mecanismul de funcționare a complexului ATP sintetază
Organizare structurală și funcțională. Conjugarea difuziei protonilor prin membrană este realizată de un complex enzimatic macromolecular numit ATP sintetaza sau factorul de cuplare. Acest complex are forma unei ciuperci și este format din două părți - factori de cuplare: un capac rotund F1 care iese din in afara membrana (centrul catalitic al enzimei este situat în ea), iar picioarele sunt scufundate în membrană. Partea membranară este formată din subunități polipeptidice și formează un canal de protoni în membrană prin care ionii de hidrogen intră în factorul de conjugare F1. Proteina F 1 este un complex proteic care constă dintr-o membrană, în timp ce își păstrează capacitatea de a cataliza hidroliza ATP. F1 izolat nu este capabil să sintetizeze ATP. Capacitatea de a sintetiza ATP este o proprietate a unui singur complex F0-F1 înglobat în membrană. Acest lucru se datorează faptului că activitatea ATP sintazei în timpul sintezei ATP este asociată cu transferul de protoni prin aceasta. Transportul direcționat al protonilor este posibil numai dacă ATP sintaza este încorporată în membrană.
Mecanismul de funcționare. Există două ipoteze cu privire la mecanismul de fosforilare (mecanism direct și indirect). Conform primei ipoteze, gruparea fosfat și ADP se leagă de enzimă la locul activ al complexului F1. Doi protoni se deplasează prin canal de-a lungul gradientului de concentrație și se combină cu oxigenul fosfat pentru a forma apă. Conform celei de-a doua ipoteze (mecanismul indirect), ADP și fosforul anorganic se combină spontan în locul activ al enzimei. Cu toate acestea, ATP-ul rezultat este strâns legat de enzimă și este necesară energie pentru ao elibera. Energia este furnizată de protoni, care se leagă de enzimă, își schimbă conformația, după care ATP este eliberat.
Calea de fotosinteză C4
C 4-cale de fotosinteză sau ciclu Hatch-Slack
Oamenii de știință australieni M. Hatch și K. Slack au descris calea fotosintetică C 4, caracteristică plantelor tropicale și subtropicale de monocotiledonate și dicotiledonate din 16 familii (trestie de zahăr, porumb etc.). Majoritatea celor mai rele buruieni sunt plantele C4, iar majoritatea culturilor sunt plante C3. Frunzele acestor plante conțin două tipuri de cloroplaste: cele obișnuite în celulele mezofile și cloroplaste mari care nu au grana și fotosistemul II în celulele tecii din jurul fasciculelor vasculare.
În citoplasma celulelor mezofile, fosfoenolpiruvat carboxilaza adaugă CO2 la acidul fosfoenolpiruvic, formând acid oxaloacetic. Este transportat la cloroplaste, unde este redus la acid malic cu participarea NADPH (enzima malat dehidrogenază dependentă de NADP+). În prezența ionilor de amoniu, acidul oxaloacetic este transformat în acid aspartic (enzima aspartat aminotransferaza). Acizii malic și (sau) aspartic trec în cloroplastele celulelor învelișului și sunt decarboxilați la acid piruvic și CO2. CO 2 este inclus în ciclul Calvin, iar acidul piruvic este transferat în celulele mezofile, unde este transformat în acid fosfoenolpiruvic.
În funcție de ce acid - malat sau aspartat - este transportat în celulele tecii, plantele sunt împărțite în două tipuri: malat și aspartat. În celulele învelișului, acești acizi C4 sunt decarboxilați, ceea ce apare în diferite plante apare cu participarea diferitelor enzime: malat dehidrogenază decarboxilantă dependentă de NADP+ (NADP+-MDH), malat dehidrogenază decarboxilantă dependentă de NAD+ (enzima malică, NAD+-MDH) și PEP-carboxikinaza (PEP-KK). Prin urmare, plantele sunt împărțite în încă trei subtipuri: plante NADP + -MDG, plante NAD + -MDG, plante FEP-KK.
Acest mecanism permite plantelor să fotosintetizeze atunci când sunt închise din cauza temperatura ridicata stomate. În plus, produsele ciclului Calvin se formează în cloroplastele celulelor tecii din jurul fasciculelor vasculare. Aceasta promovează scurgerea rapidă a fotoasimilaților și, prin urmare, crește intensitatea fotosintezei.
Fotosinteza în funcție de tipul de Crassulaceae (suculente) este calea.
În zonele uscate, există plante suculente ale căror stomatele sunt deschise noaptea și închise ziua pentru a reduce transpirația. În prezent, acest tip de fotosinteză se găsește la reprezentanții a 25 de familii.
În plante suculente (cactusi și plante din familia Crassulaceae ( Crasulaceae) procesele de fotosinteză sunt separate nu în spațiu, ca la alte plante C4, ci în timp. Acest tip de fotosinteză se numește calea CAM (metabolismul acidului de crasulare). Stomatele sunt de obicei închise în timpul zilei, prevenind pierderea apei prin transpirație și deschise noaptea. În întuneric, CO 2 pătrunde în frunze, unde fosfoenolpiruvat carboxilaza îl combină cu acidul fosfoenolpiruvic, formând acid oxaloacetic. Este redus de malat dehidrogenaza dependentă de NADPH la acid malic, care se acumulează în vacuole. În timpul zilei, acidul malic trece din vacuolă în citoplasmă, unde este decarboxilat pentru a forma CO 2 și acid piruvic. CO 2 difuzează în cloroplaste și intră în ciclul Calvin.
Deci, faza întunecată a fotosintezei este împărțită în timp: CO 2 este absorbit noaptea și este restabilit în timpul zilei, malatul se formează din PAL, carboxilarea în țesuturi are loc de două ori: PEP este carboxilat noaptea, RuBP este carboxilat în timpul zilei. .
Instalațiile CAM sunt împărțite în două tipuri: centrale NADP-MDG, centrale PEP-KK.
Ca și C4, tipul CAM este suplimentar, furnizând CO 2 ciclului C3 la plantele adaptate să trăiască în condiții de temperaturi ridicate sau lipsă de umiditate. La unele plante acest ciclu funcționează întotdeauna, în altele funcționează doar în condiții nefavorabile.
Fotorespirația.
Fotorespirația este un proces activat de lumină de eliberare de CO 2 și absorbție de O 2. (NU ARE LEGAT DE FOTOSINTEZĂ SAU RESPIRAȚIE). Deoarece produsul primar al fotorespirației este acidul glicolic, acesta este numit și calea glicolatului. Fotorespirația crește cu conținut scăzut de CO 2 și concentrație mare de O 2 în aer. În aceste condiții, cloroplastul ribuloză bisfat carboxilaza catalizează nu carboxilarea ribulozei-1,5-bisfosfatului, ci scindarea acestuia în acizi 3-fosfogliceric și 2-fosfoglicolic. Acesta din urmă este defosforilat pentru a forma acid glicolic.
Acidul glicolic trece de la cloroplast la peroxizom, unde este oxidat de glicolat oxidaza la acid glioxilic. Peroxidul de hidrogen rezultat este descompus de catalaza prezentă în peroxizom. Acidul glioxilic este aminat pentru a forma glicină. Glicina este transportată în mitocondrie, unde serina este sintetizată din două molecule de glicină și este eliberat CO2.
Serina poate intra în peroxizom și, sub acțiunea aminotransferazei, transferă gruparea amino în acidul piruvic pentru a forma alanină și ea însăși este transformată în acid hidroxipiruvic. Acesta din urmă, cu participarea NADPH, este redus la acid gliceric. Trece în cloroplaste, unde este inclusă în ciclul Calvin și se formează 3 PHA.
Respirația plantelor
O celulă vie este un sistem energetic deschis; își trăiește și își menține individualitatea datorită unui flux constant de energie. De îndată ce acest aflux se oprește, are loc dezorganizarea și moartea corpului. Energia luminii solare stocată în materia organică în timpul fotosintezei este din nou eliberată și utilizată pentru o varietate de procese de viață.
În natură, există două procese principale în timpul cărora energia luminii solare stocată în materia organică este eliberată: respirația și fermentația. Respirația este descompunerea oxidativă aerobă a compușilor organici în compuși anorganici simpli, însoțită de eliberarea de energie. Fermentarea este un proces anaerob de descompunere a compușilor organici în alții mai simpli, însoțit de eliberarea de energie. În cazul respirației, acceptorul de electroni este oxigenul; în cazul fermentației, acesta este compusi organici.
Ecuația generală pentru procesul de respirație este:
С6Н1206 + 602 -> 6С02 + 6Н20 + 2824 kJ.
Căile respiratorii
Există două sisteme principale și două căi principale pentru transformarea substratului respirator sau oxidarea carbohidraților:
1) glicoliză + ciclu Krebs (glicolitic); Această cale de schimb respirator este cea mai comună și, la rândul său, constă din două faze. Prima fază este anaerobă (glicoliză), a doua fază este aerobă. Aceste faze sunt localizate în diferite compartimente celulare. Faza anaerobă a glicolizei este în citoplasmă, faza aerobă este în mitocondrii. De obicei, chimia respirației începe să fie luată în considerare cu glucoza. În același timp, în celulele vegetale există puțină glucoză, deoarece produsele finale ale fotosintezei sunt zaharoza ca principală formă de transport a zahărului în plantă sau carbohidrații de rezervă (amidon etc.). Prin urmare, pentru a deveni un substrat pentru respirație, zaharoza și amidonul trebuie hidrolizate pentru a forma glucoză.
2) fosfat de pentoză (apotomic). Rolurile relative ale acestor căi respiratorii pot varia în funcție de tipul plantei, vârstă, stadiul de dezvoltare și în funcție de factorii de mediu. Procesul de respirație a plantelor are loc în toate condițiile externe în care viața este posibilă. Organismul vegetal nu are adaptări pentru reglarea temperaturii, astfel încât procesul de respirație are loc la temperaturi de la -50 la +50°C. Plantele nu au, de asemenea, adaptări pentru a menține o distribuție uniformă a oxigenului în toate țesuturile. Nevoia de a desfășura procesul de respirație în diferite condiții a condus la dezvoltarea în procesul de evoluție a diferitelor căi metabolice respiratorii și la o varietate și mai mare de sisteme enzimatice care realizează stadii individuale ale respirației. Este important de remarcat interconectarea tuturor proceselor metabolice din organism. Modificarea căii metabolice respiratorii duce la modificări profunde ale întregului metabolism al plantelor.
Energie
11 ATP se formează ca urmare a muncii CK și respiratorii și 1 ATP ca rezultat al fosforilării substratului. În timpul acestei reacții, se formează o moleculă de GTP (reacția de refosforilare duce la formarea de ATP).
1 turnover de CK în condiții aerobe duce la formarea de 12 ATP
Integrativ
La nivelul CK sunt combinate căile de catabolism ale proteinelor, grăsimilor și carbohidraților. Ciclul Krebs este o cale metabolică centrală care combină procesele de descompunere și sinteză componente esentiale celule.
Amfibolice
Metaboliții CK sunt cheie; la nivelul lor, ei pot trece de la un tip de metabolism la altul.
13.ETC: Localizarea componentelor. Mecanismul fosforilării oxidative. Teoria chimiosmotică a lui Mitchell.
Lanț de transport de electroni- acesta este un lanț de agenți redox localizați într-un anumit fel în membrana cloroplastelor, efectuând transportul de electroni fotoindus din apă la NADP+. Forța motrice pentru transportul electronilor prin ETC al fotosintezei este reacțiile redox în centrele de reacție (RC) a două fotosisteme (PS). Separarea primară a sarcinilor în PS1 RC duce la formarea unui agent reducător puternic A0, al cărui potențial redox asigură reducerea NADP+ printr-un lanț de purtători intermediari. În fotografia RC FS2 reacții chimice conduce la formarea unui agent oxidant puternic P680, care determină o serie de reacții redox care duc la oxidarea apei și eliberarea de oxigen. Reducerea P700 formată în PS1 RC are loc datorită electronilor mobilizați din apă de către fotosistemul II, cu participarea purtătorilor de electroni intermediari (plastochinone, cofactorii redox ai complexului citocrom și plastocianina). Spre deosebire de reacțiile fotoinduse primare de separare a sarcinii în centrele de reacție, mergând împotriva gradientului termodinamic, transferul de electroni în alte părți ale ETC are loc de-a lungul gradientului potențialului redox și este însoțit de eliberarea de energie, care este utilizată pentru sinteza ATP.
Componentele ETC mitocondriale sunt aranjate în următoarea ordine:
O pereche de electroni din NADH sau succinat este transferată de-a lungul ETC la oxigen, care, fiind redus și adăugând doi protoni, formează apă.
Definiția și caracteristicile generale ale fotosintezei, sensul fotosintezei
FOTOSINTEZA este procesul de formare a substanțelor organice din CO2 și H2O în lumină, cu participarea pigmenților fotosintetici.
Din punct de vedere biochimic, fotosinteza este proces redox de transformare a moleculelor stabile de substanțe anorganice CO2 și H2O în molecule de substanțe organice – carbohidrați.
caracteristici generale
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + O2
Procesul de fotosinteză constă din două faze și mai multe etape care au loc secvenţial.
I Faza de lumină
1. Etapa fotofizică– apare în membrana interioară a cloroplastelor și este asociată cu absorbția energiei solare de către sistemele pigmentare.
2. Etapa fotochimică- are loc în membrana interioară a cloroplastelor și este asociată cu conversia energiei solare în energie chimică ATP și NADPH2 și fotoliza apei.
II Faza intunecata
3. Etapa biochimică sau ciclul Calvin- are loc în stroma cloroplastelor. În această etapă, dioxidul de carbon este redus la carbohidrați.
SENS
1. Asigurarea constanței CO2 în aer. Legarea CO 2 în timpul fotosintezei compensează în mare măsură eliberarea acestuia ca urmare a altor procese (respirație, fermentație, activitate vulcanică, activitatea industrială a omenirii).
2. Previne dezvoltarea efectului de sera. O parte din lumina soarelui este reflectată de suprafața Pământului sub formă de raze infraroșii termice. CO 2 absoarbe radiația infraroșie și, prin urmare, reține căldura pe Pământ. O creștere a conținutului de CO 2 din atmosferă poate contribui la creșterea temperaturii, adică la crearea unui efect de seră. Cu toate acestea, conținutul ridicat de CO 2 din aer activează fotosinteza și, prin urmare, concentrația de CO 2 din aer va scădea din nou.
3. Acumularea de oxigen în atmosferă. Inițial, în atmosfera Pământului era foarte puțin oxigen. Acum conținutul său este de 21% în volum de aer. Practic, acest oxigen este un produs al fotosintezei.
4. Ecran cu ozon. Ozonul (O 3) se formează ca urmare a fotodisocierii moleculelor de oxigen sub influența radiației solare la o altitudine de aproximativ 25 km. Protejează toată viața de pe Pământ de razele distructive.
Fotosinteză este sinteza compușilor organici din frunzele plantelor verzi din apă și dioxid de carbon atmosferic folosind energia solară (luminoasă) adsorbită de clorofilă în cloroplaste.
Fotosinteza captează energie lumina vizibilași transformându-l în energie chimică stocată (depozitată) în substanțe organice formate în timpul fotosintezei.
Data descoperirii procesului de fotosinteză poate fi considerată 1771. Omul de știință englez J. Priestley a atras atenția asupra modificărilor în compoziția aerului datorită activității vitale a animalelor. În prezența plantelor verzi, aerul a devenit din nou potrivit atât pentru respirație, cât și pentru ardere. Ulterior, munca unui număr de oameni de știință (Y. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J.B. Boussingault) a stabilit că plantele verzi absorb CO 2 din aer, din care se formează materia organică cu participarea apei în lumină. . Acest proces a fost numit în 1877, omul de știință german W. Pfeffer, fotosinteză. Legea conservării energiei formulată de R. Mayer a fost de mare importanță pentru dezvăluirea esenței fotosintezei. În 1845, R. Mayer a propus că energia folosită de plante este energia Soarelui, pe care plantele o transformă în energie chimică prin procesul de fotosinteză. Această poziție a fost dezvoltată și confirmată experimental în cercetările remarcabilului om de știință rus K.A. Timiryazev.
Rolul principal al organismelor fotosintetice:
1) transformarea energiei luminii solare în energia legăturilor chimice ale compuşilor organici;
2) saturarea atmosferei cu oxigen;
Ca rezultat al fotosintezei, pe Pământ se formează 150 de miliarde de tone de materie organică și se eliberează aproximativ 200 de miliarde de tone de oxigen liber pe an. Previne creșterea concentrației de CO2 în atmosferă, prevenind supraîncălzirea Pământului (efect de seră).
Atmosfera creată de fotosinteză protejează viețuitoarele de radiațiile UV dăunătoare cu unde scurte (scutul de oxigen-ozon al atmosferei).
Doar 1-2% din energia solară este transferată în recolta plantelor agricole; pierderile se datorează absorbției incomplete a luminii. Prin urmare, există o perspectivă uriașă de creștere a productivității prin selecția de soiuri cu eficiență ridicată a fotosintezei și crearea unei structuri a culturii favorabile pentru absorbția luminii. În acest sens, dezvoltarea fundamentelor teoretice pentru controlul fotosintezei devine deosebit de relevantă.
Importanța fotosintezei este enormă. Să observăm doar că furnizează combustibil (energie) și oxigen atmosferic necesar pentru existența tuturor viețuitoarelor. Prin urmare, rolul fotosintezei este planetar.
Planetaritatea fotosintezei este determinată și de faptul că datorită ciclului oxigenului și carbonului (în principal) se menține compoziția actuală a atmosferei, ceea ce determină, la rândul său, menținerea în continuare a vieții pe Pământ. Putem spune în continuare că energia care este stocată în produsele fotosintezei este, în esență, principala sursă de energie pe care o are acum omenirea.
Reacția totală a fotosintezei
CO 2 +H 2 O = (CH 2 O) + O 2 .
Chimia fotosintezei este descrisă de următoarele ecuații:
Fotosinteza – 2 grupe de reacții:
etapă luminoasă (depinde de iluminare)
stadiu întunecat (depinde de temperatura).
Ambele grupuri de reacții apar simultan
Fotosinteza are loc în cloroplastele plantelor verzi.
Fotosinteza începe cu captarea și absorbția luminii de către pigmentul clorofilă, găsit în cloroplastele celulelor plantelor verzi.
Acest lucru se dovedește a fi suficient pentru a schimba spectrul de absorbție al moleculei. 
Molecula de clorofilă absoarbe fotonii în violet și albastru, apoi în partea roșie a spectrului și nu interacționează cu fotonii din partea verde și galbenă a spectrului.
De aceea, clorofila și plantele arată verzi - pur și simplu nu pot profita de razele verzi și le lasă să rătăcească în jurul lumii (făcând astfel mai verde).
Pigmenții fotosintetici sunt localizați pe partea interioară a membranei tilacoide.
Pigmentii sunt organizati in fotosisteme(câmpuri de antenă pentru captarea luminii) - conținând 250–400 de molecule de pigmenți diferiți.
Fotosistemul este format din:
centru de reacție fotosisteme (molecula de clorofilă A),
moleculele antenei
Toți pigmenții din fotosistem sunt capabili să-și transfere energia de stare excitată unul altuia. Energia fotonului absorbită de una sau alta moleculă de pigment este transferată unei molecule învecinate până când ajunge în centrul de reacție. Când sistemul de rezonanță al centrului de reacție intră într-o stare excitată, acesta transferă doi electroni excitați moleculei acceptoare și, prin urmare, se oxidează și capătă o sarcină pozitivă.
În plante:
fotosistem 1(absorbție maximă de lumină la o lungime de undă de 700 nm - P700)
sistemul foto 2(absorbție maximă de lumină la o lungime de undă de 680 nm - P680
Diferențele optime de absorbție se datorează micilor diferențe în structura pigmentului.
Cele două sisteme funcționează în tandem, ca un transportor din două părți numit fotofosforilarea neciclică .
Ecuație sumară pentru fotofosforilarea neciclică:
F - simbol reziduu de acid fosforic
Ciclul începe cu fotosistemul 2.
1) moleculele antenei captează fotonul și transmit excitația moleculei centrale active P680;
2) molecula excitată P680 donează doi electroni cofactorului Q, în timp ce se oxidează și capătă o sarcină pozitivă;
Cofactor(cofactor). O coenzimă sau orice altă substanță necesară pentru ca o enzimă să își îndeplinească funcția
Coenzime (coenzime)[din lat. co (cum) - împreună și enzime], compuși organici de natură neproteică care participă la reacția enzimatică ca acceptori ai atomilor individuali sau ai grupărilor atomice scindate de enzimă din molecula de substrat, i.e. pentru a efectua acţiunea catalitică a enzimelor. Aceste substanțe, spre deosebire de componenta proteică a enzimei (apoenzima), au o greutate moleculară relativ mică și, de regulă, sunt termostabile. Uneori, coenzimele înseamnă orice substanțe cu molecularitate scăzută, a căror participare este necesară pentru ca acțiunea catalitică a enzimei să aibă loc, inclusiv ionii, de exemplu. K+, Mg2+ şi Mn2+. Enzimele sunt localizate. în centrul activ al enzimei și, împreună cu substratul și grupările funcționale ale centrului activ, formează un complex activat.
Majoritatea enzimelor necesită prezența unei coenzime pentru a prezenta activitate catalitică. Excepție fac enzimele hidrolitice (de exemplu, proteaze, lipaze, ribonucleaze), care își îndeplinesc funcția în absența unei coenzime.
Molecula este redusă de P680 (sub acțiunea enzimelor). În acest caz, apa se disociază în protoni și oxigen molecular, acestea. apa este un donor de electroni, ceea ce asigură reumplerea electronilor în P 680.
FOTOLIZĂ APĂ- scindarea unei molecule de apă, în special în timpul fotosintezei. Datorită fotolizei apei, se produce oxigen, care este eliberat de plantele verzi în lumină.
Este mai bine să explicați un material atât de voluminos precum fotosinteza în două lecții pereche - atunci integritatea percepției subiectului nu se pierde. Lecția trebuie să înceapă cu istoria studiului fotosintezei, a structurii cloroplastelor și a lucrărilor de laborator privind studiul cloroplastelor frunzelor. După aceasta, este necesar să trecem la studiul fazelor luminoase și întunecate ale fotosintezei. Atunci când se explică reacțiile care apar în aceste faze, este necesar să se întocmească o diagramă generală:
După cum explici, trebuie să desenezi diagrama fazei luminoase a fotosintezei.
1. Absorbția unui cuantum de lumină de către o moleculă de clorofilă, care se află în membranele tilacoide grana, duce la pierderea unui electron și îl transferă într-o stare excitată. Electronii sunt transferați de-a lungul lanțului de transport de electroni, ducând la reducerea NADP + la NADP H.
2. Locul electronilor eliberați în moleculele de clorofilă este luat de electronii moleculelor de apă - astfel apa suferă descompunere (fotoliză) sub influența luminii. Hidroxilii OH– rezultați devin radicali și se combină în reacția 4 OH – → 2 H 2 O +O 2, ducând la eliberarea de oxigen liber în atmosferă.
3. Ionii de hidrogen H+ nu pătrund în membrana tilacoidă și se acumulează în interior, încărcându-l pozitiv, ceea ce duce la o creștere a diferenței de potențial electric (EPD) de-a lungul membranei tilacoidale.
4. Când se atinge REF critic, protonii ies în fugă prin canalul de protoni. Acest flux de particule încărcate pozitiv este folosit pentru a produce energie chimică folosind un complex special de enzime. Moleculele de ATP rezultate se deplasează în stromă, unde participă la reacțiile de fixare a carbonului.
5. Ionii de hidrogen eliberați la suprafața membranei tilacoide se combină cu electronii, formând hidrogen atomic, care este folosit pentru a restabili transportorul NADP +.
Sponsorul articolului este grupul de companii Aris. Productie, vanzare si inchiriere schele(cadru fațadă LRSP, cadru înaltă A-48, etc.) și turnuri de turism (PSRV „Aris”, PSRV „Aris Compact” și „Aris-Dachnaya”, platforme). Cleme pentru schele, garduri de constructii, suporturi de roti pentru turnuri. Puteți afla mai multe despre companie, puteți vizualiza catalogul produselor și prețurile, contacte pe site-ul web, care se află la: http://www.scaffolder.ru/.
După luare în considerare această problemă După ce l-am analizat din nou conform diagramei, invităm elevii să completeze tabelul.
Masa. Reacții ale fazelor luminoase și întunecate ale fotosintezei
După completarea primei părți a tabelului, puteți trece la analiză faza întunecată a fotosintezei.
În stroma cloroplastei, pentozele sunt prezente în mod constant - carbohidrați, care sunt compuși cu cinci atomi de carbon care se formează în ciclul Calvin (ciclul de fixare a dioxidului de carbon).
1. Dioxidul de carbon este adăugat la pentoză, formând un compus instabil cu șase atomi de carbon, care se descompune în două molecule de acid 3-fosfogliceric (PGA).
2. Moleculele PGA acceptă o grupă fosfat din ATP și sunt îmbogățite cu energie.
3. Fiecare dintre FHA atașează un atom de hidrogen de la doi purtători, transformându-se într-o trioză. Triozele se combină pentru a forma glucoză și apoi amidon.
4. Moleculele de trioză se combină pentru a forma diferite combinații, formează pentoze și reintră în ciclu.
Reacția totală a fotosintezei:
Sistem. Procesul de fotosinteză
Test
1. Fotosinteza are loc în organele:
a) mitocondriile;
b) ribozomi;
c) cloroplaste;
d) cromoplaste.
2. Pigmentul de clorofilă este concentrat în:
a) membrana cloroplastica;
b) stroma;
c) boabe.
3. Clorofila absoarbe lumina în regiunea spectrului:
un rosu;
b) verde;
c) violet;
d) în întreaga regiune.
4. Oxigenul liber în timpul fotosintezei este eliberat în timpul defalcării:
a) dioxid de carbon;
b) ATP;
c) NADP;
d) apa.
5. Oxigenul liber se formează în:
a) faza intunecata;
b) faza uşoară.
6. În faza ușoară a fotosintezei, ATP:
a) sintetizat;
b) despicaturi.
7. În cloroplast, carbohidratul primar se formează în:
a) faza uşoară;
b) faza intunecata.
8. NADP în cloroplast este necesar:
1) ca capcană pentru electroni;
2) ca enzimă pentru formarea amidonului;
3) cum componentă membrane de cloroplast;
4) ca enzimă pentru fotoliza apei.
9. Fotoliza apei este:
1) acumularea de apă sub influența luminii;
2) disocierea apei în ioni sub influența luminii;
3) eliberarea vaporilor de apă prin stomată;
4) injectarea de apă în frunze sub influența luminii.
10. Sub influența cuantelor de lumină:
1) clorofila este transformată în NADP;
2) un electron părăsește molecula de clorofilă;
3) cloroplastul crește în volum;
4) clorofila este transformată în ATP.
LITERATURĂ
Bogdanova T.P., Solodova E.A. Biologie. Manual pentru elevii de liceu și solicitanții la universități. – M.: SRL „AST-Press School”, 2007.
Fiecare ființă vie de pe planetă are nevoie de hrană sau energie pentru a supraviețui. Unele organisme se hrănesc cu alte creaturi, în timp ce altele le pot produce pe ale lor elemente nutritive. Ei își produc propria hrană, glucoza, într-un proces numit fotosinteză.
Fotosinteza și respirația sunt interconectate. Rezultatul fotosintezei este glucoza, care este stocată ca energie chimică în. Această energie chimică stocată rezultă din conversia carbonului anorganic (dioxid de carbon) în carbon organic. Procesul de respirație eliberează energia chimică stocată.
Pe lângă produsele pe care le produc, plantele au nevoie și de carbon, hidrogen și oxigen pentru a supraviețui. Apa absorbită din sol oferă hidrogen și oxigen. În timpul fotosintezei, carbonul și apa sunt folosite pentru a sintetiza alimentele. Plantele au nevoie și de nitrați pentru a produce aminoacizi (un aminoacid este un ingredient pentru producerea proteinelor). În plus, au nevoie de magneziu pentru a produce clorofilă.
Nota: Ființe vii care depind de alte alimente se numesc . Erbivorele precum vacile și plantele care mănâncă insecte sunt exemple de heterotrofe. Se numesc ființe vii care își produc propria hrană. Plantele verzi și algele sunt exemple de autotrofe.
În acest articol veți afla mai multe despre cum are loc fotosinteza la plante și despre condițiile necesare pentru acest proces.
Definiţia photosynthesis
Fotosinteza este procesul chimic prin care plantele, unele alge, produc glucoză și oxigen din dioxid de carbon și apă, folosind doar lumina ca sursă de energie.
Acest proces este extrem de important pentru viața de pe Pământ deoarece eliberează oxigen, de care depinde toată viața.
De ce plantele au nevoie de glucoză (hrană)?
La fel ca oamenii și alte viețuitoare, plantele au nevoie de hrană pentru a supraviețui. Importanța glucozei pentru plante este următoarea:
- Glucoza produsă prin fotosinteză este folosită în timpul respirației pentru a elibera energie, necesare plantei pentru alte procese vitale.
- Celulele vegetale transformă, de asemenea, o parte din glucoză în amidon, care este utilizat după cum este necesar. Din acest motiv, plantele moarte sunt folosite ca biomasă deoarece înmagazinează energie chimică.
- Glucoza este, de asemenea, necesară pentru a produce alte substanțe chimice, cum ar fi proteinele, grăsimile și zaharurile din plante, necesare pentru a susține creșterea și alte procese importante.
Fazele fotosintezei
Procesul de fotosinteză este împărțit în două faze: lumină și întuneric.
Faza ușoară a fotosintezei
După cum sugerează și numele, fazele de lumină necesită lumină solară. În reacțiile dependente de lumină, energia din lumina soarelui este absorbită de clorofilă și transformată în energie chimică stocată sub forma moleculei purtătoare de electroni NADPH (nicotinamidă adenin dinucleotidă fosfat) și a moleculei energetice ATP (adenozin trifosfat). Faze de lumină apar în membranele tilacoide din cloroplast.
Faza întunecată a fotosintezei sau ciclul Calvin
În faza întunecată sau ciclul Calvin, electronii excitați din faza luminoasă furnizează energie pentru formarea carbohidraților din moleculele de dioxid de carbon. Fazele independente de lumină sunt uneori numite ciclu Calvin datorită naturii ciclice a procesului.
Deși fazele întunecate nu folosesc lumina ca reactant (și, ca rezultat, pot apărea în timpul zilei sau nopții), ele necesită produsele reacțiilor dependente de lumină pentru a funcționa. Moleculele independente de lumină depind de moleculele purtătoare de energie ATP și NADPH pentru a crea noi molecule de carbohidrați. Odată ce energia este transferată, moleculele purtătoare de energie revin la fazele de lumină pentru a produce electroni mai energici. În plus, mai multe enzime în fază întunecată sunt activate de lumină.
Diagrama fazelor fotosintezei
Nota: Aceasta înseamnă că fazele întunecate nu vor continua dacă plantele sunt lipsite de lumină prea mult timp, deoarece folosesc produsele fazelor luminoase.
Structura frunzelor plantelor
Nu putem studia pe deplin fotosinteza fără a ști mai multe despre structura frunzei. Frunza este adaptată să joace un rol vital în procesul de fotosinteză.
Structura externă a frunzelor
- Pătrat
Una dintre cele mai importante caracteristici ale plantelor este suprafața mare a frunzelor lor. Majoritatea plantelor verzi au frunze largi, plate și deschise care sunt capabile să capteze atâta energie solară (lumina solară) cât este necesară pentru fotosinteză.
- Vena centrală și pețiol
Nea centrală și pețiolul se unesc și formează baza frunzei. Pețiolul poziționează frunza astfel încât să primească cât mai multă lumină.
Frunzele simple au un singur limb, în timp ce frunzele complexe au mai multe. Lama frunzei este una dintre cele mai importante componente ale frunzei, care este direct implicată în procesul de fotosinteză.
- Venele
O rețea de vene din frunze transportă apa de la tulpini la frunze. Glucoza eliberată este trimisă și în alte părți ale plantei din frunze prin vene. În plus, aceste părți ale frunzei susțin și țin lama frunzei plat pentru o captare mai bună a luminii solare. Dispunerea nervurilor (venația) depinde de tipul de plantă.
- Baza frunzei
Baza frunzei este partea sa cea mai inferioară, care este articulată cu tulpina. Adesea, la baza frunzei există o pereche de stipule.
- Marginea frunzei
În funcție de tipul de plantă, marginea frunzei poate avea diferite forme, printre care: întreg, zimțat, zimțat, crestat, crenat etc.
- Vârful frunzei
Ca și marginea unei frunze, vârful este diverse forme, inclusiv: ascuțit, rotund, tocit, alungit, întins etc.
Structura internă a frunzelor
Mai jos este o diagramă apropiată structura internațesuturi de frunze:
- Cuticulă
Cuticula acționează ca principalul strat protector pe suprafața plantei. De regulă, este mai gros în vârful frunzei. Cuticula este acoperită cu o substanță asemănătoare ceară care protejează planta de apă.
- Epidermă
Epiderma este un strat de celule care este țesutul de acoperire al frunzei. Funcția sa principală este de a proteja țesuturile interne ale frunzei de deshidratare, deteriorare mecanică si infectii. De asemenea, reglează procesul de schimb de gaze și transpirație.
- Mezofila
Mezofila este țesutul principal al unei plante. Aici are loc procesul de fotosinteză. La majoritatea plantelor, mezofila este împărțită în două straturi: cel superior este palisat și cel inferior este spongios.
- Cuști de apărare
Celulele de gardă sunt celule specializate din epiderma frunzelor care sunt folosite pentru a controla schimbul de gaze. Ele îndeplinesc o funcție de protecție a stomatelor. Porii stomatici devin mari atunci când apa este disponibilă în mod liber, în caz contrar celulele protectoare devin lente.
- Stoma
Fotosinteza depinde de pătrunderea dioxidului de carbon (CO2) din aer prin stomate în țesutul mezofil. Oxigenul (O2), produs ca produs secundar al fotosintezei, părăsește planta prin stomate. Când stomatele sunt deschise, apa se pierde prin evaporare și trebuie înlocuită prin fluxul de transpirație cu apă absorbită de rădăcini. Plantele sunt nevoite să echilibreze cantitatea de CO2 absorbită din aer și pierderea de apă prin porii stomatici.
Condiții necesare pentru fotosinteză
Următoarele sunt condițiile de care plantele au nevoie pentru a efectua procesul de fotosinteză:
- Dioxid de carbon. Incolor gaz natural inodor, găsit în aer și poartă denumirea științifică CO2. Se formează în timpul arderii carbonului și a compușilor organici și apare și în timpul respirației.
- Apă. O substanță chimică limpede, lichidă, inodoră și fără gust (în condiții normale).
- Ușoară. Deși lumina artificială este potrivită și pentru plante, naturală lumina soarelui de obicei creează Condiții mai bune pentru fotosinteză, deoarece conține natural radiații ultraviolete, care are un efect pozitiv asupra plantelor.
- Clorofilă. Este un pigment verde găsit în frunzele plantelor.
- Nutrienți și minerale. Produse chimice și compuși organici pe care rădăcinile plantelor îi absorb din sol.
Ce se produce ca rezultat al fotosintezei?
- Glucoză;
- Oxigen.
(Energia luminoasă este afișată în paranteze pentru că nu este materie)
Nota: Plantele obțin CO2 din aer prin frunze și apă din sol prin rădăcini. Energia luminii vine de la Soare. Oxigenul rezultat este eliberat în aer din frunze. Glucoza rezultată poate fi transformată în alte substanțe, cum ar fi amidonul, care este folosit ca depozit de energie.
Dacă factorii care favorizează fotosinteza sunt absenți sau prezenți în cantități insuficiente, planta poate fi afectată negativ. De exemplu, mai puțină lumină creează condiții favorabile pentru insectele care mănâncă frunzele plantei, iar lipsa apei o încetinește.
Unde are loc fotosinteza?
Fotosinteza are loc în interiorul celulelor plantelor, în plastide mici numite cloroplaste. Cloroplastele (se găsesc mai ales în stratul mezofil) conțin o substanță verde numită clorofilă. Mai jos sunt alte părți ale celulei care lucrează cu cloroplastul pentru a efectua fotosinteza.
Structura unei celule vegetale
Funcțiile părților celulelor vegetale
- : oferă suport structural și mecanic, protejează celulele de, fixează și determină forma celulelor, controlează rata și direcția de creștere și dă formă plantelor.
- : oferă o platformă pentru majoritatea proceselor chimice controlate de enzime.
- : acționează ca o barieră, controlând mișcarea substanțelor în și în afara celulei.
- : așa cum este descris mai sus, ele conțin clorofilă, o substanță verde care absoarbe energia luminii prin procesul de fotosinteză.
- : o cavitate din citoplasma celulară care stochează apă.
- : conține o marcă genetică (ADN) care controlează activitățile celulei.
Clorofila absoarbe energia luminoasă necesară pentru fotosinteză. Este important de reținut că nu toate lungimile de undă de culoare ale luminii sunt absorbite. Plantele absorb în primul rând lungimile de undă roșii și albastre - nu absorb lumina în intervalul verde.
Dioxid de carbon în timpul fotosintezei
Plantele iau dioxid de carbon din aer prin frunzele lor. Dioxidul de carbon se scurge printr-o mică gaură din partea inferioară a frunzei - stomatele.
Partea inferioară a frunzei are celule puțin distanțate pentru a permite dioxidului de carbon să ajungă la alte celule din frunze. Acest lucru permite, de asemenea, oxigenului produs prin fotosinteză să părăsească cu ușurință frunza.
Dioxidul de carbon este prezent în aerul pe care îl respirăm în concentrații foarte scăzute și este un factor necesar în faza întunecată a fotosintezei.
Lumină în timpul fotosintezei
Frunza are de obicei suprafata mare suprafață, astfel încât să poată absorbi multă lumină. Suprafața sa superioară este protejată de pierderea apei, boli și expunere la intemperii printr-un strat ceros (cuticulă). Partea de sus a foii este locul unde se lovește lumina. Acest strat mezofil se numește palisadă. Este adaptat să absoarbă o cantitate mare de lumină, deoarece conține multe cloroplaste.
În fazele de lumină, procesul de fotosinteză crește odată cu o cantitate mare Sveta. Mai multe molecule de clorofilă sunt ionizate și se generează mai mult ATP și NADPH dacă fotonii de lumină sunt concentrați pe o frunză verde. Deși lumina este extrem de importantă în fotofaze, trebuie menționat că cantitățile excesive pot deteriora clorofila și pot reduce procesul de fotosinteză.
Fazele de lumină nu depind foarte mult de temperatură, apă sau dioxid de carbon, deși toate sunt necesare pentru a finaliza procesul de fotosinteză.
Apa în timpul fotosintezei
Plantele obțin prin rădăcini apa de care au nevoie pentru fotosinteză. Au fire de păr de rădăcină care cresc în sol. Rădăcinile se caracterizează printr-o suprafață mare și pereți subțiri, permițând apei să treacă ușor prin ele.
Imaginea prezintă plante și celulele lor cu suficientă apă (stânga) și lipsă (dreapta).
Nota: Celulele radiculare nu conțin cloroplaste, deoarece sunt de obicei în întuneric și nu pot fotosintetiza.
Dacă planta nu absoarbe suficientă apă, se ofilește. Fără apă, planta nu va putea fotosintetiza suficient de repede și poate chiar să moară.
Care este importanța apei pentru plante?
- Oferă minerale dizolvate care susțin sănătatea plantelor;
- Este un mijloc de transport;
- Menține stabilitatea și verticalitatea;
- Se răcește și se saturează cu umiditate;
- Face posibilă desfășurarea diferitelor reacții chimice în celulele vegetale.
Importanța fotosintezei în natură
Procesul biochimic al fotosintezei folosește energia din lumina soarelui pentru a transforma apa și dioxidul de carbon în oxigen și glucoză. Glucoza este folosită ca elemente de bază în plante pentru creșterea țesuturilor. Astfel, fotosinteza este metoda prin care se formează rădăcinile, tulpinile, frunzele, florile și fructele. Fără procesul de fotosinteză, plantele nu vor putea să crească sau să se reproducă.
- Producătorii
Datorită capacității lor fotosintetice, plantele sunt cunoscute ca producători și servesc drept bază pentru aproape fiecare lanț alimentar de pe Pământ. (Algele sunt echivalentul plantelor din). Toate alimentele pe care le consumăm provin de la organisme care sunt fotosintetice. Mâncăm aceste plante direct sau mâncăm animale precum vacile sau porcii care consumă alimente vegetale.
- Baza lanțului trofic
În cadrul sistemelor acvatice, plantele și algele formează, de asemenea, baza lanțului trofic. Algele servesc drept hrană pentru care, la rândul lor, acționează ca o sursă de nutriție pentru organismele mai mari. Fără fotosinteză în mediu acvatic viata ar fi imposibila.
- Eliminarea dioxidului de carbon
Fotosinteza transformă dioxidul de carbon în oxigen. În timpul fotosintezei, dioxidul de carbon din atmosferă intră în plantă și apoi este eliberat sub formă de oxigen. În lumea de astăzi, unde nivelurile de dioxid de carbon cresc cu ritmuri alarmante, orice proces care elimină dioxidul de carbon din atmosferă este important din punct de vedere al mediului.
- Gyre nutrienți
Plantele și alte organisme fotosintetice joacă un rol vital în ciclul nutrienților. Azotul din aer este fixat în țesutul vegetal și devine disponibil pentru crearea de proteine. Micronutrienții găsiți în sol pot fi, de asemenea, încorporați în țesutul plantei și devin disponibili pentru ierbivorele mai în sus în lanțul trofic.
- Dependența fotosintetică
Fotosinteza depinde de intensitatea și calitatea luminii. La ecuator, unde lumina soarelui este din belșug pe tot parcursul anului, iar apa nu este un factor limitativ, plantele au rate mari de creștere și pot deveni destul de mari. În schimb, fotosinteza are loc mai rar în părțile mai adânci ale oceanului, deoarece lumina nu pătrunde în aceste straturi, rezultând un ecosistem mai steril.
