Záhradné záležitosti

Proces fotosyntézy: stručne a jasne pre deti

Vo svetelnej fáze fotosyntézy sa syntetizujú ATP a NADP · H.2 žiarenia. Stáva sa to na tylakoidy chloroplastovkde pigmenty a enzýmy tvoria komplexné komplexy pre fungovanie elektrochemických obvodov, cez ktoré sa prenášajú elektróny a čiastočne vodíkové protóny.

Elektrony nakoniec končia v koenzýme NADP, ktorý je nabitý negatívne, priťahuje časť protónov k sebe a mení sa na NADPH2, Akumulácia protónov na jednej strane tylakoidnej membrány a elektrónov pozdĺž druhej vytvára elektrochemický gradient, ktorého potenciál využíva enzým ATP syntetáza na syntézu ATP z ADP a kyseliny fosforečnej.

Hlavnými pigmentmi fotosyntézy sú rôzne chlorofyly. Ich molekuly zachytávajú žiarenie určitých, čiastočne odlišných svetelných spektier. Niektoré elektróny molekúl chlorofylu sa zároveň prenášajú na vyššiu energetickú úroveň. Je to nestabilný stav, a teoreticky, elektróny, tým istým žiarením, musia preniesť energiu prijatú zvonku do priestoru a vrátiť sa na predchádzajúcu úroveň. Vo fotosyntetizujúcich bunkách sú však excitované elektróny zachytené akceptormi a s postupným znižovaním ich energie sú prenášané pozdĺž nosného reťazca.

Na tylakoidných membránach existujú dva typy fotosystémov, ktoré emitujú elektróny, keď sú vystavené svetlu. Fotosystémy sú komplexným komplexom väčšinou chlorofylových pigmentov s reakčným centrom, z ktorého sa odtrhávajú elektróny. Vo fotosystéme zachytáva slnečné svetlo mnoho molekúl, ale všetka energia sa zhromažďuje v reakčnom centre.

Elektrony fotosystému I, ktoré prechádzajú cez nosný reťazec, redukujú NADPH.

Energia elektrónov oddelených od fotosystému II sa používa na syntézu ATP. Elektrony fotosystému II samy vyplňujú elektrónové diery fotosystému I.

Otvory druhého fotosystému sú vyplnené elektrónmi fotolýzou vody, Fotolýza tiež nastáva za účasti svetla a je rozkladom H2O na protóny, elektróny a kyslík. V dôsledku fotolýzy vody vzniká voľný kyslík. Protóny sa podieľajú na tvorbe elektrochemického gradientu a redukcii NADPH. Elektróny prijímajú chlorofylový fotosystém II.

Približná celková rovnica svetelnej fázy fotosyntézy:

H2O + NADF + 2ADF + 2F → ½O2 + NADF · H2 + 2ATP

Cyklický transport elektrónov

Vyššie uvedené je tzv necyklická svetelná fáza fotosyntézy, Stále sú cyklického prenosu elektrónov, keď nenastane obnovenie NADP, V tomto prípade idú elektróny z fotosystému do nosného reťazca, kde sa syntetizuje ATP. To znamená, že tento elektronový transportný reťazec získava elektróny z fotosystému I, nie z II. Zdá sa, že prvý fotosystém realizuje cyklus: elektróny emitované späť do neho sa vracajú späť do neho. Cestou trávia časť svojej energie na syntézu ATP.

Fotofosforylácia a oxidačná fosforylácia

Svetelná fáza fotosyntézy môže byť porovnávaná so štádiom bunkovej respirácie - oxidačnej fosforylácie, ktorá sa vyskytuje na mitochondriálnej kríze. Aj tam je ATP syntetizovaný prenosom elektrónov a protónov pozdĺž nosného reťazca. Avšak v prípade fotosyntézy je energia uložená v ATP nie pre potreby bunky, ale hlavne pre potreby temnej fázy fotosyntézy. A ak sú pri dýchaní organické látky primárnym zdrojom energie, potom počas fotosyntézy - slnečného žiarenia. Syntéza ATP počas fotosyntézy sa nazýva fotofosforylacenamiesto oxidačnej fosforylácie.

Temná fáza fotosyntézy

Prvýkrát bola temná fáza fotosyntézy podrobne študovaná Calvinom, Bensonom, Bassamom. Cyklus reakcií otvorených nimi bol následne nazvaný Calvinov cyklus alebo C3- fotosyntéza. Niektoré skupiny rastlín majú modifikovanú dráhu fotosyntézy - C4Tiež nazývaný Hatch-Slack cyklus.

V tmavých reakciách fotosyntézy je CO fixovaný.2. Temná fáza prebieha v stróme chloroplastu.

Regenerácia CO2 nastáva v dôsledku energie ATP a redukčnej sily NADF · H2generované v svetelných reakciách. Bez nich nedochádza k fixácii uhlíka. Preto aj keď temná fáza nie je priamo závislá na svetle, zvyčajne prebieha aj vo svetle.

Calvinov cyklus

Prvá reakcia tmavej fázy je pridanie CO2 (carbonatione) na 1,5-ribulezobifosfaty (ribulosa-1,5-difosfát) – RiBF, Posledne menovaná je dvojitá fosforylovaná ribóza. Táto reakcia je katalyzovaná enzýmom ribulóza-1,5-difosfátkarboxyláza, tiež nazývaná Rubisco.

V dôsledku karboxylácie vzniká nestabilná zlúčenina so 6 uhlíkmi, ktorá sa v dôsledku hydrolýzy rozkladá na dve molekuly s tromi uhlíkovými atómami. kyselina fosfoglycerová (PGA) - prvý produkt fotosyntézy. PGA sa tiež nazýva fosfoglycerát.

PGA obsahuje tri atómy uhlíka, z ktorých jeden je súčasťou karboxylovej skupiny kyseliny (-COOH):

PGC tvorí tri uhlíkové cukry (glyceraldehyd fosfát) triosefosfát (TF)už zahŕňa aldehydovú skupinu (-CHO):

FGK (3-kyselina) → TF (3-cukor)

Na túto reakciu sa spotrebuje ATP energia a redukčná sila NADP-H.2, TF je prvý sacharid fotosyntézy.

Potom sa väčšina trifosforečnanu spotrebuje na regeneráciu ribulozobifosfatu (ReBP), ktorý sa opäť používa na viazanie CO2, Regenerácia zahŕňa sériu reakcií súvisiacich s ATP zahŕňajúcich cukrové fosfáty s 3 až 7 atómami uhlíka.

V tomto cykle RibF a je cyklus Calvin.

Z cyklu Kalvína prichádza menšia časť vytvoreného TF. Čo sa týka 6 viazaných molekúl oxidu uhličitého, výťažok je 2 molekúl triosofosfátu. Odozva celkového cyklu so vstupnými a výstupnými produktmi:

Súčasne sa na väzbe zúčastní 6 molekúl RIB a vytvorí sa 12 molekúl PGA, ktoré sa zmenia na 12 TF, z ktorých 10 molekúl zostane v cykle a sú konvertované na 6 molekúl RIB. Pretože TF je trojuhlíkový cukor a RibBP je päť uhlík, potom vzhľadom na atómy uhlíka máme: 10 * 3 = 6 * 5. Počet atómov uhlíka za predpokladu, že sa cyklus nezmení, všetky potrebné RibF sa regenerujú. Šesť molekúl oxidu uhličitého, ktoré vstúpili do cyklu, je použitých na tvorbu dvoch molekúl triosofosfátu opúšťajúcich cyklus.

V cykle Calvin na 6 viazaných molekúl CO2 Spotrebuje sa 18 ATP molekúl a 12 molekúl NADP · H2, ktoré boli syntetizované v reakciách svetelnej fázy fotosyntézy.

Výpočet sa uskutočňuje na dvoch molekulách opúšťajúcich cyklus triosofosfátu, pretože molekula glukózy, ktorá sa následne vytvorí, obsahuje 6 atómov uhlíka.

Triosefosfát (TF) je konečným produktom Calvinovho cyklu, ale je ťažké ho označiť za konečný produkt fotosyntézy, pretože sa takmer nehromadí a reaguje s inými látkami, mení sa na glukózu, sacharózu, škrob, tuky, mastné kyseliny, aminokyseliny. Okrem TF hrá dôležitú úlohu FGK. Takéto reakcie sa však vyskytujú nielen vo fotosyntetických organizmoch. V tomto zmysle je temná fáza fotosyntézy rovnaká ako Calvinov cyklus.

PGC produkujú šesťstupňovú enzymatickú katalýzu uhlíkovým cukrom. fruktóza-6-fosfátktorý sa zmení na glukóza, V rastlinách môže glukóza polymerizovať na škrob a celulózu. Syntéza sacharidov je podobná procesu reverznej glykolýzy.

Čo je pre rastliny dôležité?

Rovnako ako ľudia, rastliny tiež potrebujú živiny na udržanie zdravia, rast a dobré fungovanie svojich životných funkcií. Dostávajú minerály rozpustené vo vode z pôdy cez korene. Ak pôda nemá minerálne živiny, rastlina sa nebude vyvíjať normálne. Poľnohospodári často kontrolujú pôdu, aby zabezpečili dostatok živín na pestovanie plodín. Inak sa uchýliť k použitiu hnojív obsahujúcich základné minerály pre výživu a rast rastlín.

Prečo je fotosyntéza taká dôležitá?

Stručne a jasne vysvetliť fotosyntézu pre deti, stojí za zmienku, že tento proces je jednou z najdôležitejších chemických reakcií na svete. Aké sú dôvody takéhoto hlasného vyhlásenia? Po prvé, fotosyntéza živí rastliny, ktoré zase živia všetky ostatné živé tvory na planéte, vrátane zvierat a ľudí. Po druhé, v dôsledku fotosyntézy sa do atmosféry uvoľňuje kyslík potrebný na dýchanie. Všetky živé veci dýchajú kyslík a výdych oxidu uhličitého. Našťastie rastliny robia opak, takže sú veľmi dôležité pre ľudí a zvieratá, pretože im dávajú možnosť dýchať.

Úžasný proces

Ukázalo sa tiež, že rastliny môžu dýchať, ale na rozdiel od ľudí a zvierat absorbujú oxid uhličitý, a nie kyslík zo vzduchu. Rastliny tiež pijú. Preto ich musíte zalievať, inak zomrú. Pomocou koreňového systému sa voda a živiny transportujú do všetkých častí tela rastliny a absorpcia oxidu uhličitého prebieha cez malé otvory v listoch. Spúšť pre spustenie chemickej reakcie je slnečné svetlo. Všetky získané metabolické produkty používajú rastliny na výživu, kyslík sa uvoľňuje do atmosféry. Takto môžete stručne a jasne vysvetliť, ako prebieha proces fotosyntézy.

Fotosyntéza: svetlá a tmavá fáza fotosyntézy

Tento proces sa skladá z dvoch hlavných častí. Existujú dve fázy fotosyntézy (opis a tabuľka - ďalej). Prvá sa nazýva svetelná fáza. Vyskytuje sa len v prítomnosti svetla v membránach tylakoidov za účasti chlorofylu, proteínov prenosu elektrónov a enzýmu ATP syntetázy. Čo ešte skrýva fotosyntéza? Svetelné a tmavé fázy fotosyntézy sa striedajú medzi sebou tak, ako deň a noc prichádzajú (Calvinove cykly). Počas temnej fázy sa produkuje rovnaká glukóza, potrava pre rastliny. Tento proces sa tiež nazýva reakcia nezávislá od svetla.

Reakcie vyskytujúce sa v chloroplastoch sú možné len v prítomnosti svetla. V týchto reakciách sa svetelná energia premieňa na chemickú energiu

2. Chlorofyl a iné pigmenty absorbujú energiu zo slnečného svetla. Táto energia sa prenáša do fotosystémov, ktoré sú zodpovedné za fotosyntézu.

3. Voda sa používa na elektróny a vodíkové ióny a tiež sa podieľa na výrobe kyslíka.

4. Elektrony a vodíkové ióny sa používajú na vytvorenie ATP (molekuly na skladovanie energie), ktorá je potrebná v ďalšej fáze fotosyntézy.

1. Reakcia svetelného cyklu prebieha v stróme chloroplastov.

2. Ako glukóza sa používa oxid uhličitý a energia z ATP.

záver

Z vyššie uvedeného možno vyvodiť tieto závery: t

  • Fotosyntéza je proces, ktorý vám umožňuje prijímať energiu zo slnka.
  • Svetelná energia slnka sa mení na chemickú energiu chlorofylom.
  • Chlorofyl dáva rastlinám zelenú farbu.
  • Fotosyntéza sa vyskytuje v chloroplastoch buniek rastlinných listov.
  • Na fotosyntézu je potrebný oxid uhličitý a voda.
  • Oxid uhličitý vstupuje do rastliny cez malé otvory, žalúdky, cez ktoré sa uvoľňuje kyslík.
  • Voda sa vstrebáva do rastliny cez svoje korene.
  • Bez fotosyntézy vo svete by nebolo jedlo.

Definícia fotosyntézy

Fotosyntéza je chemický proces, pri ktorom rastliny, niektoré baktérie a riasy produkujú glukózu a kyslík z oxidu uhličitého a vody, pričom sa ako zdroj energie používa iba svetlo.

Tento proces je mimoriadne dôležitý pre život na Zemi, pretože vďaka nemu sa uvoľňuje kyslík, na ktorom závisí všetok život.

Prečo rastliny potrebujú glukózu (jedlo)?

Rovnako ako ľudia a iné živé veci, aj rastliny potrebujú výživu, aby si udržali svoje živobytie. Hodnota glukózy pre rastliny je nasledovná: t

  • Glukóza odvodená od fotosyntézy sa používa počas respirácie na uvoľnenie energie potrebnej pre rastlinu na ďalšie životne dôležité procesy.
  • Rastlinné bunky tiež konvertujú časť glukózy na škrob, ktorý sa používa podľa potreby. Z tohto dôvodu sa mŕtve rastliny používajú ako biomasa, pretože skladujú chemickú energiu.
  • Glukóza je tiež potrebná na výrobu iných chemikálií, ako sú proteíny, tuky a rastlinné cukry, ktoré sú nevyhnutné pre rast a ďalšie dôležité procesy.

Vonkajšia štruktúra listov

Jednou z najdôležitejších vlastností rastlín je veľká plocha listov. Väčšina zelených rastlín má široké, ploché a otvorené listy, ktoré sú schopné zachytiť toľko slnečnej energie (slnečné svetlo), aké je potrebné na fotosyntézu.

  • Centrálna žila a stopka

Centrálna žila a stopka sú spojené a sú základom listu. Stonka umiestni list tak, aby prijímal čo najviac svetla.

  • Listová čepeľ

Jednoduché listy majú jeden list dosky, a zložité - niekoľko. Listová čepeľ - jedna z najdôležitejších zložiek listu, ktorá je priamo zapojená do procesu fotosyntézy.

Sieť žíl v listoch prenáša vodu zo stoniek do listov. Pridelená glukóza je tiež zasielaná do iných častí rastliny z listov cez žily. Okrem toho tieto časti plechu podopierajú a udržujú plech dosky pre väčšie zachytenie slnečného svetla. Umiestnenie žíl (venácia) závisí od typu rastliny.

  • Základný list

Spodok listu je jeho spodná časť, ktorá je kĺbovo spojená so stopkou. Často je na spodnej strane krídla pár hrotov.

V závislosti od typu rastliny môže mať okraj listu odlišný tvar, vrátane: celého, zúbkovaného, ​​zúbkovaného, ​​vrúbkovaného, ​​hltavého atď.

  • Listový vrch

Podobne ako okraj listu môže mať hrot rôzne tvary, vrátane: ostrých, zaoblených, tupých, podlhovastých, ťahaných atď.

Vnútorná štruktúra listov

Nižšie je podrobný diagram vnútornej štruktúry listového tkaniva:

Koža je hlavnou ochrannou vrstvou na povrchu rastliny. Spravidla je hrubšia na hornej strane listu. Kůžička je potiahnutá voskovitou látkou, ktorá chráni rastlinu pred vodou.

Epidermis je vrstva buniek, ktorá je kožným tkanivom listu. Jeho hlavnou funkciou je chrániť vnútorné tkanivá listov pred dehydratáciou, mechanickým poškodením a infekciami. Taktiež reguluje proces výmeny plynov a transpirácie.

Hlavným rastlinným tkanivom je mezofyl. Tu je proces fotosyntézy. Vo väčšine rastlín sa mesofyl delí na dve vrstvy: horná časť je palisáda a spodok je hubovitý.

  • Ochranné bunky

Ochranné bunky sú špecializované bunky v epiderme listov, ktoré sa používajú na kontrolu výmeny plynov. Vykonávajú ochrannú funkciu pre stomata. Stomatálne póry sa stávajú veľkými, keď je voda voľne dostupná, inak sa ochranné bunky stávajú pomalými.

Fotosyntéza závisí od prenikania oxidu uhličitého (CO2) zo vzduchu cez stomata do mezofylového tkaniva. Kyslík (O2), získaný ako vedľajší produkt fotosyntézy, opúšťa rastlinu cez stomata. Keď sú žalúdky otvorené, voda sa stráca v dôsledku odparovania a musí sa dopĺňať cez transpiračný prietok vodou absorbovanou koreňmi. Rastliny sú nútené vyvážiť množstvo CO2 absorbovaného zo vzduchu a stratu vody cez stomatálne póry.

Overené odborníkom

Fáza (svetlo)

1. Kde sa deje

Svetelná fáza fotosyntézy sa vyskytuje v granulárnych tylakoidoch.

2.Postupy v tejto fáze

Kvôli svetelnej energii dochádza k oxidácii chlorofylu. K regenerácii dochádza na úkor elektrónov odobratých z vodíka. Potenciálny rozdiel sa vytvára medzi vnútornou a vonkajšou stranou tylakoidnej membrány a použitím ATP syntetázy sa NADP redukuje na NADPH2 (nicotamidamid adenín dinukleotid fosfátom redukovaná forma).

3. Výsledky procesu

- fotolýzu vody (rozklad), pri ktorej sa uvoľňuje

- energia svetla sa premieňa na energiu chemických väzieb ATP a NADP * H2

Fáza (tmavá)

1. Kde sa deje

Temná fáza fotosyntézy sa vyskytuje v stróme chloroplastu.

2.Postupy v tejto fáze

Je tu fixácia CO2 (oxid uhličitý).

V reakciách Calvinovho cyklu sa CO2 redukuje v dôsledku ATP a redukčnej sily NADP * H2 (forma redukovaná nikotamidadenindinukleotid fosfátom fosfátu) vytvorená vo svetelnej fáze.

Koncept fotosyntézy, kde a čo sa deje vo svetelnej fáze fotosyntézy

Fotosyntéza je súborom procesov tvorby svetelnej energie do energie chemických väzieb organických látok za účasti fotosyntetických farbív.

Tento typ výživy je charakteristický pre rastliny, prokaryoty a niektoré typy jednobunkových eukaryotov.

Pri prirodzenej syntéze sa uhlík a voda v interakcii so svetlom premieňajú na glukózu a voľný kyslík:

6CO2 + 6H2O + svetelná energia → C6H12O6 + 6O2

Современная физиология растений под понятием фотосинтеза понимает фотоавтотрофную функцию, которая является совокупностью процессов поглощения, превращения и применения квантов световой энергии в разных несамопроизвольных реакциях, включая преобразование углекислого газа в органику.

Фотосинтез у растений происходит в листьях через хлоропласты - poloautonómne dvoj membránové organely patriace do triedy plastidov. Vďaka plochému tvaru listových dosiek je zabezpečená vysoká kvalita absorpcie a plné využitie svetelnej energie a oxidu uhličitého. Voda potrebná na prirodzenú syntézu pochádza z koreňov cez vodu vodivú tkaninu. Výmena plynu prebieha cez difúziu cez žalúdok a čiastočne cez kutikulu.

Chloroplasty sú naplnené bezfarebnou strómou a sú prešpikované lamelami, ktoré v kombinácii s ostatnými tvoria tylakoidy. Práve v nich dochádza k fotosyntéze. Cyanobaktérie samotné sú chloroplasty, takže zariadenie na ich prirodzenú syntézu nie je oddelené na samostatnú organelu.

Fotosyntéza pokračuje za účasti pigmentovChlorofyly sa bežne vyskytujú. Niektoré organizmy obsahujú ďalší pigment - karotenoid alebo fikobilín. Prokaryoty majú bakteriochlorofylový pigment a tieto organizmy na konci prirodzenej syntézy nevypúšťajú kyslík.

Fotosyntéza prechádza dvoma fázami - svetlou a tmavou. Každá z nich je charakterizovaná špecifickými reakciami a interagujúcimi látkami. Pozrime sa podrobnejšie na proces fotosyntézy.

Prvá fáza fotosyntézy charakterizované tvorbou vysokoenergetických produktov, ktorými sú ATP, bunkový zdroj energie a NADP, redukčné činidlo. Na konci stupňa sa produkuje kyslík ako vedľajší produkt. Svetelná fáza prebieha nevyhnutne so slnečným svetlom.

Proces fotosyntézy prebieha v membránach tylakoidov s účasťou proteínov prenosu elektrónov, ATP syntetázy a chlorofylu (alebo iného pigmentu).

Fungovanie elektrochemických reťazcov, cez ktoré dochádza k prenosu elektrónov a čiastočne vodíkových protónov, vzniká v komplexných komplexoch tvorených pigmentmi a enzýmami.

Opis procesu svetelnej fázy:

  1. Keď slnečné svetlo zasiahne doštičky rastlinných organizmov, chlorofylové elektróny sú excitované v štruktúre platne,
  2. V aktívnom stave častice vystupujú z molekuly pigmentu a spadajú na vonkajšiu stranu tylakoidu, ktorý je záporne nabitý. K tomu dochádza súčasne s oxidáciou a následnou redukciou molekúl chlorofylu, ktoré odoberajú ďalšie elektróny z vody, ktorá vstúpila do listov.
  3. Potom dochádza k fotolýze vody s tvorbou iónov, ktoré darujú elektróny a sú premenené na radikály OH, ktoré sú schopné zúčastniť sa reakcií a ďalej,
  4. Potom sa tieto radikály spoja a vytvoria molekuly vody a voľný kyslík, ktorý sa dostane do atmosféry,
  5. Tylakoidná membrána získava na jednej strane kladný náboj spôsobený vodíkovým iónom a na druhej strane záporný náboj spôsobený elektrónmi,
  6. S rozdielom 200 mV medzi stranami membrány prechádzajú protóny cez enzým ATP syntetázu, čo vedie k konverzii ADP na ATP (fosforylačný proces),
  7. Pri uvoľňovaní atómového vodíka z vody sa NADP + redukuje na NADPH2,

Zatiaľ čo voľný kyslík v reakčnom procese sa uvoľňuje do atmosféry, ATP a NADPH2 sa zúčastňujú temnej fázy prirodzenej syntézy.

Povinnou zložkou pre túto fázu je oxid uhličitý.ktoré rastliny neustále absorbujú z vonkajšieho prostredia cez stomata v listoch. Procesy temnej fázy prebiehajú v stróme chloroplastu. Pretože v tomto štádiu nie je potrebné veľa slnečnej energie a ATP a NADPH2 budú dostatočne získané počas svetelnej fázy, reakcie v organizmoch môžu prebiehať počas dňa aj v noci. Procesy v tomto štádiu sa vyskytujú rýchlejšie ako predchádzajúce.

Súhrn všetkých procesov prebiehajúcich v tmavej fáze je reprezentovaný ako druh reťazca postupných transformácií oxidu uhličitého z vonkajšieho prostredia:

  1. Prvá reakcia v tomto reťazci je fixácia oxidu uhličitého. Prítomnosť enzýmu RibBP-karboxyláza prispieva k rýchlemu a hladkému priebehu reakcie, čo má za následok tvorbu zlúčeniny so šiestimi uhlíkmi, ktorá sa rozkladá na 2 molekuly kyseliny fosfoglycerovej,
  2. Potom sa uskutoční pomerne zložitý cyklus, vrátane určitého počtu reakcií, po ktorom sa kyselina fosfoglycerová prevedie na prírodný cukor, glukózu. Tento proces sa nazýva Calvinov cyklus,

Spolu s cukrom tiež dochádza k tvorbe mastných kyselín, aminokyselín, glycerolu a nukleotidov.

Podstata fotosyntézy

Z tabuľky porovnania svetelných a tmavých fáz prirodzenej syntézy je možné stručne opísať podstatu každého z nich. Svetelná fáza sa vyskytuje v zrnách chlóru s povinným zahrnutím svetelnej energie do reakcií. Reakcie zahŕňajú zložky, ako sú proteíny transportujúce elektróny, ATP syntetázu a chlorofyl, ktoré pri interakcii s vodou vytvárajú voľný kyslík, ATP a NADPH2. Pre tmavú fázu vyskytujúcu sa v stróme chloroplastu nie je potrebné slnečné svetlo. ATP a NADPH2 produkované v poslednom štádiu, pri interakcii s oxidom uhličitým, tvoria prírodný cukor (glukózu).

Ako je zrejmé z vyššie uvedeného, ​​fotosyntéza sa javí ako dosť zložitý a viacstupňový jav, vrátane mnohých reakcií zahŕňajúcich rôzne látky. V dôsledku prirodzenej syntézy sa získa kyslík, ktorý je nevyhnutný pre dýchanie živých organizmov a ich ochranu pred ultrafialovým žiarením prostredníctvom tvorby ozónovej vrstvy.

Foto dýchanie

fotorespirace:
1 - chloroplast, 2 - peroxizóm, 3 - mitochondrie.

Toto svetlo závislé vstrebávanie kyslíka a oxidu uhličitého. Na začiatku minulého storočia sa zistilo, že kyslík potláča fotosyntézu. Ako sa ukázalo, pre RibB-karboxylázu môže byť substrátom nielen oxid uhličitý, ale aj kyslík:

ach2 + RibP → fosfoglykolát (2C) + PGA (3C).

Enzým sa nazýva ribf-oxygenáza. Kyslík je kompetitívny inhibítor fixácie oxidu uhličitého. Fosfátová skupina sa odštiepi a fosfoglykolát sa stane glykolátom, ktorý musí závod zlikvidovať. Vstupuje do peroxizómov, kde sa oxiduje na glycín. Glycín vstupuje do mitochondrií, kde sa oxiduje na serín, pričom stráca už fixovaný uhlík vo forme CO.2, Výsledkom je, že dve molekuly glykolátu (2C + 2C) sa konvertujú na jeden PGA (3C) a CO2, Fotorezpirácia vedie k zníženiu výťažku C3- 30 - 40% (C3-rasteniya - rastliny charakterizované C3- fotosyntéza).

C4 fotosyntéza

C4- fotosyntéza - fotosyntéza, pri ktorej je prvým produktom štvor uhlík (C4) pripojenia. V roku 1965 sa zistilo, že v niektorých rastlinách (cukrová trstina, kukurica, cirok, proso) sú prvými produktmi fotosyntézy štyri uhlíkové kyseliny. Takéto rastliny sa nazývajú C4-rasteniyami, V roku 1966 to ukázali austrálski vedci Hatch a Slack4- rastliny prakticky nemajú fotorezpiráciu a absorbujú oxid uhličitý oveľa efektívnejšie. Cesta uhlíka k C4sa začali volať Hatch-Slack.

Pre C4- rastliny charakterizované špeciálnou anatomickou štruktúrou listu. Všetky vodivé lúče sú obklopené dvojitou vrstvou buniek: vonkajšou - bunkami mezofylu, vnútornými bunkami. Oxid uhličitý je fixovaný v cytoplazme mezofylových buniek, akceptorom je fosfoenolpyruvát (PEP, 3C), ako výsledok PEP karboxylácie, vzniká oxaloacetát (4C). Tento proces je katalyzovaný PEP karboxyláza, Na rozdiel od RibB-karboxylázy má FEP-karboxyláza vysokú afinitu k CO.2 a čo je najdôležitejšie, neinteraguje s O2, V mezofylových chloroplastoch je mnoho grana, kde sú aktívne reakcie v ľahkej fáze. V chloroplastoch bunkových platní dochádza k reakciám tmavej fázy.

Oxaloacetát (4C) sa konvertuje na malát, ktorý sa transportuje plazmidom do buniek s výstelkou. Tu je dekarboxylovaný a dehydratovaný za vzniku pyruvátu, CO2 a NADP · N2.

Pyruvát sa vracia do mezofylových buniek a regeneruje sa na úkor energie ATP v PEP. CO2 znovu fixovaná RibB-karboxyláza s tvorbou PGA. Regenerácia FEP vyžaduje energiu ATP, takže je takmer dvakrát toľko energie ako pri C3- fotosyntéza.

Budova C4-rasteny:
1 - vonkajšia vrstva - mezofylové bunky, 2 - vnútorné vrstvy - bunky, 3 - Kranzova anatómia, 4, 5 - chloroplasty, 4 - početné fazety, malý škrob, 5 - niekoľko faziet, veľa škrobu.

C4- fotosyntéza:
1 je mezofylová bunka, 2 je bunka vodivého zväzku lúčov.

Podmienky požadované pre fotosyntézu

Nižšie sú uvedené podmienky, ktoré sú potrebné na to, aby rastliny vykonávali proces fotosyntézy:

  • Oxid uhličitý. Bezfarebný zemný plyn bez zápachu, ktorý sa nachádza vo vzduchu a má vedecké označenie CO2. Vzniká pri spaľovaní uhlíka a organických zlúčenín a vyskytuje sa aj v procese respirácie.
  • voda, Transparentná kvapalná chemická látka bez zápachu a chuti (za normálnych podmienok).
  • Light. Hoci umelé svetlo je vhodné aj pre rastliny, prirodzené slnečné svetlo spravidla vytvára najlepšie podmienky pre fotosyntézu, pretože obsahuje prirodzené ultrafialové žiarenie, ktoré má pozitívny vplyv na rastliny.
  • Chlorofyl. Je to zelený pigment, ktorý sa nachádza v listoch rastlín.
  • Živiny a minerály. Chemikálie a organické zlúčeniny, ktoré korene rastlín absorbujú z pôdy.

Čo je výsledkom fotosyntézy?

  • glukóza,
  • Kyslík.

(Svetelná energia je uvedená v zátvorkách, pretože nejde o látku.)

Poznámka: Rastliny dostávajú CO2 zo vzduchu cez listy a vodu z pôdy cez korene. Svetelná energia pochádza zo slnka. Výsledný kyslík sa z listov uvoľňuje do vzduchu. Výsledná glukóza sa môže premeniť na iné látky, ako je škrob, ktorý sa používa ako energetická rezerva.

Ak faktory, ktoré prispievajú k fotosyntéze, chýbajú alebo sú prítomné v nedostatočných množstvách, môže to nepriaznivo ovplyvniť rastlinu. Napríklad menšie množstvo svetla vytvára priaznivé podmienky pre hmyz, ktorý jesť listy rastliny, a nedostatok vody spomaľuje.

Kde dochádza k fotosyntéze?

Fotosyntéza sa vyskytuje vo vnútri rastlinných buniek, v malých plastidoch nazývaných chloroplasty. Chloroplasty (nachádzajú sa najmä vo vrstve mezofylu) obsahujú zelenú látku nazývanú chlorofyl. Nižšie sú uvedené ďalšie časti bunky, ktoré pracujú s chloroplastom na fotosyntézu.

Funkcie častí rastlinných buniek

  • Bunková stena: poskytuje štrukturálnu a mechanickú podporu, chráni bunky pred patogénmi, fixuje a určuje tvar bunky, reguluje rýchlosť a smer rastu a tiež dáva rastlinám tvar.
  • cytoplazma: poskytuje platformu pre väčšinu chemických procesov riadených enzýmami.
  • membrána: pôsobí ako bariéra, kontroluje pohyb látok do bunky az nej.
  • chloroplasty: ako je opísané vyššie, obsahujú chlorofyl, zelenú látku, ktorá absorbuje svetelnú energiu počas fotosyntézy.
  • vakuola: dutina vnútri bunkovej cytoplazmy, ktorá akumuluje vodu.
  • Bunkové jadro: obsahuje genetickú značku (DNA), ktorá kontroluje bunkovú aktivitu.

Chlorofyl absorbuje svetelnú energiu potrebnú na fotosyntézu. Je dôležité poznamenať, že nie všetky vlnové dĺžky svetla sú absorbované. Rastliny absorbujú hlavne červené a modré vlny - neabsorbujú svetlo v zelenom pásme.

Oxid uhličitý v procese fotosyntézy

Rastliny dostávajú oxid uhličitý zo vzduchu cez listy. Oxid uhličitý presakuje cez malý otvor v spodnej časti listu - stómiu.

Spodná časť listu má voľne rozmiestnené bunky, takže oxid uhličitý dosiahne iné bunky v listoch. To tiež umožňuje kyslík generovaný počas fotosyntézy ľahko opustiť list.

Oxid uhličitý je prítomný vo vzduchu, ktorý dýchame vo veľmi nízkych koncentráciách a slúži ako nevyhnutný faktor v temnej fáze fotosyntézy.

Svetlo v procese fotosyntézy

List má zvyčajne veľký povrch, takže môže absorbovať veľa svetla. Jeho horný povrch je chránený pred stratou vody, chorobou a účinkami poveternostnej voskovej vrstvy (kutikuly). Vrchol listu je tam, kde svetlo padá. Táto vrstva mezofylu sa nazýva palisáda. Je prispôsobený na absorbovanie veľkého množstva svetla, pretože obsahuje veľa chloroplastov.

Vo svetelných fázach sa proces fotosyntézy zvyšuje s množstvom svetla. Viac molekúl chlorofylu ionizujúcich a viac ATP a NADPH sa generujú, ak sú svetelné fotóny sústredené na zelený list. Aj keď je svetlo vo svetelných fázach mimoriadne dôležité, treba poznamenať, že nadmerné množstvo môže poškodiť chlorofyl a znížiť proces fotosyntézy.

Svetelné fázy nie sú príliš závislé od teploty, vody alebo oxidu uhličitého, hoci sú všetky potrebné na dokončenie procesu fotosyntézy.

Voda v procese fotosyntézy

Rastliny dostávajú vodu, ktorú potrebujú na fotosyntézu, cez svoje korene. Majú koreňové chĺpky, ktoré rastú v pôde. Korene sa vyznačujú veľkou povrchovou plochou a tenkými stenami, ktoré umožňujú, aby voda cez ne ľahko prechádzala.

Obrázok zobrazuje rastliny a ich bunky s dostatočným množstvom vody (vľavo) a nedostatkom vody (vpravo).

Poznámka: Koreňové bunky neobsahujú chloroplasty, pretože sú zvyčajne v tme a nemôžu sa fotosyntetizovať.

Ak je rastlina neabsorbuje dostatok vody, to mizne. Bez vody nebude závod schopný fotosyntetizovať dostatočne rýchlo a môže dokonca zomrieť.

Čo znamená voda pre rastliny?

  • Poskytuje rozpustené minerály, ktoré podporujú zdravie rastlín,
  • Ide o médium na prepravu nerastných surovín,
  • Udržiava stabilitu a vzpriamenosť
  • Chladí a saturuje vlhkosť
  • Umožňuje vykonávať rôzne chemické reakcie v rastlinných bunkách.

Hodnota fotosyntézy v prírode

Biochemický proces fotosyntézy využíva energiu slnečného svetla na premenu vody a oxidu uhličitého na kyslík a glukózu. Glukóza sa používa ako stavebné kamene v rastlinách na rast tkanív. Fotosyntéza je teda spôsob, akým sa tvoria korene, stonky, listy, kvety a plody. Bez procesu fotosyntézy rastliny nebudú schopné rásť ani sa rozmnožovať.

Kvôli svojej fotosyntetickej schopnosti sú rastliny známe ako výrobcovia a slúžia ako základ pre takmer každý potravinový reťazec na Zemi. (Riasy sú ekvivalentom rastlín vo vodných ekosystémoch). Všetky potraviny, ktoré jeme, pochádzajú z organizmov, ktoré sú fotosyntetické. Tieto rastliny jeme priamo alebo jeme zvieratá ako kravy alebo ošípané, ktoré konzumujú rastlinné potraviny.

  • Základ potravinového reťazca

Vnútri vodných systémov tvoria rastliny a riasy aj základ potravinového reťazca. Riasy slúžia ako potrava pre bezstavovce, ktoré sú zase zdrojom potravy pre väčšie organizmy. Bez fotosyntézy vo vodnom prostredí by život nebol možný.

  • Odstraňovanie oxidu uhličitého

Fotosyntéza premieňa oxid uhličitý na kyslík. Počas fotosyntézy vstupuje oxid uhličitý z atmosféry do rastliny a potom sa uvoľňuje ako kyslík. V dnešnom svete, kde úroveň oxidu uhličitého rastie otrasným tempom, je každý proces, ktorý odstraňuje oxid uhličitý z atmosféry, dôležitý z hľadiska životného prostredia.

  • Cyklistika živín

Rastliny a iné fotosyntetické organizmy hrajú dôležitú úlohu v cykle živín. Dusík vo vzduchu je fixovaný v rastlinných tkanivách a je k dispozícii na tvorbu proteínov. Stopové prvky v pôde môžu byť tiež včlenené do rastlinného tkaniva a dostupné pre bylinožravce, ďalej v potravinovom reťazci.

  • Fotosyntetická závislosť

Fotosyntéza závisí od intenzity a kvality svetla. V rovníku, kde je slnečné svetlo hojné počas celého roka a voda nie je limitujúcim faktorom, majú rastliny vysoké tempo rastu a môžu sa stať pomerne veľkými. Naopak, fotosyntéza v hlbších častiach oceánu je menej bežná, pretože svetlo neprenikne do týchto vrstiev, a preto je tento ekosystém neplodnejší.