- фази фотосинтезу
- Як відбувається фотосинтез
- Основні продукти фотосинтезу
- Фактори, що впливають на швидкість фотосинтезу
- Місце фотосинтезу
- Важливість фотосинтезу в біології
Фотосинтез являє собою біосинтез, що складається в перетворенні світлової енергії в органічні сполуки. Світло у вигляді фотонів захоплюється кольоровим пігментом, пов'язаним з неорганічним або органічним донором електронів, і дозволяє використовувати мінеральний матеріал для синтезу (виробництва) органічних сполук.
Іншими словами, що таке фотосинтез - це процес синтезу органічної речовини (цукру) з сонячного світла. Ця реакція відбувається на рівні хлоропластів, які є спеціалізованими клітинними органелами, і дозволяють споживати вуглекислий газ і воду для отримання діоксігена і органічних молекул, таких як глюкоза.
фази фотосинтезу
Він відбувається в дві фази:
Світлова фаза (фотофосфорилювання) - являє собою набір світлозалежна фотохімічних (т. Е. Светозахвативающіх) реакцій, в яких електрони транспортуються через обидві фотосистеми (PSI і PSII) для отримання АТФ (багата енергією молекула) і NADPHH (відновлює потенціал).
Таким чином, світла фаза фотосинтезу дозволяє безпосередньо перетворювати світлову енергію в хімічну енергію. Саме через цей процес наша планета тепер має атмосферу, багату на кисень. В результаті вищі рослини зуміли домінувати на поверхні Землі, забезпечуючи їжу багатьом іншим організмам, які харчуються або знаходять притулок через неї. Первісна атмосфера містила такі гази, як амоній, азот і вуглекислий газ, але дуже мало кисню. Рослини знайшли спосіб перетворити цей CO настільки рясно в їжу, використовуючи сонячне світло.
Темнова фаза - відповідає повністю ферментативному і не залежить від світла циклу Кальвіна, в якому аденозинтрифосфат (АТФ) і НАДФН + Н + (нікотин амід аденінді нуклеотид фосфат) використовуються для конверсії вуглекислого газу і води в вуглеводи. Ця друга фаза дозволяє засвоїти вуглекислий газ.
Тобто в цій фазі фотосинтезу, приблизно через п'ятнадцять секунд після поглинання CO відбувається реакція синтезу і з'являються перші продукти фотосинтезу - цукру: ТРИОС, пентози, гексози, гептози. З певних гексоз утворюються сахароза та крохмаль. Крім вуглеводів, можуть також розвиватися ліпідами і білками шляхом зв'язування з молекулою азоту.
Цей цикл існує в водоростях, помірних рослинах і всіх деревах; ці рослини називаються «рослинами С3», найбільш важливими проміжними тілами біохімічного циклу, що мають молекулу три атома вуглецю (С3).
У цій фазі хлорофіл після поглинання фотона має енергію 41 ккал на моль, деякі з яких перетворюються в теплоту або флуоресценцію. Використання ізотопних маркерів (18O) показало, що кисень, що вивільняється під час цього процесу, відбувається з розкладеної води, а не з поглиненого діоксиду вуглецю.
Як відбувається фотосинтез
Фотосинтез відбувається головним чином в листі рослин і рідко (коли-небудь) в стеблах і т. Д. Частини типового листа включають: верхній і нижній епідерміс;
- мезофіл;
- судинний пучок (вени);
- продихи.
Якщо клітини верхнього і нижнього епідермісу не є хлоропластами, фотосинтез не відбувається. Фактично вони служать перш за все в якості захисту для решти листа.
Устячка - це дірки, існуючі головним чином в нижньому епідермісі, і дозволяють проводити обмін повітря (CO і O2). Судинні пучки (або вени) в листі складають частину транспортної системи рослини, при необхідності переміщаючи воду і поживні речовини навколо рослини. Клітини мезофіла мають хлоропласти, ось це і є місце фотосинтезу.
Механізм фотосинтезу дуже складний. Однак ці процеси в біології мають особливе значення. При енергійному впливі світла хлоропласти (частини рослинної клітини, що містять хлорофіл), вступаючи в реакцію фотосинтезу, об'єднують вуглекислий газ (СО) з прісною водою з утворенням цукрів C6H12O6.
Вони в процесі реакції перетворюються в крохмаль C6H12O5, для квадратного дециметра поверхні листа, в середньому 0,2 г крохмалю в день. Вся операція супроводжується сильним вивільненням кисню.
Фактично процес фотосинтезу складається в основному з фотолиза молекули води.
Формула цього процесу:
6 Н 2 О + 6 СО 2 + світло = 6 O 2 + З 6 Н 12 О 6
Вода + вуглекислий газ + світло = кисень + глюкоза
- Н 2 О = вода
- СО 2 = діоксид вуглецю
- O 2 = Кисень
- З 6 Н 12 О 6 = глюкоза
У перекладі цей процес означає: рослині для вступу в реакцію потрібні шість молекул води + шість молекул вуглекислого газу і світла. Це призводить до утворення шести молекул кисню і глюкози в хімічному процесі. Глюкоза - це глюкоза, яку рослина використовує в якості вихідного матеріалу для синтезу жирів і білків. Шість молекул кисню є всього лише «необхідним злом» для рослини, яке він доставляє в навколишнє середовище через закривають клітини.
Основні продукти фотосинтезу
Як вже було сказано, вуглеводи є найбільш важливим прямим органічним продуктом фотосинтезу в більшості зелених рослин. У рослинах утворюється мало вільної глюкози; замість цього глюкозні одиниці пов'язані з утворенням крохмалю або з'єднані з фруктозою, іншим цукром, з утворенням сахарози.
При фотосинтезі синтезуються не тільки вуглеводи, як це колись вважалося, але також:
- амінокислоти;
- білки;
- ліпіди (або жири);
- пігменти та інші органічні компоненти зелених тканин.
Мінерали поставляють елементи (наприклад, азот, N; фосфор, Р; сірки, S), необхідних для утворення цих сполук.
Хімічні зв'язки руйнуються між киснем (O) і вуглецем (С), воднем (Н), азотом і сірки, а нові сполуки утворюються в продуктах, які включають газоподібний кисень (O 2) і органічні сполуки. Для руйнування зв'язків між киснем та іншими елементами (наприклад, у воді, нітрат і сульфат) потрібно більше енергії, ніж вивільняється, коли в продуктах утворюються нові зв'язки. Ця різниця в енергії зв'язку пояснює більшу частину світлової енергії, що зберігається у вигляді хімічної енергії в органічних продуктах, що утворюються при фотосинтезі. Додаткова енергія зберігається при створенні складних молекул з простих.
Фактори, що впливають на швидкість фотосинтезу
Швидкість фотосинтезу визначається в залежності від швидкості виробництва кисню або на одиницю маси (або площі) зелених рослинних тканин, або на одиницю ваги всього хлорофілу.
Кількість світла, подача вуглекислого газу, температура, водопостачання та наявність корисних копалин є найбільш важливими факторами навколишнього середовища, які впливають на швидкість реакції фотосинтезу на наземних установках. Його швидкість визначається також видами рослин і його фізіологічним станом, наприклад, його здоров'ям, зрілістю і цвітінням.
Місце фотосинтезу
Фотосинтез відбувається виключно в хлоропластах (грецький хлор = зелений, пластообразних) рослини. Хлоропласти переважно виявляються в живоплоту, але також і в губчастої тканини. На нижньому боці аркуша перебувають блокуючі осередки, які координують обмін газами. CO 2 тече в міжклітинні клітини зовні.
Вода, необхідна для фотосинтезу, транспортує рослина зсередини через ксилему в клітини. Зелений хлорофіл забезпечує поглинання сонячного світла. Після того як вуглекислий газ і вода перетворюються в кисень і глюкозу, що закривають клітини відкривають і виділяють кисень в навколишнє середовище. Глюкоза залишається в клітці і перетворюється рослиною серед інших в крохмаль. Сила порівнюються з полисахаридом глюкози і лише злегка розчинної, так що навіть у високих втратах води в міцності рослинних залишків.
Важливість фотосинтезу в біології
Зі світла, отриманого листом, відбивається 20%, 10% передаються і 70% фактично поглинаються, з яких 20% розсіюється в теплі, 48% втрачається при флуоресценції. Близько 2% залишається для фотосинтезу.
Завдяки цьому процесу рослини відіграють незамінну роль на поверхні Землі; насправді зелені рослини з деякими групами бактерій є єдиними живими істотами, здатними виробити органічні речовини з мінеральних елементів. За оцінками, щороку 20 мільярдів тонн вуглецю фіксуються наземними рослинами з вуглекислого газу в атмосфері і 15 мільярдів водоростями.
Зелені рослини є основними первинними виробниками, перша ланка у харчовому ланцюгу; НЕ хлорофілові рослини і травоїдні і м'ясоїдні тварини (включаючи людей) повністю залежать від реакції фотосинтезу.
Спрощене визначення фотосинтезу полягає в тому, щоб перетворити світлову енергію від сонця в хімічну енергію. Цей фотонний біосинтез вуглеводу проводиться з вуглекислого газу СО2 за допомогою світлової енергії.
Тобто фотосинтез є результатом хімічної активності (синтезу) рослин хлорофілу, які продукують основні біохімічні органічні речовини з води і мінеральних солей завдяки здатності хлоропластів захоплювати частину енергії сонця.
