Fotosynteza: czym jest definicja, faza

Najważniejszym procesem organicznym, bez którego istnienie wszystkich żywych istot naszej planety byłoby poddane w wątpliwość, jest fotosynteza. Czym jest fotosynteza? znany wszystkim ze szkoły. Z grubsza rzecz biorąc, jest to proces powstawania substancji organicznych z dwutlenku węgla i wody, który pojawia się w świetle i towarzyszy mu uwalnianie tlenu. Bardziej złożona definicja jest następująca: fotosynteza - proces przekształcania energii świetlnej w energię wiązań chemicznych substancji organicznych z udziałem pigmentów fotosyntetycznych. We współczesnej praktyce fotosyntezę rozumie się zwykle jako połączenie procesów absorpcji, syntezy i wykorzystania światła w szeregu reakcji endergonicznych, z których jedną jest konwersja dwutlenku węgla w materię organiczną. A teraz dowiedzmy się bardziej szczegółowo, jak przebiega fotosynteza i na które fazy dzieli się ten proces!

Ogólna charakterystyka

Chloroplasty, które każda roślina ma, są odpowiedzialne za fotosyntezę. Czym są chloroplasty? Są to owalne plastydy zawierające pigment, taki jak chlorofil. To chlorofil determinuje zielony kolor roślin. W glonach pigment ten jest obecny w kompozycji chromatoforów - zawierających światło odbijających światło komórek o różnych kształtach. Brązowe i czerwone glony, które żyją na znacznych głębokościach, gdzie światło słoneczne nie ma się dobrze, mają inne pigmenty.

Substancje fotosyntezy są częścią autotrofów - organizmów, z których można syntetyzować substancje nieorganiczne są organiczne. Są najniższym poziomem piramidy żywieniowej, dlatego są zawarte w diecie wszystkich żywych organizmów planety Ziemi.

Korzyści z fotosyntezy

Dlaczego potrzebujemy fotosyntezy? Tlen, który uwalnia się z roślin podczas fotosyntezy, wchodzi w atmosferę. W wyższych warstwach tworzy warstwę ozonową, która chroni powierzchnię Ziemi przed silnym promieniowaniem słonecznym. To dzięki ekranowi ozonowemu żywe organizmy mogą wygodnie przebywać na lądzie. Ponadto, jak wiadomo, tlen jest niezbędny do oddychania żywych organizmów.

Proces

Wszystko zaczyna się od tego, że światło dostaje się do chloroplastów. Pod jego wpływem organelle pobierają wodę z gleby, a także dzielą ją na wodór i tlen. Tak więc istnieją dwa procesy. Fotosynteza roślin rozpoczyna się w chwili, gdy liście już wchłonęły wodę i dwutlenek węgla. Energia świetlna gromadzi się w tylakoidach - specjalnych przedziałach chloroplastów i dzieli cząsteczkę wody na dwa składniki. Część tlenu trafia do oddechu rośliny, a reszta do atmosfery.

Następnie dwutlenek węgla wchodzi pyrenoidy - granulki białkowe, otoczone skrobią. Nadchodzi wodór. Mieszając się ze sobą, te substancje tworzą cukier. Ta reakcja zachodzi również po uwolnieniu tlenu. Kiedy cukier (nazwa rodzajowa proste węglowodany) zmieszane z azotem, siarką i fosforem, wchodzące do rośliny z gleby, tworzą się skrobia (złożony węglowodan), białka, tłuszcze, witaminy i inne substancje niezbędne do życia roślin. W bezwzględnej większości przypadków fotosynteza następuje w warunkach naturalnego światła. Jednak sztuczne oświetlenie może również w nim uczestniczyć.

Klasy fotosyntezy

Aż do lat 60. XX wieku naukowcy znali jeden mechanizm redukcji dwutlenku węgla - wzdłuż szlaku С3-pentofosforanu. Niedawno australijscy naukowcy wykazali, że w niektórych gatunkach roślin proces ten może przebiegać w cyklu kwasów C4-dikarboksylowych.

W roślinach, które redukują dwutlenek węgla wzdłuż ścieżek C ₃ , najlepiej przeprowadzić fotosyntezę w umiarkowanych temperaturach i słabym świetle, w lasach lub ciemnych miejscach. Rośliny te obejmują lwią część uprawianych roślin i prawie wszystkie warzywa, które stanowią podstawę naszej diety.

W drugiej klasie roślin fotosynteza najaktywniej postępuje w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego oświetlenia. Ta grupa obejmuje rośliny, które rosną w tropikalnym i ciepłym klimacie, na przykład kukurydza, trzcina cukrowa, sorgo i tak dalej.

Metabolizm roślin, nawiasem mówiąc, został odkryty bardzo niedawno. Naukowcy odkryli, że niektóre rośliny mają specjalne tkanki do ochrony wody. Dwutlenek węgla z nich gromadzi się w postaci kwasów organicznych i przechodzi do węglowodanów dopiero po 24 godzinach. Mechanizm ten daje roślinom możliwość oszczędzania wody.

Jak przebiega proces?

W ogólności wiemy już, jak przebiega proces fotosyntezy i jaka jest jego fotosynteza, teraz przyjrzyjmy się temu głębiej.

Wszystko zaczyna się od faktu, że roślina pochłania światło. Pomaga w tym chlorofil, który w postaci chloroplastów znajduje się w liściach, łodygach i owocach rośliny. Główna ilość tej substancji jest skoncentrowana w liściach. Faktem jest, że dzięki swojej płaskiej strukturze arkusz przyciąga dużo światła. Im więcej światła, tym więcej energii na fotosyntezę. Tak więc liście w roślinie działają jak rodzaj lokatorów, które wychwytują światło.

Gdy światło jest pochłaniane, chlorofil jest w stanie wzbudzonym. Przenosi energię do innych narządów roślinnych, które biorą udział w następnym etapie fotosyntezy. Drugi etap procesu przebiega bez udziału światła i składa się z reakcji chemicznej z udziałem wody uzyskanej z gleby i dwutlenku węgla uzyskanego z powietrza. Na tym etapie syntetyzowane są węglowodany, które są niezbędne dla życia każdego organizmu. W tym przypadku nie tylko zasilają samą roślinę, ale są przekazywane zwierzętom, które je spożywają. Ludzie również otrzymują te substancje przez spożywanie produktów pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego.

Fazy ​​procesu

Będąc dość skomplikowanym procesem, fotosyntezę dzieli się na dwie fazy: jasną i ciemną. Jak sama nazwa wskazuje, dla pierwszej fazy obecność promieniowania słonecznego jest obowiązkowa, a dla drugiej - nie. W fazie lekkiej chlorofil absorbuje kwant światła, tworząc cząsteczki ATP i NADH, bez których fotosynteza jest niemożliwa. Co to jest ATP i NADH?

ATP (adenosytifosforan) jest koenzymem nukleinowym, który zawiera wiązania wysokoenergetyczne i służy jako źródło energii w każdej transformacji organicznej. Związek jest często nazywany energią wolutą.

NADH (dinukleotyd nikotynamidoadeninowy) jest źródłem wodoru, który służy do syntezy węglowodanów z dwutlenkiem węgla w drugiej fazie procesu, takiego jak fotosynteza.

Faza świetlna

Chloroplasty zawierają wiele cząsteczek chlorofilu, z których każdy absorbuje światło. Inne pigmenty je absorbują, ale nie są zdolne do fotosyntezy. Proces zachodzi tylko w części cząsteczek chlorofilu. Pozostałe cząsteczki tworzą kompleksy antenowe i zbierające światło (SSC). Gromadzą kwanty promieniowania świetlnego i przenoszą je do ośrodków reakcji, które są również nazywane pułapkami. Centra reakcyjne znajdują się w systemach fotobiologicznych, które są dwa w fotosyntetycznej roślinie. Pierwsza zawiera cząsteczkę chlorofilu zdolną do pochłaniania światła o długości fali 700 nm, a druga - 680 nm.

Tak więc dwa rodzaje cząsteczek chlorofilu pochłaniają światło i są wzbudzone, co przyczynia się do przejścia elektronów na wyższy poziom energii. Wzbudzone elektrony z dużą ilością energii odrywają się i wchodzą do łańcucha nośnikowego znajdującego się w błonach tylakoidowych (wewnętrzne struktury chloroplastów).

Przejście elektronu

Elektron z pierwszego fotosystemu przechodzi z chlorofilu P680 do plastochinonu, a elektron z drugiego układu przechodzi do ferredoksyny. W tym przypadku powstaje pusta przestrzeń w miejscu odłączania elektronów w cząsteczce chlorofilu.

Aby uzupełnić niedobór, cząsteczka chlorofilu P680 pobiera elektrony z wody, tworząc jony wodorowe. A druga cząsteczka chlorofilu nadrabia niedobór za pośrednictwem systemu nośnego z pierwszego systemu fotosystemowego.

W ten sposób przebiega faza świetlna fotosyntezy, której istotą jest przenoszenie elektronów. Równolegle z transportem elektronów ruch jonów wodorowych przechodzi przez membranę. To prowadzi do ich akumulacji wewnątrz tylakoidu. Gromadząc w dużych ilościach, są uwalniane na zewnątrz przy użyciu czynnika sprzęgającego. Wynikiem transportu elektronów jest tworzenie związku NADH. Przeniesienie jonów wodorowych prowadzi do utworzenia waluty energii ATP.

Pod koniec fazy lekkiej tlen wchodzi do atmosfery, a ATP i NADH tworzą się wewnątrz płatka. Następnie rozpoczyna się mroczna faza fotosyntezy.

Ciemna faza

Ta faza fotosyntezy wymaga dwutlenku węgla. Roślina stale absorbuje je z powietrza. W tym celu na powierzchni arkusza znajduje się stomia - specjalne struktury, które po otwarciu zasysają dwutlenek węgla. Działając wewnątrz liścia, rozpuszcza się w wodzie i bierze udział w procesach fazy lekkiej.

Podczas fazy lekkiej w większości roślin wiąże się dwutlenek węgla związek organiczny który zawiera 5 atomów węgla. Wynikiem jest para cząsteczek trój węglowych zwanych kwasami 3-fosfoglicerynowymi. Właśnie dlatego ten związek jest głównym wynikiem procesu, w którym rośliny z tego rodzaju fotosyntezą nazywa się rośliny C ₃ .

Dalsze procesy zachodzące w chloroplastach są bardzo trudne dla niedoświadczonych mieszkańców. Wynikiem jest sześciowęglowodorowy związek, który syntetyzuje proste lub złożone węglowodany. To w postaci węglowodanów roślina gromadzi energię. Niewielka część substancji pozostaje w prześcieradle i spełnia jego potrzeby. Pozostałe węglowodany krążą w całej roślinie i udają się tam, gdzie są najbardziej potrzebne.

Fotosynteza w zimie

Wiele osób przynajmniej raz w życiu zastanawia się, skąd pochodzi tlen w zimnych porach roku. Po pierwsze tlen wytwarzany jest nie tylko przez rośliny liściaste, ale także przez drzewa iglaste, a także przez rośliny morskie. A jeśli rośliny liściaste zamarzają w zimie, to rośliny iglaste nadal oddychają, choć mniej intensywnie. Po drugie, zawartość tlenu w atmosferze nie zależy od tego, czy drzewa wyrzuciły z liści. Tlen zajmuje 21% atmosfery w dowolnym miejscu na świecie o każdej porze roku. Ta wartość nie zmienia się, ponieważ masy powietrza poruszają się bardzo szybko, a zima nie występuje jednocześnie we wszystkich krajach. Po trzecie, zimą, w dolnych warstwach powietrza, którym oddychamy, zawartość tlenu jest większa niż w lecie. Przyczyną tego zjawiska jest niska temperatura, dzięki której tlen staje się gęstszy.

Wniosek

Dziś przypomnieliśmy sobie, czym jest fotosynteza, czym jest chlorofil, i jak rośliny uwalniają tlen, pochłaniając dwutlenek węgla. Oczywiście, fotosynteza jest najważniejszym procesem w naszym życiu. Przypomina nam o potrzebie szacunku dla natury.