A fotoszintézis sötét fázisának jelentése. A fotoszintézis fogalma, hol és mi történik a fotoszintézis fényfázisában

Hogyan magyarázzuk ezt el összetett folyamat, hogyan zajlik a fotoszintézis, rövid és világos? A növények az egyedüli élőlények, amelyek képesek előállítani a sajátjukat saját termékek táplálás. Hogyan csinálják? A növekedésért, és mindent megkap szükséges anyagokat-tól környezet: szén-dioxid- levegőből, vízből és - talajból. Nekik is szükségük van energiára, amit kapnak napsugarak. Ez az energia bizonyos kémiai reakciókat indít el, amelyek során a szén-dioxid és a víz glükózzá (élelmiszerré) alakul át, és ez a fotoszintézis. A folyamat lényege röviden és érthetően elmagyarázható még az iskoláskorú gyerekeknek is.

"A Fénnyel együtt"

A "fotoszintézis" szó kettőből származik görög szavak- „fotó” és „szintézis”, egy kombináció, amely fordításban azt jelenti, hogy „együtt a fénnyel”. A napenergia kémiai energiává alakul. Kémiai egyenlet fotoszintézis:

6CO 2 + 12H 2 O + könnyű = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

Ez azt jelenti, hogy 6 molekula szén-dioxidot és tizenkét molekula vizet használnak fel (a napfénnyel együtt) glükóz előállítására, ami hat oxigénmolekulát és hat vízmolekulát eredményez. Ha ezt verbális egyenletként ábrázolja, a következőket kapja:

Víz + nap => glükóz + oxigén + víz.

A nap nagyon erős energiaforrás. Az emberek mindig megpróbálják felhasználni áramtermelésre, házak szigetelésére, vízmelegítésre stb. A növények évmilliókkal ezelőtt „találták ki” a napenergia felhasználását, mert ez szükséges volt a túlélésükhöz. A fotoszintézis röviden és érthetően magyarázható így: a növények a nap fényenergiáját felhasználva kémiai energiává alakítják át, aminek eredménye a cukor (glükóz), melynek feleslegét keményítőként raktározzák a levelek, gyökerek, szárak. és a növény magjai. A nap energiája átkerül a növényekhez, valamint az állatokhoz, amelyek megeszik ezeket a növényeket. Amikor egy növénynek tápanyagra van szüksége a növekedéshez és egyéb életfolyamatokat, ezek a kellékek nagyon hasznosnak bizonyulnak.

Hogyan veszik fel a növények a nap energiáját?

Ha röviden és világosan beszélünk a fotoszintézisről, érdemes foglalkozni azzal a kérdéssel, hogy a növények hogyan képesek felvenni a napenergiát. Ez a levelek speciális szerkezetének köszönhető, amely zöld sejteket - kloroplasztokat - tartalmaz, amelyek egy speciális, klorofill nevű anyagot tartalmaznak. Ez adja a leveleket zöldés felelős az energiaelnyelésért napfény.

Miért széles és lapos a legtöbb levél?

A fotoszintézis a növények leveleiben megy végbe. Elképesztő tény az, hogy a növények nagyon jól alkalmazkodnak a napfény megkötéséhez és a szén-dioxid elnyeléséhez. A széles felületnek köszönhetően sokkal több fény fogható meg. Ez az oka annak napelemek, amelyeket esetenként házak tetejére szerelnek fel, szintén szélesek és laposak. Minél nagyobb a felület, annál jobb a felszívódás.

Mi még fontos a növények számára?

Az emberekhez hasonlóan a növényeknek is jótékony tápanyagokra van szükségük ahhoz, hogy egészségesek maradjanak, növekedjenek és jól végezzék létfontosságú funkcióikat. A vízben oldott ásványi anyagokat a talajból nyerik a gyökereiken keresztül. Ha a talajban hiányoznak az ásványi tápanyagok, a növény nem fejlődik normálisan. A gazdálkodók gyakran tesztelik a talajt, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy elegendő tápanyaggal rendelkezik a növények növekedéséhez. IN egyébként folyamodjanak a növények táplálkozásához és növekedéséhez nélkülözhetetlen ásványi anyagokat tartalmazó műtrágyák használatához.

Miért olyan fontos a fotoszintézis?

Ha röviden és érthetően elmagyarázzuk a fotoszintézist a gyerekek számára, érdemes elmondani, hogy ez a folyamat az egyik legfontosabb kémiai reakciók a világban. Milyen okai vannak egy ilyen hangos kijelentésnek? Először is, a fotoszintézis táplálja a növényeket, amelyek viszont minden más élőlényt táplálnak a bolygón, beleértve az állatokat és az embereket is. Másodszor, a fotoszintézis eredményeként a légzéshez szükséges oxigén kerül a légkörbe. Minden élőlény belélegzi az oxigént és kilélegzi a szén-dioxidot. Szerencsére a növények ennek az ellenkezőjét teszik, ezért nagyon fontosak az emberek és az állatok számára, hiszen képesek lélegezni.

Csodálatos folyamat

Kiderült, hogy a növények is tudnak lélegezni, de az emberekkel és az állatokkal ellentétben szén-dioxidot szívnak fel a levegőből, nem oxigént. A növények is isznak. Ezért meg kell itatni őket, különben elpusztulnak. A gyökérrendszer segítségével öntözzük és tápanyagok minden részre szállítják növényi szervezet, és a leveleken lévő kis lyukakon keresztül a szén-dioxid felszívódik. A kémiai reakció elindításának kiváltó oka a napfény. Az összes nyert anyagcsereterméket a növények táplálkozásra használják fel, oxigén kerül a légkörbe. Így röviden és érthetően elmagyarázhatja, hogyan megy végbe a fotoszintézis folyamata.

Fotoszintézis: a fotoszintézis világos és sötét fázisai

A vizsgált folyamat két fő részből áll. A fotoszintézisnek két fázisa van (az alábbi leírás és táblázat). Az elsőt fényfázisnak nevezik. Csak fény jelenlétében fordul elő tilakoid membránokban, klorofill, elektrontranszport fehérjék és az ATP szintetáz enzim részvételével. Mit rejt még a fotoszintézis? Világítsd meg és cseréld ki egymást a nappal és az éjszaka előrehaladtával (Calvin ciklusok). Alatt sötét fázis ugyanannak a glükóznak a termelése történik, amely a növények tápláléka. Ezt a folyamatot fényfüggetlen reakciónak is nevezik.

Következtetés

A fentiek mindegyikéből a következő következtetések vonhatók le:

• A fotoszintézis egy folyamat, amely energiát állít elő a napból.
• A napból származó fényenergiát a klorofill kémiai energiává alakítja.
• A klorofill adja a növények zöld színét.
• A fotoszintézis a növényi levélsejtek kloroplasztiszában megy végbe.
• A fotoszintézishez szén-dioxid és víz szükséges.
• A szén-dioxid apró lyukakon, sztómákon keresztül jut be a növénybe, és azokon keresztül távozik az oxigén.
• A víz a gyökerein keresztül szívódik fel a növénybe.
• Fotoszintézis nélkül nem lenne élelmiszer a világon.

Fotoszintézis — egyedi rendszer klorofillt és fényenergiát használó teremtési folyamatok szerves anyag a szervetlen és az oxigén légkörbe való kibocsátása, amely hatalmas léptékben valósul meg szárazföldön és vízben.

A fotoszintézis sötét fázisának minden folyamata közvetlen fényfogyasztás nélkül megy végbe, de bennük nagy szerepet nagy energiájú anyagokat (ATP és NADP.H) játszanak, amelyek fényenergia részvételével képződnek a fotoszintézis fényfázisában. A sötét fázisban az ATP makroenergetikai kötéseinek energiája kémiai energiává alakul szerves vegyületek szénhidrát molekulák. Ez azt jelenti, hogy a napfény energiája a szerves anyagok atomjai közötti kémiai kötésekben konzerválódik, ami nagy jelentősége a bioszféra energiaszektorában és kifejezetten bolygónk teljes élő lakosságának élettevékenységére.

A fotoszintézis a sejt kloroplasztiszában megy végbe, és a szénhidrátok szintézise a klorofillt hordozó sejtekben, ami a napfényből származó energia felhasználásával megy végbe. A fotoszintézisnek világos és hőmérsékleti fázisai vannak. A fényfázis a fénykvantumok közvetlen felhasználásával biztosítja a szintézis folyamatát a szükséges energiával NADH és ATP formájában. Sötét fázis - fény részvétele nélkül, de számos kémiai reakció során (Calvin-ciklus) biztosítja a szénhidrátok, főleg a glükóz képződését. A fotoszintézis jelentősége a bioszférában óriási.

Ezen az oldalon a következő témákban található anyagok:

• Hogyan zajlik le röviden a fotoszintézis

• Fotoszintézis: kémia, világos és sötét fázisok

• Nézzen meg egy rövid beszámolót a fotoszintézis felfedezéséről

• A fotoszintézis folyamata röviden

• Tesztek a fotoszintézis világos és sötét fázisára

Kérdések ezzel az anyaggal kapcsolatban:

- szerves anyagok szintézise szén-dioxidból és vízből a kötelező fényenergia felhasználásával:

6CO 2 + 6H 2 O + Q fény → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

A magasabb rendű növényekben a fotoszintézis szerve a levél, a fotoszintézis organellumai pedig a kloroplasztiszok (a kloroplasztiszok szerkezete - 7. előadás). A kloroplaszt tilakoidok membránja fotoszintetikus pigmenteket tartalmaz: klorofillokat és karotinoidokat. Több is van különböző típusok klorofill ( a, b, c, d), a fő a klorofill a. A klorofillmolekulában megkülönböztethető egy porfirin „fej”, amelynek középpontjában magnéziumatom és egy fitol „farok” található. A porfirin „feje” lapos szerkezet, hidrofil, ezért a membrán felületén fekszik. vízi környezet stroma. A fitol „farok” hidrofób, és ennek köszönhetően megtartja a klorofill molekulát a membránban.

A klorofillok elnyelik a vörös és kék-ibolya fényt, visszaverik a zöld fényt, így a növények jellegzetes zöld színét adják. A tilakoid membránokban lévő klorofill molekulák olyanokba szerveződnek fotorendszerek. A növényeknek és a kék-zöld algáknak fotorendszer-1 és fotorendszer-2, míg a fotoszintetikus baktériumoknak fotorendszer-1-jük van. Csak a fotorendszer-2 képes lebontani a vizet, hogy oxigént szabadítson fel és elektronokat vegyen el a víz hidrogénéből.

A fotoszintézis összetett, több lépésből álló folyamat; A fotoszintézis reakcióit két csoportra osztják: reakciókra világos fázisés reakciók sötét fázis.

Fény fázis

Ez a fázis csak fény jelenlétében következik be tilakoid membránokban, klorofill, elektrontranszport fehérjék és az ATP szintetáz enzim részvételével. A fénykvantum hatására a klorofil elektronjai gerjesztődnek, elhagyják a molekulát és belépnek a kívül tilakoid membrán, amely végül negatív töltésűvé válik. Az oxidált klorofill molekulák redukálódnak, elektronokat vesznek el az intratilakoid térben található vízből. Ez a víz lebomlásához vagy fotolíziséhez vezet:

H 2 O + Q fény → H + + OH - .

A hidroxil-ionok feladják elektronjaikat, és reakcióképes gyökökké válnak.

OH - → .OH + e - .

Az OH gyökök egyesülve vizet és szabad oxigént képeznek:

4NO. → 2H 2 O + O 2.

Az oxigént eltávolítják külső környezet, és a protonok a tilakoid belsejében halmozódnak fel egy „protontárolóban”. Ennek eredményeként a tilakoid membrán egyrészt a H + hatására pozitívan, másrészt az elektronok hatására negatívan töltődik. Amikor a tilakoid membrán külső és belső oldala közötti potenciálkülönbség eléri a 200 mV-ot, a protonok átnyomódnak az ATP szintetáz csatornákon, és az ADP ATP-vé foszforilálódik; Az atomos hidrogént a specifikus NADP + (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) NADPH 2-vé történő visszaállítására használják:

2H + + 2e - + NADP → NADPH 2.

Így, be világos fázis víz fotolízise következik be, amelyet három kísér a legfontosabb folyamatokat 1) ATP szintézis; 2) NADPH 2 képződése; 3) oxigén képződése. Az oxigén a légkörbe diffundál, az ATP és a NADPH 2 a kloroplasztisz strómájába kerül, és részt vesz a sötét fázis folyamataiban.

1 - kloroplasztisz stroma; 2 - grana tilakoid.

Sötét fázis

Ez a fázis a kloroplaszt sztrómájában következik be. Reakciói nem igényelnek fényenergiát, így nem csak fényben, hanem sötétben is előfordulnak. A sötét fázisú reakciók a (levegőből származó) szén-dioxid egymás utáni átalakulásának láncolata, amely glükóz és más szerves anyagok képződéséhez vezet.

Az első reakció ebben a láncban a szén-dioxid rögzítése; A szén-dioxid akceptor egy öt szénatomos cukor. ribulóz-bifoszfát(RiBF); enzim katalizálja a reakciót Ribulóz-bifoszfát-karboxiláz(RiBP karboxiláz). A ribulóz-biszfoszfát karboxilezése következtében instabil hat szénatomos vegyület képződik, amely azonnal két molekulára bomlik. foszfoglicerinsav(FGK). Ezután egy reakcióciklus megy végbe, amelyben a foszfoglicerinsav egy sor intermedieren keresztül glükózzá alakul. Ezek a reakciók a könnyű fázisban képződött ATP és NADPH 2 energiáját használják fel; Ezeknek a reakcióknak a ciklusát Calvin-ciklusnak nevezik:

6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O.

A fotoszintézis során a glükózon kívül komplex szerves vegyületek egyéb monomerei is képződnek - aminosavak, glicerin, ill. zsírsavak, nukleotidok. Jelenleg kétféle fotoszintézis létezik: C 3 - és C 4 fotoszintézis.

C 3-fotoszintézis

Ez a fotoszintézis egy olyan fajtája, amelyben az első termék három szénatomos (C3) vegyületek. A C 3 fotoszintézist a C 4 fotoszintézis előtt fedezték fel (M. Calvin). A C 3 fotoszintézist fentebb a „Sötét fázis” címszó alatt írtuk le. Jellemzők C 3-fotoszintézis: 1) a szén-dioxid akceptor a RiBP, 2) a RiBP karboxilezési reakcióját RiBP karboxiláz katalizálja, 3) a RiBP karboxilezése következtében hat szénatomos vegyület keletkezik, amely két PGA-ra bomlik. . Az FGK visszaállításra kerül trióz foszfátok(TF). A TF egy részét a RiBP regenerálására használják, egy részét pedig glükózzá alakítják.

1 - kloroplaszt; 2 - peroxiszóma; 3 - mitokondriumok.

Ez az oxigén fénytől függő felszívódása és szén-dioxid felszabadulása. A múlt század elején megállapították, hogy az oxigén elnyomja a fotoszintézist. Mint kiderült, a RiBP karboxiláz szubsztrátja nemcsak szén-dioxid, hanem oxigén is lehet:

O 2 + RiBP → foszfoglikolát (2C) + PGA (3C).

Az enzimet RiBP oxigenáznak nevezik. Az oxigén a szén-dioxid megkötésének kompetitív gátlója. A foszfátcsoport leszakad, és a foszfoglikolát glikoláttá válik, amelyet a növénynek hasznosítania kell. Bejut a peroxiszómákba, ahol glicinné oxidálódik. A glicin bejut a mitokondriumokba, ahol szerinné oxidálódik, a már rögzített szén elvesztésével CO 2 formájában. Ennek eredményeként két glikolát molekula (2C + 2C) egy PGA-vá (3C) és CO 2 -dá alakul. A fotorespiráció a C3 növények terméshozamának 30-40%-os csökkenéséhez vezet ( 3 növénnyel- C 3 fotoszintézissel jellemezhető növények).

A C 4 fotoszintézis olyan fotoszintézis, amelyben az első termék négy szénatomos (C 4) vegyületek. 1965-ben megállapították, hogy egyes növényekben (cukornád, kukorica, cirok, köles) a fotoszintézis első termékei a négyszénsavak. Ezeket a növényeket hívták 4 növénnyel. 1966-ban Hatch és Slack ausztrál tudósok kimutatták, hogy a C4 növények gyakorlatilag nem lélegeznek fényt, és sokkal hatékonyabban szívják fel a szén-dioxidot. A C 4 növények széntranszformációinak útját kezdték nevezni Hatch-Slack.

A C 4 növényeket a levél speciális anatómiai szerkezete jellemzi. Minden vaszkuláris köteget kettős sejtréteg vesz körül: a külső réteg mezofil sejtek, a belső réteg buroksejtek. A szén-dioxid a mezofil sejtek citoplazmájában rögzül, az akceptor az foszfoenolpiruvát(PEP, 3C), a PEP karboxilezése következtében oxálacetát (4C) keletkezik. A folyamat katalizált PEP karboxiláz. A RiBP-karboxiláztól eltérően a PEP-karboxiláz nagyobb affinitással rendelkezik a CO 2 -hoz, és ami a legfontosabb, nem lép kölcsönhatásba az O 2 -vel. A mezofil kloroplasztiszoknak sok szemcséje van, ahol aktívan játszódnak le a fényfázisú reakciók. Sötét fázisú reakciók mennek végbe a buroksejtek kloroplasztiszaiban.

Az oxaloacetát (4C) maláttá alakul, amely a plazmodezmán keresztül a buroksejtekbe kerül. Itt dekarboxilezve és dehidrogénezve piruvát, CO 2 és NADPH 2 keletkezik.

A piruvát visszatér a mezofil sejtekbe, és a PEP-ben található ATP energiájával regenerálódik. A CO 2 -t ismét a RiBP karboxiláz rögzíti, és így PGA képződik. A PEP regenerációjához ATP energiára van szükség, így csaknem kétszer annyi energiát igényel, mint a C 3 fotoszintézisé.

A fotoszintézis jelentése

A fotoszintézisnek köszönhetően évente több milliárd tonna szén-dioxid szívódik fel a légkörből, és több milliárd tonna oxigén szabadul fel; a fotoszintézis a szerves anyagok képződésének fő forrása. Oxigénből keletkezik ózon-réteg, megvédi az élő szervezeteket a rövidhullámú ultraibolya sugárzástól.

A fotoszintézis során egy zöld levél a ráhulló víznek csak körülbelül 1%-át használja fel. napenergia, a termelékenység körülbelül 1 g szerves anyag 1 m 2 felületenként óránként.

Kemoszintézis

Szerves vegyületek szintézise szén-dioxidból és vízből, nem fényenergia, hanem oxidációs energia hatására szervetlen anyagok, hívott kemoszintézis. A kemoszintetikus szervezetek közé tartoznak bizonyos típusú baktériumok.

Nitrifikáló baktériumok oxidálja az ammóniát nitrogénné, majd nitrogénné salétromsav(NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

Vas baktériumok a vas vasat oxidvassá alakítja (Fe 2+ → Fe 3+).

Kén baktériumok oxidálja a hidrogén-szulfidot kénné vagy kénsavvá (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

A szervetlen anyagok oxidációs reakciói következtében energia szabadul fel, amit a baktériumok nagy energiájú ATP kötések formájában raktároznak el. Az ATP-t szerves anyagok szintézisére használják, amely a fotoszintézis sötét fázisának reakcióihoz hasonlóan megy végbe.

A kemoszintetikus baktériumok hozzájárulnak a talajban való felhalmozódáshoz ásványok, javítja a talaj termőképességét, elősegíti a tisztítást szennyvíz stb.

Menj ide előadások 11. sz„Az anyagcsere fogalma. Fehérjék bioszintézise"

Menj ide előadások 13. sz"Az eukarióta sejtek osztódásának módszerei: mitózis, meiózis, amitózis"

DEFINÍCIÓ: A fotoszintézis szerves anyagok képződésének folyamata szén-dioxidból és vízből, fényben, oxigén felszabadulásával.

A fotoszintézis folyamata a következőkből áll:

1) kloroplasztiszok,

3) szén-dioxid,

5) hőmérséklet.

A magasabb rendű növényekben a fotoszintézis kloroplasztiszokban - plasztidokban (félautonóm organellumokban) megy végbe. ovális alakú, amely a klorofill pigmentet tartalmazza, melynek zöld színének köszönhetően a növény egyes részei is zöld színűek.

Az algákban a klorofillt kromatoforok (pigmenttartalmú és fényvisszaverő sejtek) tartalmazzák. A barna és vörös algák, amelyek jelentős mélységben élnek, ahol a napfény nem éri jól, más pigmenteket is tartalmaznak.

Ha megnézzük az összes élőlény táplálkozási piramisát, a fotoszintetikus organizmusok az autotrófok (szervetlenekből szerves anyagokat szintetizáló szervezetek) részeként a legalsó helyen vannak. Ezért táplálékforrást jelentenek a bolygó minden életének.

A fotoszintézis során oxigén kerül a légkörbe. IN felső rétegekózon keletkezik a légkörből. Az ózonpajzs megvédi a Föld felszínét a keményedéstől ultraibolya sugárzás, aminek köszönhetően az élet kijöhetett a tengerből a szárazföldre.

Az oxigén a növények és állatok légzéséhez szükséges. Amikor a glükózt oxigén részvételével oxidálják, a mitokondriumok majdnem 20-szor több energiát tárolnak, mint anélkül. Ez sokkal hatékonyabbá teszi az élelmiszerek felhasználását, ami ahhoz vezetett magas szintű anyagcsere madarak és emlősök esetében.

Több részletes leírás növényi fotoszintézis folyamata

A fotoszintézis előrehaladása:

A fotoszintézis folyamata azzal kezdődik, hogy fény éri a kloroplasztiszokat - intracelluláris, félig autonóm organellumokat, amelyek zöld pigment. A fény hatására a kloroplasztiszok elkezdenek vizet fogyasztani a talajból, hidrogénre és oxigénre osztva.

Az oxigén egy része a légkörbe kerül, másik része a növényben zajló oxidációs folyamatokba kerül.

A cukor a talajból származó nitrogénnel, kénnel és foszforral kombinálódik, így a zöld növények keményítőt, zsírokat, fehérjéket, vitaminokat és másokat termelnek. összetett kapcsolatokéletükhöz szükséges.

A fotoszintézis legjobban napfény hatására megy végbe, de egyes növények megelégedhetnek mesterséges megvilágítással.

A fotoszintézis mechanizmusainak komplex leírása haladó olvasók számára

A 20. század 60-as éveiig a tudósok csak egyetlen mechanizmust ismertek a szén-dioxid megkötésére - a C3-pentóz-foszfát útvonalon keresztül. Nemrég azonban ausztrál tudósok egy csoportja be tudta bizonyítani, hogy egyes növényekben a szén-dioxid redukciója a C4-dikarbonsav cikluson keresztül megy végbe.

A C3-reakcióval rendelkező növényekben a fotoszintézis mérsékelt hőmérsékleti és fényviszonyok mellett megy végbe legaktívabban, főleg erdőkben és sötét helyeken. Ezen növények szinte mindegyike tartalmazza termesztett növényekÉs legtöbb zöldségek Ezek képezik az emberi táplálkozás alapját.

A C4-reakcióval rendelkező növényekben a fotoszintézis a legaktívabb körülmények között megy végbe magas hőmérsékletés megvilágítás. Ilyen növények például a kukorica, a cirok és a cukornád, amelyek meleg és trópusi éghajlaton nőnek.

Magát a növényi anyagcserét egészen a közelmúltban fedezték fel, amikor kiderült, hogy egyes növényekben, amelyek speciális szövetekkel rendelkeznek a víz tárolására, a szén-dioxid felhalmozódik szerves savakés csak egy nap múlva rögzül a szénhidrátokban. Ez a mechanizmus segít a növényeknek megtakarítani a vizet.

Hogyan zajlik le a fotoszintézis folyamata?

A növény egy zöld anyag, az úgynevezett klorofill segítségével nyeli el a fényt. A klorofill a kloroplasztiszokban található, amelyek szárban vagy termésben találhatók. A levelekben különösen sok van belőlük, mert nagyon lapos szerkezetének köszönhetően a levél sok fényt képes magához vonzani, így sokkal több energiát kap a fotoszintézis folyamatához.

Felszívódás után klorofill van benne izgatott állapotés energiát ad át a növényi test más molekuláinak, különösen azoknak, amelyek közvetlenül részt vesznek a fotoszintézisben. A fotoszintézis folyamatának második szakasza a fény kötelező részvétele nélkül megy végbe, és kémiai kötés létrehozásából áll a levegőből és vízből nyert szén-dioxid részvételével. Ebben a szakaszban különféle nagyon hasznos anyagok, például keményítő és glükóz szintetizálódnak.

Ezeket a szerves anyagokat maguk a növények használják fel különböző részeinek táplálására, valamint a normál életfunkciók fenntartására. Ráadásul ezeket az anyagokat az állatok is növényevés útján nyerik. Ezeket az anyagokat az emberek állati és növényi eredetű élelmiszerek fogyasztásával is hozzájutatják.

A fotoszintézis feltételei

A fotoszintézis megtörténhet mesterséges fény és napfény hatására is. A természetben a növények általában tavasszal és nyáron intenzíven „dolgoznak”, amikor sok a szükséges napfény. Ősszel kevesebb a fény, lerövidülnek a nappalok, a levelek először sárgulnak, majd lehullanak. De a tavasznak meg kell jelennie meleg nap, ahogy újra megjelennek a zöld lombok és újra működni kezdenek a zöld „gyárak”, hogy biztosítsák az élethez oly szükséges oxigént, valamint sok más tápanyagot.

A fotoszintézis alternatív meghatározása

Fotoszintézis (az ógörög foto-fény és szintézis - összekapcsolás, hajtogatás, kötés, szintézis) - a fényenergia energiává alakításának folyamata kémiai kötések szerves anyagok fényben fotoautotrófok által, fotoszintetikus pigmentek (növényekben klorofill, baktériumokban bakterioklorofill és bakteriorodopszin) részvételével. A modern növényfiziológiában a fotoszintézist gyakrabban fotoautotróf funkcióként értik - a fénykvantumok energiájának abszorpciós, átalakulási és felhasználási folyamatait különféle endergonikus reakciókban, beleértve a szén-dioxid szerves anyagokká történő átalakítását.

A fotoszintézis fázisai

A fotoszintézis meglehetősen összetett folyamat, és két fázisból áll: a világosságból, amely mindig kizárólag a világosságnál jelentkezik, és a sötétből. Minden folyamat a kloroplasztiszokon belül történik speciális kis szerveken - tilakodián. A fényfázis során a klorofill egy kvantum fényt nyel el, ami ATP molekulákés NADPH. A víz ezután lebomlik, hidrogénionokat képezve és oxigénmolekulát szabadít fel. Felmerül a kérdés, hogy mik ezek a felfoghatatlan rejtélyes anyagok: ATP és NADH?

Az ATP különleges szerves molekulák, amelyek minden élő szervezetben megtalálhatók, gyakran nevezik „energia” pénznemnek. Ezek a molekulák nagy energiájú kötéseket tartalmaznak, és energiaforrást jelentenek szerves szintézisekÉs kémiai folyamatok a testben. Nos, a NADPH tulajdonképpen hidrogénforrás, közvetlenül a nagy molekulatömegű szerves anyagok - szénhidrátok - szintézisében használják fel, ami a fotoszintézis második, sötét fázisában történik szén-dioxid felhasználásával.

A fotoszintézis könnyű fázisa

A kloroplasztiszok sok klorofill molekulát tartalmaznak, és mindegyik elnyeli a napfényt. Ugyanakkor más pigmentek elnyelik a fényt, de nem képesek fotoszintézist végrehajtani. Maga a folyamat csak néhány klorofill molekulában megy végbe, amelyekből nagyon kevés van. A klorofill, karotinoidok és egyéb anyagok egyéb molekulái speciális antenna- és fénygyűjtő komplexeket (LHC) alkotnak. Az antennákhoz hasonlóan elnyelik a fénykvantumokat, és a gerjesztést speciális reakcióközpontokba vagy csapdákba továbbítják. Ezek a központok a fotorendszerekben helyezkednek el, amelyek közül a növényeknek kettő van: a II. és az I. fotoszisztéma. Speciális klorofillmolekulákat tartalmaznak: a II - P680, illetve az I - P700 fotorendszerben. Pontosan ilyen hullámhosszú fényt nyelnek el (680 és 700 nm).

Az ábra világosabbá teszi, hogy minden hogyan néz ki és történik a fotoszintézis fényfázisában.

Az ábrán két fotorendszert látunk P680 és P700 klorofillal. Az ábrán láthatók azok a hordozók is, amelyeken keresztül az elektrontranszport végbemegy.

Tehát: két fotorendszer mindkét klorofillmolekulája fénykvantumot nyel el és gerjesztődik. Az e- elektron (az ábrán piros) magasabb energiaszintre mozog.

A gerjesztett elektronok nagyon nagy energiájúak, leszállnak és belépnek egy speciális hordozóláncba, amely a tilakoid membránokban található - belső szerkezetek kloroplasztiszok. Az ábra azt mutatja, hogy a II. fotorendszerből a P680 klorofillból egy elektron a plasztokinonhoz, az I. fotorendszerből pedig a P700 klorofillból a ferredoxinhoz jut. Magukban a klorofillmolekulákban az elektronok helyén azok eltávolítása után kék lyukak keletkeznek pozitív töltés. Mit tegyek?

Az elektronhiány kompenzálására a II. fotorendszer klorofill P680 molekulája elektronokat fogad el a vízből, és hidrogénionok képződnek. Ezenkívül a víz lebomlásának köszönhető, hogy oxigén kerül a légkörbe. A klorofill P700 molekula pedig, amint az az ábrán látható, a II. fotorendszer hordozórendszerén keresztül pótolja az elektronhiányt.

Általánosságban elmondható, hogy bármilyen nehéz is, a fotoszintézis fényfázisa pontosan így megy végbe. a fő szempont elektronok átvitelével jár. Az ábrán az is látható, hogy az elektrontranszporttal párhuzamosan a H+ hidrogénionok áthaladnak a membránon, és felhalmozódnak a tilakoid belsejében. Mivel nagyon sok van belőlük, egy speciális konjugációs tényező segítségével mozognak kifelé, ami az ábrán narancssárga színű, a képen a jobb oldalon látható, és úgy néz ki, mint egy gomba.

A végén látjuk végső szakasz elektrontranszport, ami a fent említett NADH vegyület képződését eredményezi. A H+ ionok átvitelének köszönhetően pedig szintetizálódik az energia valuta - ATP (az ábrán jobb oldalon látható).

Tehát a fotoszintézis könnyű fázisa befejeződött, oxigén szabadul fel a légkörbe, ATP és NADH képződik. mi lesz ezután? Hol van az ígért szerves anyag? És akkor jön a sötét szakasz, amely főleg kémiai folyamatokból áll.

A fotoszintézis sötét fázisa

A fotoszintézis sötét fázisában a szén-dioxid – CO2 – elengedhetetlen komponens. Ezért a növénynek folyamatosan fel kell vennie a légkörből. Erre a célra speciális struktúrák vannak a levél felületén - sztómák. Amikor kinyílnak, a CO2 belép a levélbe, feloldódik vízben és reagál a fotoszintézis fényfázisával.

A legtöbb növényben a könnyű fázisban a CO2 egy öt szénatomos szerves vegyülethez kötődik (ami öt szénmolekulából álló lánc), így két molekula három szénatomos vegyület (3-foszfoglicerinsav) képződik. Mert Az elsődleges eredmény pontosan az ilyen típusú fotoszintézissel rendelkező három széntartalmú növényeket C3 növényeknek nevezi.

A további szintézis a kloroplasztiszokban meglehetősen bonyolultan megy végbe. Végül egy hat szénatomos vegyületet képez, amelyből glükóz, szacharóz vagy keményítő állítható elő. Ezen szerves anyagok formájában a növény energiát halmoz fel. Ilyenkor ezeknek csak egy kis része marad a levélben, amit a szükségletei kielégítésére használnak fel, míg a többi szénhidrát a növényben bejárja, oda érkezik, ahol a legnagyobb szükség van energiára - például a növekedési pontokra.

Fotoszintézis- szerves vegyületek szintézise szervetlenekből fényenergia (hv) felhasználásával. A fotoszintézis általános egyenlete:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

A fotoszintézis olyan fotoszintetikus pigmentek részvételével történik, amelyek rendelkeznek egyedi ingatlan a napfény energiáját kémiai kötésenergiává alakítva ATP formájában. A fotoszintetikus pigmentek fehérjeszerű anyagok. Közülük a legfontosabb a klorofill pigment. Az eukariótákban a fotoszintetikus pigmentek a plasztiszok belső membránjába ágyazódnak be, a citoplazma membránjába.

A kloroplaszt szerkezete nagyon hasonló a mitokondrium szerkezetéhez. A grana tilakoidok belső membránja fotoszintetikus pigmenteket, valamint elektrontranszport lánc fehérjéket és ATP szintetáz enzimmolekulákat tartalmaz.

A fotoszintézis folyamata két fázisból áll: világos és sötét.

Fény fázis A fotoszintézis csak fényben megy végbe a grana tilakoid membránban. Ebben a fázisban a klorofill elnyeli a fénykvantumokat, ATP-molekulát termel, és a víz fotolízisét végzi.

A fénykvantum (hv) hatására a klorofill elektronokat veszít, és gerjesztett állapotba kerül:

Chl → Chl + e -

Ezeket az elektronokat a hordozók továbbítják a kifelé, azaz. a tilakoid membrán mátrix felé eső felülete, ahol felhalmozódnak.

Ugyanakkor a tilakoidokon belül a víz fotolízise megy végbe, azaz. lebomlása fény hatására

2H 2O → O 2 +4H + + 4e —

A keletkező elektronokat a hordozók a klorofillmolekulákba juttatják és visszaállítják: a klorofillmolekulák visszaállnak stabil állapotba.

A víz fotolízise során keletkező hidrogén-protonok felhalmozódnak a tilakoid belsejében, H + tartályt hozva létre. Ennek eredményeként a tilakoid membrán belső felülete pozitívan (a H + miatt), a külső felülete negatívan (e - miatt) töltődik. Ahogy a membrán mindkét oldalán ellentétes töltésű részecskék halmozódnak fel, a potenciálkülönbség nő. A potenciálkülönbség kritikus értékének elérésekor az erő elektromos mező elkezdi átnyomni a protonokat az ATP szintetáz csatornán. Az ebben az esetben felszabaduló energiát az ADP-molekulák foszforilálására használják fel:

ADP + P → ATP

Az ATP képződését a fotoszintézis során fényenergia hatására ún fotofoszforiláció.

A tilakoid membrán külső felületén a hidrogénionok ott találkoznak az elektronokkal, és atomos hidrogént képeznek, amely a NADP (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) hidrogénhordozó molekulához kötődik:

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

Így a fotoszintézis fényfázisában három folyamat játszódik le: a víz bomlása következtében oxigén képződése, ATP szintézise, ​​valamint hidrogénatomok képződése NADP H2 formájában. Az oxigén a légkörbe diffundál, az ATP és a NADP H2 részt vesz a sötét fázis folyamataiban.

Sötét fázis A fotoszintézis a kloroplasztisz mátrixában mind világosban, mind sötétben megtörténik, és a levegőből származó CO 2 szekvenciális átalakulását jelenti a Calvin-ciklusban. A sötét fázisú reakciókat az ATP energiájával hajtják végre. A Calvin-ciklusban a CO 2 a NADP H 2-ből származó hidrogénhez kötve glükózt képez.

A fotoszintézis folyamatában a monoszacharidokon (glükóz stb.) kívül más szerves vegyületek monomerjei is szintetizálódnak - aminosavak, glicerin és zsírsavak. Így a fotoszintézisnek köszönhetően a növények önmagukat és a Föld minden élőlényét ellátják a szükséges szerves anyagokkal és oxigénnel.

Összehasonlító jellemzők Az eukarióták fotoszintézisét és légzését a táblázat tartalmazza: