Φωτοσύνθεση: όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για αυτήν. Μαθήματα βιολογίας: Τι είναι η φωτοσύνθεση Η σημασία της φωτοσύνθεσης για τα φυτά

Φωτοσύνθεσηείναι η διαδικασία σύνθεσης οργανικών ουσιών από ανόργανες ουσίες με χρήση φωτεινής ενέργειας. Στη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων, η φωτοσύνθεση πραγματοποιείται από φυτά χρησιμοποιώντας κυτταρικά οργανίδια όπως π.χ χλωροπλάστεςπου περιέχει πράσινη χρωστική ουσία χλωροφύλλη.

Εάν τα φυτά δεν ήταν ικανά να συνθέσουν οργανική ύλη, τότε σχεδόν όλοι οι άλλοι οργανισμοί στη Γη δεν θα είχαν τίποτα να φάνε, αφού τα ζώα, οι μύκητες και πολλά βακτήρια δεν μπορούν να συνθέσουν οργανικές ουσίες από ανόργανες. Απορροφούν μόνο τα έτοιμα, τα χωρίζουν σε πιο απλά, από τα οποία πάλι συναρμολογούν πολύπλοκα, αλλά ήδη χαρακτηριστικά του σώματός τους.

Αυτό συμβαίνει αν μιλήσουμε πολύ σύντομα για τη φωτοσύνθεση και τον ρόλο της. Για να κατανοήσετε τη φωτοσύνθεση, πρέπει να πείτε περισσότερα: ποιες συγκεκριμένες ανόργανες ουσίες χρησιμοποιούνται, πώς γίνεται η σύνθεση;

Η φωτοσύνθεση απαιτεί δύο ανόργανες ουσίες - διοξείδιο του άνθρακα (CO 2) και νερό (H 2 O). Το πρώτο απορροφάται από τον αέρα από τα εναέρια μέρη των φυτών κυρίως μέσω των στομάτων. Νερό - από το έδαφος, από όπου παραδίδεται στα φωτοσυνθετικά κύτταρα από το αγώγιμο σύστημα των φυτών. Η φωτοσύνθεση απαιτεί επίσης την ενέργεια των φωτονίων (hν), αλλά δεν μπορούν να αποδοθούν στην ύλη.

Συνολικά, ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, σχηματίζεται οργανική ύλη και οξυγόνο (O 2). Συνήθως, υπό την οργανική ύλη, εννοείται πιο συχνά η γλυκόζη (C 6 H 12 O 6).

Οι οργανικές ενώσεις αποτελούνται κυρίως από άτομα άνθρακα, υδρογόνου και οξυγόνου. Βρίσκονται στο διοξείδιο του άνθρακα και στο νερό. Ωστόσο, η φωτοσύνθεση απελευθερώνει οξυγόνο. Τα άτομά του προέρχονται από το νερό.

Συνοπτικά και γενικά, η εξίσωση για την αντίδραση της φωτοσύνθεσης συνήθως γράφεται ως εξής:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Αλλά αυτή η εξίσωση δεν αντικατοπτρίζει την ουσία της φωτοσύνθεσης, δεν την κάνει κατανοητή. Κοίτα, αν και η εξίσωση είναι ισορροπημένη, έχει συνολικά 12 άτομα σε ελεύθερο οξυγόνο.Αλλά είπαμε ότι προέρχονται από το νερό και είναι μόνο 6 από αυτά.

Στην πραγματικότητα, η φωτοσύνθεση γίνεται σε δύο φάσεις. Το πρώτο λέγεται φως, δεύτερο - σκοτάδι. Τέτοιες ονομασίες οφείλονται στο γεγονός ότι το φως χρειάζεται μόνο για τη φάση του φωτός, η σκοτεινή φάση είναι ανεξάρτητη από την παρουσία της, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι πηγαίνει στο σκοτάδι. Η φωτεινή φάση ρέει στις μεμβράνες των θυλακοειδών του χλωροπλάστη, η σκοτεινή φάση - στο στρώμα του χλωροπλάστη.

Στην ελαφριά φάση, η δέσμευση CO 2 δεν λαμβάνει χώρα. Υπάρχει μόνο η δέσμευση της ηλιακής ενέργειας από σύμπλοκα χλωροφύλλης, η αποθήκευση της σε ATP, η χρήση ενέργειας για τη μείωση του NADP σε NADP * H 2. Η ροή ενέργειας από τη χλωροφύλλη που διεγείρεται από το φως παρέχεται από ηλεκτρόνια που μεταδίδονται μέσω της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων των ενζύμων που είναι ενσωματωμένες στις θυλακοειδή μεμβράνες.

Το υδρογόνο για το NADP λαμβάνεται από το νερό, το οποίο, υπό τη δράση του ηλιακού φωτός, αποσυντίθεται σε άτομα οξυγόνου, πρωτόνια υδρογόνου και ηλεκτρόνια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται φωτόλυση. Το οξυγόνο από το νερό δεν χρειάζεται για τη φωτοσύνθεση. Τα άτομα οξυγόνου από δύο μόρια νερού συνδυάζονται για να σχηματίσουν μοριακό οξυγόνο. Η εξίσωση αντίδρασης για την ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης μοιάζει εν συντομία ως εξής:

H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2

Έτσι, η απελευθέρωση οξυγόνου συμβαίνει στην ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης. Ο αριθμός των μορίων ATP που συντίθενται από ADP και φωσφορικό οξύ ανά φωτόλυση ενός μορίου νερού μπορεί να είναι διαφορετικός: ένα ή δύο.

Έτσι, το ATP και το NADP * H 2 εισέρχονται στη σκοτεινή φάση από τη φάση του φωτός. Εδώ, η ενέργεια του πρώτου και η δύναμη αποκατάστασης του δεύτερου ξοδεύονται στη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα. Αυτό το βήμα της φωτοσύνθεσης δεν μπορεί να εξηγηθεί απλά και συνοπτικά, γιατί δεν προχωρά με τέτοιο τρόπο ώστε έξι μόρια CO 2 να ενωθούν με το υδρογόνο που απελευθερώνεται από τα μόρια NADP * H 2 και να σχηματιστεί γλυκόζη:

6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(η αντίδραση γίνεται με τη δαπάνη ενέργειας από το ATP, το οποίο διασπάται σε ADP και φωσφορικό οξύ).

Η παραπάνω αντίδραση είναι απλώς μια απλοποίηση για ευκολία κατανόησης. Στην πραγματικότητα, τα μόρια του διοξειδίου του άνθρακα συνδέονται ένα κάθε φορά, ενώνοντας την ήδη παρασκευασμένη οργανική ύλη πέντε άνθρακα. Σχηματίζεται μια ασταθής οργανική ουσία έξι άνθρακα, η οποία διασπάται σε μόρια υδατανθράκων τριών ανθράκων. Μερικά από αυτά τα μόρια χρησιμοποιούνται για την επανασύνθεση της αρχικής ουσίας πέντε άνθρακα για δέσμευση CO 2. Αυτή η επανασύνθεση παρέχεται Κύκλος Calvin. Ένα μικρότερο μέρος των μορίων υδατανθράκων, που περιλαμβάνει τρία άτομα άνθρακα, φεύγει από τον κύκλο. Ήδη από αυτά και άλλες ουσίες συντίθενται όλες οι άλλες οργανικές ουσίες (υδατάνθρακες, λίπη, πρωτεΐνες).

Δηλαδή, στην πραγματικότητα, τα σάκχαρα τριών άνθρακα, και όχι η γλυκόζη, βγαίνουν από τη σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης.

Στη φύση, υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός, λαμβάνει χώρα μια ζωτική διαδικασία, χωρίς την οποία κανένα ζωντανό πλάσμα στον πλανήτη Γη δεν μπορεί να κάνει. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, απελευθερώνεται οξυγόνο στον αέρα, τον οποίο αναπνέουμε. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται φωτοσύνθεση. Τι είναι η φωτοσύνθεση από επιστημονική άποψη και τι συμβαίνει στους χλωροπλάστες των φυτικών κυττάρων, θα εξετάσουμε παρακάτω.

Η φωτοσύνθεση στη βιολογία είναι ο μετασχηματισμός οργανικών ουσιών και οξυγόνου από ανόργανες ενώσεις υπό την επίδραση της ηλιακής ενέργειας. Είναι χαρακτηριστικό όλων των φωτοαυτοτροφών, που είναι ικανά να παράγουν οι ίδιοι οργανικές ενώσεις.

Τέτοιοι οργανισμοί περιλαμβάνουν φυτά, πράσινα, μοβ βακτήρια, κυανοβακτήρια (γαλαζοπράσινα φύκια).

Τα φυτά είναι φωτοαυτοτροφικά που απορροφούν νερό από το έδαφος και διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα. Υπό την επίδραση της ηλιακής ενέργειας, σχηματίζεται γλυκόζη, η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε πολυσακχαρίτη - άμυλο, ο οποίος είναι απαραίτητος για τους φυτικούς οργανισμούς για τη διατροφή και την παραγωγή ενέργειας. Το οξυγόνο απελευθερώνεται στο περιβάλλον - μια σημαντική ουσία που χρησιμοποιείται από όλους τους ζωντανούς οργανισμούς για την αναπνοή.

Πώς γίνεται η φωτοσύνθεση. Μια χημική αντίδραση μπορεί να αναπαρασταθεί χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση:

6CO2 + 6H2O + E = C6H12O6 + 6O2

Οι φωτοσυνθετικές αντιδράσεις συμβαίνουν σε φυτά σε κυτταρικό επίπεδο, συγκεκριμένα σε χλωροπλάστες που περιέχουν την κύρια χρωστική ουσία χλωροφύλλη. Αυτή η ένωση όχι μόνο δίνει στα φυτά ένα πράσινο χρώμα, αλλά συμμετέχει επίσης ενεργά στην ίδια τη διαδικασία.

Για να κατανοήσετε καλύτερα τη διαδικασία, πρέπει να εξοικειωθείτε με τη δομή των πράσινων οργανιδίων - χλωροπλάστες.

Η δομή των χλωροπλαστών

Οι χλωροπλάστες είναι κυτταρικά οργανίδια που βρίσκονται μόνο σε φυτικούς οργανισμούς, τα κυανοβακτήρια. Κάθε χλωροπλάστης καλύπτεται με διπλή μεμβράνη: εξωτερική και εσωτερική. Το εσωτερικό μέρος του χλωροπλάστη είναι γεμάτο με στρώμα - την κύρια ουσία, η οποία σε συνοχή μοιάζει με το κυτταρόπλασμα του κυττάρου.

Η δομή του χλωροπλάστη

Το στρώμα του χλωροπλάστη αποτελείται από:

• θυλακοειδή - δομές που μοιάζουν με επίπεδους σάκους που περιέχουν τη χρωστική ουσία χλωροφύλλη.
• gran - ομάδες θυλακοειδών.
• έλασμα - σωληνάρια που συνδέουν τη γρανά των θυλακοειδών.

Κάθε γκράνα μοιάζει με μια στοίβα νομισμάτων, όπου κάθε νόμισμα είναι ένα θυλακοειδές και το έλασμα είναι ένα ράφι στο οποίο απλώνονται οι χειροβομβίδες. Επιπλέον, οι χλωροπλάστες έχουν τη δική τους γενετική πληροφορία, που αντιπροσωπεύεται από δίκλωνους κλώνους DNA, καθώς και ριβοσώματα που συμμετέχουν στη σύνθεση πρωτεϊνών, σταγόνες ελαίου, κόκκους αμύλου.

Χρήσιμο βίντεο: φωτοσύνθεση

Κύριες φάσεις

Η φωτοσύνθεση έχει δύο εναλλασσόμενες φάσεις: το φως και το σκοτάδι. Το καθένα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά ροής και τα προϊόντα που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια ορισμένων αντιδράσεων. Δύο φωτοσυστήματα, που σχηματίζονται από βοηθητικές χρωστικές ουσίες συλλογής φωτός, χλωροφύλλη και καροτενοειδές, μεταφέρουν ενέργεια στην κύρια χρωστική ουσία. Ως αποτέλεσμα, η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική ενέργεια - ATP (αδενοσινοτριφωσφορικό οξύ). Τι συμβαίνει στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.

Φωτεινός

Η φωτεινή φάση εμφανίζεται όταν τα φωτόνια του φωτός χτυπούν το φυτό. Στον χλωροπλάστε, ρέει στις θυλακοειδή μεμβράνες.

Κύριες διαδικασίες:

1. Χρωστικές του φωτοσυστήματος Αρχίζω να «απορροφώ» φωτόνια ηλιακής ενέργειας, τα οποία μεταφέρονται στο κέντρο αντίδρασης.
2. Κάτω από τη δράση φωτονίων φωτός, τα ηλεκτρόνια «διεγείρονται» στο μόριο της χρωστικής (χλωροφύλλη).
3. Το «διεγερμένο» ηλεκτρόνιο μεταφέρεται στην εξωτερική μεμβράνη του θυλακοειδούς με τη βοήθεια μεταφορικών πρωτεϊνών.
4. Το ίδιο ηλεκτρόνιο αλληλεπιδρά με τη σύμπλοκη ένωση NADP (φωσφορικό δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης), μειώνοντάς το σε NADP * H2 (αυτή η ένωση εμπλέκεται στη σκοτεινή φάση).

Παρόμοιες διεργασίες συμβαίνουν και στο φωτοσύστημα II. Τα «διεγερμένα» ηλεκτρόνια εγκαταλείπουν το κέντρο αντίδρασης και μεταφέρονται στην εξωτερική μεμβράνη των θυλακοειδών, όπου συνδέονται με τον δέκτη ηλεκτρονίων, επιστρέφουν στο φωτοσύστημα Ι και το αποκαθιστούν.

Η ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης

Πώς όμως αποκαθίσταται το Photosystem II; Αυτό συμβαίνει λόγω της φωτόλυσης του νερού - της αντίδρασης διάσπασης του H2O. Πρώτον, ένα μόριο νερού δωρίζει ηλεκτρόνια στο κέντρο αντίδρασης του φωτοσυστήματος II, λόγω του οποίου συμβαίνει η μείωσή του. Μετά από αυτό, συμβαίνει η πλήρης διάσπαση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο. Το τελευταίο διεισδύει στο περιβάλλον μέσω των στομάτων της επιδερμίδας του φύλλου.

Μπορείτε να απεικονίσετε τη φωτόλυση του νερού χρησιμοποιώντας την εξίσωση:

2H2O \u003d 4H + 4e + O2

Επιπλέον, κατά τη φάση του φωτός, συντίθενται μόρια ATP - χημική ενέργεια που πηγαίνει στο σχηματισμό γλυκόζης. Η θυλακοειδής μεμβράνη περιέχει ένα ενζυματικό σύστημα που συμμετέχει στο σχηματισμό του ATP. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει ως αποτέλεσμα του γεγονότος ότι ένα ιόν υδρογόνου μεταφέρεται μέσω του καναλιού ενός ειδικού ενζύμου από το εσωτερικό κέλυφος στο εξωτερικό κέλυφος. Τότε η ενέργεια απελευθερώνεται.

Είναι σημαντικό να γνωρίζετε!Κατά τη διάρκεια της φωτεινής φάσης της φωτοσύνθεσης, παράγεται οξυγόνο, καθώς και η ενέργεια του ATP, που χρησιμοποιείται για τη σύνθεση μονοσακχαριτών στη σκοτεινή φάση.

Σκοτάδι

Οι αντιδράσεις σκοτεινής φάσης συνεχίζονται όλο το εικοσιτετράωρο, ακόμη και απουσία ηλιακού φωτός. Οι φωτοσυνθετικές αντιδράσεις συμβαίνουν στο στρώμα (εσωτερικό περιβάλλον) του χλωροπλάστη. Αυτό το θέμα μελετήθηκε λεπτομερέστερα από τον Melvin Calvin, από τον οποίο οι αντιδράσεις της σκοτεινής φάσης ονομάζονται κύκλος Calvin, ή C3 - το μονοπάτι.

Αυτός ο κύκλος εξελίσσεται σε 3 στάδια:

1. Καρβοξυλίωση.
2. Ανάκτηση.
3. Αναγέννηση αποδεκτών.

Κατά την καρβοξυλίωση, μια ουσία που ονομάζεται διφωσφορική ριβουλόζη συνδυάζεται με σωματίδια διοξειδίου του άνθρακα. Για αυτό, χρησιμοποιείται ένα ειδικό ένζυμο - καρβοξυλάση. Σχηματίζεται μια ασταθής ένωση έξι άνθρακα, η οποία σχεδόν αμέσως διασπάται σε 2 μόρια FHA (φωσφογλυκερικό οξύ).

Για την αποκατάσταση του FHA, χρησιμοποιείται η ενέργεια του ATP και του NADP * H2, που σχηματίζεται κατά τη φάση του φωτός. Σε διαδοχικές αντιδράσεις, σχηματίζεται τριανθρακικό σάκχαρο με φωσφορική ομάδα.

Κατά την αναγέννηση των δεκτών, μέρος των μορίων FHA χρησιμοποιείται για τη μείωση των μορίων της διφωσφορικής ριβουλόζης, η οποία είναι δέκτης CO2. Περαιτέρω, σε διαδοχικές αντιδράσεις, σχηματίζεται ένας μονοσακχαρίτης, η γλυκόζη. Για όλες αυτές τις διεργασίες, χρησιμοποιείται η ενέργεια του ATP, που σχηματίζεται στην ελαφριά φάση, καθώς και το NADP * H2.

Οι διαδικασίες μετατροπής 6 μορίων διοξειδίου του άνθρακα σε 1 μόριο γλυκόζης απαιτούν τη διάσπαση 18 μορίων ATP και 12 μορίων NADP*H2. Αυτές οι διαδικασίες μπορούν να απεικονιστούν χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση:

6CO2 + 24H = C6H12O6 + 6H2O

Στη συνέχεια, συντίθενται πιο σύνθετοι υδατάνθρακες από τη σχηματιζόμενη γλυκόζη - πολυσακχαρίτες: άμυλο, κυτταρίνη.

Σημείωση!Κατά τη φωτοσύνθεση της σκοτεινής φάσης, σχηματίζεται γλυκόζη - μια οργανική ουσία απαραίτητη για τη διατροφή των φυτών και την παραγωγή ενέργειας.

Ο παρακάτω πίνακας φωτοσύνθεσης θα βοηθήσει στην καλύτερη κατανόηση της βασικής ουσίας αυτής της διαδικασίας.

Συγκριτικός πίνακας φάσεων φωτοσύνθεσης

Αν και ο κύκλος Calvin είναι ο πιο χαρακτηριστικός για τη σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης, ωστόσο, για ορισμένα τροπικά φυτά, χαρακτηριστικός είναι ο κύκλος Hatch-Slack (διαδρομή C4), ο οποίος έχει τα δικά του χαρακτηριστικά. Κατά την καρβοξυλίωση στον κύκλο Hatch-Sleck δεν σχηματίζεται φωσφογλυκερικό οξύ, αλλά άλλα, όπως: οξαλοξικό, μηλικό, ασπαρτικό. Επίσης, κατά τη διάρκεια αυτών των αντιδράσεων, το διοξείδιο του άνθρακα συσσωρεύεται στα φυτικά κύτταρα, και δεν εκκρίνεται κατά την ανταλλαγή αερίων, όπως στις περισσότερες.

Στη συνέχεια, αυτό το αέριο εμπλέκεται σε φωτοσυνθετικές αντιδράσεις και στο σχηματισμό γλυκόζης. Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι η οδός C4 της φωτοσύνθεσης απαιτεί περισσότερη ενέργεια από τον κύκλο Calvin. Οι κύριες αντιδράσεις, προϊόντα σχηματισμού στον κύκλο Hatch-Slack δεν διαφέρουν από τον κύκλο Calvin.

Λόγω των αντιδράσεων του κύκλου Hatch-Slack, η φωτοαναπνοή πρακτικά δεν συμβαίνει στα φυτά, αφού τα στομάχια της επιδερμίδας βρίσκονται σε κλειστή κατάσταση. Αυτό τους επιτρέπει να προσαρμοστούν σε συγκεκριμένες συνθήκες οικοτόπου:

• έντονη ζέστη?
• ξηρό κλίμα.
• αυξημένη αλατότητα των οικοτόπων·
• έλλειψη CO2.

Σύγκριση φωτεινών και σκοτεινών φάσεων

Αξία στη φύση

Χάρη στη φωτοσύνθεση, σχηματίζεται οξυγόνο - μια ζωτική ουσία για τις διαδικασίες της αναπνοής και τη συσσώρευση ενέργειας μέσα στα κύτταρα, που επιτρέπει στους ζωντανούς οργανισμούς να μεγαλώνουν, να αναπτύσσονται, να πολλαπλασιάζονται και να συμμετέχουν άμεσα στο έργο όλων των φυσιολογικών συστημάτων του ανθρώπου. σώμα, ζώα.

Σπουδαίος!Από το οξυγόνο της ατμόσφαιρας σχηματίζεται ένα στρώμα όζοντος, το οποίο προστατεύει όλους τους οργανισμούς από τις βλαβερές συνέπειες της επικίνδυνης υπεριώδους ακτινοβολίας.

Χρήσιμο βίντεο: προετοιμασία για την εξέταση στη Βιολογία - φωτοσύνθεση

συμπέρασμα

Χάρη στην ικανότητα σύνθεσης οξυγόνου και ενέργειας, τα φυτά αποτελούν τον πρώτο κρίκο σε όλες τις τροφικές αλυσίδες, όντας παραγωγοί. Καταναλώνοντας πράσινα φυτά, όλα τα ετερότροφα (ζώα, άνθρωποι), μαζί με την τροφή, λαμβάνουν ζωτικούς πόρους. Χάρη στη διαδικασία που συμβαίνει στα πράσινα φυτά και στα κυανοβακτήρια, διατηρείται μια σταθερή σύνθεση αερίων της ατμόσφαιρας και η ζωή στη γη.

Σε επαφή με

Φωτοσύνθεση χωρίς χλωροφύλλη

Χωρικός εντοπισμός

Η φωτοσύνθεση των φυτών πραγματοποιείται σε χλωροπλάστες: απομονωμένα κυτταρικά οργανίδια δύο μεμβρανών. Οι χλωροπλάστες μπορεί να βρίσκονται στα κύτταρα των καρπών, των στελεχών, ωστόσο, το κύριο όργανο της φωτοσύνθεσης, ανατομικά προσαρμοσμένο για τη διαχείρισή του, είναι ένα φύλλο. Στο φύλλο, ο ιστός του παρεγχύματος των ωχρών είναι ο πλουσιότερος σε χλωροπλάστες. Σε ορισμένα παχύφυτα με εκφυλισμένα φύλλα (όπως οι κάκτοι), η κύρια φωτοσυνθετική δραστηριότητα συνδέεται με το στέλεχος.

Το φως για τη φωτοσύνθεση συλλαμβάνεται πληρέστερα λόγω του επίπεδου σχήματος του φύλλου, παρέχοντας μια μεγάλη αναλογία επιφάνειας προς όγκο. Το νερό παρέχεται από τη ρίζα μέσω ενός ανεπτυγμένου δικτύου αγγείων (φλέβες φύλλων). Το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται εν μέρει με διάχυση μέσω της επιδερμίδας και της επιδερμίδας, αλλά το μεγαλύτερο μέρος του διαχέεται στο φύλλο μέσω των στομάτων και μέσω του φύλλου μέσω του μεσοκυττάριου χώρου. Τα φυτά που πραγματοποιούν φωτοσύνθεση CAM έχουν σχηματίσει ειδικούς μηχανισμούς για την ενεργό αφομοίωση του διοξειδίου του άνθρακα.

Ο εσωτερικός χώρος του χλωροπλάστη είναι γεμάτος με άχρωμα περιεχόμενα (στρώμα) και διαποτίζεται από μεμβράνες (lamellae), οι οποίες, όταν συνδυάζονται μεταξύ τους, σχηματίζουν θυλακοειδή, τα οποία με τη σειρά τους ομαδοποιούνται σε στοίβες που ονομάζονται grana. Ο ενδοθυλακοειδής χώρος διαχωρίζεται και δεν επικοινωνεί με το υπόλοιπο στρώμα, θεωρείται επίσης ότι ο εσωτερικός χώρος όλων των θυλακοειδών επικοινωνεί μεταξύ τους. Τα ελαφρά στάδια της φωτοσύνθεσης περιορίζονται σε μεμβράνες· η αυτοτροφική καθήλωση του CO 2 εμφανίζεται στο στρώμα.

Οι χλωροπλάστες έχουν το δικό τους DNA, RNA, ριβοσώματα (τύπος 70s), η πρωτεϊνοσύνθεση είναι σε εξέλιξη (αν και αυτή η διαδικασία ελέγχεται από τον πυρήνα). Δεν συντίθενται ξανά, αλλά σχηματίζονται με διαίρεση των προηγούμενων. Όλα αυτά κατέστησαν δυνατό να θεωρηθούν ως απόγονοι των ελεύθερων κυανοβακτηρίων, τα οποία συμπεριλήφθηκαν στη σύνθεση του ευκαρυωτικού κυττάρου στη διαδικασία της συμβιογένεσης.

Φωτοσύστημα Ι

Το σύμπλεγμα συγκομιδής φωτός Ι περιέχει περίπου 200 μόρια χλωροφύλλης.

Το κέντρο αντίδρασης του πρώτου φωτοσυστήματος περιέχει ένα διμερές χλωροφύλλης με μέγιστη απορρόφηση στα 700 nm (P700). Μετά από διέγερση από ένα κβάντο φωτός, αποκαθιστά τον πρωτεύοντα δέκτη - τη χλωροφύλλη α, η οποία είναι δευτερεύουσα (βιταμίνη K 1 ή φυλλοκινόνη), μετά την οποία το ηλεκτρόνιο μεταφέρεται στη φερρεδοξίνη, η οποία αποκαθιστά το NADP χρησιμοποιώντας το ένζυμο φερρεδοξίνη-NADP-ρεδουκτάση.

Η πρωτεΐνη πλαστοκυανίνη, που ανάγεται στο σύμπλεγμα b 6 f, μεταφέρεται στο κέντρο αντίδρασης του πρώτου φωτοσυστήματος από την πλευρά του ενδοθυλακοειδούς χώρου και μεταφέρει ένα ηλεκτρόνιο στο οξειδωμένο P700.

Κυκλική και ψευδοκυκλική μεταφορά ηλεκτρονίων

Εκτός από την πλήρη μη κυκλική διαδρομή ηλεκτρονίων που περιγράφηκε παραπάνω, έχουν βρεθεί κυκλικές και ψευδοκυκλικές διαδρομές.

Η ουσία της κυκλικής οδού είναι ότι η φερρεδοξίνη αντί για το NADP αποκαθιστά την πλαστοκινόνη, η οποία τη μεταφέρει πίσω στο σύμπλεγμα b 6 f. Το αποτέλεσμα είναι μια μεγαλύτερη κλίση πρωτονίων και περισσότερο ATP, αλλά όχι NADPH.

Στην ψευδοκυκλική οδό, η φερρεδοξίνη μειώνει το οξυγόνο, το οποίο μετατρέπεται περαιτέρω σε νερό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο φωτοσύστημα II. Επίσης δεν παράγει NADPH.

σκοτεινό στάδιο

Στο σκοτεινό στάδιο, με τη συμμετοχή του ATP και του NADPH, το CO 2 ανάγεται σε γλυκόζη (C 6 H 12 O 6). Αν και δεν απαιτείται φως για αυτή τη διαδικασία, εμπλέκεται στη ρύθμισή της.

C3-φωτοσύνθεση, κύκλος Calvin

Στο τρίτο στάδιο, εμπλέκονται 5 μόρια PHA, τα οποία, μέσω του σχηματισμού ενώσεων 4-, 5-, 6- και 7-άνθρακα, συνδυάζονται σε 3 5-ανθρακική ριβουλόζη-1,5-διφωσφορική, η οποία απαιτεί 3ATP .

Τέλος, δύο PHAs απαιτούνται για τη σύνθεση γλυκόζης. Για το σχηματισμό ενός μορίου του απαιτούνται 6 στροφές του κύκλου, 6 CO 2, 12 NADPH και 18 ATP.

C4 -φωτοσύνθεση

Κύρια άρθρα: Κύκλος Hatch-Slack-Karpilov, C4 φωτοσύνθεση

Σε χαμηλή συγκέντρωση CO 2 διαλυμένο στο στρώμα, η διφωσφορική καρβοξυλάση ριβουλόζης καταλύει την αντίδραση οξείδωσης της 1,5-διφωσφορικής ριβουλόζης και την αποσύνθεσή της σε 3-φωσφογλυκερικό οξύ και φωσφογλυκολικό οξύ, το οποίο χρησιμοποιείται αναγκαστικά στη διαδικασία της φωτοαναπνοής.

Για να αυξηθεί η συγκέντρωση του CO 2 C 4 τα φυτά έχουν αλλάξει την ανατομία του φύλλου. Ο κύκλος Calvin σε αυτά εντοπίζεται στα κύτταρα της θήκης της αγώγιμης δέσμης, ενώ στα κύτταρα της μεσόφυλλης, υπό τη δράση της PEP-καρβοξυλάσης, η φωσφοενολοπυρουβική καρβοξυλιώνεται για να σχηματίσει οξαλοξικό οξύ, το οποίο μετατρέπεται σε μηλικό ή ασπαρτικό και είναι μεταφέρεται στα κύτταρα της θήκης, όπου αποκαρβοξυλιώνεται με το σχηματισμό πυροσταφυλικού, το οποίο επιστρέφει στα κύτταρα της μεσόφυλλης.

Με 4 η φωτοσύνθεση πρακτικά δεν συνοδεύεται από απώλειες 1,5-διφωσφορικής ριβουλόζης από τον κύκλο Calvin, επομένως είναι πιο αποτελεσματική. Ωστόσο, απαιτεί όχι 18, αλλά 30 ATP για τη σύνθεση 1 μορίου γλυκόζης. Αυτό αποδίδει καρπούς στις τροπικές περιοχές, όπου το ζεστό κλίμα απαιτεί τη διατήρηση των στομάτων κλειστών, αποτρέποντας την είσοδο του CO2 στα φύλλα, καθώς και σε μια αγενή στρατηγική ζωής.

Φωτοσύνθεση CAM

Αργότερα διαπιστώθηκε ότι, εκτός από την απελευθέρωση οξυγόνου, τα φυτά απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα και, με τη συμμετοχή του νερού, συνθέτουν οργανική ύλη στο φως. Στον Robert Mayer, με βάση το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, υπέθεσε ότι τα φυτά μετατρέπουν την ενέργεια του ηλιακού φωτός σε ενέργεια χημικών δεσμών. Στον W. Pfeffer ονόμασε αυτή τη διαδικασία φωτοσύνθεση.

Οι χλωροφύλλες απομονώθηκαν αρχικά σε P. J. Peltier και J. Cavent. Ο MS Tsvet κατάφερε να διαχωρίσει τις χρωστικές και να τις μελετήσει ξεχωριστά χρησιμοποιώντας τη μέθοδο χρωματογραφίας που δημιούργησε. Τα φάσματα απορρόφησης της χλωροφύλλης μελετήθηκαν από τον K. A. Timiryazev, ο οποίος, αναπτύσσοντας τις διατάξεις του Mayer, έδειξε ότι ήταν οι απορροφημένες ακτίνες που επέτρεψαν την αύξηση της ενέργειας του συστήματος δημιουργώντας υψηλής ενέργειας C-C αντί για ασθενείς δεσμούς C-O και O-H (πριν από αυτό πίστευαν ότι στη φωτοσύνθεση χρησιμοποιούνται κίτρινες ακτίνες που δεν απορροφώνται από τις χρωστικές των φύλλων). Αυτό έγινε χάρη στη μέθοδο που δημιούργησε για τη λήψη υπόψη της φωτοσύνθεσης από το απορροφούμενο CO 2: κατά τη διάρκεια των πειραμάτων για το φωτισμό ενός φυτού με φως διαφορετικών μηκών κύματος (διαφορετικών χρωμάτων), αποδείχθηκε ότι η ένταση της φωτοσύνθεσης συμπίπτει με φάσμα απορρόφησης της χλωροφύλλης.

Η ουσία οξειδοαναγωγής της φωτοσύνθεσης (τόσο οξυγονική όσο και ανοξυγονική) υποστηρίχθηκε από τον Cornelis van Niel. Αυτό σήμαινε ότι το οξυγόνο στη φωτοσύνθεση σχηματίζεται εξ ολοκλήρου από νερό, κάτι που επιβεβαιώθηκε πειραματικά από τον A.P. Vinogradov σε πειράματα με ισοτοπική σήμανση. Στον κ. Robert Hill βρήκε ότι η διαδικασία της οξείδωσης του νερού (και της απελευθέρωσης οξυγόνου), καθώς και η αφομοίωση του CO 2 μπορούν να αποσυνδεθούν. Ο V-D. Arnon καθιέρωσε τον μηχανισμό των φωτεινών σταδίων της φωτοσύνθεσης και η ουσία της διαδικασίας αφομοίωσης του CO 2 αποκαλύφθηκε από τον Melvin Calvin χρησιμοποιώντας ισότοπα άνθρακα στα τέλη της δεκαετίας του 1940, για αυτό το έργο του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ.

Αλλες αλήθειες

δείτε επίσης

Βιβλιογραφία

• Hall D., Rao K.Φωτοσύνθεση: Per. από τα Αγγλικά. - Μ.: Μιρ, 1983.
• Φυσιολογία Φυτών / επιμ. καθ. Ermakova I. P. - M .: Ακαδημία, 2007
• Molecular biology of the cell / Albertis B., Bray D. et al. Σε 3 τόμους. - Μ.: Μιρ, 1994
• Ρούμπιν Α. Μπ.Βιοφυσική. Σε 2 τόμους. - Μ.: Εκδ. Πανεπιστήμιο και Επιστήμη της Μόσχας, 2004.
• Chernavskaya N. M.,

ΟΡΙΣΜΟΣ: Φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία σχηματισμού οργανικών ουσιών από διοξείδιο του άνθρακα και νερό, στο φως, με την απελευθέρωση οξυγόνου.

Στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης εμπλέκονται τα ακόλουθα:

1) χλωροπλάστες,

3) διοξείδιο του άνθρακα,

5) θερμοκρασία.

Στα ανώτερα φυτά, η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα σε χλωροπλάστες - πλαστίδια οβάλ σχήματος (ημιαυτόνομα οργανίδια) που περιέχουν τη χρωστική ουσία χλωροφύλλη, λόγω του πράσινου χρώματος της οποίας μέρη του φυτού έχουν επίσης πράσινο χρώμα.

Στα φύκια, η χλωροφύλλη βρίσκεται στα χρωματοφόρα (κύτταρα που περιέχουν χρωστική ουσία και αντανακλούν το φως). Τα καφέ και τα κόκκινα φύκια, που ζουν σε σημαντικά βάθη όπου το ηλιακό φως δεν φτάνει καλά, έχουν άλλες χρωστικές ουσίες.

Αν κοιτάξετε την τροφική πυραμίδα όλων των ζωντανών όντων, οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί βρίσκονται στο κάτω μέρος της, ως μέρος των αυτότροφων (οργανισμοί που συνθέτουν οργανικές ουσίες από ανόργανες). Ως εκ τούτου, αποτελούν πηγή τροφής για όλη τη ζωή στον πλανήτη.

Κατά τη φωτοσύνθεση, το οξυγόνο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. Το όζον σχηματίζεται από αυτό στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Η ασπίδα του όζοντος προστατεύει την επιφάνεια της Γης από τη σκληρή υπεριώδη ακτινοβολία, χάρη στην οποία η ζωή μπόρεσε να μετακινηθεί από τη θάλασσα στη στεριά.

Το οξυγόνο είναι απαραίτητο για την αναπνοή των φυτών και των ζώων. Όταν η γλυκόζη οξειδώνεται με τη συμμετοχή οξυγόνου, τα μιτοχόνδρια αποθηκεύουν σχεδόν 20 φορές περισσότερη ενέργεια από ό,τι χωρίς αυτό. Αυτό καθιστά τη χρήση της τροφής πολύ πιο αποτελεσματική, γεγονός που έχει οδηγήσει σε υψηλούς μεταβολικούς ρυθμούς σε πτηνά και θηλαστικά.

Μια πιο λεπτομερής περιγραφή της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης των φυτών

Η πορεία της φωτοσύνθεσης:

Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης ξεκινά με το φως να χτυπά τους χλωροπλάστες - ενδοκυτταρικά ημιαυτόνομα οργανίδια που περιέχουν μια πράσινη χρωστική ουσία. Υπό την επίδραση του φωτός, οι χλωροπλάστες αρχίζουν να καταναλώνουν νερό από το έδαφος, χωρίζοντάς το σε υδρογόνο και οξυγόνο.

Μέρος του οξυγόνου απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα, το άλλο μέρος πηγαίνει στις οξειδωτικές διεργασίες στο φυτό.

Η ζάχαρη συνδυάζεται με άζωτο, θείο και φώσφορο που προέρχονται από το έδαφος, με αυτόν τον τρόπο τα πράσινα φυτά παράγουν άμυλο, λίπη, πρωτεΐνες, βιταμίνες και άλλες σύνθετες ενώσεις απαραίτητες για τη ζωή τους.

Η φωτοσύνθεση γίνεται καλύτερα υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός, ωστόσο, ορισμένα φυτά μπορεί να είναι ικανοποιημένα με τεχνητό φωτισμό.

Μια σύνθετη περιγραφή των μηχανισμών της φωτοσύνθεσης για τον προχωρημένο αναγνώστη

Μέχρι τη δεκαετία του '60 του 20ου αιώνα, οι επιστήμονες γνώριζαν μόνο έναν μηχανισμό για τη στερέωση του διοξειδίου του άνθρακα - κατά μήκος της οδού C3-φωσφορικής πεντόζης. Ωστόσο, πρόσφατα μια ομάδα Αυστραλών επιστημόνων μπόρεσε να αποδείξει ότι σε ορισμένα φυτά η μείωση του διοξειδίου του άνθρακα συμβαίνει μέσω του κύκλου των δικαρβοξυλικών οξέων C4.

Στα φυτά με την αντίδραση C3, η φωτοσύνθεση γίνεται πιο ενεργά σε συνθήκες μέτριας θερμοκρασίας και φωτός, κυρίως σε δάση και σε σκοτεινά μέρη. Αυτά τα φυτά περιλαμβάνουν σχεδόν όλα τα καλλιεργούμενα φυτά και τα περισσότερα λαχανικά. Αποτελούν τη βάση της ανθρώπινης διατροφής.

Στα φυτά με την αντίδραση C4, η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα πιο ενεργά σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και φωτός. Τέτοια φυτά περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, το καλαμπόκι, το σόργο και το ζαχαροκάλαμο, που αναπτύσσονται σε ζεστά και τροπικά κλίματα.

Ο ίδιος ο μεταβολισμός των φυτών ανακαλύφθηκε πολύ πρόσφατα, όταν ήταν δυνατό να διαπιστωθεί ότι σε ορισμένα φυτά που έχουν ειδικούς ιστούς για την αποθήκευση νερού, το διοξείδιο του άνθρακα συσσωρεύεται με τη μορφή οργανικών οξέων και στερεώνεται στους υδατάνθρακες μόνο μετά από μια μέρα. Αυτός ο μηχανισμός βοηθά τα φυτά να εξοικονομούν νερό.

Πώς γίνεται η διαδικασία της φωτοσύνθεσης

Τα φυτά απορροφούν το φως με μια πράσινη ουσία που ονομάζεται χλωροφύλλη. Η χλωροφύλλη βρίσκεται στους χλωροπλάστες, οι οποίοι βρίσκονται στους μίσχους ή στους καρπούς. Υπάρχει ιδιαίτερα μεγάλος αριθμός από αυτά στα φύλλα, επειδή λόγω της πολύ επίπεδης δομής τους, το φύλλο μπορεί να προσελκύσει πολύ φως, αντίστοιχα, να πάρει πολύ περισσότερη ενέργεια για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.

Μετά την απορρόφηση, η χλωροφύλλη βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση και μεταφέρει ενέργεια σε άλλα μόρια του φυτικού οργανισμού, ειδικά σε αυτά που εμπλέκονται άμεσα στη φωτοσύνθεση. Το δεύτερο στάδιο της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης λαμβάνει χώρα χωρίς την υποχρεωτική συμμετοχή του φωτός και συνίσταται στη λήψη ενός χημικού δεσμού με τη συμμετοχή διοξειδίου του άνθρακα που λαμβάνεται από τον αέρα και το νερό. Σε αυτό το στάδιο, συντίθενται διάφορες ουσίες που είναι πολύ χρήσιμες για τη ζωή, όπως το άμυλο και η γλυκόζη.

Αυτές οι οργανικές ουσίες χρησιμοποιούνται από τα ίδια τα φυτά για να θρέψουν τα διάφορα μέρη του, καθώς και για να διατηρήσουν την κανονική ζωή. Επιπλέον, αυτές οι ουσίες λαμβάνονται επίσης από ζώα, τρώγοντας φυτά. Οι άνθρωποι παίρνουν επίσης αυτές τις ουσίες τρώγοντας ζωικά και φυτικά προϊόντα.

συνθήκες φωτοσύνθεσης

Η φωτοσύνθεση μπορεί να συμβεί τόσο υπό την επίδραση του τεχνητού φωτός όσο και του ηλιακού φωτός. Κατά κανόνα, στη φύση, τα φυτά «δουλεύουν» εντατικά την περίοδο άνοιξη-καλοκαίρι, όταν υπάρχει πολύ απαραίτητο ηλιακό φως. Το φθινόπωρο, υπάρχει λιγότερο φως, η μέρα μειώνεται, τα φύλλα πρώτα κιτρινίζουν και μετά πέφτουν. Μόλις όμως εμφανιστεί ο ζεστός ανοιξιάτικος ήλιος, το πράσινο φύλλωμα επανεμφανίζεται και τα πράσινα «εργοστάσια» θα ξαναρχίσουν τη δουλειά τους για να παρέχουν οξυγόνο, τόσο απαραίτητο για τη ζωή, καθώς και πολλά άλλα θρεπτικά συστατικά.

Εναλλακτικός ορισμός της φωτοσύνθεσης

Φωτοσύνθεση (από άλλα ελληνικά phot - φως και σύνθεση - σύνδεση, δίπλωμα, δέσμευση, σύνθεση) - η διαδικασία μετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε ενέργεια χημικών δεσμών οργανικών ουσιών στο φως από φωτοαυτοτροφικά με τη συμμετοχή φωτοσυνθετικών χρωστικών (χλωροφύλλη στα φυτά , βακτηριοχλωροφύλλη και βακτηριοροδοψίνη στα βακτήρια). Στη σύγχρονη φυτική φυσιολογία, η φωτοσύνθεση γίνεται πιο συχνά κατανοητή ως φωτοαυτοτροφική λειτουργία - ένα σύνολο διαδικασιών απορρόφησης, μετασχηματισμού και χρήσης της ενέργειας των κβαντών φωτός σε διάφορες ενεργονικές αντιδράσεις, συμπεριλαμβανομένης της μετατροπής του διοξειδίου του άνθρακα σε οργανικές ουσίες.

Φάσεις φωτοσύνθεσης

Η φωτοσύνθεση είναι μια αρκετά περίπλοκη διαδικασία και περιλαμβάνει δύο φάσεις: το φως, που εμφανίζεται πάντα αποκλειστικά στο φως και το σκοτάδι. Όλες οι διεργασίες συμβαίνουν μέσα στους χλωροπλάστες σε ειδικά μικρά όργανα - θυλακωδία. Κατά τη φάση του φωτός, ένα κβάντο φωτός απορροφάται από τη χλωροφύλλη, με αποτέλεσμα το σχηματισμό μορίων ATP και NADPH. Το νερό διασπάται, σχηματίζοντας ιόντα υδρογόνου και απελευθερώνοντας ένα μόριο οξυγόνου. Τίθεται το ερώτημα, ποιες είναι αυτές οι ακατανόητες μυστηριώδεις ουσίες: ATP και NADH;

Το ATP είναι ένα ειδικό οργανικό μόριο που βρίσκεται σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς και συχνά αναφέρεται ως το «ενεργειακό» νόμισμα. Αυτά τα μόρια είναι που περιέχουν δεσμούς υψηλής ενέργειας και αποτελούν την πηγή ενέργειας για κάθε οργανική σύνθεση και χημικές διεργασίες στο σώμα. Λοιπόν, το NADPH είναι στην πραγματικότητα μια πηγή υδρογόνου, χρησιμοποιείται απευθείας στη σύνθεση υψηλού μοριακών οργανικών ουσιών - υδατανθράκων, που συμβαίνει στη δεύτερη, σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης χρησιμοποιώντας διοξείδιο του άνθρακα.

Η ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης

Οι χλωροπλάστες περιέχουν πολλά μόρια χλωροφύλλης και όλα απορροφούν το ηλιακό φως. Ταυτόχρονα, το φως απορροφάται από άλλες χρωστικές, αλλά δεν ξέρουν πώς να πραγματοποιήσουν φωτοσύνθεση. Η ίδια η διαδικασία εμφανίζεται μόνο σε ορισμένα μόρια χλωροφύλλης, τα οποία είναι πολύ λίγα. Άλλα μόρια χλωροφύλλης, καροτενοειδών και άλλων ουσιών σχηματίζουν ειδικά σύμπλοκα κεραίας και συγκομιδής φωτός (SSCs). Όπως και οι κεραίες, απορροφούν κβάντα φωτός και μεταδίδουν διέγερση σε ειδικά κέντρα αντίδρασης ή παγίδες. Αυτά τα κέντρα βρίσκονται σε φωτοσυστήματα, από τα οποία υπάρχουν δύο στα φυτά: το φωτοσύστημα II και το φωτοσύστημα I. Περιέχουν ειδικά μόρια χλωροφύλλης: αντίστοιχα, στο φωτοσύστημα II - P680, και στο φωτοσύστημα I - P700. Απορροφούν φως ακριβώς αυτού του μήκους κύματος (680 και 700 nm).

Το σχήμα καθιστά σαφέστερο πώς όλα φαίνονται και συμβαίνουν κατά την ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης.

Στο σχήμα βλέπουμε δύο φωτοσυστήματα με χλωροφύλλες P680 και P700. Το σχήμα δείχνει επίσης τους φορείς κατά μήκος των οποίων μεταφέρονται τα ηλεκτρόνια.

Άρα: και τα δύο μόρια χλωροφύλλης δύο φωτοσυστημάτων απορροφούν ένα κβάντο φωτός και διεγείρονται. Το e-ηλεκτρόνιο (κόκκινο στο σχήμα) μετακινείται σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας.

Τα διεγερμένα ηλεκτρόνια έχουν πολύ υψηλή ενέργεια, αποκολλώνται και εισέρχονται σε μια ειδική αλυσίδα φορέων, η οποία βρίσκεται στις μεμβράνες των θυλακοειδών - τις εσωτερικές δομές των χλωροπλαστών. Το σχήμα δείχνει ότι από το φωτοσύστημα II, από τη χλωροφύλλη P680, ένα ηλεκτρόνιο περνά στην πλαστοκινόνη και από το φωτοσύστημα Ι από τη χλωροφύλλη P700, στη φερρεδοξίνη. Στα ίδια τα μόρια της χλωροφύλλης, αντί για ηλεκτρόνια, μετά τον διαχωρισμό τους σχηματίζονται μπλε τρύπες με θετικό φορτίο. Τι να κάνω?

Για να καλυφθεί η έλλειψη ηλεκτρονίου, το μόριο χλωροφύλλης P680 του φωτοσυστήματος II δέχεται ηλεκτρόνια από το νερό και σχηματίζονται ιόντα υδρογόνου. Επιπλέον, ακριβώς λόγω της διάσπασης του νερού απελευθερώνεται οξυγόνο στην ατμόσφαιρα. Και το μόριο χλωροφύλλης P700, όπως φαίνεται από το σχήμα, αναπληρώνει την έλλειψη ηλεκτρονίων μέσω του συστήματος των φορέων από το φωτοσύστημα II.

Γενικά, όσο δύσκολο κι αν είναι, έτσι προχωρά η ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης, η κύρια ουσία της βρίσκεται στη μεταφορά ηλεκτρονίων. Μπορεί επίσης να φανεί από το σχήμα ότι παράλληλα με τη μεταφορά ηλεκτρονίων, ιόντα υδρογόνου H+ κινούνται μέσω της μεμβράνης και συσσωρεύονται μέσα στο θυλακοειδή. Δεδομένου ότι υπάρχουν πολλά από αυτά εκεί, κινούνται προς τα έξω με τη βοήθεια ενός ειδικού παράγοντα σύζευξης, ο οποίος είναι πορτοκαλί στο σχήμα, που φαίνεται στα δεξιά και μοιάζει με μανιτάρι.

Τέλος, βλέπουμε το τελικό στάδιο της μεταφοράς ηλεκτρονίων, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό της προαναφερθείσας ένωσης NADH. Και λόγω της μεταφοράς ιόντων H +, συντίθεται το ενεργειακό νόμισμα - ATP (φαίνεται στα δεξιά στο σχήμα).

Έτσι, η φωτεινή φάση της φωτοσύνθεσης ολοκληρώνεται, το οξυγόνο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα, σχηματίζονται ATP και NADH. Και τι ακολουθεί; Πού είναι το βιολογικό που υποσχέθηκε; Και μετά έρχεται το σκοτεινό στάδιο, το οποίο συνίσταται κυρίως σε χημικές διεργασίες.

Σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης

Για τη σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης, υποχρεωτικό συστατικό είναι το διοξείδιο του άνθρακα - CO2. Επομένως, το φυτό πρέπει να το απορροφά συνεχώς από την ατμόσφαιρα. Για το σκοπό αυτό υπάρχουν ειδικές δομές στην επιφάνεια του φύλλου - στομάτων. Όταν ανοίγουν, το CO2 εισέρχεται ακριβώς μέσα στο φύλλο, διαλύεται στο νερό και αντιδρά με την ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης.

Κατά τη διάρκεια της ελαφριάς φάσης, στα περισσότερα φυτά, το CO2 συνδέεται με μια οργανική ένωση πέντε άνθρακα (η οποία είναι μια αλυσίδα πέντε μορίων άνθρακα), με αποτέλεσμα τον σχηματισμό δύο μορίων μιας ένωσης τριών άνθρακα (3-φωσφογλυκερικό οξύ). Επειδή Αυτές οι ενώσεις τριών άνθρακα είναι το πρωταρχικό αποτέλεσμα, τα φυτά με αυτό το είδος φωτοσύνθεσης ονομάζονται φυτά C3.

Η περαιτέρω σύνθεση σε χλωροπλάστες είναι αρκετά δύσκολη. Τελικά σχηματίζει μια ένωση έξι άνθρακα, από την οποία μπορεί αργότερα να συντεθεί γλυκόζη, σακχαρόζη ή άμυλο. Με τη μορφή αυτών των οργανικών ουσιών, το φυτό αποθηκεύει ενέργεια. Ταυτόχρονα, μόνο ένα μικρό μέρος τους παραμένει στο φύλλο, το οποίο χρησιμοποιείται για τις ανάγκες του, ενώ οι υπόλοιποι υδατάνθρακες ταξιδεύουν σε όλο το φυτό, εισερχόμενοι όπου χρειάζεται περισσότερο ενέργεια - για παράδειγμα, σε σημεία ανάπτυξης.

Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία σχηματισμού οργανικών ουσιών στα πράσινα φυτά. Η φωτοσύνθεση δημιούργησε όλη τη μάζα των φυτών στη Γη και εμπόρευσε την ατμόσφαιρα με οξυγόνο.

Πώς τρώει ένα φυτό;

Παλαιότερα, οι άνθρωποι ήταν σίγουροι ότι τα φυτά παίρνουν όλες τις ουσίες για τη διατροφή τους από το έδαφος. Αλλά μια εμπειρία έδειξε ότι αυτό δεν συμβαίνει.

Ένα δέντρο φυτεύτηκε σε μια γλάστρα με χώμα. Ταυτόχρονα μετρήθηκε η μάζα τόσο της γης όσο και του δέντρου. Όταν και τα δύο ζυγίστηκαν λίγα χρόνια αργότερα, αποδείχθηκε ότι η μάζα της γης είχε μειωθεί μόνο κατά μερικά γραμμάρια, ενώ η μάζα του φυτού είχε αυξηθεί κατά πολλά κιλά.

Μόνο νερό προστέθηκε στο χώμα. Από πού προήλθαν αυτά τα κιλά φυτικής μάζας;

Εκτός αέρα. Όλη η οργανική ύλη στα φυτά αποτελείται από ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα και νερό του εδάφους.

TOP 2 άρθραπου διάβασε μαζί με αυτό

Ενέργεια

Τα ζώα και οι άνθρωποι τρώνε φυτά για να πάρουν ενέργεια για τη ζωή. Αυτή η ενέργεια περιέχεται στους χημικούς δεσμούς των οργανικών ουσιών. Από που κατάγεται?

Είναι γνωστό ότι το φυτό δεν μπορεί να αναπτυχθεί κανονικά χωρίς φως. Το φως είναι η ενέργεια με την οποία το φυτό χτίζει την οργανική ύλη του σώματός του.

Δεν έχει σημασία τι είδους φως είναι, ηλιακό ή ηλεκτρικό. Οποιαδήποτε δέσμη φωτός μεταφέρει ενέργεια, η οποία γίνεται ενέργεια χημικών δεσμών και, όπως η κόλλα, συγκρατεί τα άτομα μαζί σε μεγάλα μόρια οργανικών ουσιών.

Πού γίνεται η φωτοσύνθεση

Η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα μόνο στα πράσινα μέρη των φυτών, ή μάλλον, σε ειδικά όργανα φυτικών κυττάρων - χλωροπλάστες.

Ρύζι. 1. Χλωροπλάστες σε μικροσκόπιο.

Οι χλωροπλάστες είναι ένας τύπος πλαστιδίων. Είναι πάντα πράσινα, γιατί περιέχουν μια πράσινη ουσία - χλωροφύλλη.

Ο χλωροπλάστης χωρίζεται από το υπόλοιπο κύτταρο με μια μεμβράνη και μοιάζει με κόκκο. Ο εσωτερικός χώρος του χλωροπλάστη ονομάζεται στρώμα. Εδώ ξεκινά η διαδικασία της φωτοσύνθεσης.

Ρύζι. 2. Η εσωτερική δομή του χλωροπλάστη.

Οι χλωροπλάστες είναι, σαν να λέγαμε, ένα εργοστάσιο για το οποίο προμηθεύονται πρώτες ύλες:

• διοξείδιο του άνθρακα (τύπος - CO2);
• νερό (H2O).

Το νερό προέρχεται από τις ρίζες και το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα μέσω ειδικών οπών στα φύλλα. Το φως είναι η ενέργεια για τη λειτουργία του εργοστασίου και η οργανική ύλη που προκύπτει είναι το προϊόν.

Πρώτον, παράγονται υδατάνθρακες (γλυκόζη), αλλά στη συνέχεια σχηματίζονται από αυτούς πολλές ουσίες διαφόρων οσμών και γεύσεων, που τόσο αγαπούν τα ζώα και οι άνθρωποι.

Από τους χλωροπλάστες οι λαμβανόμενες ουσίες μεταφέρονται σε διάφορα όργανα του φυτού, όπου εναποτίθενται στο απόθεμα ή χρησιμοποιούνται.

αντίδραση φωτοσύνθεσης

Γενικά, η εξίσωση της φωτοσύνθεσης μοιάζει με αυτό:

CO2 + H2O = οργανική ύλη + O2 (οξυγόνο)

Τα πράσινα φυτά ανήκουν στην ομάδα των αυτότροφων (σε μετάφραση - "τρέφω τον εαυτό μου") - οργανισμών που δεν χρειάζονται άλλους οργανισμούς για να αποκτήσουν ενέργεια.

Η κύρια λειτουργία της φωτοσύνθεσης είναι η δημιουργία οργανικών ουσιών από τις οποίες είναι δομημένο το σώμα των φυτών.

Η απελευθέρωση οξυγόνου είναι μια παρενέργεια της διαδικασίας.

Η σημασία της φωτοσύνθεσης

Ο ρόλος της φωτοσύνθεσης στη φύση είναι εξαιρετικά μεγάλος. Χάρη σε αυτόν δημιουργήθηκε ολόκληρος ο φυτικός κόσμος του πλανήτη.

Ρύζι. 3. Φωτοσύνθεση.

Μέσω της φωτοσύνθεσης, τα φυτά:

• αποτελούν πηγή οξυγόνου για την ατμόσφαιρα.
• μετατρέπουν την ενέργεια του ήλιου σε μια μορφή προσβάσιμη σε ζώα και ανθρώπους.

Η ζωή στη Γη έγινε δυνατή με τη συσσώρευση επαρκούς οξυγόνου στην ατμόσφαιρα. Ούτε ο άνθρωπος ούτε τα ζώα θα μπορούσαν να έχουν ζήσει σε εκείνες τις μακρινές εποχές που δεν υπήρχε ούτε ήταν λίγο.

Ποια επιστήμη μελετά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης

Η φωτοσύνθεση μελετάται από διάφορες επιστήμες, αλλά κυρίως από τη βοτανική και τη φυσιολογία των φυτών.

Η βοτανική είναι η επιστήμη των φυτών και ως εκ τούτου τη μελετά ως μια σημαντική διαδικασία ζωής στα φυτά.

Η πιο λεπτομερής μελέτη της φωτοσύνθεσης είναι η φυσιολογία των φυτών. Οι φυσιολόγοι έχουν διαπιστώσει ότι αυτή η διαδικασία είναι πολύπλοκη και έχει στάδια:

• φως;
• σκοτάδι.

Αυτό σημαίνει ότι η φωτοσύνθεση ξεκινά στο φως αλλά τελειώνει στο σκοτάδι.

Τι μάθαμε;

Έχοντας μελετήσει αυτό το θέμα στη βιολογία του βαθμού 5, μπορεί κανείς να εξηγήσει συνοπτικά και με σαφήνεια τη φωτοσύνθεση ως τη διαδικασία σχηματισμού οργανικών ουσιών από ανόργανες ουσίες (CO2 και H2O) στα φυτά. Τα χαρακτηριστικά του: διέρχεται σε πράσινα πλαστίδια (χλωροπλάστες), συνοδεύεται από απελευθέρωση οξυγόνου, πραγματοποιείται υπό την επίδραση του φωτός.

Κουίζ θέματος

Έκθεση Αξιολόγησης

Μέση βαθμολογία: 4.5. Συνολικές βαθμολογίες που ελήφθησαν: 730.