Najvažniji organski proces, bez kojeg bi postojanje svih živih bića na našoj planeti bilo upitno, jeste fotosinteza. Šta je fotosinteza? Svi to znaju iz škole. Grubo govoreći, to je proces stvaranja organskih tvari iz ugljičnog dioksida i vode, koji se odvija na svjetlu i praćen je oslobađanjem kisika. Složenija definicija je sljedeća: fotosinteza je proces pretvaranja svjetlosne energije u energiju kemijskih veza tvari organskog porijekla uz sudjelovanje fotosintetskih pigmenata. U savremenoj praksi, fotosinteza se obično podrazumijeva kao skup procesa apsorpcije, sinteze i korištenja svjetlosti u nizu endergonijskih reakcija, od kojih je jedna pretvaranje ugljičnog dioksida u organske tvari. Sada ćemo detaljnije saznati kako se odvija fotosinteza i na koje je faze ovaj proces podijeljen!

opšte karakteristike

Hloroplasti, koje ima svaka biljka, odgovorni su za fotosintezu. Šta su hloroplasti? Ovo su ovalni plastidi koji sadrže pigment kao što je hlorofil. Klorofil je taj koji određuje zelenu boju biljaka. U algama, ovaj pigment je prisutan u hromatoforima - ćelijama koje reflektuju svetlost različitih oblika koje sadrže pigment. Smeđe i crvene alge, koje žive na značajnim dubinama gdje sunčeva svjetlost ne dopire dobro, imaju različite pigmente.

Tvari fotosinteze su dio autotrofa - organizama sposobnih sintetizirati organske tvari iz neorganskih tvari. Oni su najniži nivo piramide ishrane, stoga su uključeni u ishranu svih živih organizama na planeti Zemlji.

Prednosti fotosinteze

Zašto je potrebna fotosinteza? Kiseonik koji se oslobađa iz biljaka tokom fotosinteze ulazi u atmosferu. Uzdižući se u svoje gornje slojeve, stvara ozon, koji štiti površinu zemlje od jakog sunčevog zračenja. Zahvaljujući ozonskom ekranu, živi organizmi mogu udobno boraviti na kopnu. Osim toga, kao što znate, kisik je potreban za disanje živih organizama.

Napredak procesa

Sve počinje ulaskom svjetlosti u hloroplaste. Pod njegovim uticajem, organele izvlače vodu iz tla i takođe ga dele na vodonik i kiseonik. Dakle, odvijaju se dva procesa. Fotosinteza biljaka počinje u trenutku kada lišće već apsorbira vodu i ugljični dioksid. Svjetlosna energija akumulira se u tilakoidima - posebnim odjeljcima hloroplasta, i dijeli molekul vode na dvije komponente. Dio kiseonika odlazi u disanje biljaka, a ostatak u atmosferu.

Ugljični dioksid tada ulazi u pirenoide - proteinske granule okružene škrobom. Vodonik takođe dolazi ovde. Pomiješane jedna s drugom, ove tvari formiraju šećer. Ova reakcija se također događa s oslobađanjem kisika. Kada se šećer (opći naziv za jednostavne ugljikohidrate) pomiješa s dušikom, sumporom i fosforom koji iz tla dospiju u biljku, nastaju škrob (složeni ugljikohidrati), proteini, masti, vitamini i druge tvari neophodne za život biljaka. U velikoj većini slučajeva, fotosinteza se odvija u uslovima prirodnog osvetljenja. Međutim, u tome može učestvovati i vještačko osvjetljenje.

Sve do 60-ih godina dvadesetog vijeka, nauka je poznavala jedan mehanizam za smanjenje ugljičnog dioksida - duž C3-pentoza fosfatnog puta. Nedavno su australski naučnici dokazali da se kod nekih biljnih vrsta ovaj proces može odvijati kroz ciklus C4-dikarboksilne kiseline.

U biljkama koje smanjuju ugljični dioksid putem C 3 puta, fotosinteza se najbolje odvija na umjerenim temperaturama i slabom svjetlu, u šumama ili tamnim mjestima. Ove biljke uključuju lavovski udio kultiviranih biljaka i gotovo sve povrće koje čini osnovu naše prehrane.

U drugoj klasi biljaka fotosinteza se najaktivnije odvija u uvjetima visoke temperature i jakog svjetla. U ovu grupu spadaju biljke koje rastu u tropskim i toplim klimama, kao što su kukuruz, šećerna trska, sirak i tako dalje.

Metabolizam biljaka, inače, otkriven je sasvim nedavno. Naučnici su uspjeli otkriti da neke biljke imaju posebna tkiva za očuvanje zaliha vode. Ugljični dioksid se akumulira u njima u obliku organskih kiselina i tek nakon 24 sata prelazi u ugljikohidrate. Ovaj mehanizam omogućava biljkama da štede vodu.

Kako proces funkcionira?

Već generalno znamo kako teče proces fotosinteze i kakva se fotosinteza odvija, a sada da ga upoznamo dublje.

Sve počinje tako što biljka upija svjetlost. U tome joj pomaže hlorofil, koji se u obliku hloroplasta nalazi u listovima, stabljikama i plodovima biljke. Glavna količina ove tvari koncentrirana je u listovima. Stvar je u tome što, zahvaljujući svojoj ravnoj strukturi, ploča privlači puno svjetla. I što je više svjetlosti, to je više energije za fotosintezu. Dakle, listovi u biljci djeluju kao neka vrsta lokatora koji hvataju svjetlost.

Kada se svjetlost apsorbira, hlorofil je u pobuđenom stanju. On prenosi energiju na druge biljne organe koji učestvuju u sljedećoj fazi fotosinteze. Druga faza procesa odvija se bez sudjelovanja svjetlosti i sastoji se od kemijske reakcije koja uključuje vodu dobivenu iz tla i ugljični dioksid dobiven iz zraka. U ovoj fazi se sintetiziraju ugljikohidrati koji su neophodni za život svakog organizma. U ovom slučaju, oni ne samo da hrane samu biljku, već se prenose i na životinje koje je jedu. Ljudi također dobivaju ove tvari konzumiranjem biljnih ili životinjskih proizvoda.

Faze procesa

Kao prilično složen proces, fotosinteza je podijeljena u dvije faze: svijetlu i tamnu. Kao što naziv govori, prva faza zahtijeva prisustvo sunčevog zračenja, ali druga ne. Tokom svjetlosne faze, hlorofil apsorbira kvant svjetlosti, formirajući ATP i NADH molekule, bez kojih je fotosinteza nemoguća. Šta su ATP i NADH?

ATP (adenozi trifosfat) je nukleinski koenzim koji sadrži visokoenergetske veze i služi kao izvor energije u bilo kojoj organskoj transformaciji. Konjunkcija se često naziva energetskom volutom.

NADH (nikotinamid adenin dinukleotid) je izvor vodonika koji se koristi za sintezu ugljikohidrata uz učešće ugljičnog dioksida u drugoj fazi procesa kao što je fotosinteza.

Svetlosna faza

Kloroplasti sadrže mnogo molekula klorofila, od kojih svaki apsorbira svjetlost. I drugi pigmenti ga apsorbuju, ali nisu sposobni za fotosintezu. Proces se odvija samo u dijelu molekula hlorofila. Preostali molekuli formiraju antene i komplekse za prikupljanje svjetlosti (LHC). Oni akumuliraju kvante svjetlosnog zračenja i prenose ih u reakcione centre, koji se nazivaju i zamkama. Reakcioni centri se nalaze u fotosistemima, kojih fotosintetička biljka ima dva. Prvi sadrži molekul klorofila sposoban da apsorbira svjetlost talasne dužine od 700 nm, a drugi - 680 nm.

Dakle, dvije vrste molekula hlorofila apsorbiraju svjetlost i postaju pobuđene, što uzrokuje da se elektroni kreću na viši energetski nivo. Pobuđeni elektroni, koji imaju veliku količinu energije, otkidaju se i ulaze u transportni lanac koji se nalazi u tilakoidnim membranama (unutrašnje strukture hloroplasta).

Tranzicija elektrona

Elektron iz prvog fotosistema ide od hlorofila P680 do plastokinona, a elektron iz drugog sistema ide u feredoksin. U tom slučaju, na mjestu gdje se elektroni uklanjaju, u molekuli klorofila formira se slobodan prostor.

Da bi nadoknadio nedostatak, molekul klorofila P680 prihvata elektrone iz vode, formirajući vodikove ione. A drugi molekul hlorofila nadoknađuje nedostatak kroz sistem nosača iz prvog fotosistema.

Tako teče svjetlosna faza fotosinteze, čija je suština prijenos elektrona. Paralelno s transportom elektrona odvija se i kretanje vodikovih jona kroz membranu. To dovodi do njihovog nakupljanja unutar tilakoida. Akumulirajući se u velikim količinama, oslobađaju se prema van uz pomoć faktora konjugacije. Rezultat transporta elektrona je formiranje jedinjenja NADH. A prijenos vodikovih jona dovodi do stvaranja energetske valute ATP.

Na kraju svjetlosne faze kisik ulazi u atmosferu, a unutar latice se formiraju ATP i NADH. Tada počinje tamna faza fotosinteze.

Tamna faza

Ova faza fotosinteze zahtijeva ugljični dioksid. Biljka ga stalno upija iz vazduha. U tu svrhu, na površini lista nalaze se stomati - posebne strukture koje, kada se otvore, apsorbiraju ugljični dioksid. Ulazeći u list, rastvara se u vodi i učestvuje u procesima svjetlosne faze.

Tokom svjetlosne faze u većini biljaka, ugljični dioksid se vezuje za organsko jedinjenje koje sadrži 5 atoma ugljika. Rezultat je par molekula spoja sa tri ugljika koji se zove 3-fosfoglicerinska kiselina. Upravo zato što je ovo jedinjenje primarni rezultat procesa, biljke sa ovom vrstom fotosinteze nazivaju se C3 biljke.

Dalji procesi koji se odvijaju u hloroplastima vrlo su složeni za neiskusne ljude. Krajnji rezultat je spoj sa šest ugljika koji sintetizira jednostavne ili složene ugljikohidrate. U obliku ugljikohidrata biljka akumulira energiju. Mali dio tvari ostaje u listu i ispunjava njegove potrebe. Preostali ugljikohidrati cirkuliraju kroz biljku i dostavljaju se na mjesta gdje su najpotrebniji.

Fotosinteza zimi

Mnogi ljudi su se barem jednom u životu zapitali odakle dolazi kiseonik tokom hladne sezone. Prvo, kisik ne proizvode samo listopadne biljke, već i četinjača i morske biljke. A ako se listopadne biljke smrznu zimi, crnogorične biljke nastavljaju disati, iako manje intenzivno. Drugo, sadržaj kiseonika u atmosferi ne zavisi od toga da li je drveće bacilo lišće. Kiseonik zauzima 21% atmosfere, bilo gde na našoj planeti u bilo koje doba godine. Ova vrijednost se ne mijenja, jer se zračne mase kreću vrlo brzo, a zima se ne događa istovremeno u svim zemljama. Pa, i treće, zimi u nižim slojevima zraka koji udišemo sadržaj kisika je čak i veći nego ljeti. Razlog za ovu pojavu je niska temperatura, zbog koje kiseonik postaje gušći.

Zaključak

Danas smo se prisjetili šta je fotosinteza, šta je hlorofil i kako biljke oslobađaju kiseonik apsorbujući ugljen-dioksid. Naravno, fotosinteza je najvažniji proces u našim životima. Podsjeća nas na potrebu da se brinemo o prirodi.

Biljke dobijaju sve što im je potrebno za rast i razvoj iz okoline. Po tome se razlikuju od ostalih živih organizama. Da bi se dobro razvijale, potrebno im je plodno tlo, prirodno ili umjetno zalijevanje i dobro osvjetljenje. Ništa neće rasti u mraku.

Zemljište je izvor vode i hranljivih organskih jedinjenja i mikroelemenata. Ali drveću, cvijeću i travi također je potrebna solarna energija. Pod utjecajem sunčeve svjetlosti dolazi do određenih reakcija, uslijed kojih se ugljični dioksid apsorbiran iz zraka pretvara u kisik. Ovaj proces se naziva fotosinteza. Hemijska reakcija koja se dešava pod uticajem sunčeve svetlosti takođe dovodi do stvaranja glukoze i vode. Ove supstance su vitalne za razvoj biljke.

Na jeziku hemičara, reakcija izgleda ovako: 6CO2 + 12H2O + svjetlost = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. Pojednostavljeni oblik jednadžbe: ugljični dioksid + voda + svjetlost = glukoza + kisik + voda.

Bukvalno, "fotosinteza" se prevodi kao "zajedno sa svjetlom". Ova riječ se sastoji od dvije jednostavne riječi “fotografija” i “sinteza”. Sunce je veoma moćan izvor energije. Ljudi ga koriste za proizvodnju struje, izolaciju kuća i grijanje vode. Biljkama je takođe potrebna energija sunca da bi održale život. Glukoza, proizvedena tokom fotosinteze, je jednostavan šećer koji je jedan od najvažnijih nutrijenata. Biljke ga koriste za rast i razvoj, a višak se taloži u listovima, sjemenkama i plodovima. Ne ostaje sva glukoza nepromijenjena u zelenim dijelovima biljaka i voća. Jednostavni šećeri imaju tendenciju da se transformišu u složenije, koji uključuju škrob. Biljke troše takve rezerve tokom perioda nestašice hranljivih materija. Oni određuju nutritivnu vrijednost bilja, voća, cvijeća, lišća za životinje i ljude koji se hrane biljnom hranom.

Kako biljke apsorbuju svetlost?

Proces fotosinteze je prilično složen, ali se može ukratko opisati tako da postane razumljiv i djeci školskog uzrasta. Jedno od najčešćih pitanja odnosi se na mehanizam apsorpcije svjetlosti. Kako svjetlosna energija ulazi u biljke? Proces fotosinteze odvija se u listovima. Listovi svih biljaka sadrže zelene ćelije - hloroplaste. Sadrže supstancu zvanu hlorofil. Klorofil je pigment koji lišću daje zelenu boju i odgovoran je za apsorpciju svjetlosne energije. Mnogi ljudi nisu razmišljali o tome zašto su listovi većine biljaka široki i ravni. Ispostavilo se da je priroda to obezbijedila s razlogom. Široka površina vam omogućava da apsorbirate više sunčeve svjetlosti. Iz istog razloga, solarni paneli se prave široki i ravni.

Gornji dio listova je zaštićen voštanim slojem (kutikulom) od gubitka vode i štetnih vremenskih utjecaja i štetočina. Zove se palisada. Ako pažljivo pogledate list, možete vidjeti da mu je gornja strana svjetlija i glatkija. Bogata boja se dobija zahvaljujući činjenici da u ovom delu ima više hloroplasta. Višak svjetlosti može smanjiti sposobnost biljke da proizvodi kisik i glukozu. Kada je izložen jakom suncu, hlorofil se oštećuje i to usporava fotosintezu. Do usporavanja dolazi i dolaskom jeseni, kada je manje svjetla, a listovi počinju žutjeti zbog uništavanja hloroplasta u njima.

Uloga vode u fotosintezi i održavanju biljnog života ne može se podcijeniti. Voda je potrebna za:

• obezbjeđivanje biljaka mineralima otopljenim u njemu;
• održavanje tonusa;
• hlađenje;
• mogućnost nastanka hemijskih i fizičkih reakcija.

Drveće, grmlje i cvijeće korijenjem upijaju vodu iz tla, a zatim se vlaga diže duž stabljike i prelazi u lišće duž žilica koje su vidljive i golim okom.

Ugljični dioksid ulazi kroz male rupice na dnu lista - puči. U donjem dijelu lista ćelije su raspoređene tako da ugljični dioksid može dublje prodrijeti. Ovo također omogućava kisiku proizvedenom fotosintezom da lako napusti list. Kao i svi živi organizmi, biljke su obdarene sposobnošću disanja. Štoviše, za razliku od životinja i ljudi, oni apsorbiraju ugljični dioksid i oslobađaju kisik, a ne obrnuto. Tamo gdje ima puno biljaka, zrak je vrlo čist i svjež. Zbog toga je toliko važno voditi računa o drveću i grmlju i stvarati javne vrtove i parkove u velikim gradovima.

Svjetla i tamna faza fotosinteze

Proces fotosinteze je složen i sastoji se od dvije faze – svijetle i tamne. Svetlosna faza je moguća samo u prisustvu sunčeve svetlosti. Kada su izloženi svjetlosti, molekule klorofila jonizuju, što rezultira energijom koja služi kao katalizator za kemijske reakcije. Redoslijed događaja koji se dešavaju u ovoj fazi je sljedeći:

• svjetlost pogađa molekulu klorofila, koju apsorbira zeleni pigment i dovodi je u pobuđeno stanje;
• cijepanje vode;
• Sintetiše se ATP, koji je akumulator energije.

Tamna faza fotosinteze odvija se bez sudjelovanja svjetlosne energije. U ovoj fazi se formiraju glukoza i kiseonik. Važno je shvatiti da se stvaranje glukoze i kisika događa 24 sata dnevno, a ne samo noću. Tamna faza se naziva zato što prisustvo svjetlosti više nije potrebno da bi se pojavila. Katalizator je ATP, koji je sintetiziran ranije.

Značaj fotosinteze u prirodi

Fotosinteza je jedan od najznačajnijih prirodnih procesa. Neophodno je ne samo održavati biljni život, već i cijeli život na planeti. Fotosinteza je potrebna za:

• obezbjeđivanje hrane za životinje i ljude;
• uklanjanje ugljičnog dioksida i zasićenje zraka kisikom;
• održavanje kruženja nutrijenata.

Sve biljke zavise od brzine fotosinteze. Sunčeva energija se može posmatrati kao faktor koji potiče ili inhibira rast. Na primjer, u južnim regijama i područjima ima puno sunca i biljke mogu narasti prilično visoke. Ako uzmemo u obzir kako se proces odvija u vodenim ekosistemima, na površini mora i okeana ne nedostaje sunčeve svjetlosti i u ovim slojevima se uočava obilan rast algi. U dubljim slojevima vode postoji nedostatak sunčeve energije, što utiče na brzinu rasta vodene flore.

Proces fotosinteze doprinosi stvaranju ozonskog omotača u atmosferi. Ovo je veoma važno jer pomaže u zaštiti čitavog života na planeti od štetnih efekata ultraljubičastih zraka.

Svaki zeleni list je mala tvornica kisika i hranjivih tvari potrebnih ljudima i životinjama za normalan život. Proces proizvodnje ovih tvari iz ugljičnog dioksida i vode iz atmosfere naziva se fotosinteza.

Fotosinteza je složen proces koji se odvija uz direktno učešće svjetlosti. Sam koncept "fotosinteze" dolazi od dvije grčke riječi: "fotografije" - svjetlost i "sinteza" - kombinacija. Proces fotosinteze sastoji se od dvije faze: apsorpcije svjetlosnih kvanta i korištenja njihove energije u raznim kemijskim reakcijama.Biljka upija svjetlost uz pomoć zelene supstance koja se zove hlorofil. Klorofil se nalazi u takozvanim hloroplastima, koji se mogu naći u stabljikama ili čak plodovima. Posebno ih ima mnogo, jer zahvaljujući svojoj ravnoj strukturi, list može privući više svjetla, a samim tim i primiti više energije za fotosintezu. Nakon apsorpcije, hlorofil prelazi i prenosi energiju na druge molekule biljnog organizma, posebno one koji su uključeni u fotosintezu. Druga faza procesa odvija se bez obaveznog učešća svjetlosnih kvanta i sastoji se od stvaranja kemijskih veza uz sudjelovanje vode i ugljičnog dioksida dobivenog iz zraka. U ovoj fazi sintetiziraju se razne tvari korisne za život, poput škroba, koje sama biljka koristi za ishranu različitih dijelova i održavanje normalnog života. Osim toga, ove supstance se dobijaju ishranom biljaka, i to od ljudi koji jedu hranu i biljnog i životinjskog porekla.Fotosinteza se može odvijati i pod uticajem sunčeve svetlosti i veštačke svetlosti. U prirodi biljke, po pravilu, intenzivno "rade" u proljeće i ljeto, kada ima puno sunčeve svjetlosti. U jesen svjetla postaje manje, dani se skraćuju, lišće žuti i otpada. Ali čim toplo prolećno sunce počne da sviće, ponovo se pojavljuje zeleno lišće i zelene „fabrike“ ponovo počinju da rade kako bi obezbedile kiseonik, tako neophodan za život, i druge hranljive materije.

Video na temu

Svim živim bićima je potrebna hrana za preživljavanje. Heterotrofni organizmi – potrošači – koriste gotova organska jedinjenja, dok autotrofni proizvođači sami stvaraju organske supstance u procesu fotosinteze i kemosinteze. Glavni proizvođači na Zemlji su zelene biljke.

To je slijed kemijskih reakcija koje uključuju fotosintetske pigmente, kao rezultat kojih se stvara organska tvar iz ugljičnog dioksida i vode na svjetlu. U ukupnoj jednadžbi, šest molekula ugljičnog dioksida kombinuje se sa šest molekula vode da formira jedan molekul koji se koristi za proizvodnju i skladištenje energije. Također, na kraju reakcije nastaje šest molekula kisika kao „nusproizvod“. Proces fotosinteze sastoji se od svijetle i tamne faze. Svjetlosni kvanti pobuđuju elektrone molekule klorofila i prenose ih na viši energetski nivo. Također, uz sudjelovanje svjetlosnih zraka, dolazi do fotolize vode - cijepanja molekula vode na katione vodonika, negativno nabijene elektrone i slobodni molekul kisika. Energija pohranjena u molekularnim vezama pretvara se u adenozin trifosfat (ATP) i oslobađa se u drugoj fazi fotosinteze. U tamnoj fazi, ugljični dioksid se direktno spaja sa stvaranjem glukoze. Neophodan uslov da se fotosinteza odvija u ćelijama je zeleni pigment – ​​hlorofil, pa se javlja u zelenim biljkama i nekim fotosintetičkim bakterijama. Fotosintetski procesi osiguravaju planetu organsku biomasu, atmosferski kisik i, kao rezultat, zaštitni ozonski štit. Osim toga, smanjuju koncentraciju ugljičnog dioksida u atmosferi. Osim fotosinteze, ugljični dioksid se može pretvoriti u organsku tvar kemosintezom, koja se od prve razlikuje po odsustvu svjetlosnih reakcija. Hemosintetici koriste svjetlost kao izvor energije i energiju redoks hemijskih reakcija. Na primjer, nitrificirajuće bakterije oksidiraju amonijak u dušičnu i dušičnu kiselinu, željezne bakterije pretvaraju željezo u željezo, sumporne bakterije oksidiraju sumporvodik u sumpor ili sumpornu kiselinu. Sve ove reakcije oslobađaju energiju koja se potom koristi za sintezu organskih tvari. Samo određene vrste bakterija su sposobne za kemosintezu. Hemosintetske bakterije ne proizvode atmosferski kisik i ne akumuliraju velike količine biomase, ali uništavaju stijene, učestvuju u stvaranju minerala i prečišćavaju otpadne vode. Biogeohemijska uloga hemosinteze je da obezbedi ciklus azota, sumpora, gvožđa i drugih elemenata u prirodi.

Video na temu

fotosinteza- proces sinteze organskih supstanci koristeći svjetlosnu energiju. Organizmi koji su sposobni sintetizirati organske tvari iz anorganskih spojeva nazivaju se autotrofi. Fotosinteza je karakteristična samo za ćelije autotrofnih organizama. Heterotrofni organizmi nisu sposobni sintetizirati organske tvari iz neorganskih spojeva.
Ćelije zelenih biljaka i nekih bakterija imaju posebne strukture i komplekse hemikalija koje im omogućavaju da hvataju energiju sunčeve svjetlosti.

Uloga hloroplasta u fotosintezi

Biljne ćelije sadrže mikroskopske formacije - hloroplaste. To su organele u kojima se energija i svjetlost apsorbiraju i pretvaraju u energiju ATP-a i drugih molekula – nosilaca energije. Grana hloroplasta sadrži hlorofil, složenu organsku supstancu. Klorofil hvata svjetlosnu energiju za korištenje u biosintezi glukoze i drugih organskih tvari. Enzimi neophodni za sintezu glukoze također se nalaze u hloroplastima.

Svetlosna faza fotosinteze

Kvant crvene svjetlosti koju apsorbira hlorofil prenosi elektron u pobuđeno stanje. Elektron pobuđen svjetlošću dobiva veliku zalihu energije, uslijed čega prelazi na viši energetski nivo. Elektron pobuđen svjetlošću može se uporediti sa kamenom podignutim na visinu, koji također dobiva potencijalnu energiju. Gubi ga, pada sa visine. Pobuđeni elektron, kao u koracima, kreće se duž lanca složenih organskih spojeva ugrađenih u hloroplast. Prelazeći s jednog koraka na drugi, elektron gubi energiju koja se koristi za sintezu ATP-a. Elektron koji je potrošio energiju vraća se u hlorofil. Novi dio svjetlosne energije ponovo pobuđuje elektron hlorofila. Ponovo ide istim putem, trošeći energiju na formiranje ATP molekula.
Ioni i elektroni vodika, neophodni za obnavljanje molekula koji nose energiju, nastaju cijepanjem molekula vode. Razgradnju molekula vode u hloroplastima vrši poseban protein pod utjecajem svjetlosti. Ovaj proces se zove fotoliza vode.
Dakle, biljna ćelija direktno koristi energiju sunčeve svetlosti za:
1. pobuđivanje elektrona hlorofila, čija se energija dalje troši na formiranje ATP-a i drugih molekula nosilaca energije;
2. fotoliza vode, dovođenje vodikovih jona i elektrona u svjetlosnu fazu fotosinteze.
Ovo oslobađa kiseonik kao nusproizvod reakcija fotolize. Faza tokom koje se, zbog energije svetlosti, formiraju jedinjenja bogata energijom - ATP i molekuli koji nose energiju, pozvao svjetlosna faza fotosinteze.

Tamna faza fotosinteze

Kloroplasti sadrže pet ugljičnih šećera, od kojih jedan ribuloza difosfat, je akceptor ugljičnog dioksida. Poseban enzim vezuje petougljični šećer sa ugljičnim dioksidom u zraku. U tom slučaju nastaju spojevi koji se, koristeći energiju ATP-a i drugih molekula nosilaca energije, reduciraju na molekul glukoze sa šest ugljika. Tako se svjetlosna energija pretvorena tokom svjetlosne faze u energiju ATP-a i drugih molekula nosilaca energije koristi za sintezu glukoze. Ovi procesi se mogu odvijati u mraku.
Iz biljnih ćelija bilo je moguće izolovati hloroplaste, koje su u epruveti, pod uticajem svetlosti, vršile fotosintezu – formirale su nove molekule glukoze i apsorbovale ugljen-dioksid. Ako je osvjetljenje hloroplasta zaustavljeno, prestala je i sinteza glukoze. Međutim, ako se hloroplastima dodaju ATP i smanjeni molekuli nosača energije, onda se sinteza glukoze nastavi i može se odvijati u mraku. To znači da je svjetlost zapravo potrebna samo za sintezu ATP-a i punjenje molekula koji nose energiju. Apsorpcija ugljičnog dioksida i stvaranje glukoze u biljkama pozvao tamna faza fotosinteze jer može hodati po mraku.
Intenzivno osvjetljenje i povećan sadržaj ugljičnog dioksida u zraku dovode do povećane aktivnosti fotosinteze.

fotosinteza je proces sinteze organskih supstanci iz anorganskih pomoću svjetlosne energije. U velikoj većini slučajeva, fotosintezu provode biljke koristeći ćelijske organele kao npr hloroplasti sadrži zeleni pigment hlorofil.

Da biljke nisu sposobne sintetizirati organsku tvar, onda gotovo svi drugi organizmi na Zemlji ne bi imali što jesti, jer životinje, gljive i mnoge bakterije ne mogu sintetizirati organske tvari iz anorganskih. Oni samo upijaju gotove, dijele ih na jednostavnije, od kojih opet sklapaju složene, ali već karakteristične za njihovo tijelo.

To je slučaj ako vrlo kratko govorimo o fotosintezi i njenoj ulozi. Da bismo razumjeli fotosintezu, moramo reći više: koje specifične anorganske tvari se koriste, kako se sinteza odvija?

Za fotosintezu su potrebne dvije neorganske tvari - ugljični dioksid (CO 2) i voda (H 2 O). Prvu apsorbuju iz vazduha nadzemni delovi biljaka uglavnom preko stomata. Voda dolazi iz tla, odakle se provodnim sistemom biljke isporučuje fotosintetičkim ćelijama. Također, fotosinteza zahtijeva energiju fotona (hν), ali se oni ne mogu pripisati materiji.

Ukupno, fotosinteza proizvodi organsku materiju i kiseonik (O2). Tipično, organska materija najčešće označava glukozu (C 6 H 12 O 6).

Organska jedinjenja uglavnom se sastoje od atoma ugljika, vodika i kisika. Nalaze se u ugljičnom dioksidu i vodi. Međutim, tokom fotosinteze oslobađa se kiseonik. Njegovi atomi su uzeti iz vode.

Ukratko i općenito, jednadžba za reakciju fotosinteze obično se piše na sljedeći način:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Ali ova jednadžba ne odražava suštinu fotosinteze i ne čini je razumljivom. Gledajte, iako je jednadžba uravnotežena, u njoj je ukupan broj atoma u slobodnom kisiku 12. Ali rekli smo da potiču iz vode, a ima ih samo 6.

U stvari, fotosinteza se odvija u dvije faze. Prvi se zove svjetlo, sekunda - mračno. Ovakvi nazivi su zbog činjenice da je svjetlost potrebna samo za svjetlosnu fazu, tamna faza je neovisna o njenom prisustvu, ali to ne znači da se javlja u mraku. Svetla faza se javlja na membranama tilakoida hloroplasta, a tamna faza se javlja u stromi hloroplasta.

Tokom svjetlosne faze, ne dolazi do vezivanja CO 2. Sve što se dešava je hvatanje solarne energije kompleksima hlorofila, njeno skladištenje u ATP i upotreba energije za redukciju NADP u NADP*H 2 . Protok energije iz klorofila pobuđenog svjetlom osiguravaju elektroni koji se prenose duž lanca prijenosa elektrona enzima ugrađenih u tilakoidne membrane.

Vodik za NADP dolazi iz vode, koju sunčeva svjetlost razlaže na atome kisika, protone vodika i elektrone. Ovaj proces se zove fotoliza. Kiseonik iz vode nije potreban za fotosintezu. Atomi kiseonika iz dva molekula vode se kombinuju i formiraju molekularni kiseonik. Jednačina reakcije za svjetlosnu fazu fotosinteze ukratko izgleda ovako:

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

Dakle, oslobađanje kiseonika se dešava tokom svetlosne faze fotosinteze. Broj ATP molekula sintetiziranih iz ADP-a i fosforne kiseline po fotolizi jednog molekula vode može biti različit: jedan ili dva.

Dakle, ATP i NADP*H 2 dolaze iz svijetle faze u tamnu fazu. Ovdje se energija prvog i redukciona snaga drugog troše na vezivanje ugljičnog dioksida. Ova faza fotosinteze se ne može objasniti jednostavno i sažeto jer se ne odvija na način da se šest molekula CO 2 kombinuje sa vodonikom koji se oslobađa iz NADP*H 2 molekula da bi se formirala glukoza:

6CO 2 + 6NADP*H 2 →C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reakcija nastaje trošenjem energije ATP, koji se razlaže na ADP i fosfornu kiselinu).

Navedena reakcija je samo pojednostavljenje radi lakšeg razumijevanja. Zapravo, molekule ugljičnog dioksida se vežu jednu po jednu, spajajući već pripremljenu organsku supstancu od pet ugljika. Formira se nestabilna organska tvar sa šest ugljika, koja se raspada na molekule ugljikohidrata sa tri ugljika. Neki od ovih molekula se koriste za ponovnu sintetizaciju originalne supstance sa pet ugljenika za vezanje CO 2 . Ova resinteza je osigurana Calvinov ciklus. Manji dio molekula ugljikohidrata koji sadrže tri atoma ugljika izlazi iz ciklusa. Sve ostale organske tvari (ugljikohidrati, masti, bjelančevine) sintetiziraju se iz njih i drugih tvari.

To jest, u stvari, šećeri sa tri ugljika, a ne glukoza, izlaze iz tamne faze fotosinteze.

fotosinteza je skup procesa za sintezu organskih jedinjenja iz neorganskih usled pretvaranja svetlosne energije u energiju hemijskih veza. Fototrofni organizmi uključuju zelene biljke, neke prokariote - cijanobakterije, ljubičaste i zelene sumporne bakterije i biljne flagellate.

Istraživanje procesa fotosinteze počelo je u drugoj polovini 18. stoljeća. Važno otkriće napravio je izvanredni ruski naučnik K. A. Timiryazev, koji je potkrijepio doktrinu o kosmičkoj ulozi zelenih biljaka. Biljke apsorbiraju sunčevu svjetlost i pretvaraju svjetlosnu energiju u energiju hemijskih veza organskih spojeva koje sintetiziraju. Time osiguravaju očuvanje i razvoj života na Zemlji. Naučnik je takođe teorijski potkrijepio i eksperimentalno dokazao ulogu hlorofila u apsorpciji svjetlosti tokom fotosinteze.

Hlorofili su glavni fotosintetski pigmenti. Po strukturi su slični hemoglobinu, ali sadrže magnezijum umjesto željeza. Sadržaj željeza je neophodan da bi se osigurala sinteza molekula hlorofila. Postoji nekoliko hlorofila koji se razlikuju po svojoj hemijskoj strukturi. Obavezno za sve fototrofe je hlorofil a . Hlorofilb nalazi u zelenim biljkama hlorofil c – kod dijatomeja i smeđih algi. Hlorofil d karakteristika crvenih algi.

Zelene i ljubičaste fotosintetske bakterije imaju posebne bakteriohlorofili . Bakterijska fotosinteza ima mnogo zajedničkog sa fotosintezom biljaka. Razlikuje se po tome što je kod bakterija donator vodonika sumporovodik, a kod biljaka voda. Zelene i ljubičaste bakterije nemaju fotosistem II. Bakterijska fotosinteza nije praćena oslobađanjem kisika. Ukupna jednadžba za fotosintezu bakterija je:

6C0 2 + 12H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 12S + 6H 2 0.

Fotosinteza se zasniva na redoks procesu. Povezuje se s prijenosom elektrona sa spojeva koji opskrbljuju elektrone-donore na spojeve koji ih prihvataju - akceptore. Svetlosna energija se pretvara u energiju sintetizovanih organskih jedinjenja (ugljikohidrata).

Na membranama hloroplasta postoje posebne strukture - reakcionih centara koji sadrže hlorofil. U zelenim biljkama i cijanobakterijama postoje dvije fotosistemi – prvi (ja) I drugi (II) , koji imaju različite reakcione centre i međusobno su povezani putem sistema za prenos elektrona.

Dvije faze fotosinteze

Proces fotosinteze sastoji se od dvije faze: svijetle i tamne.

Javlja se samo u prisustvu svjetlosti na unutrašnjim membranama mitohondrija u membranama posebnih struktura - tilakoidi . Fotosintetski pigmenti hvataju kvante svjetlosti (fotone). To dovodi do “pobude” jednog od elektrona molekula klorofila. Uz pomoć molekula nosača, elektron se pomiče na vanjsku površinu tilakoidne membrane, stječući određenu potencijalnu energiju.

Ovaj elektron unutra fotosistem I može se vratiti na svoj energetski nivo i obnoviti ga. NADP (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) se također može prenijeti. Interakcijom sa vodikovim jonima, elektroni obnavljaju ovo jedinjenje. Redukovani NADP (NADP H) dovodi vodonik za redukciju atmosferskog CO 2 u glukozu.

Slični procesi se dešavaju u fotosistem II . Pobuđeni elektroni se mogu prenijeti u fotosistem I i obnoviti ga. Obnavljanje fotosistema II nastaje zahvaljujući elektronima koje dovode molekuli vode. Molekuli vode se razdvajaju (fotoliza vode) u protone vodika i molekularni kisik, koji se oslobađa u atmosferu. Elektroni se koriste za obnavljanje fotosistema II. Jednačina fotolize vode:

2N 2 0 → 4N + + 0 2 + 2e.

Kada se elektroni sa vanjske površine tilakoidne membrane vrate na prethodni energetski nivo, energija se oslobađa. Pohranjuje se u obliku hemijskih veza molekula ATP-a, koje se sintetišu tokom reakcija u oba fotosistema. Proces sinteze ATP-a sa ADP-om i fosfornom kiselinom naziva se fotofosforilacija . Dio energije se koristi za isparavanje vode.

Tokom svjetlosne faze fotosinteze nastaju jedinjenja bogata energijom: ATP i NADP H. Tokom razgradnje (fotolize) molekula vode, molekularni kiseonik se oslobađa u atmosferu.

Reakcije se odvijaju u unutrašnjem okruženju hloroplasta. Mogu se pojaviti i u prisustvu svjetlosti i bez nje. Organske tvari se sintetiziraju (C0 2 se reducira u glukozu) koristeći energiju koja je nastala u svjetlosnoj fazi.

Proces redukcije ugljičnog dioksida je cikličan i naziva se Calvinov ciklus . Ime je dobio po američkom istraživaču M. Calvinu, koji je otkrio ovaj ciklični proces.

Ciklus počinje reakcijom atmosferskog ugljičnog dioksida s ribuloznim bifosfatom. Proces katalizira enzim karboksilaze . Ribuloza bifosfat je šećer sa pet ugljika u kombinaciji s dvije jedinice fosforne kiseline. Događa se niz kemijskih transformacija, od kojih je svaka katalizirana vlastitim specifičnim enzimom. Kako nastaje krajnji proizvod fotosinteze? glukoze , a smanjuje se i ribuloza bifosfat.

Ukupna jednačina za proces fotosinteze je:

6C0 2 + 6H 2 0 → C 6 H 12 O 6 + 60 2

Zahvaljujući procesu fotosinteze, svjetlosna energija sa Sunca se apsorbira i pretvara u energiju kemijskih veza sintetiziranih ugljikohidrata. Energija se lancima ishrane prenosi do heterotrofnih organizama. Tokom fotosinteze, ugljični dioksid se apsorbira i oslobađa kisik. Sav atmosferski kiseonik je fotosintetskog porekla. Godišnje se oslobodi preko 200 milijardi tona slobodnog kiseonika. Kiseonik štiti život na Zemlji od ultraljubičastog zračenja stvarajući ozonski štit u atmosferi.

Proces fotosinteze je neefikasan, jer se samo 1-2% sunčeve energije pretvara u sintetizovanu organsku materiju. To je zbog činjenice da biljke ne upijaju dovoljno svjetlosti, dio je apsorbira atmosfera itd. Većina sunčeve svjetlosti se reflektira sa površine Zemlje natrag u svemir.