Den vigtigste organiske proces, uden hvilken eksistensen af ​​alle levende væsener på vores planet ville være i tvivl, er fotosyntese. Hvad er fotosyntese? Alle kender det fra skolen. Groft sagt er dette processen med dannelse af organiske stoffer fra kuldioxid og vand, som opstår i lyset og ledsages af frigivelse af ilt. En mere kompleks definition er som følger: fotosyntese er processen med at omdanne lysenergi til energien af ​​kemiske bindinger af stoffer af organisk oprindelse med deltagelse af fotosyntetiske pigmenter. I moderne praksis forstås fotosyntese normalt som et sæt af processer med absorption, syntese og brug af lys i en række endergoniske reaktioner, hvoraf den ene er omdannelsen af ​​kuldioxid til organiske stoffer. Lad os nu finde ud af mere detaljeret, hvordan fotosyntese opstår, og hvilke faser denne proces er opdelt i!

generelle karakteristika

Kloroplaster, som hver plante har, er ansvarlige for fotosyntesen. Hvad er kloroplaster? Disse er ovale plastider, der indeholder pigment såsom klorofyl. Det er klorofyl, der bestemmer planters grønne farve. I alger er dette pigment til stede i kromatoforer - pigmentholdige lysreflekterende celler i forskellige former. Brune og røde alger, som lever på betydelige dybder, hvor sollys ikke når godt, har forskellige pigmenter.

Stoffer af fotosyntese er en del af autotrofer - organismer, der er i stand til at syntetisere organiske stoffer fra uorganiske stoffer. De er det laveste niveau af madpyramiden, derfor er de inkluderet i kosten for alle levende organismer på planeten Jorden.

Fordele ved fotosyntese

Hvorfor er fotosyntese nødvendig? Ilt frigivet fra planter under fotosyntesen kommer ind i atmosfæren. Den stiger op til de øverste lag og danner ozon, som beskytter jordens overflade mod stærk solstråling. Det er takket være ozonskærmen, at levende organismer kan opholde sig komfortabelt på landjorden. Derudover er der som bekendt brug for ilt til levende organismers respiration.

Fremskridt i processen

Det hele starter med, at lys trænger ind i kloroplasterne. Under dens indflydelse trækker organeller vand fra jorden og deler det også i brint og ilt. Der foregår således to processer. Plantens fotosyntese begynder i det øjeblik, hvor bladene allerede har absorberet vand og kuldioxid. Lysenergi ophobes i thylakoider - specielle rum af kloroplaster, og deler vandmolekylet i to komponenter. En del af ilten går i planternes respiration, og resten går ud i atmosfæren.

Kuldioxiden kommer derefter ind i pyrenoiderne - proteingranulat omgivet af stivelse. Brint kommer også her. Blandet med hinanden danner disse stoffer sukker. Denne reaktion forekommer også med frigivelse af ilt. Når sukker (det generelle navn for simple kulhydrater) blandes med nitrogen, svovl og fosfor, der kommer ind i planten fra jorden, dannes stivelse (komplekst kulhydrat), proteiner, fedtstoffer, vitaminer og andre stoffer, der er nødvendige for plantelivet. I langt de fleste tilfælde sker fotosyntesen under naturlige lysforhold. Kunstig belysning kan dog også tage del i det.

Indtil 60'erne af det tyvende århundrede kendte videnskaben en mekanisme til reduktion af kuldioxid - langs C 3 -pentosephosphat-vejen. For nylig beviste australske videnskabsmænd, at denne proces i nogle plantearter kan forekomme gennem C4-dicarboxylsyrecyklussen.

Hos planter, der reducerer kuldioxid via C 3-vejen, sker fotosyntesen bedst ved moderate temperaturer og svagt lys, i skove eller mørke steder. Disse planter omfatter broderparten af ​​kulturplanter og næsten alle grøntsager, der danner grundlaget for vores kost.

I den anden klasse af planter forekommer fotosyntesen mest aktivt under forhold med høj temperatur og stærkt lys. Denne gruppe omfatter planter, der vokser i tropiske og varme klimaer, såsom majs, sukkerrør, sorghum og så videre.

Plantemetabolisme blev i øvrigt opdaget for ganske nylig. Forskere var i stand til at finde ud af, at nogle planter har specielle væv til at bevare vandforsyningen. Kuldioxid ophobes i dem i form af organiske syrer og bliver først til kulhydrater efter 24 timer. Denne mekanisme gør det muligt for planter at spare vand.

Hvordan fungerer processen?

Vi ved allerede generelt, hvordan fotosynteseprocessen forløber, og hvilken slags fotosyntese der forekommer, lad os nu lære det dybere at kende.

Det hele starter med, at planten absorberer lys. Det får hun hjælp til af klorofyl, der i form af kloroplaster sidder i plantens blade, stængler og frugter. Hovedmængden af ​​dette stof er koncentreret i bladene. Sagen er, at arket, takket være sin flade struktur, tiltrækker meget lys. Og jo mere lys, jo mere energi til fotosyntese. Bladene i planten fungerer således som en slags lokalisatorer, der fanger lys.

Når lys absorberes, er klorofyl i en ophidset tilstand. Det overfører energi til andre planteorganer, der deltager i næste fase af fotosyntesen. Den anden fase af processen sker uden deltagelse af lys og består af en kemisk reaktion, der involverer vand opnået fra jorden og kuldioxid opnået fra luften. På dette stadium syntetiseres kulhydrater, som er essentielle for enhver organismes liv. I dette tilfælde nærer de ikke kun selve planten, men overføres også til de dyr, der spiser den. Folk får også disse stoffer ved at indtage plante- eller animalske produkter.

Proces faser

Da det er en ret kompleks proces, er fotosyntesen opdelt i to faser: lys og mørk. Som navnet antyder, kræver den første fase tilstedeværelsen af ​​solstråling, men den anden gør det ikke. Under lysfasen absorberer klorofyl en mængde lys og danner ATP- og NADH-molekyler, uden hvilke fotosyntese er umulig. Hvad er ATP og NADH?

ATP (adenosytrifosfat) er et nukleinsyrecoenzym, der indeholder højenergibindinger og tjener som energikilde i enhver organisk transformation. Konjunktionen omtales ofte som en energisk volut.

NADH (nicotinamid adenin dinukleotid) er en kilde til brint, der bruges til at syntetisere kulhydrater med deltagelse af kuldioxid i anden fase af en proces som fotosyntese.

Let fase

Kloroplaster indeholder mange klorofylmolekyler, som hver især absorberer lys. Andre pigmenter absorberer det også, men de er ikke i stand til fotosyntese. Processen foregår kun i en del af klorofylmolekylerne. De resterende molekyler danner antenne- og lys-høstende komplekser (LHC'er). De akkumulerer mængder af lysstråling og overfører dem til reaktionscentre, som også kaldes fælder. Reaktionscentre er placeret i fotosystemer, hvoraf en fotosyntetisk plante har to. Den første indeholder et klorofylmolekyle, der er i stand til at absorbere lys med en bølgelængde på 700 nm, og det andet - 680 nm.

Så to typer klorofylmolekyler absorberer lys og bliver ophidsede, hvilket får elektroner til at bevæge sig til et højere energiniveau. Ophidsede elektroner, som har en stor mængde energi, rives af og kommer ind i transportkæden, der er placeret i thylakoidmembranerne (indre strukturer af kloroplaster).

Elektronovergang

En elektron fra det første fotosystem går fra klorofyl P680 til plastoquinon, og en elektron fra det andet system går til ferredoxin. I dette tilfælde, på stedet, hvor elektroner fjernes, dannes et frit rum i klorofylmolekylet.

For at kompensere for manglen accepterer klorofyl P680-molekylet elektroner fra vand og danner hydrogenioner. Og det andet klorofylmolekyle kompenserer for manglen gennem et system af bærere fra det første fotosystem.

Sådan forløber lysfasen af ​​fotosyntesen, hvis essens er overførsel af elektroner. Parallelt med elektrontransport er bevægelsen af ​​brintioner gennem membranen. Dette fører til deres ophobning inde i thylakoiden. Akkumulerer i store mængder, de frigives udad ved hjælp af en konjugerende faktor. Resultatet af elektrontransport er dannelsen af ​​forbindelsen NADH. Og overførslen af ​​brintioner fører til dannelsen af ​​energivalutaen ATP.

I slutningen af ​​den lette fase kommer ilt ind i atmosfæren, og ATP og NADH dannes inde i kronbladet. Så begynder den mørke fase af fotosyntesen.

Mørk fase

Denne fase af fotosyntesen kræver kuldioxid. Planten optager det konstant fra luften. Til dette formål er der på bladets overflade stomata - specielle strukturer, der, når de åbnes, absorberer kuldioxid. Ind i bladet opløses det i vand og deltager i processerne i den lette fase.

Under den lette fase i de fleste planter binder kuldioxid til en organisk forbindelse, der indeholder 5 kulstofatomer. Resultatet er et par molekyler af en tre-carbon forbindelse kaldet 3-phosphoglycerinsyre. Det er netop fordi denne forbindelse er det primære resultat af processen, at planter med denne type fotosyntese kaldes C 3 planter.

Yderligere processer, der finder sted i kloroplaster, er meget komplekse for uerfarne mennesker. Slutresultatet er en forbindelse med seks kulstof, der syntetiserer simple eller komplekse kulhydrater. Det er i form af kulhydrater, at planten ophober energi. En lille del af stofferne bliver i bladet og opfylder dets behov. De resterende kulhydrater cirkulerer i hele planten og leveres til de steder, hvor der er mest brug for dem.

Fotosyntese om vinteren

Mange mennesker har mindst én gang i deres liv undret sig over, hvor ilt kommer fra i den kolde årstid. For det første produceres ilt ikke kun af løvfældende planter, men også af nåletræer og marine planter. Og hvis løvfældende planter fryser om vinteren, fortsætter nåletræer med at trække vejret, selvom det er mindre intenst. For det andet afhænger iltindholdet i atmosfæren ikke af, om træerne har fældet deres blade. Ilt optager 21% af atmosfæren, hvor som helst på vores planet på ethvert tidspunkt af året. Denne værdi ændres ikke, da luftmasser bevæger sig meget hurtigt, og vinteren forekommer ikke samtidigt i alle lande. Nå, og for det tredje, om vinteren i de lavere luftlag, som vi indånder, er iltindholdet endnu højere end om sommeren. Årsagen til dette fænomen er lav temperatur, på grund af hvilken ilt bliver tættere.

Konklusion

I dag huskede vi, hvad fotosyntese er, hvad klorofyl er, og hvordan planter frigiver ilt ved at absorbere kuldioxid. Selvfølgelig er fotosyntese den vigtigste proces i vores liv. Det minder os om behovet for at passe på naturen.

Planter får alt, hvad de har brug for til vækst og udvikling, fra miljøet. Sådan adskiller de sig fra andre levende organismer. For at de kan udvikle sig godt, har de brug for frugtbar jord, naturlig eller kunstig vanding og god belysning. Intet vil vokse i mørket.

Jord er en kilde til vand og nærende organiske forbindelser og mikroelementer. Men træer, blomster og græs har også brug for solenergi. Det er under påvirkning af sollys, at der opstår visse reaktioner, hvorved kuldioxid absorberet fra luften omdannes til ilt. Denne proces kaldes fotosyntese. Den kemiske reaktion, der sker under påvirkning af sollys, fører også til dannelsen af ​​glukose og vand. Disse stoffer er afgørende for, at planten kan udvikle sig.

På kemikernes sprog ser reaktionen således ud: 6CO2 + 12H2O + lys = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. En forenklet form af ligningen: kuldioxid + vand + lys = glukose + oxygen + vand.

Bogstaveligt talt er "fotosyntese" oversat som "sammen med lys." Dette ord består af to enkle ord "foto" og "syntese". Solen er en meget kraftfuld energikilde. Folk bruger det til at generere elektricitet, isolere huse og opvarme vand. Planter har også brug for energi fra solen for at opretholde livet. Glukose, der produceres under fotosyntesen, er et simpelt sukker, der er et af de vigtigste næringsstoffer. Planter bruger det til vækst og udvikling, og overskuddet aflejres i blade, frø og frugter. Ikke al glukosen forbliver uændret i de grønne dele af planter og frugter. Simple sukkerarter har tendens til at omdanne sig til mere komplekse sukkerarter, som inkluderer stivelse. Planter opbruger sådanne reserver i perioder med mangel på næringsstoffer. De bestemmer næringsværdien af ​​urter, frugter, blomster, blade til dyr og mennesker, der spiser planteføde.

Hvordan absorberer planter lys?

Fotosynteseprocessen er ret kompleks, men den kan beskrives kort, så den bliver forståelig selv for børn i skolealderen. Et af de mest almindelige spørgsmål vedrører lysabsorptionsmekanismen. Hvordan kommer lysenergi ind i planter? Processen med fotosyntese sker i bladene. Alle planters blade indeholder grønne celler - kloroplaster. De indeholder et stof kaldet klorofyl. Klorofyl er det pigment, der giver bladene deres grønne farve og er ansvarlig for at absorbere lysenergi. Mange mennesker har ikke tænkt over, hvorfor bladene på de fleste planter er brede og flade. Det viser sig, at naturen sørgede for dette af en grund. Den brede overflade giver dig mulighed for at absorbere mere sollys. Af samme grund laves solpaneler brede og flade.

Den øverste del af bladene er beskyttet af et voksagtigt lag (kutikula) mod vandtab og de negative virkninger af vejr og skadedyr. Det kaldes palisade. Hvis du ser nøje på bladet, kan du se, at dets overside er lysere og glattere. Den rige farve opnås på grund af, at der er flere kloroplaster i denne del. Overskydende lys kan reducere plantens evne til at producere ilt og glukose. Når klorofyl udsættes for skarp sol, beskadiges det, og det bremser fotosyntesen. En afmatning sker også med efterårets ankomst, hvor der er mindre lys, og bladene begynder at blive gule på grund af ødelæggelsen af ​​kloroplaster i dem.

Vandets rolle i fotosyntesen og i opretholdelsen af ​​plantelivet kan ikke undervurderes. Vand er nødvendigt til:

• forsyne planter med mineraler opløst i det;
• opretholde tone;
• køling;
• muligheden for, at der opstår kemiske og fysiske reaktioner.

Træer, buske og blomster absorberer vand fra jorden med deres rødder, og derefter stiger fugten langs stænglen og passerer ind i bladene langs årer, der er synlige selv for det blotte øje.

Kuldioxid kommer ind gennem små huller i bunden af ​​bladet - stomata. I den nederste del af bladet er cellerne arrangeret sådan, at kuldioxid kan trænge dybere ind. Dette gør det også muligt for den ilt, der produceres ved fotosyntese, nemt at forlade bladet. Som alle levende organismer er planter udstyret med evnen til at trække vejret. I modsætning til dyr og mennesker absorberer de desuden kuldioxid og frigiver ilt, og ikke omvendt. Hvor der er mange planter, er luften meget ren og frisk. Derfor er det så vigtigt at passe på træer og buske og skabe offentlige haver og parker i store byer.

Lyse og mørke faser af fotosyntesen

Processen med fotosyntese er kompleks og består af to faser - lys og mørk. Lysfasen er kun mulig i nærvær af sollys. Når de udsættes for lys, ioniseres klorofylmolekyler, hvilket resulterer i energi, der tjener som katalysator for kemiske reaktioner. Rækkefølgen af ​​begivenheder i denne fase er som følger:

• lys rammer klorofylmolekylet, som absorberes af det grønne pigment og sætter det i en ophidset tilstand;
• vand spalter;
• ATP syntetiseres, som er en energiakkumulator.

Den mørke fase af fotosyntesen sker uden deltagelse af lysenergi. På dette stadium dannes glukose og ilt. Det er vigtigt at forstå, at dannelsen af ​​glukose og ilt sker døgnet rundt, og ikke kun om natten. Den mørke fase kaldes, fordi tilstedeværelsen af ​​lys ikke længere er nødvendig for at den kan opstå. Katalysatoren er ATP, som blev syntetiseret tidligere.

Betydningen af ​​fotosyntese i naturen

Fotosyntese er en af ​​de vigtigste naturlige processer. Det er nødvendigt ikke kun at opretholde plantelivet, men også for alt liv på planeten. Fotosyntese er nødvendig for:

• forsyne dyr og mennesker med mad;
• fjernelse af kuldioxid og mætning af luften med ilt;
• opretholdelse af næringsstofkredsløbet.

Alle planter afhænger af fotosyntesehastigheden. Solenergi kan ses som en faktor, der fremmer eller hæmmer vækst. For eksempel er der i de sydlige egne og områder meget sol, og planter kan blive ret høje. Hvis vi overvejer, hvordan processen foregår i akvatiske økosystemer, er der ingen mangel på sollys på overfladen af ​​havene og oceanerne, og der observeres rigelig algevækst i disse lag. I dybere lag af vand er der mangel på solenergi, hvilket påvirker væksthastigheden af ​​vandfloraen.

Fotosynteseprocessen bidrager til dannelsen af ​​ozonlaget i atmosfæren. Dette er meget vigtigt, da det hjælper med at beskytte alt liv på planeten mod de skadelige virkninger af ultraviolette stråler.

Ethvert grønt blad er en lille fabrik af ilt og næringsstoffer, der er nødvendige for mennesker og dyr til et normalt liv. Processen med at fremstille disse stoffer fra kuldioxid og vand fra atmosfæren kaldes fotosyntese.

Fotosyntese er en kompleks proces, der sker med direkte deltagelse af lys. Selve begrebet "fotosyntese" kommer fra to græske ord: "fotos" - lys og "syntese" - kombination. Fotosynteseprocessen består af to faser: absorptionen af ​​lyskvanter og brugen af ​​deres energi i forskellige kemiske reaktioner Planten absorberer lys ved hjælp af et grønt stof kaldet klorofyl. Klorofyl findes i såkaldte kloroplaster, som kan findes i stængler eller endda frugter. Der er især mange af dem i, for takket være sin flade struktur er bladet i stand til at tiltrække mere lys og dermed modtage mere energi til fotosyntese. Efter absorption passerer klorofyl ind i og overfører energi til andre molekyler i planteorganismen, især dem, der er involveret i fotosyntese. Den anden fase af processen finder sted uden obligatorisk deltagelse af lyskvanter og består af dannelsen af ​​kemiske bindinger med deltagelse af vand og kuldioxid opnået fra luften. På dette stadium syntetiseres forskellige stoffer, der er nyttige for livet, såsom stivelse. Disse organiske stoffer bruges af planten selv til at nære dens forskellige dele og opretholde et normalt liv. Derudover fås disse stoffer ved at spise planter, og af mennesker, der spiser fødevarer af både vegetabilsk og animalsk oprindelse.Fotosyntese kan både ske under påvirkning af sollys og kunstigt lys. I naturen "arbejder" planter som regel intensivt om foråret og sommeren, hvor der er masser af sollys. Om efteråret bliver lyset mindre, dagene forkortes, bladene bliver gule og falder af. Men så snart den varme forårssol begynder at grye, dukker grønt løv op igen, og grønne "fabrikker" begynder deres arbejde igen for at give ilt, så nødvendigt for livet, og andre næringsstoffer.

Video om emnet

Alle levende væsener har brug for mad for at overleve. Heterotrofe organismer - forbrugere - bruger færdige organiske forbindelser, mens autotrofe producenter selv skaber organiske stoffer i processen med fotosyntese og kemosyntese. De vigtigste producenter på Jorden er grønne planter.

Det er en sekvens af kemiske reaktioner, der involverer fotosyntetiske pigmenter, som et resultat af hvilke organisk stof dannes fra kuldioxid og vand i lyset. I den overordnede ligning kombineres seks molekyler kuldioxid med seks molekyler vand for at danne et molekyle, der bruges til energiproduktion og -lagring. Også ved slutningen af ​​reaktionen dannes seks oxygenmolekyler som et "biprodukt". Fotosynteseprocessen består af en lys og mørk fase. Lyskvanter exciterer klorofylmolekylets elektroner og overfører dem til et højere energiniveau. Også med deltagelse af lysstråler sker fotolyse af vand - opsplitning af et vandmolekyle i hydrogenkationer, negativt ladede elektroner og et frit iltmolekyle. Den energi, der er lagret i de molekylære bindinger, omdannes til adenosintrifosfat (ATP) og vil blive frigivet i fotosyntesens anden fase. I den mørke fase kombineres kuldioxid direkte med dannelsen af ​​glukose. En nødvendig betingelse for at fotosyntese kan opstå i celler er det grønne pigment - klorofyl, så det opstår i grønne planter og nogle fotosyntetiske bakterier. Fotosyntetiske processer forsyner planeten med organisk biomasse, atmosfærisk ilt og som et resultat et beskyttende ozonskjold. Derudover reducerer de koncentrationen af ​​kuldioxid i atmosfæren. Udover fotosyntese kan kuldioxid omdannes til organisk stof gennem kemosyntese, som adskiller sig fra den første i mangel af lysreaktioner. Kemosyntetik bruger lys som energikilde og energien fra redoxkemiske reaktioner. For eksempel oxiderer nitrificerende bakterier ammoniak til salpetersyre og salpetersyre, jernbakterier omdanner ferrojern til ferrijern, svovlbakterier oxiderer hydrogensulfid til svovl eller svovlsyre. Alle disse reaktioner frigiver energi, som efterfølgende bruges til syntese af organiske stoffer. Kun visse typer bakterier er i stand til kemosyntese. Kemosyntetiske bakterier producerer ikke atmosfærisk ilt og akkumulerer ikke store mængder biomasse, men de ødelægger sten, deltager i dannelsen af ​​mineraler og renser spildevand. Kemosyntesens biogeokemiske rolle er at sikre kredsløbet af nitrogen, svovl, jern og andre grundstoffer i naturen.

Video om emnet

Fotosyntese- processen med syntese af organiske stoffer ved hjælp af lysenergi. Organismer, der er i stand til at syntetisere organiske stoffer fra uorganiske forbindelser, kaldes autotrofe. Fotosyntese er kun karakteristisk for celler af autotrofe organismer. Heterotrofe organismer er ikke i stand til at syntetisere organiske stoffer fra uorganiske forbindelser.
Cellerne i grønne planter og nogle bakterier har specielle strukturer og komplekser af kemikalier, der gør det muligt for dem at fange energi fra sollys.

Kloroplasternes rolle i fotosyntesen

Planteceller indeholder mikroskopiske formationer - kloroplaster. Det er organeller, hvori energi og lys absorberes og omdannes til energien fra ATP og andre molekyler - energibærere. Grana af kloroplaster indeholder klorofyl, et komplekst organisk stof. Klorofyl fanger lysenergi til brug i biosyntesen af ​​glukose og andre organiske stoffer. De enzymer, der er nødvendige for syntesen af ​​glukose, findes også i kloroplaster.

Lys fase af fotosyntesen

En mængde rødt lys absorberet af klorofyl overfører elektronen til en exciteret tilstand. En elektron ophidset af lys får en stor energiforsyning, som et resultat af hvilken den bevæger sig til et højere energiniveau. En elektron exciteret af lys kan sammenlignes med en sten hævet til en højde, som også får potentiel energi. Han taber den, falder ned fra en højde. Den exciterede elektron bevæger sig som i trin langs en kæde af komplekse organiske forbindelser indbygget i kloroplasten. Ved at bevæge sig fra et trin til et andet, mister elektronen energi, som bruges til syntese af ATP. Den elektron, der spildte energi, vender tilbage til klorofyl. En ny portion lysenergi exciterer igen klorofylelektronen. Den følger igen den samme vej og bruger energi på dannelsen af ​​ATP-molekyler.
Hydrogenioner og elektroner, der er nødvendige for genoprettelse af energibærende molekyler, dannes ved spaltning af vandmolekyler. Nedbrydningen af ​​vandmolekyler i kloroplaster udføres af et særligt protein under påvirkning af lys. Denne proces kaldes fotolyse af vand.
Således bruges sollysets energi direkte af plantecellen til at:
1. excitation af klorofylelektroner, hvis energi yderligere bruges på dannelsen af ​​ATP og andre energibærermolekyler;
2. fotolyse af vand, der tilfører brintioner og elektroner til fotosyntesens lette fase.
Dette frigiver ilt som et biprodukt af fotolysereaktioner. Det stadie, hvor der på grund af lysets energi dannes energirige forbindelser - ATP og energibærende molekyler, hedder lys fase af fotosyntesen.

Mørk fase af fotosyntesen

Kloroplaster indeholder femkulstofsukker, hvoraf et ribulosediphosphat, er en kuldioxidacceptor. Et særligt enzym binder sukker med fem kulstofatomer med kuldioxid i luften. I dette tilfælde dannes forbindelser, der ved hjælp af energien fra ATP og andre energibærermolekyler reduceres til et glukosemolekyle med seks carbonatomer. Den lysenergi, der omdannes under lysfasen til energien fra ATP og andre energibærermolekyler, bruges således til syntesen af ​​glukose. Disse processer kan foregå i mørke.
Det var muligt at isolere kloroplaster fra planteceller, som i et reagensglas under påvirkning af lys udførte fotosyntese - de dannede nye glukosemolekyler og optog kuldioxid. Hvis belysningen af ​​kloroplasterne blev stoppet, stoppede syntesen af ​​glucose også. Men hvis ATP og reducerede energibærermolekyler blev tilsat til kloroplasterne, så genoptog glukosesyntesen og kunne fortsætte i mørket. Det betyder, at lys egentlig kun er nødvendigt for at syntetisere ATP og oplade energibærende molekyler. Absorption af kuldioxid og dannelse af glukose i planter hedder mørk fase af fotosyntesen fordi hun kan gå i mørke.
Intens belysning og øget kuldioxidindhold i luften fører til øget fotosynteseaktivitet.

Fotosyntese er processen med syntese af organiske stoffer fra uorganiske ved hjælp af lysenergi. I langt de fleste tilfælde udføres fotosyntesen af ​​planter, der anvender cellulære organeller som f.eks kloroplaster indeholdende grønt pigment klorofyl.

Hvis planter ikke var i stand til at syntetisere organisk stof, ville næsten alle andre organismer på Jorden ikke have noget at spise, da dyr, svampe og mange bakterier ikke kan syntetisere organiske stoffer fra uorganiske. De absorberer kun færdiglavede, opdeler dem i enklere, hvorfra de igen samler komplekse, men allerede karakteristiske for deres krop.

Dette er tilfældet, hvis vi meget kort taler om fotosyntese og dens rolle. For at forstå fotosyntese er vi nødt til at sige mere: hvilke specifikke uorganiske stoffer bruges, hvordan opstår syntese?

Fotosyntese kræver to uorganiske stoffer - kuldioxid (CO 2) og vand (H 2 O). Den første absorberes fra luften af ​​overjordiske dele af planter, hovedsageligt gennem stomata. Vand kommer fra jorden, hvorfra det leveres til fotosyntetiske celler af plantens ledende system. Fotosyntese kræver også fotonernes energi (hν), men de kan ikke tilskrives stof.

I alt producerer fotosyntesen organisk stof og ilt (O2). Typisk betyder organisk stof oftest glukose (C 6 H 12 O 6).

Organiske forbindelser er for det meste sammensat af kulstof-, brint- og oxygenatomer. De findes i kuldioxid og vand. Men under fotosyntesen frigives ilt. Dens atomer er taget fra vand.

Kort og generelt er ligningen for reaktionen af ​​fotosyntese normalt skrevet som følger:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Men denne ligning afspejler ikke essensen af ​​fotosyntese og gør den ikke forståelig. Se, selv om ligningen er afbalanceret, er det samlede antal atomer i fri oxygen i den 12. Men vi sagde, at de kommer fra vand, og der er kun 6 af dem.

Faktisk sker fotosyntesen i to faser. Den første hedder lys, anden - mørk. Sådanne navne skyldes det faktum, at lys kun er nødvendig for den lyse fase, den mørke fase er uafhængig af dens tilstedeværelse, men det betyder ikke, at den opstår i mørket. Den lyse fase forekommer på membranerne af thylakoiderne i kloroplasten, og den mørke fase forekommer i kloroplastens stroma.

I den lette fase sker der ikke CO 2 -binding. Alt, der sker, er indfangningen af ​​solenergi ved hjælp af klorofylkomplekser, dens lagring i ATP og brugen af ​​energi til at reducere NADP til NADP*H 2 . Strømmen af ​​energi fra lysexciteret klorofyl er tilvejebragt af elektroner, der transmitteres langs elektrontransportkæden af ​​enzymer indbygget i thylakoidmembranerne.

Brinten til NADP kommer fra vand, som nedbrydes af sollys til iltatomer, brintprotoner og elektroner. Denne proces kaldes fotolyse. Ilt fra vand er ikke nødvendigt til fotosyntese. Iltatomer fra to vandmolekyler kombineres for at danne molekylært oxygen. Reaktionsligningen for fotosyntesens lysfase ser kort sådan ud:

H2O+ (ADP+P) + NADP → ATP + NADP*H2 + ½O2

Frigivelsen af ​​ilt sker således under fotosyntesens lette fase. Antallet af ATP-molekyler syntetiseret fra ADP og fosforsyre pr. fotolyse af et vandmolekyle kan være forskelligt: ​​et eller to.

Så ATP og NADP*H 2 kommer fra den lyse fase til den mørke fase. Her bruges den førstes energi og den andens reducerende kraft på bindingen af ​​kuldioxid. Dette fotosyntesetrin kan ikke forklares enkelt og kortfattet, fordi det ikke forløber på en sådan måde, at seks CO 2 -molekyler kombineres med brint frigivet fra NADP*H 2-molekyler for at danne glukose:

6CO2 + 6NADP*H2 →C6H12O6 + 6NADP
(reaktionen sker med forbrug af energi ATP, som nedbrydes til ADP og fosforsyre).

Den givne reaktion er blot en forenkling for at gøre den lettere at forstå. Faktisk binder kuldioxidmolekyler et ad gangen og forbinder det allerede tilberedte organiske stof med fem kulstof. Der dannes et ustabilt organisk stof med seks kulstof, som nedbrydes til kulhydratmolekyler med tre kulstof. Nogle af disse molekyler bruges til at resyntetisere det oprindelige fem-carbonstof for at binde CO 2 . Denne resyntese er sikret Calvin cyklus. Et mindretal af kulhydratmolekyler, der indeholder tre kulstofatomer, forlader kredsløbet. Alle andre organiske stoffer (kulhydrater, fedtstoffer, proteiner) syntetiseres fra dem og andre stoffer.

Det vil sige, at sukkerarter med tre kulstofindhold, ikke glukose, kommer ud af fotosyntesens mørke fase.

Fotosyntese er et sæt af processer til syntese af organiske forbindelser fra uorganiske på grund af omdannelsen af ​​lysenergi til energien af ​​kemiske bindinger. Fototrofiske organismer omfatter grønne planter, nogle prokaryoter - cyanobakterier, lilla og grønne svovlbakterier og planteflagellater.

Forskning i fotosynteseprocessen begyndte i anden halvdel af det 18. århundrede. En vigtig opdagelse blev gjort af den fremragende russiske videnskabsmand K. A. Timiryazev, som underbyggede doktrinen om grønne planters kosmiske rolle. Planter absorberer sollys og omdanner lysenergi til energien af ​​kemiske bindinger af organiske forbindelser, der syntetiseres af dem. Dermed sikrer de bevarelsen og udviklingen af ​​livet på Jorden. Videnskabsmanden har også teoretisk underbygget og eksperimentelt bevist klorofyls rolle i absorptionen af ​​lys under fotosyntesen.

Klorofyler er de vigtigste fotosyntetiske pigmenter. De ligner i strukturen hæmoglobin, men indeholder magnesium i stedet for jern. Jernindhold er nødvendigt for at sikre syntesen af ​​klorofylmolekyler. Der er flere klorofyler, der adskiller sig i deres kemiske struktur. Obligatorisk for alle fototrofer er klorofyl a . Klorofylb findes i grønne planter klorofyl c – i kiselalger og brunalger. Klorofyl d karakteristisk for rødalger.

Grønne og lilla fotosyntetiske bakterier har særlige bakteriochlorophyller . Bakteriel fotosyntese har meget til fælles med planters fotosyntese. Det adskiller sig ved, at i bakterier er brintdonoren svovlbrinte, og i planter er det vand. Grønne og lilla bakterier har ikke fotosystem II. Bakteriel fotosyntese er ikke ledsaget af frigivelse af ilt. Den overordnede ligning for bakteriel fotosyntese er:

6C02 + 12H2S → C6H12O6 + 12S + 6H20.

Fotosyntese er baseret på redoxprocessen. Det er forbundet med overførsel af elektroner fra forbindelser, der leverer elektrondonorer, til forbindelser, der accepterer dem - acceptorer. Lysenergi omdannes til energien fra syntetiserede organiske forbindelser (kulhydrater).

Der er specielle strukturer på membranerne af kloroplaster - reaktionscentre der indeholder klorofyl. I grønne planter og cyanobakterier er der to fotosystemer – først (jeg) Og anden (II) , som har forskellige reaktionscentre og er forbundet gennem et elektronoverførselssystem.

To faser af fotosyntese

Fotosynteseprocessen består af to faser: lys og mørk.

Opstår kun i nærvær af lys på de indre membraner af mitokondrier i membranerne af specielle strukturer - thylakoider . Fotosyntetiske pigmenter fanger lyskvanter (fotoner). Dette fører til "excitation" af en af ​​elektronerne i klorofylmolekylet. Ved hjælp af bærermolekyler bevæger elektronen sig til den ydre overflade af thylakoidmembranen og erhverver en vis potentiel energi.

Denne elektron i fotosystem I kan vende tilbage til sit energiniveau og genoprette det. NADP (nicotinamidadenindinukleotidphosphat) kan også overføres. Ved at interagere med brintioner genopretter elektroner denne forbindelse. Reduceret NADP (NADP H) leverer brint til at reducere atmosfærisk CO 2 til glucose.

Lignende processer forekommer i fotosystem II . Exciterede elektroner kan overføres til fotosystem I og genoprette det. Restaureringen af ​​fotosystem II sker på grund af elektroner tilført af vandmolekyler. Vandmolekyler splittes (fotolyse af vand) til brintprotoner og molekylært oxygen, som frigives til atmosfæren. Elektronerne bruges til at genoprette fotosystem II. Vandfotolyseligning:

2Н 2 0 → 4Н + + 0 2 + 2е.

Når elektroner fra den ydre overflade af thylakoidmembranen vender tilbage til det tidligere energiniveau, frigives energi. Det er lagret i form af kemiske bindinger af ATP-molekyler, som syntetiseres under reaktioner i begge fotosystemer. Processen med ATP-syntese med ADP og fosforsyre kaldes fotofosforylering . Noget af energien bruges til at fordampe vand.

Under fotosyntesens lette fase dannes energirige forbindelser: ATP og NADP H. Ved nedbrydning (fotolyse) af vandmolekyler frigives molekylært ilt til atmosfæren.

Reaktioner finder sted i kloroplasternes indre miljø. De kan forekomme både i nærvær af lys og uden det. Organiske stoffer syntetiseres (C0 2 reduceres til glukose) ved hjælp af den energi, der blev dannet i lysfasen.

Processen med reduktion af kuldioxid er cyklisk og kaldes Calvin cyklus . Opkaldt efter den amerikanske forsker M. Calvin, som opdagede denne cykliske proces.

Cyklussen begynder med reaktionen af ​​atmosfærisk kuldioxid med ribulosebiphosphat. Processen katalyseres af et enzym carboxylase . Ribulosebiphosphat er et sukker med fem kulstof kombineret med to fosforsyreenheder. Der forekommer en række kemiske transformationer, som hver katalyseres af sit eget specifikke enzym. Hvordan dannes slutproduktet af fotosyntesen? glukose , og ribulosebiphosphat reduceres også.

Den overordnede ligning for fotosynteseprocessen er:

6C02 + 6H20 → C6H12O6 + 602

Takket være fotosynteseprocessen absorberes lysenergi fra Solen og omdannes til energien fra kemiske bindinger af syntetiserede kulhydrater. Energi overføres gennem fødekæder til heterotrofe organismer. Under fotosyntesen optages kuldioxid, og der frigives ilt. Al atmosfærisk ilt er af fotosyntetisk oprindelse. Over 200 milliarder tons fri ilt frigives årligt. Ilt beskytter livet på Jorden mod ultraviolet stråling ved at skabe et ozonskjold i atmosfæren.

Fotosynteseprocessen er ineffektiv, da kun 1-2% af solenergien omdannes til syntetiseret organisk stof. Det skyldes, at planter ikke absorberer lys nok, en del af det absorberes af atmosfæren osv. Det meste af sollyset reflekteres fra Jordens overflade tilbage til rummet.