Најважниот органски процес, без кој би било доведено во прашање постоењето на сите живи суштества на нашата планета, е фотосинтезата. Што е фотосинтеза? Сите го знаат тоа од училиште. Грубо кажано, ова е процес на формирање на органски материи од јаглерод диоксид и вода, кој се јавува на светлина и е придружен со ослободување на кислород. Покомплексна дефиниција е како што следува: фотосинтезата е процес на претворање на светлосната енергија во енергија на хемиски врски на супстанции од органско потекло со учество на фотосинтетички пигменти. Во современата практика, фотосинтезата обично се подразбира како збир на процеси на апсорпција, синтеза и употреба на светлина во низа ендергонски реакции, од кои едната е конверзија на јаглерод диоксид во органски материи. Сега ајде да дознаеме подетално како се случува фотосинтезата и во кои фази е поделен овој процес!

општи карактеристики

Хлоропластите, кои ги има секое растение, се одговорни за фотосинтезата. Што се хлоропласти? Тоа се овални пластиди кои содржат пигмент како што е хлорофилот. Токму хлорофилот ја одредува зелената боја на растенијата. Кај алгите, овој пигмент е претставен во составот на хроматофори - клетки кои рефлектираат светлина со пигмент со различни форми. Кафеавите и црвените алги, кои живеат на значителни длабочини каде сончевата светлина не допира добро, имаат различни пигменти.

Супстанциите за фотосинтеза се дел од автотрофите - организми способни да синтетизираат органски материи од неоргански материи. Тие се најниското ниво на прехранбената пирамида, затоа се вклучени во исхраната на сите живи организми на планетата Земја.

Придобивките од фотосинтезата

Зошто е потребна фотосинтеза? Кислородот ослободен од растенијата за време на фотосинтезата влегува во атмосферата. Издигнувајќи се до горните слоеви, формира озон, кој ја штити површината на земјата од силно сончево зрачење. Благодарение на озонскиот екран живите организми можат удобно да останат на копно. Покрај тоа, како што знаете, кислородот е потребен за дишење на живите организми.

Напредок на процесот

Сè започнува со влегувањето на светлината во хлоропластите. Под негово влијание, органелите црпат вода од почвата и исто така ја делат на водород и кислород. Така, се случуваат два процеса. Фотосинтезата на растенијата започнува во моментот кога листовите веќе апсорбирале вода и јаглерод диоксид. Светлосната енергија се акумулира во тилакоидите - посебни оддели на хлоропласти, и ја дели молекулата на водата на две компоненти. Дел од кислородот оди во дишењето на растенијата, а остатокот оди во атмосферата.

Јаглеродниот диоксид потоа влегува во пиреноидите - протеински гранули опкружени со скроб. Тука доаѓа и водородот. Измешани едни со други, овие супстанции формираат шеќер. Оваа реакција се јавува и со ослободување на кислород. Кога шеќерот (општото име за едноставни јаглехидрати) се меша со азот, сулфур и фосфор кои влегуваат во растението од почвата, се формираат скроб (комплексни јаглени хидрати), протеини, масти, витамини и други супстанции неопходни за животот на растенијата. Во огромното мнозинство на случаи, фотосинтезата се случува во услови на природно осветлување. Меѓутоа, во него може да учествува и вештачко осветлување.

До 60-тите години на дваесеттиот век, науката знаеше еден механизам за редукција на јаглерод диоксид - по патеката C3-пентоза фосфат. Неодамна, австралиските научници докажаа дека кај некои растителни видови овој процес може да се случи преку циклусот на C4-дикарбоксилна киселина.

Кај растенијата кои го намалуваат јаглерод диоксидот преку патеката C 3, фотосинтезата најдобро се случува при умерени температури и слаба осветленост, во шуми или темни места. Овие растенија го вклучуваат лавовскиот дел од култивираните растенија и речиси сите зеленчуци кои ја формираат основата на нашата исхрана.

Во втората класа на растенија, фотосинтезата се случува најактивно во услови на висока температура и силна светлина. Во оваа група спаѓаат растенија кои растат во тропска и топла клима, како што се пченка, шеќерна трска, сорго и така натаму.

Метаболизмот на растенијата, патем, беше откриен неодамна. Научниците успеаја да откријат дека некои растенија имаат посебни ткива за зачувување на резервите на вода. Во нив јаглерод диоксид се акумулира во форма на органски киселини и се претвора во јаглехидрати дури по 24 часа. Овој механизам им овозможува на растенијата да штедат вода.

Како функционира процесот?

Ние веќе знаеме генерално како се одвива процесот на фотосинтеза и каков вид на фотосинтеза се случува, сега ајде да го запознаеме подлабоко.

Сè започнува со тоа што растението апсорбира светлина. Во тоа и помага хлорофилот, кој во форма на хлоропласти се наоѓа во листовите, стеблата и плодовите на растението. Главната количина на оваа супстанца е концентрирана во лисјата. Работата е во тоа што, благодарение на неговата рамна структура, листот привлекува многу светлина. И колку повеќе светлина, толку повеќе енергија за фотосинтеза. Така, листовите во растението делуваат како еден вид локатори кои ја доловуваат светлината.

Кога светлината се апсорбира, хлорофилот е во возбудена состојба. Ја пренесува енергијата на други растителни органи кои учествуваат во следната фаза на фотосинтезата. Втората фаза од процесот се случува без учество на светлина и се состои од хемиска реакција која вклучува вода добиена од почвата и јаглерод диоксид добиен од воздухот. Во оваа фаза се синтетизираат јаглехидратите кои се неопходни за животот на секој организам. Во овој случај, тие не само што го негуваат самото растение, туку се пренесуваат и на животните што го јадат. Луѓето ги добиваат овие супстанции и со конзумирање на растителни или животински производи.

Фази на процесот

Како прилично сложен процес, фотосинтезата е поделена на две фази: светла и темна. Како што сугерира името, првата фаза бара присуство на сончево зрачење, но втората не. За време на светлосната фаза, хлорофилот апсорбира квантум светлина, формирајќи ATP и NADH молекули, без кои фотосинтезата е невозможна. Што се ATP и NADH?

АТП (аденози трифосфат) е нуклеински коензим кој содржи високо-енергетски врски и служи како извор на енергија при секоја органска трансформација. Сврзникот често се нарекува енергетски волут.

NADH (никотинамид аденин динуклеотид) е извор на водород кој се користи за синтеза на јаглени хидрати со учество на јаглерод диоксид во втората фаза од процесот како што е фотосинтезата.

Лесна фаза

Хлоропластите содржат многу молекули на хлорофил, од кои секоја апсорбира светлина. Други пигменти исто така го апсорбираат, но тие не се способни за фотосинтеза. Процесот се одвива само во дел од молекулите на хлорофилот. Останатите молекули формираат антена и комплекси за собирање светлина (LHCs). Тие акумулираат кванти на светлосно зрачење и ги пренесуваат во реакционите центри, кои се нарекуваат и стапици. Центрите за реакција се наоѓаат во фотосистеми, од кои фотосинтетичко растение има два. Првата содржи молекула на хлорофил способна да апсорбира светлина со бранова должина од 700 nm, а втората - 680 nm.

Значи, два типа на молекули на хлорофил апсорбираат светлина и се возбудуваат, што предизвикува електроните да се движат на повисоко енергетско ниво. Возбудените електрони, кои имаат големо количество енергија, се откинуваат и влегуваат во транспортниот синџир сместен во тилакоидните мембрани (внатрешни структури на хлоропластите).

Електронска транзиција

Електрон од првиот фотосистем оди од хлорофил P680 до пластохинон, а електрон од вториот систем оди во фередоксин. Во овој случај, на местото каде што се отстранети електроните, се формира слободен простор во молекулата на хлорофилот.

За да се надополни недостатокот, молекулата на хлорофил P680 прифаќа електрони од водата, формирајќи водородни јони. И втората молекула на хлорофил го надополнува недостатокот преку систем на носители од првиот фотосистем.

Така продолжува светлосната фаза на фотосинтезата, чија суштина е пренос на електрони. Паралелно со транспортот на електрони е движењето на водородните јони низ мембраната. Ова доведува до нивна акумулација во тилакоидот. Акумулирајќи се во големи количини, тие се ослободуваат нанадвор со помош на конјугирачки фактор. Резултатот од транспортот на електрони е формирање на соединението NADH. И преносот на водородни јони доведува до формирање на енергетската валута АТП.

На крајот на светлосната фаза, кислородот влегува во атмосферата, а ATP и NADH се формираат во внатрешноста на ливчето. Тогаш започнува темната фаза на фотосинтезата.

Темна фаза

Оваа фаза од фотосинтезата бара јаглерод диоксид. Растението постојано го апсорбира од воздухот. За таа цел, на површината на листот има стоми - специјални структури кои, кога се отвораат, апсорбираат јаглерод диоксид. Влегувајќи во листот, тој се раствора во вода и учествува во процесите на светлосната фаза.

За време на светлосната фаза кај повеќето растенија, јаглеродниот диоксид се врзува за органско соединение кое содржи 5 јаглеродни атоми. Резултатот е пар молекули на соединение со три јаглерод наречено 3-фосфоглицеринска киселина. Токму поради тоа што ова соединение е примарен резултат на процесот, растенијата со овој тип на фотосинтеза се нарекуваат C 3 растенија.

Понатамошните процеси што се случуваат во хлоропластите се многу сложени за неискусните луѓе. Крајниот резултат е соединение со шест јаглерод што синтетизира едноставни или сложени јаглехидрати. Во форма на јаглехидрати растението акумулира енергија. Мал дел од материите остануваат во листот и ги исполнуваат неговите потреби. Останатите јаглехидрати циркулираат низ растението и се доставуваат до местата каде што се најпотребни.

Фотосинтеза во зима

Многу луѓе барем еднаш во животот се запрашале од каде доаѓа кислородот во студената сезона. Прво, кислородот се произведува не само од листопадни растенија, туку и од четинари и морски растенија. И ако листопадните растенија замрзнуваат во зима, иглолисните растенија продолжуваат да дишат, иако помалку интензивно. Второ, содржината на кислород во атмосферата не зависи од тоа дали дрвјата ги фрлиле лисјата. Кислородот зафаќа 21% од атмосферата, каде било на нашата планета во секое време од годината. Оваа вредност не се менува, бидејќи воздушните маси се движат многу брзо, а зимата не се јавува истовремено во сите земји. Па, и трето, во зима во долните слоеви на воздухот што го вдишуваме, содржината на кислород е уште поголема отколку во лето. Причината за оваа појава е ниската температура, поради што кислородот станува погуст.

Заклучок

Денеска се сетивме што е фотосинтеза, што е хлорофил и како растенијата ослободуваат кислород со апсорпција на јаглерод диоксид. Се разбира, фотосинтезата е најважниот процес во нашите животи. Не потсетува на потребата да се грижиме за природата.

Растенијата добиваат се што им е потребно за раст и развој од околината. Така тие се разликуваат од другите живи организми. За да можат добро да се развијат, потребна им е плодна почва, природно или вештачко наводнување и добро осветлување. Ништо нема да расте во темнината.

Почвата е извор на вода и хранливи органски соединенија и микроелементи. Но, на дрвјата, цвеќињата и тревата исто така им е потребна сончева енергија. Под влијание на сончевата светлина се случуваат одредени реакции, како резултат на што јаглеродниот диоксид апсорбиран од воздухот се претвора во кислород. Овој процес се нарекува фотосинтеза. Хемиската реакција која се јавува под влијание на сончевата светлина доведува и до формирање на гликоза и вода. Овие супстанции се од витално значење за развојот на растението.

На јазикот на хемичарите, реакцијата изгледа вака: 6CO2 + 12H2O + светлина = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. Поедноставена форма на равенката: јаглерод диоксид + вода + светлина = гликоза + кислород + вода.

Буквално, „фотосинтезата“ се преведува како „заедно со светлината“. Овој збор се состои од два едноставни збора „фото“ и „синтеза“. Сонцето е многу моќен извор на енергија. Луѓето го користат за производство на електрична енергија, изолација на куќи и загревање на вода. На растенијата исто така им е потребна енергија од сонцето за да го одржат животот. Гликозата, произведена за време на фотосинтезата, е едноставен шеќер кој е еден од најважните хранливи материи. Растенијата го користат за раст и развој, а вишокот се депонира во лисјата, семките и плодовите. Не целата гликоза останува непроменета во зелените делови на растенијата и плодовите. Едноставните шеќери имаат тенденција да се трансформираат во посложени, кои вклучуваат скроб. Растенијата ги трошат таквите резерви за време на периоди на недостаток на хранливи материи. Тие ја одредуваат хранливата вредност на билките, овошјето, цвеќињата, лисјата за животните и луѓето кои јадат растителна храна.

Како растенијата апсорбираат светлина?

Процесот на фотосинтеза е доста сложен, но може да се опише накратко за да стане разбирлив дури и за децата на училишна возраст. Едно од најчестите прашања се однесува на механизмот на апсорпција на светлината. Како светлосната енергија влегува во растенијата? Процесот на фотосинтеза се јавува во лисјата. Листовите на сите растенија содржат зелени клетки - хлоропласти. Тие содржат супстанца наречена хлорофил. Хлорофилот е пигмент кој на листовите им дава зелена боја и е одговорен за апсорпција на светлосната енергија. Многу луѓе не размислувале зошто лисјата на повеќето растенија се широки и рамни. Излегува дека природата го обезбедила ова со причина. Широката површина ви овозможува да апсорбирате повеќе сончева светлина. Од истата причина, соларните панели се направени широки и рамни.

Горниот дел од листовите е заштитен со восочен слој (кутикула) од губење на вода и неповолни ефекти на временските услови и штетници. Тоа се нарекува палисада. Ако внимателно го погледнете листот, можете да видите дека неговата горна страна е посветла и помазна. Богатата боја се добива поради тоа што во овој дел има повеќе хлоропласти. Прекумерната светлина може да ја намали способноста на растението да произведува кислород и гликоза. Кога е изложен на светло сонце, хлорофилот се оштетува и тоа ја забавува фотосинтезата. Забавување настанува и со доаѓањето на есента, кога има помалку светлина, а листовите почнуваат да пожолтуваат поради уништувањето на хлоропластите во нив.

Улогата на водата во фотосинтезата и во одржувањето на растителниот свет не може да се потцени. Водата е потребна за:

• обезбедување на растенија со минерали растворени во него;
• одржување на тонот;
• ладење;
• можноста за појава на хемиски и физички реакции.

Дрвјата, грмушките и цвеќињата со своите корени ја апсорбираат водата од почвата, а потоа влагата се крева по стеблото и преминува во лисјата по вените што се видливи дури и со голо око.

Јаглерод диоксидот навлегува низ мали дупки на дното на листот - стомати. Во долниот дел од листот, клетките се наредени така што јаглерод диоксидот може подлабоко да навлезе. Ова, исто така, му овозможува на кислородот произведен од фотосинтезата лесно да го напушти листот. Како и сите живи организми, растенијата се обдарени со способност да дишат. Покрај тоа, за разлика од животните и луѓето, тие апсорбираат јаглерод диоксид и ослободуваат кислород, а не обратно. Онаму каде што има многу растенија, воздухот е многу чист и свеж. Затоа е толку важно да се грижиме за дрвјата и грмушките и да создаваме јавни градини и паркови во големите градови.

Светли и темни фази на фотосинтезата

Процесот на фотосинтеза е сложен и се состои од две фази - светло и темно. Светлосната фаза е можна само во присуство на сончева светлина. Кога се изложени на светлина, молекулите на хлорофилот јонизираат, што резултира со енергија која служи како катализатор за хемиски реакции. Редоследот на настаните што се случуваат во оваа фаза е како што следува:

• светлината ја погодува молекулата на хлорофилот, која се апсорбира од зелениот пигмент и ја става во возбудена состојба;
• вода се дели;
• Се синтетизира АТП, кој е енергетски акумулатор.

Темната фаза на фотосинтезата се јавува без учество на светлосната енергија. Во оваа фаза се формираат гликоза и кислород. Важно е да се разбере дека формирањето на гликоза и кислород се случува околу часовникот, а не само ноќе. Темната фаза се нарекува затоа што присуството на светлина повеќе не е неопходно за да се појави. Катализаторот е АТП, кој беше синтетизиран порано.

Важноста на фотосинтезата во природата

Фотосинтезата е еден од најзначајните природни процеси. Неопходно е не само да се одржи растителниот свет, туку и за целиот живот на планетата. Фотосинтезата е потребна за:

• обезбедување на животни и луѓе со храна;
• отстранување на јаглерод диоксид и заситување на воздухот со кислород;
• одржување на циклусот на хранливи материи.

Сите растенија зависат од брзината на фотосинтезата. Сончевата енергија може да се гледа како фактор кој го поттикнува или инхибира растот. На пример, во јужните региони и области има многу сонце и растенијата можат да растат прилично високи. Ако земеме предвид како се случува процесот во водните екосистеми, нема недостаток на сончева светлина на површината на морињата и океаните и во овие слоеви се забележува изобилен раст на алги. Во подлабоките слоеви на водата има недостиг на сончева енергија, што влијае на стапката на раст на водната флора.

Процесот на фотосинтеза придонесува за формирање на озонската обвивка во атмосферата. Ова е многу важно бидејќи помага да се заштити целиот живот на планетата од штетните ефекти на ултравиолетовите зраци.

Секој зелен лист е мала фабрика на кислород и хранливи материи неопходни за луѓето и животните за нормален живот. Процесот на производство на овие супстанции од јаглерод диоксид и вода од атмосферата се нарекува фотосинтеза.

Фотосинтезата е сложен процес кој се јавува со директно учество на светлината. Самиот концепт на „фотосинтеза“ доаѓа од два грчки збора: „фотографии“ - светлина и „синтеза“ - комбинација. Процесот на фотосинтеза се состои од две фази: апсорпција на светлосни кванти и користење на нивната енергија во различни хемиски реакции Растението ја апсорбира светлината со помош на зелена супстанција наречена хлорофил. Хлорофилот се наоѓа во таканаречените хлоропласти, кои можат да се најдат во стеблата или дури и во овошјето. Има особено многу од нив во, бидејќи благодарение на својата рамна структура, листот може да привлече повеќе светлина и соодветно да добие повеќе енергија за фотосинтеза. По апсорпцијата, хлорофилот преминува и ја пренесува енергијата на другите молекули на растителниот организам, особено на оние кои се вклучени во фотосинтезата. Втората фаза од процесот се одвива без задолжително учество на светлосни кванти и се состои од формирање на хемиски врски со учество на вода и јаглерод диоксид добиени од воздухот. Во оваа фаза, се синтетизираат различни материи корисни за живот, како што е скробот, овие органски материи ги користи самото растение за да ги нахрани нејзините различни делови и да одржува нормален живот. Покрај тоа, овие супстанции се добиваат со јадење растенија, а луѓето кои јадат храна од растително и животинско потекло Фотосинтезата може да се случи и под влијание на сончева светлина и вештачка светлина. Во природата, растенијата, по правило, интензивно „работат“ во пролет и лето, кога има многу сончева светлина. Во есента светлината се намалува, деновите се скратуваат, листовите пожолтуваат и паѓаат. Но, штом топлото пролетно сонце почнува да изгрева, повторно се појавува зелено зеленило и зелените „фабрики“ повторно ја започнуваат својата работа за да обезбедат кислород, толку неопходен за животот, и други хранливи материи.

Видео на темата

На сите живи суштества им е потребна храна за да преживеат. Хетеротрофните организми - потрошувачи - користат готови органски соединенија, додека автотрофните производители самите создаваат органски материи во процесот на фотосинтеза и хемосинтеза. Главните производители на Земјата се зелените растенија.

Тоа е низа од хемиски реакции кои вклучуваат фотосинтетички пигменти, како резултат на кои органската материја се создава од јаглерод диоксид и вода во светлината. Во целокупната равенка, шест молекули на јаглерод диоксид се комбинираат со шест молекули вода за да формираат една молекула, која се користи за производство и складирање на енергија. Исто така, на крајот од реакцијата, шест молекули на кислород се формираат како „нус-производ“. Процесот на фотосинтеза се состои од светла и темна фаза. Светлинските кванти ги возбудуваат електроните на молекулата на хлорофилот и ги пренесуваат на повисоко енергетско ниво. Исто така, со учество на светлосни зраци, се случува фотолиза на водата - разделување на молекула на вода на водородни катјони, негативно наелектризирани електрони и молекула на слободен кислород. Енергијата складирана во молекуларните врски се претвора во аденозин трифосфат (ATP) и ќе се ослободи во втората фаза од фотосинтезата. Во темната фаза, јаглеродниот диоксид директно се комбинира со формирање на гликоза. Неопходен услов за настанување на фотосинтезата во клетките е зелениот пигмент - хлорофилот, па затоа се јавува кај зелените растенија и некои фотосинтетички бактерии. Фотосинтетичките процеси и обезбедуваат на планетата органска биомаса, атмосферски кислород и, како резултат на тоа, заштитен озонски штит. Покрај тоа, тие ја намалуваат концентрацијата на јаглерод диоксид во атмосферата. Покрај фотосинтезата, јаглерод диоксидот може да се претвори во органска материја преку хемосинтеза, која се разликува од првата во отсуство на светлосни реакции. Хемосинтетиците ја користат светлината како извор на енергија и енергијата на редокс хемиските реакции. На пример, бактериите што нитрифицираат го оксидираат амонијакот во азотна и азотна киселина, железните бактерии го претвораат црното железо во железо, сулфурните бактерии оксидираат водород сулфид во сулфур или сулфурна киселина. Сите овие реакции ослободуваат енергија, која последователно се користи за синтеза на органски материи. Само некои видови бактерии се способни за хемосинтеза. Хемосинтетичките бактерии не произведуваат атмосферски кислород и не акумулираат големи количества биомаса, но ги уништуваат карпите, учествуваат во формирањето на минералите и ги третираат отпадните води. Биогеохемиската улога на хемосинтезата е да обезбеди циклус на азот, сулфур, железо и други елементи во природата.

Видео на темата

Фотосинтеза- процес на синтеза на органски материи со користење на светлосна енергија. Организмите кои се способни да синтетизираат органски материи од неоргански соединенија се нарекуваат автотрофни. Фотосинтезата е карактеристична само за клетките на автотрофните организми. Хетеротрофните организми не се способни да синтетизираат органски материи од неоргански соединенија.
Клетките на зелените растенија и некои бактерии имаат посебни структури и комплекси на хемикалии кои им овозможуваат да ја фатат енергијата од сончевата светлина.

Улогата на хлоропластите во фотосинтезата

Растителните клетки содржат микроскопски формации - хлоропласти. Тоа се органели во кои енергијата и светлината се апсорбираат и се претвораат во енергија на АТП и други молекули - енергетски носители. Граната на хлоропластите содржи хлорофил, сложена органска супстанција. Хлорофилот зафаќа светлосна енергија за употреба во биосинтезата на гликоза и други органски материи. Ензимите неопходни за синтеза на гликоза се наоѓаат и во хлоропластите.

Лесна фаза на фотосинтеза

Квант на црвена светлина апсорбиран од хлорофилот го пренесува електронот во возбудена состојба. Електронот возбуден од светлината добива големо снабдување со енергија, како резултат на што се движи на повисоко енергетско ниво. Електронот возбуден од светлина може да се спореди со камен подигнат до висина, кој исто така добива потенцијална енергија. Го губи, паѓајќи од височина. Возбудениот електрон, како во чекори, се движи по синџир од сложени органски соединенија вградени во хлоропластот. Движејќи се од еден чекор до друг, електронот губи енергија, која се користи за синтеза на АТП. Електронот што ја трошил енергијата се враќа во хлорофил. Нов дел од светлосната енергија повторно го возбудува електронот на хлорофилот. Повторно го следи истиот пат, трошејќи енергија за формирање на молекули на АТП.
Водородните јони и електрони, неопходни за обновување на молекулите што носат енергија, се формираат со разделување на молекулите на водата. Разградувањето на молекулите на водата во хлоропластите се врши со посебен протеин под влијание на светлината. Овој процес се нарекува фотолиза на вода.
Така, енергијата на сончевата светлина директно ја користи растителната клетка за:
1. побудување на електроните на хлорофилот, чија енергија понатаму се троши за формирање на АТП и други молекули на енергетски носители;
2. фотолиза на вода, снабдувајќи ги водородните јони и електрони во светлосната фаза на фотосинтезата.
Ова ослободува кислород како нуспроизвод на реакциите на фотолиза. Фаза во која, поради енергијата на светлината, се формираат соединенија богати со енергија - АТП и молекули кои носат енергија,повикани лесна фаза на фотосинтезата.

Темна фаза на фотосинтезата

Хлоропластите содржат пет јаглеродни шеќери, од кои еден рибулоза дифосфат, е акцептор на јаглерод диоксид. Специјален ензим го врзува шеќерот од пет јаглерод со јаглерод диоксид во воздухот. Во овој случај, се формираат соединенија кои, користејќи ја енергијата на АТП и другите молекули на енергетски носители, се сведуваат на молекула на гликоза со шест јаглерод. Така, светлосната енергија конвертирана за време на светлосната фаза во енергија на АТП и други молекули на енергетски носители се користи за синтеза на гликоза. Овие процеси може да се одвиваат во темница.
Од растителните клетки беше можно да се изолираат хлоропласти, кои во епрувета, под влијание на светлината, вршеа фотосинтеза - формираа нови молекули на гликоза и апсорбираа јаглерод диоксид. Ако се прекине осветлувањето на хлоропластите, престана и синтезата на гликоза. Меѓутоа, ако на хлоропластите се додадат АТП и молекули со намален енергетски носач, тогаш синтезата на гликоза продолжи и може да продолжи во темница. Ова значи дека светлината е навистина потребна само за да се синтетизира АТП и да се наполнат молекулите што носат енергија. Апсорпција на јаглерод диоксид и формирање на гликоза во растенијатаповикани темна фаза на фотосинтезатазатоа што таа може да оди во темнина.
Интензивното осветлување и зголемената содржина на јаглерод диоксид во воздухот доведуваат до зголемена активност на фотосинтезата.

Фотосинтезае процес на синтеза на органски материи од неоргански со помош на светлосна енергија. Во огромното мнозинство на случаи, фотосинтезата ја вршат растенијата користејќи клеточни органели како што се хлоропластикои содржат зелен пигмент хлорофил.

Ако растенијата не беа способни да синтетизираат органска материја, тогаш скоро сите други организми на Земјата немаше што да јадат, бидејќи животните, габите и многу бактерии не можат да синтетизираат органски материи од неоргански. Ги впиваат само готовите, ги делат на поедноставни, од кои повторно склопуваат сложени, но веќе карактеристични за нивното тело.

Ова е случај ако многу кратко зборуваме за фотосинтезата и нејзината улога. За да ја разбереме фотосинтезата, треба да кажеме повеќе: кои специфични неоргански супстанции се користат, како се случува синтезата?

За фотосинтеза потребни се две неоргански супстанции - јаглерод диоксид (CO 2) и вода (H 2 O). Првиот се апсорбира од воздухот од надземните делови на растенијата главно преку стомите. Водата доаѓа од почвата, од каде што се доставува до фотосинтетичките клетки преку спроводниот систем на растението. Исто така, фотосинтезата бара енергија на фотоните (hν), но тие не можат да се припишат на материјата.

Севкупно, фотосинтезата произведува органска материја и кислород (О2). Вообичаено, органската материја најчесто значи гликоза (C 6 H 12 O 6).

Органските соединенија најчесто се составени од атоми на јаглерод, водород и кислород. Тие се наоѓаат во јаглерод диоксид и вода. Меѓутоа, за време на фотосинтезата, кислородот се ослободува. Неговите атоми се земени од вода.

Накратко и генерално, равенката за реакцијата на фотосинтезата обично се пишува на следниов начин:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Но, оваа равенка не ја одразува суштината на фотосинтезата и не ја прави разбирлива. Види, иако равенката е избалансирана, во неа вкупниот број на атоми во слободен кислород е 12. Но, ние рековме дека тие доаѓаат од вода, а ги има само 6.

Всушност, фотосинтезата се одвива во две фази. Првиот се вика светлина, второ - темно. Ваквите имиња се должат на фактот дека светлината е потребна само за светлосната фаза, темната фаза е независна од нејзиното присуство, но тоа не значи дека се јавува во темнина. Светлосната фаза се јавува на мембраните на тилакоидите на хлоропластот, а темната фаза се јавува во стромата на хлоропластот.

За време на светлосната фаза, врзувањето на CO 2 не се јавува. Сè што се случува е зафаќање на сончевата енергија со комплекси на хлорофил, нејзино складирање во АТП и употреба на енергија за намалување на NADP на NADP*H 2 . Протокот на енергија од хлорофилот возбуден од светлина е обезбеден од електроните кои се пренесуваат по синџирот на транспорт на електрони на ензими вградени во тилакоидните мембрани.

Водородот за NADP доаѓа од вода, која се распаѓа со сончева светлина во атоми на кислород, водородни протони и електрони. Овој процес се нарекува фотолиза. Кислородот од водата не е потребен за фотосинтеза. Атоми на кислород од две молекули на вода се комбинираат за да формираат молекуларен кислород. Равенката на реакција за лесната фаза на фотосинтезата накратко изгледа вака:

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

Така, ослободувањето на кислород се случува за време на лесната фаза на фотосинтезата. Бројот на ATP молекули синтетизирани од ADP и фосфорна киселина при фотолиза на една молекула на вода може да биде различен: една или две.

Значи, ATP и NADP*H 2 доаѓаат од светлосна фаза до темна фаза. Овде, енергијата на првата и редуцирачката моќ на втората се трошат на врзување на јаглерод диоксид. Оваа фаза на фотосинтеза не може да се објасни едноставно и концизно бидејќи не се одвива на таков начин што шест молекули CO 2 се комбинираат со водород ослободен од молекулите NADP * H 2 за да формираат гликоза:

6CO 2 + 6NADP*H 2 →C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(реакцијата се јавува со трошење на енергија АТП, која се распаѓа на АДП и фосфорна киселина).

Дадената реакција е само поедноставување за полесно да се разбере. Всушност, молекулите на јаглерод диоксид се врзуваат една по една, приклучувајќи се на веќе подготвената органска супстанција со пет јаглерод. Се формира нестабилна органска супстанција со шест јаглерод, која се распаѓа на молекули на јаглени хидрати со три јаглерод. Некои од овие молекули се користат за ресинтеза на оригиналната супстанција со пет јаглерод за врзување на CO 2 . Оваа ресинтеза е обезбедена Калвин циклус. Мал број молекули на јаглени хидрати кои содржат три јаглеродни атоми излегуваат од циклусот. Сите други органски материи (јаглехидрати, масти, протеини) се синтетизираат од нив и од други супстанции.

Тоа е, всушност, тријаглеродните шеќери, а не гликозата, излегуваат од темната фаза на фотосинтезата.

Фотосинтеза е збир на процеси за синтеза на органски соединенија од неоргански поради претворање на светлосната енергија во енергија на хемиски врски. Фототрофни организми вклучуваат зелени растенија, некои прокариоти - цијанобактерии, виолетови и зелени сулфурни бактерии и растителни флагелати.

Истражувањето на процесот на фотосинтеза започнало во втората половина на 18 век. Важно откритие беше направено од извонредниот руски научник К. А. Тимирјазев, кој ја потврди доктрината за космичката улога на зелените растенија. Растенијата ја апсорбираат сончевата светлина и ја претвораат светлосната енергија во енергија на хемиските врски на органските соединенија синтетизирани од нив. Така, тие обезбедуваат зачувување и развој на животот на Земјата. Научникот, исто така, теоретски ја потврди и експериментално ја докажа улогата на хлорофилот во апсорпцијата на светлината за време на фотосинтезата.

Хлорофилите се главните фотосинтетички пигменти. Тие се слични по структура на хемоглобинот, но содржат магнезиум наместо железо. Содржината на железо е неопходна за да се обезбеди синтеза на молекулите на хлорофилот. Постојат неколку хлорофили кои се разликуваат по нивната хемиска структура. Задолжително за сите фототрофи е хлорофил а . Хлорофилб се наоѓа во зелените растенија хлорофил в – кај дијатоми и кафеави алги. Хлорофил г карактеристика на црвените алги.

Зелените и виолетовите фотосинтетички бактерии имаат посебни бактериохлорофили . Бактериската фотосинтеза има многу заедничко со фотосинтезата на растенијата. Се разликува по тоа што кај бактериите донатор на водород е водород сулфид, а кај растенијата вода. Зелените и виолетовите бактерии немаат фотосистем II. Бактериската фотосинтеза не е придружена со ослободување на кислород. Целокупната равенка за бактериска фотосинтеза е:

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

Фотосинтезата се заснова на процесот на редокс. Тоа е поврзано со пренос на електрони од соединенија кои снабдуваат електрони-донатори до соединенија кои ги прифаќаат - акцептори. Светлината енергија се претвора во енергија на синтетизирани органски соединенија (јаглехидрати).

Постојат посебни структури на мембраните на хлоропластите - реакциони центри кои содржат хлорофил. Во зелените растенија и цијанобактериите има две фотосистеми – прво (јас) И второ (II) , кои имаат различни реакциони центри и меѓусебно се поврзани преку систем за пренос на електрони.

Две фази на фотосинтеза

Процесот на фотосинтеза се состои од две фази: светло и темно.

Се јавува само во присуство на светлина на внатрешните мембрани на митохондриите во мембраните на посебни структури - тилакоиди . Фотосинтетичките пигменти зафаќаат светлосни кванти (фотони). Ова доведува до „возбудување“ на еден од електроните на молекулата на хлорофилот. Со помош на молекули носители, електронот се движи кон надворешната површина на тилакоидната мембрана, добивајќи одредена потенцијална енергија.

Овој електрон во фотосистем I може да се врати на своето енергетско ниво и да го врати. Може да се пренесе и NADP (никотинамид аденин динуклеотид фосфат). Со интеракција со водородни јони, електроните го обновуваат ова соединение. Редуцираниот NADP (NADP H) обезбедува водород за да го намали атмосферскиот CO 2 до гликоза.

Слични процеси се случуваат во фотосистем II . Возбудените електрони можат да се пренесат во фотосистемот I и да го вратат. Обновувањето на фотосистемот II се случува поради електроните обезбедени од молекулите на водата. Молекулите на водата се делат (фотолиза на вода) во водородни протони и молекуларен кислород, кој се ослободува во атмосферата. Електроните се користат за обновување на фотосистемот II. Равенка за фотолиза на вода:

2Н 2 0 → 4Н + + 0 2 + 2е.

Кога електроните од надворешната површина на тилакоидната мембрана се враќаат на претходното енергетско ниво, се ослободува енергија. Се складира во форма на хемиски врски на молекулите на АТП, кои се синтетизираат за време на реакциите во двата фотосистеми. Процесот на синтеза на АТП со АДП и фосфорна киселина се нарекува фотофосфорилација . Дел од енергијата се користи за испарување на водата.

За време на лесната фаза на фотосинтезата се формираат соединенија богати со енергија: ATP и NADP H. При разградувањето (фотолизата) на молекулите на водата, во атмосферата се ослободува молекуларен кислород.

Реакциите се одвиваат во внатрешната средина на хлоропластите. Тие можат да се појават и во присуство на светлина и без неа. Органските материи се синтетизираат (C0 2 се редуцира до гликоза) користејќи ја енергијата што се формирала во светлосната фаза.

Процесот на редукција на јаглерод диоксид е цикличен и се нарекува Калвин циклус . Именуван по американскиот истражувач М. Калвин, кој го открил овој цикличен процес.

Циклусот започнува со реакција на атмосферскиот јаглерод диоксид со рибулоза бифосфат. Процесот се катализира од ензим карбоксилаза . Рибулоза бифосфат е шеќер со пет јаглерод во комбинација со две единици на фосфорна киселина. Се случуваат голем број хемиски трансформации, од кои секоја е катализирана од свој специфичен ензим. Како се формира крајниот производ на фотосинтезата? гликоза , а исто така се намалува и рибулозата бифосфат.

Целокупната равенка за процесот на фотосинтеза е:

6C0 2 + 6H 2 0 → C 6 H 12 O 6 + 60 2

Благодарение на процесот на фотосинтеза, светлосната енергија од Сонцето се апсорбира и се претвора во енергија на хемиските врски на синтетизираните јаглехидрати. Енергијата се пренесува на хетеротрофните организми преку синџирите на исхрана. За време на фотосинтезата, јаглеродниот диоксид се апсорбира и се ослободува кислород. Целиот атмосферски кислород е од фотосинтетичко потекло. Годишно се ослободуваат над 200 милијарди тони слободен кислород. Кислородот го штити животот на Земјата од ултравиолетово зрачење со тоа што создава озонски штит во атмосферата.

Процесот на фотосинтеза е неефикасен, бидејќи само 1-2% од сончевата енергија се претвора во синтетизирана органска материја. Ова се должи на фактот дека растенијата не апсорбираат доволно светлина, дел од неа се апсорбира од атмосферата итн. Најголемиот дел од сончевата светлина се рефлектира од површината на Земјата назад во вселената.