Den viktigste organiske prosessen, uten hvilken eksistensen av alle levende vesener på planeten vår ville vært i tvil, er fotosyntese. Hva er fotosyntese? Alle kjenner det fra skolen. Grovt sett er dette prosessen med dannelse av organiske stoffer fra karbondioksid og vann, som oppstår i lyset og er ledsaget av frigjøring av oksygen. En mer kompleks definisjon er som følger: fotosyntese er prosessen med å konvertere lysenergi til energien til kjemiske bindinger av stoffer av organisk opprinnelse med deltakelse av fotosyntetiske pigmenter. I moderne praksis blir fotosyntese vanligvis forstått som et sett med prosesser for absorpsjon, syntese og bruk av lys i en rekke endergoniske reaksjoner, hvorav en er omdannelsen av karbondioksid til organiske stoffer. La oss nå finne ut mer detaljert hvordan fotosyntesen skjer og hvilke faser denne prosessen er delt inn i!

generelle egenskaper

Kloroplaster, som hver plante har, er ansvarlige for fotosyntesen. Hva er kloroplaster? Dette er ovale plastider som inneholder pigment som klorofyll. Det er klorofyll som bestemmer den grønne fargen på planter. I alger er dette pigmentet tilstede i kromatoforer - pigmentholdige lysreflekterende celler i forskjellige former. Brune og røde alger, som lever på betydelige dyp der sollys ikke når godt, har forskjellige pigmenter.

Stoffer av fotosyntese er en del av autotrofer - organismer som er i stand til å syntetisere organiske stoffer fra uorganiske stoffer. De er det laveste nivået av matpyramiden, derfor er de inkludert i kostholdet til alle levende organismer på planeten Jorden.

Fordeler med fotosyntese

Hvorfor er fotosyntese nødvendig? Oksygen frigjort fra planter under fotosyntesen kommer inn i atmosfæren. Den stiger til de øvre lagene og danner ozon, som beskytter jordoverflaten mot sterk solstråling. Det er takket være ozonskjermen at levende organismer kan oppholde seg komfortabelt på land. I tillegg, som du vet, er oksygen nødvendig for respirasjon av levende organismer.

Fremdrift av prosessen

Det hele starter med at lys kommer inn i kloroplastene. Under dens påvirkning trekker organeller vann fra jorda og deler det også inn i hydrogen og oksygen. Dermed foregår to prosesser. Plantes fotosyntese begynner i det øyeblikket bladene allerede har absorbert vann og karbondioksid. Lysenergi akkumuleres i thylakoider - spesielle rom av kloroplaster, og deler vannmolekylet i to komponenter. En del av oksygenet går inn i planterespirasjonen, og resten går ut i atmosfæren.

Karbondioksidet går så inn i pyrenoidene – proteingranulat omgitt av stivelse. Hydrogen kommer også hit. Blandet med hverandre danner disse stoffene sukker. Denne reaksjonen skjer også med frigjøring av oksygen. Når sukker (det generelle navnet på enkle karbohydrater) blandes med nitrogen, svovel og fosfor som kommer inn i planten fra jorda, dannes det stivelse (komplekse karbohydrater), proteiner, fett, vitaminer og andre stoffer som er nødvendige for plantelivet. I de aller fleste tilfeller skjer fotosyntese under naturlige lysforhold. Men kunstig belysning kan også ta del i det.

Fram til 60-tallet av det tjuende århundre kjente vitenskapen til én mekanisme for reduksjon av karbondioksid - langs C 3 -pentosefosfatveien. Nylig beviste australske forskere at hos noen plantearter kan denne prosessen skje gjennom C 4-dikarboksylsyresyklusen.

Hos planter som reduserer karbondioksid via C 3-banen, skjer fotosyntesen best ved moderate temperaturer og lite lys, i skog eller mørke steder. Disse plantene inkluderer brorparten av kulturplanter og nesten alle grønnsaker som danner grunnlaget for kostholdet vårt.

I den andre klassen av planter skjer fotosyntesen mest aktivt under forhold med høy temperatur og sterkt lys. Denne gruppen inkluderer planter som vokser i tropiske og varme klimaer, som mais, sukkerrør, sorghum og så videre.

Plantemetabolisme ble forresten oppdaget ganske nylig. Forskere var i stand til å finne ut at noen planter har spesielle vev for å bevare vannforsyningen. Karbondioksid akkumuleres i dem i form av organiske syrer og blir til karbohydrater først etter 24 timer. Denne mekanismen lar planter spare vann.

Hvordan fungerer prosessen?

Vi vet allerede i generelle termer hvordan prosessen med fotosyntese fortsetter og hva slags fotosyntese som skjer, la oss nå bli mer kjent med det.

Det hele starter med at planten absorberer lys. Hun blir hjulpet til dette av klorofyll, som i form av kloroplaster befinner seg i plantens blader, stilker og frukter. Hovedmengden av dette stoffet er konsentrert i bladene. Saken er at, takket være den flate strukturen, trekker arket til seg mye lys. Og jo mer lys, jo mer energi til fotosyntese. Dermed fungerer bladene i planten som en slags lokalisatorer som fanger lys.

Når lys absorberes, er klorofyll i en opphisset tilstand. Den overfører energi til andre planteorganer som deltar i neste fase av fotosyntesen. Den andre fasen av prosessen skjer uten deltakelse av lys og består av en kjemisk reaksjon som involverer vann hentet fra jorda og karbondioksid hentet fra luften. På dette stadiet syntetiseres karbohydrater, som er avgjørende for livet til enhver organisme. I dette tilfellet gir de ikke bare næring til selve planten, men overføres også til dyrene som spiser den. Folk får også disse stoffene ved å konsumere plante- eller dyreprodukter.

Prosessfaser

Som en ganske kompleks prosess, er fotosyntesen delt inn i to faser: lys og mørk. Som navnet antyder, krever den første fasen tilstedeværelse av solstråling, men den andre ikke. Under lysfasen absorberer klorofyll et kvantum av lys, og danner ATP- og NADH-molekyler, uten hvilke fotosyntese er umulig. Hva er ATP og NADH?

ATP (adenosytrifosfat) er et nukleisk koenzym som inneholder høyenergibindinger og fungerer som en energikilde i enhver organisk transformasjon. Konjunksjonen blir ofte referert til som en energisk volutt.

NADH (nikotinamid adenin dinukleotid) er en kilde til hydrogen som brukes til å syntetisere karbohydrater med deltakelse av karbondioksid i den andre fasen av en prosess som fotosyntese.

Lett fase

Kloroplaster inneholder mange klorofyllmolekyler, som hver absorberer lys. Andre pigmenter absorberer det også, men de er ikke i stand til fotosyntese. Prosessen foregår bare i deler av klorofyllmolekylene. De gjenværende molekylene danner antenne- og lys-høstende komplekser (LHC). De samler opp kvanter av lysstråling og overfører dem til reaksjonssentre, som også kalles feller. Reaksjonssentre er lokalisert i fotosystemer, hvorav en fotosyntetisk plante har to. Den første inneholder et klorofyllmolekyl som er i stand til å absorbere lys med en bølgelengde på 700 nm, og den andre - 680 nm.

Så to typer klorofyllmolekyler absorberer lys og blir opphisset, noe som får elektroner til å bevege seg til et høyere energinivå. Eksiterte elektroner, som har en stor mengde energi, rives av og går inn i transportkjeden som ligger i thylakoidmembranene (indre strukturer av kloroplaster).

Elektronovergang

Et elektron fra det første fotosystemet går fra klorofyll P680 til plastokinon, og et elektron fra det andre systemet går til ferredoksin. I dette tilfellet, på stedet der elektroner fjernes, dannes et ledig rom i klorofyllmolekylet.

For å kompensere for mangelen, aksepterer klorofyll P680-molekylet elektroner fra vann, og danner hydrogenioner. Og det andre klorofyllmolekylet kompenserer for mangelen gjennom et system av bærere fra det første fotosystemet.

Dette er hvordan lysfasen av fotosyntesen fortsetter, hvis essens er overføring av elektroner. Parallelt med elektrontransport er bevegelsen av hydrogenioner gjennom membranen. Dette fører til deres akkumulering inne i thylakoiden. Akkumulerer i store mengder, de frigjøres utover ved hjelp av en konjugerende faktor. Resultatet av elektrontransport er dannelsen av forbindelsen NADH. Og overføringen av hydrogenioner fører til dannelsen av energivalutaen ATP.

På slutten av lysfasen kommer oksygen inn i atmosfæren, og ATP og NADH dannes inne i kronbladet. Så begynner den mørke fasen av fotosyntesen.

Mørk fase

Denne fasen av fotosyntesen krever karbondioksid. Planten absorberer det hele tiden fra luften. For dette formålet er det stomata på overflaten av bladet - spesielle strukturer som, når de åpnes, absorberer karbondioksid. Når det kommer inn i bladet, oppløses det i vann og deltar i prosessene i lysfasen.

Under den lette fasen i de fleste planter binder karbondioksid seg til en organisk forbindelse som inneholder 5 karbonatomer. Resultatet er et par molekyler av en tre-karbonforbindelse kalt 3-fosfoglyserinsyre. Det er nettopp fordi denne forbindelsen er det primære resultatet av prosessen at planter med denne typen fotosyntese kalles C 3-planter.

Ytterligere prosesser som foregår i kloroplaster er svært komplekse for uerfarne mennesker. Sluttresultatet er en seks-karbonforbindelse som syntetiserer enkle eller komplekse karbohydrater. Det er i form av karbohydrater at planten akkumulerer energi. En liten del av stoffene forblir i bladet og dekker dets behov. De resterende karbohydratene sirkulerer gjennom hele planten og leveres til de stedene hvor det er mest behov for dem.

Fotosyntese om vinteren

Mange har lurt på minst en gang i livet hvor oksygen kommer fra i den kalde årstiden. For det første produseres oksygen ikke bare av løvplanter, men også av bartrær og marine planter. Og hvis løvfellende planter fryser om vinteren, fortsetter bartrær å puste, men mindre intenst. For det andre er oksygeninnholdet i atmosfæren ikke avhengig av om trærne har kastet bladene. Oksygen opptar 21 % av atmosfæren, hvor som helst på planeten vår når som helst på året. Denne verdien endres ikke, siden luftmasser beveger seg veldig raskt, og vinteren forekommer ikke samtidig i alle land. Vel, og for det tredje, om vinteren i de nedre luftlagene som vi inhalerer, er oksygeninnholdet enda høyere enn om sommeren. Årsaken til dette fenomenet er lav temperatur, på grunn av hvilken oksygen blir tettere.

Konklusjon

I dag husket vi hva fotosyntese er, hva klorofyll er, og hvordan planter frigjør oksygen ved å absorbere karbondioksid. Selvfølgelig er fotosyntese den viktigste prosessen i livene våre. Det minner oss om behovet for å ta vare på naturen.

Planter får alt de trenger for vekst og utvikling fra miljøet. Slik skiller de seg fra andre levende organismer. For at de skal utvikle seg godt, trenger de fruktbar jord, naturlig eller kunstig vanning og god belysning. Ingenting vil vokse i mørket.

Jord er en kilde til vann og næringsrike organiske forbindelser og mikroelementer. Men trær, blomster og gress trenger også solenergi. Det er under påvirkning av sollys at visse reaksjoner oppstår, som et resultat av at karbondioksid absorbert fra luften omdannes til oksygen. Denne prosessen kalles fotosyntese. Den kjemiske reaksjonen som skjer under påvirkning av sollys fører også til dannelse av glukose og vann. Disse stoffene er avgjørende for at planten skal utvikle seg.

På kjemikernes språk ser reaksjonen slik ut: 6CO2 + 12H2O + lys = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. En forenklet form av ligningen: karbondioksid + vann + lys = glukose + oksygen + vann.

Bokstavelig talt er "fotosyntese" oversatt som "sammen med lys." Dette ordet består av to enkle ord "foto" og "syntese". Solen er en veldig kraftig energikilde. Folk bruker den til å generere strøm, isolere hus og varme opp vann. Planter trenger også energi fra solen for å opprettholde liv. Glukose, produsert under fotosyntesen, er et enkelt sukker som er et av de viktigste næringsstoffene. Planter bruker det til vekst og utvikling, og overskuddet avsettes i blader, frø og frukt. Ikke all glukosen forblir uendret i de grønne delene av planter og frukt. Enkle sukkerarter har en tendens til å forvandles til mer komplekse sukkerarter, som inkluderer stivelse. Planter bruker opp slike reserver i perioder med næringsmangel. De bestemmer næringsverdien til urter, frukt, blomster, blader for dyr og mennesker som spiser plantemat.

Hvordan absorberer planter lys?

Prosessen med fotosyntese er ganske kompleks, men den kan beskrives kort slik at den blir forståelig selv for barn i skolealder. Et av de vanligste spørsmålene gjelder mekanismen for lysabsorpsjon. Hvordan kommer lysenergi inn i planter? Prosessen med fotosyntese skjer i bladene. Bladene til alle planter inneholder grønne celler - kloroplaster. De inneholder et stoff som heter klorofyll. Klorofyll er pigmentet som gir bladene deres grønne farge og er ansvarlig for å absorbere lysenergi. Mange har ikke tenkt på hvorfor bladene til de fleste planter er brede og flate. Det viser seg at naturen sørget for dette av en grunn. Den brede overflaten lar deg absorbere mer sollys. Av samme grunn lages solcellepaneler brede og flate.

Den øvre delen av bladene er beskyttet av et voksaktig lag (kutikula) mot vanntap og negative effekter av vær og skadedyr. Det kalles palisade. Hvis du ser nøye på bladet, kan du se at oversiden er lysere og jevnere. Den rike fargen oppnås på grunn av at det er flere kloroplaster i denne delen. Overskudd av lys kan redusere plantens evne til å produsere oksygen og glukose. Når det utsettes for sterk sol, blir klorofyll skadet og dette bremser fotosyntesen. En nedgang oppstår også med høstens ankomst, når det er mindre lys, og bladene begynner å bli gule på grunn av ødeleggelsen av kloroplaster i dem.

Vannets rolle i fotosyntesen og for å opprettholde plantelivet kan ikke undervurderes. Vann er nødvendig for:

• forsyne planter med mineraler oppløst i den;
• opprettholde tone;
• kjøling;
• muligheten for kjemiske og fysiske reaksjoner.

Trær, busker og blomster absorberer vann fra jorden med røttene, og deretter stiger fuktigheten langs stilken og passerer inn i bladene langs årer som er synlige selv for det blotte øye.

Karbondioksid kommer inn gjennom små hull nederst på bladet - stomata. I nedre del av bladet er cellene ordnet slik at karbondioksid kan trenge dypere inn. Dette gjør også at oksygenet som produseres ved fotosyntese lett kan forlate bladet. Som alle levende organismer, er planter utstyrt med evnen til å puste. Dessuten, i motsetning til dyr og mennesker, absorberer de karbondioksid og frigjør oksygen, og ikke omvendt. Der det er mange planter, er luften veldig ren og frisk. Derfor er det så viktig å ta vare på trær og busker og lage offentlige hager og parker i store byer.

Lyse og mørke faser av fotosyntesen

Prosessen med fotosyntese er kompleks og består av to faser - lys og mørk. Lysfasen er bare mulig i nærvær av sollys. Når de utsettes for lys, ioniseres klorofyllmolekyler, noe som resulterer i energi som fungerer som en katalysator for kjemiske reaksjoner. Rekkefølgen av hendelser som skjer i denne fasen er som følger:

• lys treffer klorofyllmolekylet, som absorberes av det grønne pigmentet og setter det i en opphisset tilstand;
• vann deler seg;
• ATP syntetiseres, som er en energiakkumulator.

Den mørke fasen av fotosyntesen skjer uten deltakelse av lysenergi. På dette stadiet dannes glukose og oksygen. Det er viktig å forstå at dannelsen av glukose og oksygen skjer døgnet rundt, og ikke bare om natten. Den mørke fasen kalles fordi tilstedeværelsen av lys ikke lenger er nødvendig for at den skal oppstå. Katalysatoren er ATP, som ble syntetisert tidligere.

Viktigheten av fotosyntese i naturen

Fotosyntese er en av de viktigste naturlige prosessene. Det er nødvendig ikke bare å opprettholde plantelivet, men også for alt liv på planeten. Fotosyntese er nødvendig for:

• gi dyr og mennesker mat;
• fjerne karbondioksid og mette luften med oksygen;
• opprettholde næringssyklusen.

Alle planter er avhengige av fotosyntesehastigheten. Solenergi kan sees på som en faktor som fremmer eller hemmer vekst. For eksempel, i de sørlige regionene og områdene er det mye sol og planter kan bli ganske høye. Hvis vi vurderer hvordan prosessen foregår i akvatiske økosystemer, er det ingen mangel på sollys på overflaten av hav og hav, og rikelig algevekst observeres i disse lagene. I dypere vannlag er det mangel på solenergi, noe som påvirker veksthastigheten til vannfloraen.

Prosessen med fotosyntese bidrar til dannelsen av ozonlaget i atmosfæren. Dette er veldig viktig siden det bidrar til å beskytte alt liv på planeten mot de skadelige effektene av ultrafiolette stråler.

Ethvert grønt blad er en liten fabrikk av oksygen og næringsstoffer som er nødvendige for mennesker og dyr for normalt liv. Prosessen med å produsere disse stoffene fra karbondioksid og vann fra atmosfæren kalles fotosyntese.

Fotosyntese er en kompleks prosess som skjer med direkte deltakelse av lys. Selve konseptet "fotosyntese" kommer fra to greske ord: "foto" - lys og "syntese" - kombinasjon. Prosessen med fotosyntese består av to stadier: absorpsjon av lyskvanter og bruk av deres energi i ulike kjemiske reaksjoner Planten absorberer lys ved hjelp av et grønt stoff som kalles klorofyll. Klorofyll finnes i såkalte kloroplaster, som kan finnes i stilker eller til og med frukt. Det er spesielt mange av dem i, fordi takket være den flate strukturen, er bladet i stand til å tiltrekke seg mer lys, og følgelig motta mer energi for fotosyntese. Etter absorpsjon går klorofyll over i og overfører energi til andre molekyler i planteorganismen, spesielt de som er involvert i fotosyntese. Den andre fasen av prosessen finner sted uten obligatorisk deltagelse av lyskvanter og består av dannelsen av kjemiske bindinger med deltakelse av vann og karbondioksid hentet fra luften. På dette stadiet syntetiseres ulike stoffer som er nyttige for livet, som stivelse. Disse organiske stoffene brukes av planten selv for å gi næring til de ulike delene og opprettholde et normalt liv. I tillegg oppnås disse stoffene ved å spise planter, og av mennesker som spiser mat av både plante- og animalsk opprinnelse.Fotosyntese kan skje både under påvirkning av sollys og kunstig lys. I naturen "arbeider" planter som regel intensivt om våren og sommeren, når det er mye sollys. Om høsten blir lyset mindre, dagene forkortes, bladene blir gule og faller av. Men så snart den varme vårsolen begynner å gry, dukker grønt løvverk opp igjen og grønne "fabrikker" begynner arbeidet igjen for å gi oksygen, så nødvendig for livet, og andre næringsstoffer.

Video om emnet

Alle levende vesener trenger mat for å overleve. Heterotrofe organismer – forbrukere – bruker ferdige organiske forbindelser, mens autotrofe produsenter selv lager organiske stoffer i prosessen med fotosyntese og kjemosyntese. De viktigste produsentene på jorden er grønne planter.

Det er en sekvens av kjemiske reaksjoner som involverer fotosyntetiske pigmenter, som et resultat av at organisk materiale dannes fra karbondioksid og vann i lyset. I den overordnede ligningen kombineres seks karbondioksidmolekyler med seks vannmolekyler for å danne ett molekyl som brukes til energiproduksjon og lagring. På slutten av reaksjonen dannes også seks oksygenmolekyler som et "biprodukt". Prosessen med fotosyntese består av en lys og mørk fase. Lyskvanter eksiterer elektronene i klorofyllmolekylet og overfører dem til et høyere energinivå. Også, med deltakelse av lysstråler, oppstår fotolyse av vann - spaltning av et vannmolekyl i hydrogenkationer, negativt ladede elektroner og et fritt oksygenmolekyl. Energien som er lagret i de molekylære bindingene omdannes til adenosintrifosfat (ATP) og vil bli frigjort i det andre stadiet av fotosyntesen. I den mørke fasen kombineres karbondioksid direkte med dannelsen av glukose. En nødvendig betingelse for at fotosyntese skal skje i cellene er det grønne pigmentet - klorofyll, så det forekommer i grønne planter og noen fotosyntetiske bakterier. Fotosyntetiske prosesser gir planeten organisk biomasse, atmosfærisk oksygen og, som et resultat, et beskyttende ozonskjold. I tillegg reduserer de konsentrasjonen av karbondioksid i atmosfæren. I tillegg til fotosyntese kan karbondioksid omdannes til organisk materiale gjennom kjemosyntese, som skiller seg fra den første i fravær av lysreaksjoner. Kjemosyntetika bruker lys som energikilde, og energien til redokskjemiske reaksjoner. For eksempel oksiderer nitrifiserende bakterier ammoniakk til salpetersyre og salpetersyre, jernbakterier omdanner jernholdig jern til jernholdig jern, svovelbakterier oksiderer hydrogensulfid til svovel eller svovelsyre. Alle disse reaksjonene frigjør energi, som deretter brukes til syntese av organiske stoffer. Bare visse typer bakterier er i stand til kjemosyntese. Kjemosyntetiske bakterier produserer ikke atmosfærisk oksygen og akkumulerer ikke store mengder biomasse, men de ødelegger bergarter, deltar i dannelsen av mineraler og renser avløpsvann. Den biogeokjemiske rollen til kjemosyntese er å sikre syklusen av nitrogen, svovel, jern og andre elementer i naturen.

Video om emnet

Fotosyntese- prosessen med syntese av organiske stoffer ved bruk av lysenergi. Organismer som er i stand til å syntetisere organiske stoffer fra uorganiske forbindelser kalles autotrofe. Fotosyntese er bare karakteristisk for celler av autotrofe organismer. Heterotrofe organismer er ikke i stand til å syntetisere organiske stoffer fra uorganiske forbindelser.
Cellene til grønne planter og noen bakterier har spesielle strukturer og komplekser av kjemikalier som gjør at de kan fange energi fra sollys.

Kloroplastenes rolle i fotosyntesen

Planteceller inneholder mikroskopiske formasjoner - kloroplaster. Dette er organeller der energi og lys absorberes og omdannes til energien til ATP og andre molekyler - energibærere. Grana av kloroplaster inneholder klorofyll, et komplekst organisk stoff. Klorofyll fanger opp lysenergi for bruk i biosyntesen av glukose og andre organiske stoffer. Enzymene som er nødvendige for syntesen av glukose er også lokalisert i kloroplaster.

Lett fase av fotosyntesen

Et kvantum av rødt lys absorbert av klorofyll overfører elektronet til en eksitert tilstand. Et elektron begeistret av lys får en stor tilførsel av energi, som et resultat av at det beveger seg til et høyere energinivå. Et elektron begeistret av lys kan sammenlignes med en stein hevet til en høyde, som også får potensiell energi. Han mister den, faller fra en høyde. Det eksiterte elektronet beveger seg som i trinn langs en kjede av komplekse organiske forbindelser innebygd i kloroplasten. Ved å bevege seg fra ett trinn til et annet, mister elektronet energi, som brukes til syntese av ATP. Elektronet som kastet bort energi går tilbake til klorofyll. En ny del av lysenergi begeistrer igjen klorofyllelektronet. Den følger igjen samme vei, og bruker energi på dannelsen av ATP-molekyler.
Hydrogenioner og elektroner, nødvendige for restaurering av energibærende molekyler, dannes ved spaltning av vannmolekyler. Nedbrytningen av vannmolekyler i kloroplaster utføres av et spesielt protein under påvirkning av lys. Denne prosessen kalles fotolyse av vann.
Dermed blir energien til sollys direkte brukt av plantecellen til å:
1. eksitasjon av klorofyllelektroner, hvis energi brukes videre på dannelsen av ATP og andre energibærermolekyler;
2. fotolyse av vann, tilførsel av hydrogenioner og elektroner til lysfasen i fotosyntesen.
Dette frigjør oksygen som et biprodukt av fotolysereaksjoner. Stadiet der det dannes energirike forbindelser på grunn av lysets energi - ATP og energibærende molekyler, kalt lysfase i fotosyntesen.

Mørk fase av fotosyntesen

Kloroplaster inneholder femkarbonsukker, hvorav ett ribulosedifosfat, er en karbondioksidakseptor. Et spesielt enzym binder femkarbonsukker med karbondioksid i luften. I dette tilfellet dannes forbindelser som ved å bruke energien til ATP og andre energibærermolekyler reduseres til et glukosemolekyl med seks karbon. Lysenergien som omdannes under lysfasen til energien til ATP og andre energibærermolekyler brukes således til syntese av glukose. Disse prosessene kan foregå i mørket.
Det var mulig å isolere kloroplaster fra planteceller, som i et reagensrør under påvirkning av lys utførte fotosyntese - de dannet nye glukosemolekyler og absorberte karbondioksid. Hvis belysningen av kloroplastene ble stoppet, stoppet også syntesen av glukose. Imidlertid, hvis ATP og reduserte energibærermolekyler ble tilsatt til kloroplastene, ble glukosesyntesen gjenopptatt og kunne fortsette i mørket. Dette betyr at lys egentlig bare trengs for å syntetisere ATP og lade energibærende molekyler. Absorpsjon av karbondioksid og dannelse av glukose i planter kalt mørk fase av fotosyntesen fordi hun kan gå i mørket.
Intens belysning og økt karbondioksidinnhold i luften fører til økt fotosynteseaktivitet.

Fotosyntese er prosessen med syntese av organiske stoffer fra uorganiske ved bruk av lysenergi. I de aller fleste tilfeller utføres fotosyntesen av planter som bruker cellulære organeller som f.eks kloroplaster som inneholder grønt pigment klorofyll.

Hvis planter ikke var i stand til å syntetisere organisk materiale, ville nesten alle andre organismer på jorden ikke hatt noe å spise, siden dyr, sopp og mange bakterier ikke kan syntetisere organiske stoffer fra uorganiske. De absorberer bare ferdige, deler dem opp i enklere, hvorfra de igjen setter sammen komplekse, men allerede karakteristiske for kroppen deres.

Dette er tilfellet hvis vi snakker om fotosyntese og dens rolle veldig kort. For å forstå fotosyntesen må vi si mer: hvilke spesifikke uorganiske stoffer brukes, hvordan oppstår syntese?

Fotosyntese krever to uorganiske stoffer - karbondioksid (CO 2) og vann (H 2 O). Den første absorberes fra luften av overjordiske deler av planter hovedsakelig gjennom stomata. Vann kommer fra jorda, hvorfra det blir levert til fotosyntetiske celler av plantens ledningssystem. Fotosyntese krever også energien til fotoner (hν), men de kan ikke tilskrives materie.

Totalt produserer fotosyntesen organisk materiale og oksygen (O2). Typisk betyr organisk materiale oftest glukose (C 6 H 12 O 6).

Organiske forbindelser består for det meste av karbon-, hydrogen- og oksygenatomer. De finnes i karbondioksid og vann. Under fotosyntesen frigjøres imidlertid oksygen. Atomene er hentet fra vann.

Kort og generelt er ligningen for reaksjonen av fotosyntese vanligvis skrevet som følger:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Men denne ligningen gjenspeiler ikke essensen av fotosyntese og gjør den ikke forståelig. Se, selv om ligningen er balansert, er det totale antallet atomer i fritt oksygen i den 12. Men vi sa at de kommer fra vann, og det er bare 6 av dem.

Faktisk skjer fotosyntesen i to faser. Den første heter lys, sekund - mørk. Slike navn skyldes det faktum at lys bare er nødvendig for lysfasen, den mørke fasen er uavhengig av dens tilstedeværelse, men dette betyr ikke at den oppstår i mørket. Den lyse fasen forekommer på membranene til thylakoidene i kloroplasten, og den mørke fasen forekommer i kloroplastens stroma.

I den lette fasen skjer ikke CO 2 -binding. Alt som skjer er fangst av solenergi av klorofyllkomplekser, lagring i ATP og bruk av energi for å redusere NADP til NADP*H 2 . Strømmen av energi fra lyseksitert klorofyll leveres av elektroner som overføres langs elektrontransportkjeden av enzymer som er bygget inn i tylakoidmembranene.

Hydrogenet for NADP kommer fra vann, som spaltes av sollys til oksygenatomer, hydrogenprotoner og elektroner. Denne prosessen kalles fotolyse. Oksygen fra vann er ikke nødvendig for fotosyntese. Oksygenatomer fra to vannmolekyler kombineres for å danne molekylært oksygen. Reaksjonsligningen for lysfasen av fotosyntesen ser kort slik ut:

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

Dermed skjer frigjøringen av oksygen under lysfasen av fotosyntesen. Antall ATP-molekyler syntetisert fra ADP og fosforsyre per fotolyse av ett vannmolekyl kan være forskjellig: en eller to.

Så ATP og NADP*H 2 kommer fra den lyse fasen til den mørke fasen. Her brukes energien til den første og den reduserende kraften til den andre på binding av karbondioksid. Dette stadiet av fotosyntese kan ikke forklares enkelt og konsist fordi det ikke foregår på en slik måte at seks CO 2 -molekyler kombineres med hydrogen frigjort fra NADP*H 2-molekyler for å danne glukose:

6CO 2 + 6 NADP*H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6 NADP
(reaksjonen skjer med forbruk av energi ATP, som brytes ned til ADP og fosforsyre).

Den gitte reaksjonen er bare en forenkling for å gjøre den lettere å forstå. Faktisk binder karbondioksidmolekyler ett om gangen, og blir med det allerede tilberedte organiske stoffet med fem karbon. Det dannes et ustabilt organisk stoff med seks karbon, som brytes ned til karbohydratmolekyler med tre karbon. Noen av disse molekylene brukes til å resyntetisere det opprinnelige femkarbonstoffet for å binde CO 2 . Denne resyntesen er sikret Calvin syklus. En minoritet av karbohydratmolekyler som inneholder tre karbonatomer går ut av syklusen. Alle andre organiske stoffer (karbohydrater, fett, proteiner) syntetiseres fra dem og andre stoffer.

Det vil si at trekarbonsukker, ikke glukose, kommer ut av den mørke fasen av fotosyntesen.

Fotosyntese er et sett med prosesser for syntese av organiske forbindelser fra uorganiske på grunn av omdannelsen av lysenergi til energien til kjemiske bindinger. Fototrofiske organismer inkluderer grønne planter, noen prokaryoter - cyanobakterier, lilla og grønne svovelbakterier og planteflagellater.

Forskning på prosessen med fotosyntese begynte i andre halvdel av 1700-tallet. En viktig oppdagelse ble gjort av den fremragende russiske forskeren K. A. Timiryazev, som underbygget læren om grønne planters kosmiske rolle. Planter absorberer sollys og konverterer lysenergi til energien til kjemiske bindinger av organiske forbindelser syntetisert av dem. Dermed sikrer de bevaring og utvikling av liv på jorden. Forskeren har også teoretisk underbygget og eksperimentelt bevist rollen til klorofyll i absorpsjonen av lys under fotosyntesen.

Klorofyll er de viktigste fotosyntetiske pigmentene. De ligner i strukturen på hemoglobin, men inneholder magnesium i stedet for jern. Jerninnhold er nødvendig for å sikre syntesen av klorofyllmolekyler. Det er flere klorofyller som er forskjellige i deres kjemiske struktur. Obligatorisk for alle fototrofer er klorofyll a . Klorofyllb finnes i grønne planter klorofyll c – i kiselalger og brunalger. Klorofyll d karakteristisk for rødalger.

Grønne og lilla fotosyntetiske bakterier har spesielle bakterioklorofyller . Bakteriell fotosyntese har mye til felles med plantefotosyntese. Den skiller seg ved at hos bakterier er hydrogengiveren hydrogensulfid, og hos planter er det vann. Grønne og lilla bakterier har ikke fotosystem II. Bakteriell fotosyntese er ikke ledsaget av frigjøring av oksygen. Den generelle ligningen for bakteriell fotosyntese er:

6C02 + 12H2S → C6H12O6 + 12S + 6H20.

Fotosyntese er basert på redoksprosessen. Det er assosiert med overføring av elektroner fra forbindelser som leverer elektrondonorer til forbindelser som aksepterer dem - akseptorer. Lysenergi omdannes til energien til syntetiserte organiske forbindelser (karbohydrater).

Det er spesielle strukturer på membranene til kloroplaster - reaksjonssentre som inneholder klorofyll. I grønne planter og cyanobakterier er det to fotosystemer – først (jeg) Og andre (II) , som har forskjellige reaksjonssentre og er sammenkoblet gjennom et elektronoverføringssystem.

To faser av fotosyntesen

Prosessen med fotosyntese består av to faser: lys og mørk.

Oppstår bare i nærvær av lys på de indre membranene til mitokondrier i membranene til spesielle strukturer - thylakoider . Fotosyntetiske pigmenter fanger opp lyskvanter (fotoner). Dette fører til "eksitasjon" av et av elektronene i klorofyllmolekylet. Ved hjelp av bærermolekyler beveger elektronet seg til den ytre overflaten av thylakoidmembranen, og får en viss potensiell energi.

Dette elektronet i fotosystem I kan gå tilbake til energinivået og gjenopprette det. NADP (nikotinamidadenindinukleotidfosfat) kan også overføres. Ved å samhandle med hydrogenioner gjenoppretter elektroner denne forbindelsen. Redusert NADP (NADP H) tilfører hydrogen for å redusere atmosfærisk CO 2 til glukose.

Lignende prosesser skjer i fotosystem II . Eksiterte elektroner kan overføres til fotosystem I og gjenopprette det. Restaureringen av fotosystem II skjer på grunn av elektroner tilført av vannmolekyler. Vannmolekyler splittes (fotolyse av vann) til hydrogenprotoner og molekylært oksygen, som slippes ut i atmosfæren. Elektronene brukes til å gjenopprette fotosystem II. Vannfotolyseligning:

2Н 2 0 → 4Н + + 0 2 + 2е.

Når elektroner fra den ytre overflaten av thylakoidmembranen går tilbake til forrige energinivå, frigjøres energi. Det er lagret i form av kjemiske bindinger av ATP-molekyler, som syntetiseres under reaksjoner i begge fotosystemene. Prosessen med ATP-syntese med ADP og fosforsyre kalles fotofosforylering . Noe av energien brukes til å fordampe vann.

Under fotosyntesens lette fase dannes det energirike forbindelser: ATP og NADP H. Ved nedbrytning (fotolyse) av vannmolekyler frigjøres molekylært oksygen til atmosfæren.

Reaksjoner finner sted i det indre miljøet til kloroplaster. De kan oppstå både i nærvær av lys og uten det. Organiske stoffer syntetiseres (CO 2 reduseres til glukose) ved hjelp av energien som ble dannet i lysfasen.

Prosessen med karbondioksidreduksjon er syklisk og kalles Calvin syklus . Oppkalt etter den amerikanske forskeren M. Calvin, som oppdaget denne sykliske prosessen.

Syklusen begynner med reaksjonen av atmosfærisk karbondioksid med ribulosebifosfat. Prosessen katalyseres av et enzym karboksylase . Ribulosebifosfat er et femkarbonsukker kombinert med to fosforsyreenheter. En rekke kjemiske transformasjoner forekommer, som hver er katalysert av sitt eget spesifikke enzym. Hvordan dannes sluttproduktet av fotosyntesen? glukose , og ribulosebifosfat reduseres også.

Den overordnede ligningen for prosessen med fotosyntese er:

6C02 + 6H20 → C6H12O6 + 602

Takket være prosessen med fotosyntese absorberes lysenergi fra solen og omdannes til energien til kjemiske bindinger av syntetiserte karbohydrater. Energi overføres gjennom næringskjeder til heterotrofe organismer. Under fotosyntesen absorberes karbondioksid og oksygen frigjøres. Alt atmosfærisk oksygen er av fotosyntetisk opprinnelse. Over 200 milliarder tonn fritt oksygen slippes ut årlig. Oksygen beskytter livet på jorden mot ultrafiolett stråling ved å lage et ozonskjold i atmosfæren.

Prosessen med fotosyntese er ineffektiv, siden bare 1-2% av solenergien omdannes til syntetisert organisk materiale. Dette skyldes at planter ikke absorberer lys nok, en del av det absorberes av atmosfæren osv. Det meste av sollyset reflekteres fra jordoverflaten tilbake til verdensrommet.