A fotoszintézis folyamata. Mi a fotoszintézis, vagy miért zöld a fű? Dendrobium speciosum orchidea, virágai csak éjszaka nyílnak

A fotoszintézis a fényenergia kémiai kötések energiájává történő átalakítása szerves vegyületek.

A fotoszintézis jellemző a növényekre, beleértve az összes algát, számos prokariótát, beleértve a cianobaktériumokat, és néhány egysejtű eukariótát.

A legtöbb esetben a fotoszintézis melléktermékként oxigént (O2) termel. Ez azonban nem mindig így van, mivel a fotoszintézisnek több különböző útja van. Oxigén felszabadulás esetén forrása a víz, amelyből a hidrogénatomok a fotoszintézis szükségleteire válnak le.

A fotoszintézis számos reakcióból áll, amelyekben különféle pigmentek, enzimek, koenzimek vesznek részt, stb. A fő pigmentek a klorofillok, ezen kívül a karotinoidok és a fikobilinek.

A természetben a növények fotoszintézisének két útja gyakori: a C 3 és a C 4. Más élőlényeknek sajátos reakcióik vannak. Mindezek a különböző folyamatok a „fotoszintézis” kifejezés alatt egyesülnek – összességében mindegyikben a fotonok energiája kémiai kötéssé alakul. Összehasonlításképpen: a kemoszintézis során egyes vegyületek kémiai kötésének energiája (szervetlen) átalakul más - szerves - vegyületté.

A fotoszintézisnek két fázisa van: világos és sötét. Az első a fénysugárzástól (hν) függ, amely a reakciók létrejöttéhez szükséges. A sötét fázis fényfüggetlen.

A növényekben a fotoszintézis a kloroplasztiszokban megy végbe. Minden reakció eredményeként primer szerves anyagok keletkeznek, amelyekből aztán szénhidrátok, aminosavak, zsírsavak, stb. glükóz - a fotoszintézis leggyakoribb terméke:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Az O 2 molekulában lévő oxigénatomokat nem a szén-dioxidból, hanem a vízből veszik. Szén-dioxid – szénforrás, ami fontosabb. Kötésének köszönhetően a növényeknek lehetőségük van szerves anyagok szintetizálására.

A fent bemutatott kémiai reakció általános és teljes. Ez távol áll a folyamat lényegétől. Tehát a glükóz nem hat különálló szén-dioxid-molekulából képződik. A CO 2 megkötése egyszerre egy molekula, amely először egy meglévő öt szénatomos cukorhoz kötődik.

A prokariótáknak megvannak a saját fotoszintézis jellemzői. Tehát a baktériumokban a fő pigment a bakterioklorofill, és az oxigén nem szabadul fel, mivel a hidrogént nem vízből veszik, hanem gyakran hidrogén-szulfidból vagy más anyagokból. A kék-zöld algákban a fő pigment a klorofill, és a fotoszintézis során oxigén szabadul fel.

A fotoszintézis könnyű fázisa

A fotoszintézis fényfázisában a sugárzási energia hatására ATP és NADP H 2 szintetizálódik. Megtörténik a kloroplaszt tilakoidokon, ahol a pigmentek és az enzimek komplex komplexeket képeznek az elektrokémiai áramkörök működéséhez, amelyeken keresztül elektronok és részben hidrogén protonok továbbítják.

Az elektronok végül a NADP koenzimhez kötnek, amely negatív töltés esetén magához vonz néhány protont, és NADP H 2 -dá alakul. Ezenkívül a tilakoid membrán egyik oldalán a protonok, a másikon az elektronok felhalmozódása elektrokémiai gradienst hoz létre, amelynek potenciálját az ATP szintetáz enzim használja fel az ATP ADP-ből és foszforsavból történő szintetizálására.

A fotoszintézis fő pigmentjei a különböző klorofillok. Molekuláik bizonyos, részben eltérő spektrumú fény sugárzását rögzítik. Ebben az esetben a klorofillmolekulák egyes elektronjai magasabb energiaszintre mozognak. Ez egy instabil állapot, és elméletileg az elektronoknak ugyanazon a sugárzáson keresztül a kívülről kapott energiát az űrbe kell engedniük, és vissza kell térniük az előző szintre. A fotoszintetikus sejtekben azonban a gerjesztett elektronokat az akceptorok befogják, és energiájuk fokozatos csökkenésével a hordozók lánca mentén továbbítják őket.

A tilakoid membránokon kétféle fotorendszer található, amelyek fény hatására elektronokat bocsátanak ki. A fotorendszerek többnyire klorofill pigmentekből álló komplex komplexum, amelynek reakcióközpontja az elektronokat eltávolítja. Egy fotorendszerben a napfény sok molekulát megfog, de az összes energia a reakcióközpontban gyűlik össze.

Az I. fotorendszerből származó elektronok, amelyek áthaladnak a transzporterek láncán, csökkentik a NADP-t.

A II. fotorendszerből felszabaduló elektronok energiáját használják fel az ATP szintézisére. A II. fotorendszer elektronjai pedig maguk töltik ki az I. fotorendszer elektronlyukait.

A második fotorendszer lyukai tele vannak a keletkező elektronokkal víz fotolízise. A fotolízis a fény részvételével is megtörténik, és a H 2 O protonokra, elektronokra és oxigénre bomlásából áll. A víz fotolízisének eredményeként szabad oxigén képződik. A protonok részt vesznek az elektrokémiai gradiens létrehozásában és a NADP csökkentésében. Az elektronokat a II. fotorendszer klorofillja fogadja.

A fotoszintézis fényfázisának hozzávetőleges összefoglaló egyenlete:

H 2 O + NADP + 2ADP + 2P → ½O 2 + NADP H 2 + 2ATP

Ciklikus elektrontranszport

Az úgynevezett a fotoszintézis nem ciklikus fényfázisa. Van még néhány ciklikus elektrontranszport, ha nem történik NADP redukció. Ebben az esetben az I fotorendszerből származó elektronok a transzporter láncba kerülnek, ahol az ATP szintézis megtörténik. Vagyis ez az elektronszállító lánc az I. fotorendszerből fogad elektronokat, nem a II. Az első fotorendszer mintegy ciklust valósít meg: az általa kibocsátott elektronok visszakerülnek hozzá. Útközben energiájuk egy részét ATP-szintézisre fordítják.

Fotofoszforiláció és oxidatív foszforiláció

A fotoszintézis könnyű fázisa összehasonlítható a sejtlégzés szakaszával - az oxidatív foszforilációval, amely a mitokondriumok krisztjain történik. Az ATP szintézis ott is megtörténik az elektronok és protonok hordozóláncon keresztül történő átvitele miatt. A fotoszintézis esetében azonban az ATP-ben az energia nem a sejt, hanem elsősorban a fotoszintézis sötét fázisának szükségleteire raktározódik. És ha a légzés során a kezdeti energiaforrás szerves anyagok, akkor a fotoszintézis során a napfény. Az ATP szintézisét a fotoszintézis során ún fotofoszforiláció oxidatív foszforiláció helyett.

A fotoszintézis sötét fázisa

Calvin, Benson és Bassem először tanulmányozta részletesen a fotoszintézis sötét fázisát. Az általuk felfedezett reakcióciklust később Calvin-ciklusnak vagy C 3 fotoszintézisnek nevezték el. Bizonyos növénycsoportokban egy módosított fotoszintetikus útvonal figyelhető meg - C 4, amelyet Hatch-Slack ciklusnak is neveznek.

A fotoszintézis sötét reakcióiban a CO 2 rögzül. A sötét fázis a kloroplasztisz strómájában fordul elő.

A CO 2 redukciója az ATP energiája és a NADP H 2 fényreakciókban képződő redukáló ereje miatt következik be. Nélkülük nem történik szénmegkötés. Ezért, bár a sötét fázis nem közvetlenül függ a fénytől, általában fényben is előfordul.

Calvin ciklus

A sötét fázis első reakciója a CO 2 hozzáadása ( karboxilezése) 1,5-ribulóz-bifoszfáttá ( Ribulóz-1,5-biszfoszfát) – RiBF. Ez utóbbi egy kétszeresen foszforilált ribóz. Ezt a reakciót a ribulóz-1,5-difoszfát-karboxiláz enzim katalizálja. rubisco.

A karboxilezés eredményeként instabil hat szénatomos vegyület keletkezik, amely hidrolízis eredményeként két három szénatomos molekulára bomlik. foszfoglicerinsav (PGA)- a fotoszintézis első terméke. A PGA-t foszfoglicerátnak is nevezik.

RiBP + CO 2 + H 2 O → 2FGK

Az FHA három szénatomot tartalmaz, amelyek közül az egyik a savas karboxilcsoport (-COOH) része:

A három szénatomos cukor (gliceraldehid-foszfát) PGA-ból képződik trióz-foszfát (TP), amely már tartalmaz egy aldehidcsoportot (-CHO):

FHA (3-sav) → TF (3-cukor)

Ehhez a reakcióhoz az ATP energiájára és a NADP H2 redukáló erejére van szükség. A TF a fotoszintézis első szénhidrátja.

Ezt követően a trióz-foszfát nagy részét a ribulóz-bifoszfát (RiBP) regenerálására fordítják, amelyet ismét a CO 2 rögzítésére használnak. A regeneráció egy sor ATP-fogyasztó reakciót foglal magában, amelyekben 3-7 szénatomos cukor-foszfátok vesznek részt.

A RiBF ezen ciklusa a Calvin-ciklus.

A benne képződött TF kisebb része elhagyja a Calvin-ciklust. 6 kötött szén-dioxid molekula tekintetében a hozam 2 molekula trióz foszfát. A ciklus teljes reakciója a bemeneti és kimeneti termékekkel:

6CO 2 + 6H 2 O → 2TP

Ebben az esetben 6 molekula RiBP vesz részt a kötődésben és 12 molekula PGA képződik, amelyek 12 TF-vé alakulnak, amelyből 10 molekula a ciklusban marad és 6 molekula RiBP-vé alakul. Mivel a TP egy három szénatomos cukor, a RiBP pedig egy öt szénatomos cukor, ezért a szénatomokra vonatkoztatva: 10 * 3 = 6 * 5. A ciklust biztosító szénatomok száma nem változik, minden szükséges A RiBP regenerálódik. A ciklusba belépő hat szén-dioxid molekulát pedig a ciklusból kilépő két trióz-foszfát molekula képzésére fordítják.

A Calvin-ciklus 6 kötött CO 2 molekulánként 18 ATP molekulát és 12 NADP H 2 molekulát igényel, amelyek a fotoszintézis könnyű fázisának reakcióiban képződtek.

A számítás a ciklusból két trióz-foszfát molekulán alapul, mivel az ezt követően kialakuló glükózmolekula 6 szénatomot tartalmaz.

A trióz-foszfát (TP) a Calvin-ciklus végterméke, de aligha nevezhető a fotoszintézis végtermékének, mivel szinte nem halmozódik fel, hanem más anyagokkal reagálva glükózzá, szacharózzá, keményítővé, zsírokká alakul. , zsírsavak és aminosavak. A TF mellett fontos szerepet játszik az FGK. Az ilyen reakciók azonban nem csak a fotoszintetikus szervezetekben fordulnak elő. Ebben az értelemben a fotoszintézis sötét fázisa megegyezik a Kálvin-ciklussal.

Hat szénatomos cukrot FHA-ból állítanak elő lépésenkénti enzimatikus katalízissel fruktóz-6-foszfát, ami átváltozik szőlőcukor. A növényekben a glükóz keményítővé és cellulózzá polimerizálódhat. A szénhidrát szintézis hasonló a glikolízis fordított folyamatához.

Fotorespiráció

Az oxigén gátolja a fotoszintézist. Minél több O 2 van a környezetben, annál kevésbé hatékony a CO 2 megkötési folyamat. A helyzet az, hogy a ribulóz-bifoszfát-karboxiláz (rubisco) enzim nemcsak szén-dioxiddal, hanem oxigénnel is reagálhat. Ebben az esetben a sötét reakciók némileg eltérőek.

A foszfoglikolát egy foszfoglikolsav. A foszfátcsoport azonnal leválik róla, és glikolsavvá (glikolát) alakul. Az „újrahasznosításhoz” ismét oxigénre van szükség. Ezért minél több oxigén van a légkörben, annál jobban serkenti a fotolégzést, és annál több oxigénre lesz szüksége a növénynek, hogy megszabaduljon a reakciótermékektől.

A fotolégzés a fénytől függő oxigénfogyasztás és szén-dioxid felszabadulás. Vagyis a gázcsere úgy történik, mint a légzés során, de a kloroplasztiszokban történik, és a fénysugárzástól függ. A fotolégzés csak a fénytől függ, mert a ribulóz-bifoszfát csak a fotoszintézis során képződik.

A fotorespiráció során a glikolát szénatomjai foszfoglicerinsav (foszfoglicerát) formájában visszakerülnek a Calvin-ciklusba.

2 glikolát (C 2) → 2 glioxilát (C 2) → 2 glicin (C 2) - CO 2 → szerin (C 3) → hidroxipiruvát (C 3) → glicerát (C 3) → FHA (C 3)

Amint látható, a visszatérés nem teljes, mivel egy szénatom elveszik, amikor két glicinmolekula a szerin aminosav egyik molekulájává alakul, és szén-dioxid szabadul fel.

Oxigénre van szükség a glikolát glioxiláttá és a glicin szerinné történő átalakulásakor.

A glikolát átalakulása glioxiláttá, majd glicinné a peroxiszómákban, a szerin szintézise pedig a mitokondriumokban történik. A szerin ismét belép a peroxiszómákba, ahol először hidroxipiruváttá, majd gliceráttá alakul. A glicerát már bejut a kloroplasztiszokba, ahol PGA szintetizálódik belőle.

A fotolégzés főként a C 3 típusú fotoszintézissel rendelkező növényekre jellemző. Károsnak tekinthető, mivel energiát pazarolnak a glikolát PGA-vá alakítására. Nyilvánvalóan a fotorespiráció annak a ténynek köszönhető, hogy az ősi növények nem voltak felkészülve a légkörben lévő nagy mennyiségű oxigénre. Evolúciójuk kezdetben szén-dioxidban gazdag atmoszférában ment végbe, és ez volt az, ami főként a rubisco enzim reakcióközpontját fogta be.

C 4 fotoszintézis, vagy a Hatch-Slack ciklus

Ha a C 3 -fotoszintézis során a sötét fázis első terméke a foszfoglicerinsav, amely három szénatomot tartalmaz, akkor a C 4 -út során az első termékek a négy szénatomos savak: almasav, oxálecetsav, aszparaginsav.

A C 4 fotoszintézis számos trópusi növényben megfigyelhető, például cukornádban és kukoricában.

A C4-es növények hatékonyabban szívják fel a szén-monoxidot, és szinte nincs fénylégzésük.

Azok a növények, amelyekben a fotoszintézis sötét fázisa a C4 útvonalon megy végbe, különleges levélszerkezettel rendelkeznek. Ebben az érkötegeket kettős sejtréteg veszi körül. A belső réteg a vezetőköteg bélése. A külső réteg mezofil sejtek. A sejtrétegek kloroplasztjai különböznek egymástól.

A mezofil kloroplasztiszokat nagyméretű grana, a fotorendszerek nagy aktivitása, valamint a RiBP-karboxiláz (rubisco) és a keményítő hiánya jellemzi. Vagyis ezeknek a sejteknek a kloroplasztiszai elsősorban a fotoszintézis fényfázisához alkalmazkodnak.

A vaszkuláris kötegsejtek kloroplasztiszaiban a grana szinte fejletlen, de a RiBP karboxiláz koncentrációja magas. Ezek a kloroplasztiszok a fotoszintézis sötét fázisához alkalmazkodtak.

A szén-dioxid először a mezofil sejtekbe kerül, szerves savakhoz kötődik, ebben a formában a buroksejtekbe kerül, felszabadul és tovább kötődik, ugyanúgy, mint a C 3 növényekben. Vagyis a C 4 út kiegészíti, nem pedig helyettesíti a C 3 -at.

A mezofilben a CO2 a foszfoenolpiruváttal (PEP) egyesülve oxál-acetátot (egy savat) képez, amely négy szénatomot tartalmaz:

A reakció a PEP karboxiláz enzim részvételével megy végbe, amelynek nagyobb affinitása a CO 2 iránt, mint a rubisco. Ezenkívül a PEP-karboxiláz nem lép kölcsönhatásba az oxigénnel, ami azt jelenti, hogy nem fordítják fotorespirációra. Így a C 4 fotoszintézis előnye a szén-dioxid hatékonyabb rögzítése, koncentrációjának növekedése a buroksejtekben, és ennek következtében a RiBP karboxiláz hatékonyabb működése, amit szinte nem is fordítanak a fotorespirációra.

Az oxálacetát 4 szénatomos dikarbonsavvá (malát vagy aszpartát) alakul, amely a köteghüvelysejtek kloroplasztiszaiba kerül. Itt a sav dekarboxileződik (CO2 eltávolítása), oxidálódik (hidrogén eltávolítása) és piruváttá alakul. A hidrogén csökkenti a NADP-t. A piruvát visszatér a mezofilbe, ahol az ATP elfogyasztásával PEP regenerálódik belőle.

A buroksejtek kloroplasztiszában leválasztott CO 2 a fotoszintézis sötét fázisának szokásos C 3 útvonalába, azaz a Calvin-ciklusba kerül.

A Hatch-Slack útvonalon keresztül történő fotoszintézis több energiát igényel.

Úgy gondolják, hogy a C4 útvonal később jött létre az evolúció során, mint a C3 útvonal, és nagyrészt a fotorespiráció elleni adaptáció.

Ahogy a neve is sugallja, a fotoszintézis lényegében szerves anyagok természetes szintézise, ​​amely során a légkörből és a vízből származó CO2 glükózzá és szabad oxigénné alakul.

Ehhez a napenergia jelenléte szükséges.

A fotoszintézis folyamatának kémiai egyenlete általában a következőképpen ábrázolható:

A fotoszintézisnek két fázisa van: sötét és világos. A fotoszintézis sötét fázisának kémiai reakciói jelentősen eltérnek a világos fázis reakcióitól, de a fotoszintézis sötét és világos fázisa egymástól függ.

A világos fázis a növényi levelekben kizárólag napfényben fordulhat elő. A sötétséghez szén-dioxid jelenléte szükséges, ezért a növénynek folyamatosan fel kell vennie a légkörből. Az alábbiakban bemutatjuk a fotoszintézis sötét és világos fázisának összes összehasonlító jellemzőjét. Ebből a célból egy összehasonlító táblázatot készítettek „Fotószintézis fázisai”.

A fotoszintézis könnyű fázisa

A fotoszintézis fényfázisának fő folyamatai a tilakoid membránokban játszódnak le. Ez magában foglalja a klorofillt, az elektrontranszport fehérjéket, az ATP-szintetázt (egy enzim, amely felgyorsítja a reakciót) és a napfényt.

Továbbá a reakciómechanizmus a következőképpen írható le: amikor napfény éri a növények zöld leveleit, szerkezetükben klorofill-elektronok (negatív töltés) gerjesztődnek, amelyek aktív állapotba kerülve elhagyják a pigmentmolekulát és a növényre jutnak. a tilakoidon kívül, melynek membránja is negatív töltésű. Ugyanakkor a klorofill molekulák oxidálódnak, a már oxidált molekulák pedig redukálódnak, így a levélszerkezetben lévő vízből elektronokat vesznek el.

Ez a folyamat oda vezet, hogy a vízmolekulák szétesnek, és a víz fotolízise során keletkező ionok feladják elektronjaikat és OH gyökökké alakulnak, amelyek képesek további reakciókat lefolytatni. Ezek a reaktív OH-gyökök azután egyesülve teljes értékű vízmolekulákat és oxigént hoznak létre. Ebben az esetben a szabad oxigén a külső környezetbe kerül.

Mindezen reakciók és átalakulások eredményeként a levél tilakoid membránja az egyik oldalon pozitívan töltődik (a H+ ion miatt), a másik oldalon pedig negatívan (elektronok miatt). Amikor a töltések közötti különbség a membrán két oldalán meghaladja a 200 mV-ot, a protonok az ATP szintetáz enzim speciális csatornáin haladnak át, és ennek köszönhetően az ADP ATP-vé alakul (a foszforilációs folyamat eredményeként). A vízből felszabaduló atomi hidrogén pedig visszaállítja a NADP+ specifikus hordozót NADP·H2-vé. Amint látjuk, a fotoszintézis fényfázisának eredményeként három fő folyamat megy végbe:

1. ATP szintézis;
2. NADP H2 létrehozása;
3. szabad oxigén képződése.

Ez utóbbi a légkörbe kerül, a NADP H2 és az ATP pedig részt vesz a fotoszintézis sötét fázisában.

A fotoszintézis sötét fázisa

A fotoszintézis sötét és világos fázisát nagy energiafelhasználás jellemzi a növény részéről, de a sötét fázis gyorsabban halad és kevesebb energiát igényel. A sötét fázis reakcióihoz nincs szükség napfényre, így nappal és éjszaka is előfordulhatnak.

Ennek a fázisnak az összes fő folyamata a növényi kloroplasztisz strómájában játszódik le, és a légkörből származó szén-dioxid egymást követő átalakulásának egyedülálló láncát képviseli. Az első reakció egy ilyen láncban a szén-dioxid rögzítése. A zökkenőmentes és gyorsabb megvalósítás érdekében a természet biztosította a RiBP-karboxiláz enzimet, amely katalizálja a CO2 rögzítését.

Ezután egy teljes reakcióciklus megy végbe, amelynek befejeződése a foszfoglicerinsav glükózzá (természetes cukorrá) történő átalakulása. Mindezek a reakciók az ATP és a NADP H2 energiáját használják fel, amelyek a fotoszintézis fényfázisában jöttek létre. A fotoszintézis a glükózon kívül más anyagokat is termel. Ezek közé tartoznak a különböző aminosavak, zsírsavak, glicerin és nukleotidok.

A fotoszintézis fázisai: összehasonlító táblázat

Fotoszintézis - videó

A bolygón minden élőlénynek szüksége van táplálékra vagy energiára a túléléshez. Egyes szervezetek más élőlényekkel táplálkoznak, míg mások saját tápanyagaikat képesek előállítani. Saját táplálékukat, a glükózt állítják elő a fotoszintézisnek nevezett folyamat során.

A fotoszintézis és a légzés összefügg. A fotoszintézis eredménye a glükóz, amely kémiai energiaként raktározódik el. Ez a tárolt kémiai energia a szervetlen szén (szén-dioxid) szerves szénné való átalakulásának eredménye. A légzés folyamata felszabadítja a tárolt kémiai energiát.

A növényeknek az általuk előállított termékeken kívül szénre, hidrogénre és oxigénre is szükségük van a túléléshez. A talajból felszívott víz hidrogént és oxigént biztosít. A fotoszintézis során a szén és a víz az élelmiszerek szintetizálására szolgál. A növényeknek nitrátokra is szükségük van az aminosavak előállításához (az aminosav a fehérje előállításának egyik összetevője). Ezen kívül magnéziumra van szükségük a klorofill előállításához.

A jegyzet: A más élelmiszerektől függő élőlényeket ún. A növényevők, például a tehenek és a rovarokat fogyasztó növények a heterotrófok példái. Azokat az élőlényeket, amelyek maguk állítják elő táplálékukat, úgy hívják. A zöld növények és algák az autotrófok példái.

Ebben a cikkben többet megtudhat arról, hogyan megy végbe a fotoszintézis a növényekben, és milyen körülmények között zajlik a folyamat.

A fotoszintézis definíciója

A fotoszintézis az a kémiai folyamat, amelynek során a növények, egyes algák glükózt és oxigént állítanak elő szén-dioxidból és vízből, energiaforrásként csak fényt használva.

Ez a folyamat rendkívül fontos a földi élet számára, mert oxigén szabadul fel, amelytől minden élet függ.

Miért van szükségük a növényeknek glükózra (táplálékra)?

Az emberekhez és más élőlényekhez hasonlóan a növényeknek is tápanyagra van szükségük a túléléshez. A glükóz jelentősége a növények számára a következő:

• A fotoszintézis által termelt glükózt a légzés során használják fel energia felszabadítására, amelyre a növénynek más létfontosságú folyamatokhoz szüksége van.
• A növényi sejtek a glükóz egy részét keményítővé is alakítják, amelyet szükség szerint felhasználnak. Emiatt az elhalt növényeket biomasszaként használják fel, mert kémiai energiát tárolnak.
• A glükózra más vegyi anyagok, például fehérjék, zsírok és növényi cukrok előállításához is szükség van, amelyek a növekedéshez és más fontos folyamatokhoz szükségesek.

A fotoszintézis fázisai

A fotoszintézis folyamata két szakaszra oszlik: világos és sötét fázisra.

A fotoszintézis könnyű fázisa

Ahogy a neve is sugallja, a világos fázisokhoz napfényre van szükség. Fényfüggő reakciókban a napfény energiáját a klorofill elnyeli és tárolt kémiai energiává alakítja NADPH elektronhordozó molekula (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) és ATP (adenozin-trifoszfát) energiamolekula formájában. A kloroplaszton belüli tilakoid membránokban könnyű fázisok fordulnak elő.

A fotoszintézis vagy a Calvin-ciklus sötét fázisa

A sötét fázisban vagy a Calvin-ciklusban a világos fázisból származó gerjesztett elektronok energiát adnak a szén-dioxid-molekulákból szénhidrátok képződéséhez. A fénytől független fázisokat a folyamat ciklikussága miatt néha Calvin-ciklusnak is nevezik.

Bár a sötét fázisok nem használnak fényt reagensként (és ennek eredményeként előfordulhatnak nappal vagy éjszaka), működésükhöz fényfüggő reakciók termékei szükségesek. A fénytől független molekulák az ATP és NADPH energiahordozó molekuláktól függenek, hogy új szénhidrátmolekulákat hozzanak létre. Az energia átvitele után az energiahordozó molekulák visszatérnek a fényfázisokba, hogy több energikus elektront termeljenek. Ezenkívül számos sötét fázisú enzim aktiválódik a fény hatására.

A fotoszintézis fázisainak diagramja

A jegyzet: Ez azt jelenti, hogy a sötét fázisok nem folytatódnak, ha a növények túl sokáig nem jutnak fényhez, mivel a világos fázis termékeit használják fel.

A növényi levelek szerkezete

Nem tudjuk teljes mértékben tanulmányozni a fotoszintézist anélkül, hogy többet nem ismernénk a levél szerkezetéről. A levél létfontosságú szerepet játszik a fotoszintézis folyamatában.

A levelek külső szerkezete

• Négyzet

A növények egyik legfontosabb jellemzője a leveleik nagy felülete. A legtöbb zöld növénynek széles, lapos és nyitott levelei vannak, amelyek annyi napenergiát (napfényt) képesek felvenni, amennyi a fotoszintézishez szükséges.

• Központi véna és levélnyél

A központi ér és a levélnyél összekapcsolódik, és a levél alapját képezi. A levélnyél úgy helyezi el a levelet, hogy az a lehető legtöbb fényt kapja.

• Levéllemez

Az egyszerű leveleknek egy levéllemezük van, míg az összetett leveleknek több. A levéllemez a levél egyik legfontosabb összetevője, amely közvetlenül részt vesz a fotoszintézis folyamatában.

• Erek

A levelekben található erek hálózata szállítja a vizet a szárakról a levelekre. A felszabaduló glükózt a levelekből az ereken keresztül a növény más részeibe is eljuttatják. Ezenkívül ezek a levélrészek megtámasztják és laposan tartják a levéllemezt, hogy jobban elnyeljék a napfényt. Az erek elrendezése (ventáció) a növény típusától függ.

• Levél alap

A levél alapja a legalsó része, amely a szárral tagolódik. A levél tövében gyakran egy pár szál van.

• Levél széle

A növény típusától függően a levél széle különböző formájú lehet: egész, szaggatott, fogazott, rovátkolt, recézett stb.

• Levélvég

A levél széléhez hasonlóan a hegye is különböző formájú: éles, lekerekített, tompa, hosszúkás, kinyújtott stb.

A levelek belső szerkezete

Az alábbiakban egy közeli diagram a levélszövetek belső szerkezetéről:

• Kutikula

A kutikula a fő, védőrétegként működik a növény felszínén. Általában vastagabb a levél tetején. A kutikulát viaszszerű anyag borítja, amely megvédi a növényt a víztől.

• Felhám

Az epidermisz egy sejtréteg, amely a levél fedőszövete. Fő feladata, hogy megvédje a levél belső szöveteit a kiszáradástól, a mechanikai sérülésektől és a fertőzésektől. Szabályozza a gázcsere és a transzspiráció folyamatát is.

• Mezofill

A mezofil a növény fő szövete. Itt megy végbe a fotoszintézis folyamata. A legtöbb növényben a mezofill két rétegre oszlik: a felső palánk, az alsó pedig szivacsos.

• Védelmi ketrecek

A védősejtek a levelek epidermiszében található speciális sejtek, amelyeket a gázcsere szabályozására használnak. Védő funkciót látnak el a sztómák számára. A sztóma pórusai kitágulnak, ha a víz szabadon elérhető, ellenkező esetben a védősejtek lomhavá válnak.

• Sztóma

A fotoszintézis attól függ, hogy a levegőből a sztómán keresztül a szén-dioxid (CO2) behatol a mezofil szövetbe. A fotoszintézis melléktermékeként keletkező oxigén (O2) a sztómán keresztül távozik a növényből. Amikor a sztómák nyitva vannak, a párolgás következtében a víz elvész, és a párologtató áramon keresztül a gyökerek által felszívott vízzel kell helyettesíteni. A növények kénytelenek egyensúlyba hozni a levegőből felszívódó CO2 mennyiségét és a sztómapórusokon keresztüli vízveszteséget.

A fotoszintézishez szükséges feltételek

A növényeknek a következő feltételekkel kell végrehajtaniuk a fotoszintézis folyamatát:

• Szén-dioxid. Színtelen, szagtalan, a levegőben található földgáz, amelynek tudományos neve CO2. Szén és szerves vegyületek égése során keletkezik, és légzés közben is előfordul.
• Víz. Átlátszó, folyékony vegyszer, amely szagtalan és íztelen (normál körülmények között).
• Fény. Bár a mesterséges fény is jót tesz a növényeknek, a természetes napfény általában jobb feltételeket biztosít a fotoszintézishez, mert természetes ultraibolya sugárzást tartalmaz, ami pozitívan hat a növényekre.
• Klorofill. Ez egy zöld pigment, amely a növények leveleiben található.
• Tápanyagok és ásványi anyagok. A növényi gyökerek által a talajból felszívódó vegyszerek és szerves vegyületek.

Mi keletkezik a fotoszintézis eredményeként?

• Szőlőcukor;
• Oxigén.

(A fényenergia zárójelben van feltüntetve, mert nem anyag)

A jegyzet: A növények a CO2-t a levegőből a leveleiken keresztül, a vizet pedig a talajból a gyökereiken keresztül nyerik. A fényenergia a Napból származik. A keletkező oxigén a levelekből a levegőbe kerül. A kapott glükóz más anyagokká, például keményítővé alakítható, amelyet energiaraktárként használnak.

Ha a fotoszintézist elősegítő tényezők hiányoznak vagy nem megfelelő mennyiségben vannak jelen, akkor a növényt negatívan érintheti. Például a kevesebb fény kedvező feltételeket teremt a rovarok számára, amelyek megeszik a növény leveleit, a vízhiány pedig lelassítja.

Hol történik a fotoszintézis?

A fotoszintézis a növényi sejtekben, kis plasztidokban, az úgynevezett kloroplasztiszokban megy végbe. A kloroplasztok (leginkább a mezofil rétegben találhatók) tartalmaznak egy klorofill nevű zöld anyagot. Az alábbiakban a sejt más részei láthatók, amelyek a kloroplasztiszokkal működnek együtt a fotoszintézis végrehajtásában.

A növényi sejt felépítése

A növényi sejtrészek funkciói

• : szerkezeti és mechanikai támaszt nyújt, megvédi a sejteket a sejtektől, rögzíti és meghatározza a sejt alakját, szabályozza a növekedés sebességét és irányát, és formát ad a növényeknek.
• : platformot biztosít a legtöbb enzimvezérelt kémiai folyamathoz.
• : gátként működik, szabályozza az anyagok sejtbe és onnan történő mozgását.
• : a fent leírtak szerint klorofillt tartalmaznak, egy zöld anyagot, amely a fotoszintézis folyamata révén elnyeli a fényenergiát.
• : egy üreg a sejt citoplazmájában, amely vizet tárol.
• : genetikai jelet (DNS) tartalmaz, amely szabályozza a sejt tevékenységét.

A klorofill elnyeli a fotoszintézishez szükséges fényenergiát. Fontos megjegyezni, hogy a fény nem minden színhullámhossza nyelődik el. A növények elsősorban a vörös és kék hullámhosszokat nyelik el – a zöld tartományban nem nyelnek el fényt.

Szén-dioxid a fotoszintézis során

A növények a szén-dioxidot a levegőből veszik fel a leveleiken keresztül. A szén-dioxid a levél alján lévő kis lyukon keresztül szivárog - a sztómán.

A levél alsó részén lazán elhelyezkedő sejtek találhatók, hogy a szén-dioxid elérje a levelek más sejtjeit. Ez azt is lehetővé teszi, hogy a fotoszintézis által termelt oxigén könnyen elhagyja a levelet.

A szén-dioxid nagyon alacsony koncentrációban van jelen a levegőben, amelyet belélegzünk, és szükséges tényező a fotoszintézis sötét fázisában.

Fény a fotoszintézis során

A levél általában nagy felülettel rendelkezik, így sok fényt képes elnyelni. Felső felületét viaszos réteg (kutikula) védi a vízveszteségtől, a betegségektől és az időjárási hatásoktól. A lap teteje az, ahol a fény megüti. Ezt a mezofil réteget palisádnak nevezik. Nagy mennyiségű fény elnyelésére alkalmas, mivel sok kloroplasztot tartalmaz.

A fényfázisok során a fotoszintézis folyamata több fény hatására fokozódik. Több klorofillmolekula ionizálódik, és több ATP és NADPH keletkezik, ha fényfotonok koncentrálódnak egy zöld levélen. Bár a fény rendkívül fontos a fotofázisokban, meg kell jegyezni, hogy a túlzott mennyiség károsíthatja a klorofillt, és csökkentheti a fotoszintézis folyamatát.

A fényfázisok nem nagyon függnek a hőmérséklettől, a víztől vagy a szén-dioxidtól, bár ezek mind szükségesek a fotoszintézis folyamatának befejezéséhez.

Víz a fotoszintézis során

A növények a fotoszintézishez szükséges vizet a gyökereiken keresztül szerzik be. Gyökérszőreik vannak, amelyek a talajban nőnek. A gyökereket nagy felület és vékony falak jellemzik, így a víz könnyen áthatol rajtuk.

A képen a növények és sejtjeik láthatók elegendő vízzel (balra) és annak hiányával (jobbra).

A jegyzet: A gyökérsejtek nem tartalmaznak kloroplasztokat, mert általában sötétben vannak, és nem tudnak fotoszintetizálni.

Ha a növény nem vesz fel elegendő vizet, kiszárad. Víz nélkül a növény nem lesz képes elég gyorsan fotoszintetizálni, és akár el is pusztulhat.

Mi a víz jelentősége a növények számára?

• Oldott ásványi anyagokat biztosít, amelyek támogatják a növény egészségét;
• Közlekedési eszköz;
• Megőrzi a stabilitást és az állóképességet;
• Lehűti és nedvességgel telíti;
• Lehetővé teszi különféle kémiai reakciók végrehajtását a növényi sejtekben.

A fotoszintézis jelentősége a természetben

A fotoszintézis biokémiai folyamata a napfényből származó energiát használja fel a víz és a szén-dioxid oxigénné és glükózzá történő átalakítására. A glükózt építőelemként használják a növényekben a szövetek növekedéséhez. Így a fotoszintézis az a módszer, amellyel gyökerek, szárak, levelek, virágok és termések keletkeznek. A fotoszintézis folyamata nélkül a növények nem lesznek képesek növekedni vagy szaporodni.

• Producerek

Fotoszintetikus képességüknek köszönhetően a növényeket termelőként ismerik, és szinte minden tápláléklánc alapjául szolgálnak a Földön. (Az algák a növények megfelelői). Minden táplálék, amit megeszünk, fotoszintetikus szervezetektől származik. Közvetlenül fogyasztjuk ezeket a növényeket, vagy olyan állatokat eszünk, mint például tehenek vagy sertések, amelyek növényi táplálékot fogyasztanak.

• A tápláléklánc alapja

A vízi rendszereken belül a növények és az algák képezik a tápláléklánc alapját is. Az algák táplálékul szolgálnak, amelyek viszont táplálékforrásként szolgálnak a nagyobb szervezetek számára. A vízi környezetben zajló fotoszintézis nélkül az élet nem lehetséges.

• Szén-dioxid eltávolítás

A fotoszintézis a szén-dioxidot oxigénné alakítja. A fotoszintézis során a légkörből származó szén-dioxid belép a növénybe, majd oxigénként szabadul fel. A mai világban, ahol a szén-dioxid szintje riasztó ütemben növekszik, minden olyan folyamat, amely eltávolítja a szén-dioxidot a légkörből, környezetvédelmi szempontból fontos.

• Tápanyag kerékpározás

A növények és más fotoszintetikus organizmusok létfontosságú szerepet játszanak a tápanyag-ciklusban. A levegőben lévő nitrogén megkötődik a növényi szövetekben, és elérhetővé válik fehérjék előállításához. A talajban található mikroelemek a növényi szövetekbe is beépülhetnek, és a táplálékláncban feljebb elérhetővé válnak a növényevők számára.

• Fotoszintetikus függőség

A fotoszintézis a fény intenzitásától és minőségétől függ. Az Egyenlítőn, ahol egész évben bőséges a napfény, és a víz nem korlátozó tényező, a növények gyorsan növekednek, és meglehetősen nagyra nőhetnek. Ezzel szemben az óceán mélyebb részein a fotoszintézis ritkábban megy végbe, mivel a fény nem hatol át ezekbe a rétegekbe, ami egy kopárabb ökoszisztémát eredményez.

Alapfokú általános műveltség

UMK vonal V. I. Sivoglazov. Biológia (5-9)

Vonal UMK I. N. Ponomareva. Biológia (koncentrikus) (5-9)

Biológia

Mi a fotoszintézis? A folyamat felfedezésének története, a fotoszintézis fázisai és jelentősége.

A fotoszintézis felfedezésének története

Jelenleg az iskolások már 6. osztályban ismerkednek meg először a fotoszintézis összetett folyamataival.

De még 300-400 évvel ezelőtt is megérkezett a válasz arra a kérdésre, hogy „honnan szereznek tápanyagokat a növények sejtjeik felépítéséhez?” világszerte foglalkoztatta a tudósok elméjét.

Az első és kézenfekvő válasz az volt a feltételezés, hogy a földről. 1600-ban azonban a flamand tudós, Jan Baptiste van Helmont úgy döntött, hogy megvizsgálja a talaj hatását a növények növekedésére, és olyan kísérletet végzett, amely egyedülálló volt az egyszerűségében. A természettudós vett egy fűzfa gallyat és egy hordó földet. Először lemértem őket. Aztán egy hordó földbe ültette a fűzfahajtást.

Van Helmont öt hosszú évig csak esővízzel öntötte a fiatal fát. Öt évvel később kiásott egy fát, és külön-külön lemérte a fát és külön a talajt. Képzelje el meglepetését, amikor a mérleg azt mutatta, hogy a fa súlya csaknem harmincszorosára nőtt, és egyáltalán nem hasonlított arra a szerény gallyra, amelyet a kádba ültettek. A talaj tömege pedig mindössze 56 grammal csökkent.

A tudós arra a következtetésre jutott. hogy a talaj gyakorlatilag nem biztosít építőanyagot a növények számára, és a növény minden szükséges anyagot megkap a vízből.

Van Helmont után különböző tudósok megismételték kísérletét, és megjelent az úgynevezett „növényi táplálkozás vízelmélete”.

Az egyik, aki megpróbálta kifogásolni ezt az elméletet, M.V. Lomonoszov. Kifogásait pedig arra alapozta, hogy az üres, szűkös északi földeken magas, erőteljes fák nőnek, ritka esőkkel. Mihail Vasziljevics azt javasolta, hogy a növények a tápanyagok egy részét a leveleken keresztül szívják fel, de elméletét nem tudta kísérletileg igazolni.

És ahogy az a tudományban lenni szokott, Őfelsége a véletlen segített.

Egy napon egy óvatlan egér, aki úgy döntött, hogy profitál az egyházi kellékekből, véletlenül megfordította az üveget, és csapdába került. És egy idő után meghalt. Szerencsénkre ezt az üvegben lévő egeret Joseph Priestley fedezte fel, aki nemcsak pap, hanem vegyész is volt, és nagyon érdeklődött a gázok kémiája és a romlott levegő tisztításának módszerei iránt. És akkor a templom egereinek nem volt szerencséje. Résztvevők lettek az angol tudós különféle kísérleteiben.

Joseph Priestley égő gyertyát helyezett az egyik üveg alá, a másikba pedig egy egeret. A gyertya kialudt, a rágcsáló meghalt.

A mi korunkban az állatvédők tégelybe tették volna, de még 1771-ben senki sem akadályozta meg a tudóst abban, hogy folytassa kísérleteit. Priestley beletette az egeret egy üvegbe, ahol a gyertya korábban kialudt. Az állat még gyorsabban pusztult el.

És ekkor Priestley arra a következtetésre jutott, hogy mivel a Földön még nem halt meg minden élet, Isten (emlékezzünk rá, hogy Priestley pap volt) kitalált egy bizonyos eljárást, hogy a levegőt ismét alkalmassá tegye az életre. És valószínűleg a főszerep a növényeké.

Ennek bizonyítására a tudós levegőt vett az edényből, ahol az egér meghalt, és két részre osztotta. Mentát tett egy edénybe, egy üvegbe. A másik part pedig a szárnyakban várt. 8 nap elteltével a növény nemhogy nem pusztult el, de még több új hajtást is termelt. És ismét üvegekbe tette a rágcsálókat. Abban, ahol menta nőtt, az egér vidám volt és leveleket falatozott. Abban pedig, ahol nem volt menta, szinte azonnal volt egy döglött egértetem.

Priestley kísérletei inspirálták a tudósokat, és a világ minden táján elkezdtek kisrágcsálókat fogni, és megpróbálták megismételni kísérleteit.

De emlékszünk arra, hogy Priestley pap volt, és egész nap kutakodhatott az esti istentiszteletig.

Karl Scheele svájci gyógyszerész pedig szabadidejében otthoni laboratóriumában kísérletezett, i.e. éjszaka, és az egerei elpusztultak, függetlenül attól, hogy menta volt az edényben. Kísérleteinek eredményeként kiderült, hogy a növények nem javítják a levegőt, hanem életre alkalmatlanná teszik. Scheele pedig azzal vádolta Priestleyt, hogy megtéveszti a tudományos közösséget. Priestley nem engedett, és a tudósok közötti konfrontáció eredményeként megállapították, hogy a növényeknek napfényre van szükségük a levegő helyreállításához.

Ezek a kísérletek tették le a tanulmány alapjait fotoszintézis.

A fotoszintézis kutatása gyorsan folytatódott. Jean Senebier svájci botanikus már 1782-ben, mindössze 11 évvel Priestley kutatásai után bebizonyította, hogy a növényi organellumok napfény hatására lebontják a szén-dioxidot. És még csaknem száz év sikertelen és sikeres kísérletekre volt szükség a különböző szakterületek tudósainak, hogy 1864-ben Julius Sachs német tudós bebizonyíthassa, hogy a növények szén-dioxidot fogyasztanak és oxigént bocsátanak ki 1:1 arányban.

Biológia. 6. osztály. Munkafüzet 1. sz.

A munkafüzet a „Biológia. 6. osztály" (szerzők I.N. Ponomareva, O.A. Kornilova, V.S. Kuchmenko), szerepel a "Siker algoritmusa" rendszerben. Probléma- és tesztfeladatokat tartalmaz, amelyek lehetővé teszik a pedagógus számára a hatodikosok számára differenciált gyakorlati munka megszervezését, biológiai alapfogalmak kialakítását, az ismeretek hatékony ellenőrzését, a tanulók bevonását a nevelési tevékenység önértékelésébe.

A fotoszintézis jelentősége a földi élet szempontjából

És most világossá válik a fotoszintézis folyamatának fontossága a földi élet szempontjából. Ennek az összetett kémiai folyamatnak köszönhetően vált lehetővé a földi élet és az emberi lét keletkezése.

Valaki azzal érvelhet, hogy vannak helyek a Földön, ahol sem fák, sem cserjék nem nőnek, például sivatagok vagy sarkvidéki jég. A tudósok bebizonyították, hogy az erdők, cserjék és füvek zöld tömege – vagyis a föld felszínén élő növények – által felszabaduló oxigén aránya a gázcsere mindössze 20%-a, és az oxigén 80%-a származik a legkisebb tengeri és óceáni algák, amelyek levegővel áramlanak, az egész bolygón szállítják, lehetővé téve, hogy az állatok szélsőségesen lélegezzenek be csodálatos bolygónk növényzetétől gyakorlatilag mentesen.

A fotoszintézisnek köszönhetően védő ózonpajzs alakult ki bolygónk körül, amely megvédett minden földi életet a kozmikus és napsugárzástól, az élő szervezetek pedig az óceán mélyéről is eljuthattak a szárazföldre.

A „nagy oxigénforradalomról” bővebben az A.A. által szerkesztett tankönyvben olvashat. Kamensky a LECTA portálon.

Sajnos az oxigént jelenleg nem csak az élőlények fogyasztják, hanem az ipar is. A trópusi erdők elpusztulnak, az óceánok szennyeződnek, ami a gázcsere csökkenéséhez és az oxigénhiány növekedéséhez vezet.

A fotoszintézis definíciója és képlete

A fotoszintézis definíciója és képlete

Szó fotoszintézis két részből áll: fénykép- „fény” és szintézis- „kapcsolat”, „teremtés”. Ha leegyszerűsítetten közelítjük meg a definíciót, akkor a fotoszintézis a fényenergia átalakítása szerves anyagok összetett kémiai kötéseinek energiájává fotoszintetikus pigmentek részvételével. Zöld növényekben fotoszintézis megy végbe kloroplasztiszok.

Fotoszintézis diagram, első pillantásra egyszerű:

Víz + fénykvantum + szén-dioxid → oxigén + szénhidrát

vagy (képlet nyelvén):

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Ha mélyebbre ásunk, és elektronmikroszkópon keresztül nézzük a levelet, elképesztő dolog derül ki: a víz és a szén-dioxid a levél egyik szerkezeti részében sem lép kölcsönhatásba egymással közvetlenül.

A fotoszintézis fázisai

Nemcsak a növények, hanem számos egysejtű állat is képes a fotoszintézisre a speciális organellumoknak, az úgynevezett kloroplasztiszoknak köszönhetően.

A kloroplasztok a fotoszintetikus eukarióták zöld plasztidjai. A kloroplasztok közé tartoznak:

1. két membrán;
2. gabonahalmok;
3. tilakoid korongok;
4. stroma - a kloroplaszt belső anyaga;
5. lumen - a tilakoid belső anyaga.

A fotoszintézis összetett folyamata két fázisból áll: világos és sötét. Ahogy a neve is sugallja, a fény (fényfüggő) fázis fénykvantumok részvételével történik. Név sötét fázis nem jelenti azt, hogy a folyamat sötétben megy végbe. Pontosabb meghatározás az fénytől független. Azok. az ebben a fázisban lezajló reakciókhoz fényre nincs szükség, és a fénnyel egyidejűleg, csak a kloroplaszt más részein fordul elő.

Sokan elkövetik azt a hibát, hogy azt mondják, hogy a fotoszintézis folyamata során a növények termelik az emberiség számára oly szükséges oxigént. Valójában a fotoszintézis a szénhidrátok szintézise(például glükóz), és az oxigén csak a reakció mellékterméke.

A fotoszintézis könnyű fázisa

A fotoszintézis világos fázisa tilakoid membránokon megy végbe. A klorofillba jutó fényfoton gerjeszti, és elektronok szabadulnak fel, és negatív töltésű elektronok halmozódnak fel a membránon. Miután a klorofill elvesztette az összes elektronját, a fénykvantum továbbra is hatással van a vízre, ami a H2O fotolízisét okozza.

H 2 O → H+ + OH-

A pozitív töltésű hidrogén protonok felhalmozódnak a belső tilakoid membránon.

Az eredmény egy szendvics: az egyik oldalon a klorofill negatív töltésű elektronjai, a másikon a pozitív töltésű hidrogén protonok, közöttük pedig a tilakoid belső membránja.

A hidroxil-ionokat oxigén előállítására használják:

4OH → O 2 + 2H 2 O

Amikor a hidrogén protonok és elektronok száma eléri a maximumot, egy speciális hordozó - ATP-szintáz - indul el. Az ATP-szintáz a hidrogén protonokat a stromába löki, ahol egy speciális hordozó felveszi azokat nikotinamid-dinukleotid-foszfát vagy röviden NADP. A NADP a hidrogén protonok specifikus hordozója a szénhidrát reakciókban.

A hidrogénprotonok ATP-szintázon való áthaladását az ATP-molekulák ADP-ből és foszfátból vagy fotofoszforilációból történő szintézise kíséri, szemben az oxidatív foszforilációval.

Ezen a ponton a fotoszintézis világos fázisa véget ér, és a NADPH+ és az ATP belép a sötét fázisba.

Ismételjük meg a fotoszintézis fényfázisának legfontosabb folyamatait:

1. A foton eltalálja a klorofillt, és elektronokat szabadít fel.
2. A víz fotolízise.
3. Oxigén felszabadulás.
4. A NADPH+ felhalmozódása.
5. ATP felhalmozódás.

Egyes növényekben a fotoszintézis egy egyszerűsített változat szerint zajlik, amelyet „ciklikus foszforilációnak” neveznek, és ezt a folyamatot tárgyalja az A. A. Kamensky által szerkesztett tankönyv a LECTA portálon.

A fotoszintézis sötét fázisa

A fotoszintézis sötét fázisa a kloroplasztisz strómájában végbemenő enzimreakciók összessége. Az ilyen reakciók eredménye az elnyelt CO 2 helyreállítása NADPH + és ATP segítségével a könnyű fázisból, valamint összetett szerves anyagok szintézise.

Jelenleg a tudósok három különböző reakcióváltozatot fedeztek fel, amelyek a fotoszintézis sötét fázisában fordulnak elő.

Az anyagcserétől függően a CO 2 növényeket a következőkre osztják:

1. A C 3 -növények a mérsékelt éghajlaton termő mezőgazdasági növények többsége, amelyekben a reakciók eredményeként a CO 2 foszfoglicerinsavvá alakul.
2. C 4 növények - a trópusok és a szubtrópusok növényei, a legszívósabb gyomnövények. Ezekben a növényekben a reakciók eredményeként a CO 2 oxálacetáttá alakul.
3. A CAM növények a C4 fotoszintézis egy speciális típusa a nedvességhiányos növényekben.

Foglalkozzunk részletesebben a C 3 fotoszintézis reakcióival, amelyek a legtöbb növényben rejlenek és ún. Calvin ciklus.

Melvin Calvin amerikai kémikus 1961-ben kémiai Nobel-díjat kapott a CO 2 asszimilációjában végbemenő reakciók sorrendjének meghatározásáért.

A ciklus reakciói során glükóz képződik. Egyetlen glükózmolekula előállításához a Calvin-ciklus egymást követő reakciói akár hatszor is lezajlanak, és hat CO 2 molekulát, tizennyolc ATP-molekulát, tizenkét NADPH +-t és huszonnégy protont fordítanak a felépítésére.

A jelölt radioaktív szénnel végzett további vizsgálatok során kiderült, hogy egyes trópusi és szubtrópusi növényekben a szénhidrátok szintézise eltérő módon megy végbe. 1966-ban pedig M. Hatch és K. Slack ausztrál tudósok leírták a C 4 fotoszintézist, amelyet tiszteletükre hívnak. Hatch-Slack ciklus.

A fő különbség ezek között a fotoszintetikus utak között az, hogy a C 3 -növényekben a fotoszintézis folyamata csak a mezofil sejtekben megy végbe, a C 4 -növényekben pedig mind a mezofil sejtekben, mind az érkötegek bélelő sejtjeiben.

Első pillantásra értelmetlennek tűnhet a reakciók számának növelése. A természetben azonban nincs semmi értelmetlen vagy felesleges. A C 4 fotoszintézis útja pedig a növények evolúciós alkalmazkodása a szárazabb és melegebb éghajlathoz. A korlátozott vízellátás körülményei között történő növekedés a vízveszteség csökkentése érdekében a transzpiráció csökkenéséhez vezetett, ami viszont a szén-dioxid hiányához és a buroksejtekben való koncentrációjának szükségességéhez vezetett.

A pozsgás növényekre jellemző egy másik egyedülálló fotoszintézis mechanizmus is. Ezt hívják MAGAMAT (crassulaceae savanyagcseréje)- „a fotoszintézis útja”. A kémiai reakciók a C 4 anyagcsere-útvonalhoz hasonlítanak, de itt a kémiai reakciók nem térben, hanem időben különülnek el. A szén-dioxid éjszaka felhalmozódik.

A fotoszintetikus reakciók előfordulása ebben a kiviteli alakban lehetővé teszi a növények számára, hogy jelentős nedvességhiányos körülmények között végezzék el a fotoszintézis folyamatát. Úgy gondolják, hogy ez a fotoszintetikus út volt a legfrissebb, amely az evolúció során alakult ki.

A fotoszintézis útjait tanulmányozva talán észrevetted, hogy az evolúció során egyedi adaptációs mechanizmusok fejlődnek ki a különféle életkörülményekhez: a száraz sivatagoktól a tenger mélyéig.

Az élő természet titkai segítenek felfedezni a biológia elektronikus tankönyveit a portálon.

Hogyan alakul át a napfény energiája a fotoszintézis világos és sötét fázisában a glükóz kémiai kötéseinek energiájává? Magyarázza meg válaszát.

Válasz

A fotoszintézis fényfázisában a napfény energiája a gerjesztett elektronok energiájává alakul, majd a gerjesztett elektronok energiája az ATP és a NADP-H2 energiájává alakul. A fotoszintézis sötét fázisában az ATP és a NADP-H2 energiája a glükóz kémiai kötéseinek energiájává alakul.

Mi történik a fotoszintézis fényfázisában?

Válasz

A fényenergiával gerjesztett klorofill elektronok elektronszállító láncok mentén haladnak, energiájuk az ATP-ben és a NADP-H2-ben raktározódik. Megtörténik a víz fotolízise és oxigén szabadul fel.

Milyen fő folyamatok játszódnak le a fotoszintézis sötét fázisában?

Válasz

A légkörből nyert szén-dioxidból és a könnyű fázisban nyert hidrogénből a könnyű fázisban nyert ATP energiája miatt glükóz képződik.

Mi a klorofill funkciója egy növényi sejtben?

Válasz

A klorofil részt vesz a fotoszintézis folyamatában: a fényfázisban a klorofill elnyeli a fényt, a klorofill elektron fényenergiát kap, leszakad és végigmegy az elektronszállító láncon.

Milyen szerepet játszanak a klorofillmolekulák elektronjai a fotoszintézisben?

Válasz

A napfény által gerjesztett klorofill elektronok elektronszállító láncokon haladnak keresztül, és energiájukat ATP és NADP-H2 képződésére adják át.

A fotoszintézis melyik szakaszában képződik szabad oxigén?

Válasz

Világos fázisban, a víz fotolízise során.

A fotoszintézis melyik fázisában játszódik le az ATP szintézis?

Válasz

Elővilágítási fázis.

Melyik anyag szolgál oxigénforrásként a fotoszintézis során?

Válasz

Víz (a víz fotolízise során oxigén szabadul fel).

A fotoszintézis sebessége korlátozó tényezőktől függ, beleértve a fényt, a szén-dioxid-koncentrációt és a hőmérsékletet. Miért korlátozzák ezek a tényezők a fotoszintézis reakcióit?

Válasz

Fény szükséges a klorofill gerjesztéséhez, energiával látja el a fotoszintézis folyamatát. A szén-dioxid a fotoszintézis sötét fázisában szükséges, ebből szintetizálódik a glükóz. A hőmérséklet változása az enzimek denaturálódásához vezet, és a fotoszintetikus reakciók lelassulnak.

Milyen metabolikus reakciókban a növényekben a szén-dioxid a szénhidrátok szintézisének kiindulási anyaga?

Válasz

A fotoszintézis reakcióiban.

A fotoszintézis folyamata intenzíven megy végbe a növények leveleiben. Érett és éretlen gyümölcsökben is előfordul? Magyarázza meg válaszát.

Válasz

A fotoszintézis a növények zöld részein megy végbe fényben. Így a zöld gyümölcsök héjában fotoszintézis megy végbe. A fotoszintézis nem megy végbe a gyümölcs belsejében vagy az érett (nem zöld) gyümölcsök héjában.