În ce fază are loc sinteza glucozei? Procesul de fotosinteză: scurt și ușor de înțeles pentru copii. Fotosinteza: fazele luminoase si intunecate

Procesul de transformare a energiei radiante de la Soare în energie chimică folosind aceasta din urmă în sinteza carbohidraților din dioxid de carbon. Acesta este singurul mod de a capta energia solară și de a o folosi pentru viața de pe planeta noastră.

Captură și conversie energie solara efectuate de o varietate de organisme fotosintetice (fotoautotrofe). Acestea includ organisme pluricelulare (plante verzi superioare și formele lor inferioare - alge verzi, maro și roșii) și organisme unicelulare (euglena, dinoflagelate și diatomee). Un grup mare de organisme fotosintetice sunt procariote - alge albastre-verzi, bacterii verzi și violete. Aproximativ jumătate din activitatea de fotosinteză de pe Pământ este efectuată de plante verzi superioare, iar jumătatea rămasă este efectuată în principal de alge unicelulare.

Primele idei despre fotosinteză s-au format în secolul al XVII-lea. Ulterior, pe măsură ce noi date au devenit disponibile, aceste idei s-au schimbat de multe ori. [spectacol] .

Dezvoltarea ideilor despre fotosinteză

Studiul fotosintezei a început în 1630, când van Helmont a arătat că plantele însele formează substanțe organice și nu le obțin din sol. Cântărind ghiveciul de pământ în care a crescut salcia și arborele în sine, el a arătat că pe parcursul a 5 ani masa copacului a crescut cu 74 kg, în timp ce solul a pierdut doar 57 g, Van Helmont a ajuns la concluzia că planta a primit restul hranei sale din apa care a fost folosită pentru a uda copacul. Acum știm că principalul material pentru sinteza este dioxidul de carbon, extras de plantă din aer.

În 1772, Joseph Priestley a arătat că mugurii de mentă „corectau” aerul „pătat” de o lumânare aprinsă. Șapte ani mai târziu, Jan Ingenhuis a descoperit că plantele pot „corecta” aerul rău doar fiind în lumină, iar capacitatea plantelor de a „corecta” aerul este proporțională cu claritatea zilei și cu durata de timp în care plantele rămân în aer. soare. În întuneric, plantele emit aer care este „dăunător pentru animale”.

Următorul pas important în dezvoltarea cunoștințelor despre fotosinteză au fost experimentele lui Saussure, efectuate în 1804. Cântărind aerul și plantele înainte și după fotosinteză, Saussure a descoperit că creșterea masei uscate a plantei a depășit masa de dioxid de carbon absorbită din aer. Saussure a concluzionat că o altă substanță implicată în creșterea masei a fost apa. Astfel, acum 160 de ani procesul de fotosinteză a fost imaginat după cum urmează:

H2O + CO2 + hv -> C6H12O6 + O2

Apă + Dioxid de Carbon + Energie Solară ----> Materie Organică + Oxigen

Ingenhues a propus că rolul luminii în fotosinteză este de a descompune dioxidul de carbon; în acest caz, oxigenul este eliberat, iar „carbonul” eliberat este folosit pentru a construi țesutul vegetal. Pe această bază, organismele vii au fost împărțite în plante verzi, care pot folosi energia solară pentru a „asimila” dioxidul de carbon și alte organisme care nu conțin clorofilă, care nu pot folosi energia luminoasă și nu sunt capabile să asimileze CO 2.

Acest principiu de împărțire a lumii vii a fost încălcat când S. N. Winogradsky, în 1887, a descoperit bacterii chemosintetice - organisme fără clorofilă capabile să asimileze (adică să transforme în compuși organici) dioxidul de carbon în întuneric. De asemenea, a fost perturbată când, în 1883, Engelmann a descoperit bacterii violete care realizează un fel de fotosinteză care nu este însoțită de eliberarea de oxigen. La un moment dat acest fapt nu a fost apreciat în mod adecvat; Între timp, descoperirea bacteriilor chemosintetice care asimilează dioxidul de carbon în întuneric arată că asimilarea dioxidului de carbon nu poate fi considerată o caracteristică specifică doar a fotosintezei.

După 1940, datorită utilizării carbonului marcat, s-a constatat că toate celulele - vegetale, bacteriene și animale - sunt capabile să asimileze dioxidul de carbon, adică să-l încorporeze în molecule. materie organică; Doar sursele din care ei extrag energia necesară pentru aceasta sunt diferite.

O altă contribuție majoră la studiul fotosintezei a fost adusă în 1905 de Blackman, care a descoperit că fotosinteza constă din două reacții secvențiale: o reacție rapidă a luminii și o serie de etape mai lente, independente de lumină, pe care le-a numit reacție de viteză. Folosind lumină de mare intensitate, Blackman a arătat că fotosinteza se desfășoară în aceeași viteză sub lumină intermitentă, cu blițuri care durează doar o fracțiune de secundă ca și în lumină continuă, în ciuda faptului că, în primul caz, sistemul fotosintetic primește jumătate mai multă energie. Intensitatea fotosintezei a scăzut doar cu o creștere semnificativă în perioada întunecată. În studii ulterioare, s-a constatat că viteza reacției întunecate crește semnificativ odată cu creșterea temperaturii.

Următoarea ipoteză se referă la baza chimica fotosinteza a fost propusă de van Niel, care în 1931 a demonstrat experimental că în bacterii fotosinteza poate avea loc în condiții anaerobe, fără eliberarea de oxigen. Van Niel a sugerat că, în principiu, procesul de fotosinteză este similar la bacterii și la plantele verzi. În aceasta din urmă, energia luminoasă este utilizată pentru fotoliza apei (H 2 0) cu formarea unui agent reducător (H), determinat prin participarea la asimilarea dioxidului de carbon, și a unui agent oxidant (OH), un precursor ipotetic al oxigen molecular. În bacterii, fotosinteza se desfășoară în general în același mod, dar donatorul de hidrogen este H2S sau hidrogenul molecular și, prin urmare, oxigenul nu este eliberat.

Idei moderne despre fotosinteză

De idei moderne Esența fotosintezei este conversia energiei radiante lumina soareluiîn energie chimică sub formă de ATP și nicotinamidă adenină dinucleotidă fosfat redusă (NADP) · N).

În prezent, este general acceptat că procesul de fotosinteză constă din două etape, în care Participarea activă acceptă structuri fotosintetice [spectacol] și pigmenți celulari fotosensibili.

Structuri fotosintetice

În bacterii structurile fotosintetice sunt prezentate ca invaginări membrana celulara, formând organele lamelare ale mezosomului. Mezosomii izolați obținuți din distrugerea bacteriilor se numesc cromatofori, aparatul sensibil la lumină este concentrat în ei.

La eucariote Aparatul fotosintetic este situat în organele intracelulare speciale - cloroplaste, care conțin pigmentul verde clorofilă, care dă plantei. Culoarea verdeși joacă un rol critic în fotosinteză prin captarea energiei din lumina soarelui. Cloroplastele, precum mitocondriile, conțin și ADN, ARN și un aparat pentru sinteza proteinelor, adică au capacitatea potențială de a se reproduce. Cloroplastele sunt de câteva ori mai mari ca dimensiune decât mitocondriile. Numărul de cloroplaste variază de la unul la alge la 40 per celulă la plantele superioare.

Pe lângă cloroplaste, celulele plantelor verzi conțin și mitocondrii, care sunt folosite pentru a produce energie noaptea prin respirație, ca în celulele heterotrofe.

Cloroplastele au o formă sferică sau turtită. Sunt înconjurate de două membrane - exterioară și interioară (Fig. 1). Membrana interioară este aranjată sub formă de stive de discuri turtite sub formă de bule. Această stivă se numește grana.

Fiecare bob este format din straturi individuale aranjate ca niște coloane de monede. Straturile de molecule proteice alternează cu straturi care conțin clorofilă, caroteni și alți pigmenți, precum și forme speciale lipide (care conțin galactoză sau sulf, dar numai una acid gras). Aceste lipide tensioactive par a fi adsorbite între straturi individuale de molecule și servesc la stabilizarea structurii, care constă din straturi alternative de proteine și pigmenți. Această structură stratificată (lamelară) a granei facilitează cel mai probabil transferul de energie în timpul fotosintezei de la o moleculă la una din apropiere.

În alge nu există mai mult de o grană în fiecare cloroplast, iar în plante superioare- până la 50 de boabe, care sunt interconectate prin punți de membrană. Mediul apos dintre grana este stroma cloroplastei, care conține enzime care desfășoară „reacții întunecate”

Structurile asemănătoare veziculelor care alcătuiesc grana se numesc tilactoizi. Există între 10 și 20 de tilactoizi în grana.

Unitatea structurală și funcțională elementară a fotosintezei membranei tilactoide, care conține pigmenții necesari de captare a luminii și componentele aparatului de transformare a energiei, se numește quantozom, constând din aproximativ 230 de molecule de clorofilă. Această particulă are o masă de aproximativ 2 x 106 daltoni și dimensiuni de aproximativ 17,5 nm.

	Etapele fotosintezei
	Stadiul luminii (sau stadiul energetic)	Stadiul întunecat (sau metabolic)
Locația reacției	În quantozomii membranelor tilactoide, apare în lumină.	Se efectuează în afara tilactoizilor, în mediul apos al stromei.
Produse inițiale	Energie luminoasă, apă (H 2 O), ADP, clorofilă	CO2, ribuloză difosfat, ATP, NADPH2
Esența procesului	Fotoliza apei, fosforilarea În stadiul de lumină al fotosintezei, energia luminoasă este transformată în energia chimică a ATP, iar electronii săraci în energie ai apei sunt transformați în electroni bogați în energie ai NADP. · N 2. Un produs secundar format în timpul etapei de lumină este oxigenul. Reacțiile etapei luminii se numesc „reacții luminoase”.	Carboxilare, hidrogenare, defosforilare În timpul etapei întunecate a fotosintezei, au loc „reacții întunecate”, în timpul cărora se observă sinteza reductivă a glucozei din CO2. Fără energia etapei luminii, stadiul întuneric este imposibil.
Produse finale	O2, ATP, NADPH2 Produse bogate în energie ale reacției luminii - ATP și NADP · H2 este folosit în continuare în stadiul întunecat al fotosintezei.
Relația dintre etapele de lumină și întuneric poate fi exprimată prin diagramă Procesul de fotosinteză este endergonic, adică. însoţită de o creştere energie gratis, necesitând deci o cantitate semnificativă de energie furnizată din exterior. Ecuația generală pentru fotosinteză este: 6CO2 + 12H2O--->C6H12O62 + 6H2O + 6O2 + 2861 kJ/mol.

Plantele terestre absorb apa necesara procesului de fotosinteza prin radacinile lor si plante acvatice o primesc prin difuzie din mediu. Dioxidul de carbon, necesar pentru fotosinteză, difuzează în plantă prin mici găuri de pe suprafața frunzelor - stomatele. Deoarece dioxidul de carbon este consumat în timpul fotosintezei, concentrația sa în celulă este de obicei puțin mai mică decât în atmosferă. Oxigenul eliberat în timpul fotosintezei difuzează din celulă și apoi din plantă prin stomate. Zaharurile produse în timpul fotosintezei difuzează, de asemenea, în acele părți ale plantei în care concentrația lor este mai mică.

Pentru a efectua fotosinteza, plantele au nevoie de mult aer, deoarece conține doar 0,03% dioxid de carbon. În consecinţă, din 10.000 m 3 de aer se pot obţine 3 m 3 de dioxid de carbon, din care se formează circa 110 g de glucoză în timpul fotosintezei. În general, plantele cresc mai bine cu niveluri mai mari de dioxid de carbon în aer. Prin urmare, în unele sere conținutul de CO 2 din aer este ajustat la 1-5%.

Mecanismul etapei luminoase (fotochimice) a fotosintezei

Energia solară și diferiți pigmenți participă la implementarea funcției fotochimice a fotosintezei: verde - clorofilele a și b, galben - carotenoizi și roșu sau albastru - ficobiline. Dintre acest complex de pigmenți, doar clorofila a este activă fotochimic. Pigmenții rămași joacă un rol de susținere, fiind doar colectori de cuante de lumină (un fel de lentile colectoare de lumină) și conductorii lor către centrul fotochimic.

Pe baza capacității clorofilei de a absorbi eficient energia solară de o anumită lungime de undă, în membranele tilactoide au fost identificate centri fotochimici funcționali sau fotosisteme (Fig. 3):

fotosistemul I (clorofila A) - conține pigment 700 (P 700) care absoarbe lumina cu o lungime de undă de aproximativ 700 nm, joacă un rol major în formarea produselor din etapa luminoasă a fotosintezei: ATP și NADP · H 2
fotosistemul II (clorofila b) - contine pigmentul 680 (P 680), care absoarbe lumina cu o lungime de unda de 680 nm, joaca un rol auxiliar prin completarea electronilor pierduti de fotosistemul I prin fotoliza apei

Pentru fiecare 300-400 de molecule de pigmenți de captare a luminii din fotosistemele I și II, există o singură moleculă de pigment fotochimic activ - clorofila a.

Cuantum de lumină absorbit de o plantă

transferă pigmentul P 700 din starea fundamentală în starea excitată - P * 700, în care pierde cu ușurință un electron cu formarea unei găuri de electroni pozitive sub forma P 700 + conform schemei:
P 700 ---> P * 700 ---> P + 700 + e -
După care molecula de pigment care a pierdut un electron poate servi ca acceptor de electroni (capabil să accepte un electron) și să se transforme într-o formă redusă
determină descompunerea (fotooxidarea) apei în centrul fotochimic P 680 al fotosistemului II conform schemei
H20 ---> 2H + + 2e - + 1/2O 2
Fotoliza apei se numește reacție Hill. Electronii produși în timpul descompunerii apei sunt acceptați inițial de o substanță denumită Q (uneori numită citocrom C 550 datorită absorbției sale maxime, deși nu este un citocrom). Apoi, din substanța Q, printr-un lanț de purtători asemănător ca compoziție cu cel mitocondrial, electronii sunt furnizați fotosistemului I pentru a umple golul de electroni format ca urmare a absorbției cuantelor de lumină de către sistem și a restabili pigmentul P + 700.

Dacă o astfel de moleculă pur și simplu primește înapoi același electron, atunci energia luminoasă va fi eliberată sub formă de căldură și fluorescență (aceasta se datorează fluorescenței clorofilei pure). Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, electronul încărcat negativ eliberat este acceptat de proteinele speciale fier-sulf (centrul FeS) și apoi

sau este transportat de-a lungul unuia dintre lanțurile purtătoare înapoi la P+700, umplând gaura de electroni
sau de-a lungul unui alt lanț de transportatori prin ferredoxină și flavoproteină la un acceptor permanent - NADP · H 2

În primul caz are loc transportul ciclic închis de electroni, iar în al doilea caz are loc transportul neciclic.

Ambele procese sunt catalizate de același lanț de transport de electroni. Cu toate acestea, în timpul fotofosforilării ciclice, electronii sunt returnați din clorofilă Aînapoi la clorofilă A, în timp ce în fotofosforilarea neciclică electronii sunt transferați de la clorofila b la clorofilă A.

Fosforilarea ciclică (fotosintetică).

Fosforilarea neciclică

Ca rezultat al fosforilării ciclice, se formează molecule de ATP. Procesul este asociat cu întoarcerea electronilor excitați la P 700 printr-o serie de etape succesive. Revenirea electronilor excitați la P 700 duce la eliberarea de energie (în timpul tranziției de la nivel ridicat la scăzut nivel de energie), care, cu participarea sistemului enzimatic de fosforilare, se acumulează în legăturile de fosfat ale ATP și nu se disipează sub formă de fluorescență și căldură (Fig. 4.). Acest proces se numește fosforilare fotosintetică (spre deosebire de fosforilarea oxidativă efectuată de mitocondrii);

Fosforilarea fotosintetică- reacția primară a fotosintezei este un mecanism de formare a energiei chimice (sinteza ATP din ADP și fosfat anorganic) pe membrana tilactoidă a cloroplastelor folosind energia luminii solare. Necesar pentru reacția întunecată de asimilare a CO 2

Ca rezultat al fosforilării neciclice, NADP + este redus pentru a forma NADP · N. Procesul este asociat cu transferul unui electron la ferredoxină, reducerea acestuia și transferul lui în continuare la NADP + cu restaurarea ulterioară în NADP. · N

Ambele procese apar la tilactoizi, deși al doilea este mai complex. Este asociat (interconectat) cu activitatea fotosistemului II.

Astfel, electronii pierduți de P 700 sunt reînnoiți cu electroni din apa descompusă sub influența luminii din fotosistemul II.

A+ la starea fundamentală, se formează aparent la excitarea clorofilei b. Acești electroni de înaltă energie trec la ferredoxină și apoi prin flavoproteine și citocromi la clorofilă A. În ultima etapă, are loc fosforilarea ADP la ATP (Fig. 5).

Electronii necesari pentru a returna clorofila V starea sa fundamentală sunt probabil furnizate de ionii OH - formați în timpul disocierii apei. Unele dintre moleculele de apă se disociază în ioni H + și OH -. Ca urmare a pierderii de electroni, ionii OH - sunt transformați în radicali (OH), care ulterior produc molecule de apă și oxigen gazos (Fig. 6).

Acest aspect al teoriei este confirmat de rezultatele experimentelor cu apă și CO 2 marcate cu 18 0 [spectacol] .

Conform acestor rezultate, tot oxigenul gazos eliberat în timpul fotosintezei provine din apă și nu din CO 2 . Reacțiile de scindare a apei nu au fost încă studiate în detaliu. Este clar, totuși, că implementarea tuturor reacțiilor secvențiale de fotofosforilare neciclică (Fig. 5), inclusiv excitarea unei molecule de clorofilă Ași o moleculă de clorofilă b, ar trebui să conducă la formarea unei molecule NADP · H, două sau mai multe molecule de ATP din ADP și Pn și la eliberarea unui atom de oxigen. Pentru aceasta este necesar să macar patru cuante de lumină - câte două pentru fiecare moleculă de clorofilă.

Fluxul neciclic al electronilor de la H 2 O la NADP · H2, care apare în timpul interacțiunii dintre două fotosisteme și lanțurile de transport de electroni care le conectează, se observă contrar valorilor potențialelor redox: E° pentru 1/2O2/H2O = +0,81 V și E° pentru NADP/NADP · H = -0,32 V. Energia luminii inversează fluxul de electroni. Este semnificativ faptul că, atunci când este transferată de la fotosistemul II la fotosistemul I, o parte din energia electronilor este acumulată sub formă de potențial de protoni pe membrana tilactoidă și apoi în energie ATP.

Mecanismul de formare a potențialului de protoni în lanțul de transport de electroni și utilizarea acestuia pentru formarea de ATP în cloroplaste este similar cu cel din mitocondrii. Cu toate acestea, există unele particularități în mecanismul de fotofosforilare. Tilactoizii sunt ca mitocondriile întoarse pe dos, astfel încât direcția transferului de electroni și protoni prin membrană este opusă direcției din membrana mitocondrială (Fig. 6). Electronii se deplasează spre in afara, iar protonii sunt concentrați în interiorul matricei tilactoide. Matricea este încărcată pozitiv, iar membrana exterioară a tilactoidului este încărcată negativ, adică direcția gradientului de protoni este opusă direcției sale în mitocondrii.

O altă caracteristică este proporția semnificativ mai mare de pH în potențialul de protoni în comparație cu mitocondriile. Matricea tilactoidă este foarte acidificată, astfel încât Δ pH poate ajunge la 0,1-0,2 V, în timp ce Δ Ψ este de aproximativ 0,1 V. Valoarea totală a Δ μ H+ > 0,25 V.

H + -ATP sintetaza, desemnată în cloroplaste ca complex „CF 1 + F 0”, este de asemenea orientată în direcția opusă. Capul său (F 1) se uită spre exterior, spre stroma cloroplastei. Protonii sunt împinși prin CF 0 + F 1 din matrice, iar ATP se formează în centrul activ al F 1 datorită energiei potențialului de protoni.

Spre deosebire de lanțul mitocondrial, lanțul tilactoid are aparent doar două situsuri de conjugare, astfel încât sinteza unei molecule de ATP necesită trei protoni în loc de doi, adică un raport de 3 H + /1 mol de ATP.

Deci, în prima etapă a fotosintezei, în timpul reacțiilor luminoase, în stroma cloroplastei se formează ATP și NADP. · H - produse necesare reacțiilor întunecate.

Mecanismul etapei întunecate a fotosintezei

Reacțiile întunecate ale fotosintezei sunt procesul de încorporare a dioxidului de carbon în materia organică pentru a forma carbohidrați (fotosinteza glucozei din CO2). Reacțiile apar în stroma cloroplastei cu participarea produselor din etapa luminoasă a fotosintezei - ATP și NADP · H2.

Asimilarea dioxidului de carbon (carboxilarea fotochimică) este un proces ciclic, numit și ciclul fotosintetic al pentozelor fosfat sau ciclul Calvin (Fig. 7). Există trei faze principale în ea:

carboxilarea (fixarea CO 2 cu ribuloză difosfat)
reducerea (formarea triozei fosfaților în timpul reducerii 3-fosfogliceratului)
regenerarea ribulozei difosfat

Ribuloza 5-fosfat (un zahăr care conține 5 atomi de carbon cu o porțiune fosfat la carbonul 5) suferă fosforilarea de către ATP, ducând la formarea de ribuloză difosfat. Această din urmă substanță este carboxilată prin adăugarea de CO2, aparent la un intermediar cu șase atomi de carbon, care, totuși, este imediat scindat prin adăugarea unei molecule de apă, formând două molecule de acid fosfogliceric. Acidul fosfogliceric este apoi redus printr-o reacție enzimatică care necesită prezența ATP și NADP. · H cu formarea de fosfogliceraldehidă (zahăr cu trei atomi de carbon - trioză). Ca urmare a condensării a două astfel de trioze, se formează o moleculă de hexoză, care poate fi inclusă într-o moleculă de amidon și astfel stocată ca rezervă.

Pentru a finaliza această fază a ciclului, fotosinteza absoarbe 1 moleculă de CO2 și folosește 3 molecule de ATP și 4 atomi de H (atașați la 2 molecule de NAD · N). Din fosfatul de hexoză, prin anumite reacții ale ciclului fosfatului de pentoză (Fig. 8), se regenerează fosfatul de ribuloză, care poate atașa din nou o altă moleculă de dioxid de carbon.

Niciuna dintre reacțiile descrise - carboxilare, reducere sau regenerare - nu poate fi considerată specifică doar celulei fotosintetice. Singura diferență pe care au descoperit-o a fost că reacția de reducere care transformă acidul fosfogliceric în fosfogliceraldehidă necesită NADP. · N, nu TERMINAT · N, ca de obicei.

Fixarea CO 2 de către ribuloză difosfat este catalizată de enzima ribuloză difosfat carboxilază: Ribuloză difosfat + CO 2 --> 3-fosfoglicerat În continuare, 3-fosfogliceratul este redus folosind NADP · H2 şi ATP la gliceraldehidă 3-fosfat. Această reacție este catalizată de enzima gliceraldehida-3-fosfat dehidrogenază. Gliceraldehida 3-fosfat se izomerizează ușor la dihidroxiacetonă fosfat. Ambii trioză fosfați sunt utilizați la formarea fructozei bifosfat (reacția inversă catalizată de fructoză bifosfat aldolaza). O parte din moleculele fructozei bifosfatului rezultat participă, împreună cu trioza fosfaților, la regenerarea ribulozei bifosfatului (închiderea ciclului), iar cealaltă parte este folosită pentru a stoca carbohidrați în celulele fotosintetice, așa cum se arată în diagramă.

Se estimează că sinteza unei molecule de glucoză din CO 2 în ciclul Calvin necesită 12 NADP · H + H + și 18 ATP (12 molecule de ATP sunt cheltuite pentru reducerea 3-fosfogliceratului și 6 molecule sunt utilizate în reacțiile de regenerare a ribulozei difosfat). Raport minim - 3 ATP: 2 NADP · N 2.

Se poate observa comunitatea principiilor care stau la baza fosforilării fotosintetice și oxidative, iar fotofosforilarea este, așa cum ar fi, fosforilarea oxidativă inversă:

Energia luminii este forța motrice din spatele fosforilării și sintezei substanțelor organice (S-H 2) în timpul fotosintezei și, invers, energia de oxidare a substanțelor organice în timpul fosforilării oxidative. Prin urmare, plantele oferă viață animalelor și altor organisme heterotrofe:

Carbohidrații produși în timpul fotosintezei servesc la construirea scheletelor de carbon ale numeroaselor substanțe organice vegetale. Substanțele organoazotate sunt absorbite de organismele fotosintetice prin reducerea nitraților anorganici sau azotului atmosferic, iar sulful este absorbit prin reducerea sulfaților la grupări sulfhidril ale aminoacizilor. Fotosinteza asigură în cele din urmă construcția nu numai a proteinelor, acizilor nucleici, carbohidraților, lipidelor și cofactorilor esențiali pentru viață, ci și a numeroaselor produse de sinteză secundară care sunt valoroase. substanțe medicinale(alcaloizi, flavonoizi, polifenoli, terpene, steroizi, acizi organici etc.).

Fotosinteza non-clorofilă

Fotosinteza non-clorofilă se găsește în bacteriile iubitoare de sare care au un pigment violet sensibil la lumină. Acest pigment s-a dovedit a fi proteina bacteriorhodopsin, care conține, la fel ca violetul vizual al retinei - rodopsina, un derivat al vitaminei A - retiniană. Bacteriodopsina, construită în membrana bacteriilor iubitoare de sare, formează un potențial de protoni pe această membrană ca răspuns la absorbția luminii de către retină, care este transformată în ATP. Astfel, bacteriorhodopsina este un convertor de energie luminoasă fără clorofilă.

Fotosinteza și mediul extern

Fotosinteza este posibilă numai în prezența luminii, a apei și a dioxidului de carbon. Eficiența fotosintezei nu depășește 20% specii culturale plante, și de obicei nu depășește 6-7%. În atmosferă există aproximativ 0,03% (vol.) CO 2, când conținutul acestuia crește la 0,1%, intensitatea fotosintezei și productivitatea plantelor cresc, de aceea este indicat să se hrănească plantele cu bicarbonați. Cu toate acestea, conținutul de CO 2 din aer peste 1,0% are un efect dăunător asupra fotosintezei. Într-un an, plantele terestre absorb singure 3% din totalul de CO 2 din atmosfera Pământului, adică aproximativ 20 de miliarde de tone se acumulează până la 4 × 10 18 kJ de energie luminoasă în carbohidrații sintetizati din CO 2. Aceasta corespunde unei capacități a centralei electrice de 40 de miliarde de kW. Un produs secundar al fotosintezei, oxigenul, este vital pentru organismele superioare și microorganismele aerobe. Păstrarea vegetației înseamnă conservarea vieții pe Pământ.

Eficiența fotosintezei

Eficiența fotosintezei în ceea ce privește producția de biomasă poate fi evaluată prin proporția radiației solare totale care cade pe o anumită zonă pe anumit timp, care este depozitat în materia organică a culturii. Productivitatea sistemului poate fi evaluată prin cantitatea de substanță organică uscată obținută pe unitatea de suprafață pe an și exprimată în unități de masă (kg) sau energie (mJ) de producție obținută la hectar pe an.

Randamentul de biomasă depinde astfel de suprafața colectorului (frunzelor) de energie solară care funcționează în timpul anului și de numărul de zile pe an cu astfel de condiții de iluminare când fotosinteza este posibilă cu viteza maxima, care determină eficiența întregului proces. Rezultatele determinării proporției de radiație solară (în %) disponibilă plantelor (radiație fotosintetic activă, PAR), precum și cunoașterea proceselor fotochimice și biochimice de bază și a eficienței lor termodinamice fac posibilă calcularea ratelor maxime probabile de formare a substanțelor organice. substanțe din punct de vedere al carbohidraților.

Plantele folosesc lumină cu o lungime de undă de la 400 la 700 nm, adică radiația activă fotosintetic reprezintă 50% din toată lumina solară. Aceasta corespunde unei intensități pe suprafața Pământului de 800-1000 W/m2 pentru o zi însorită tipică (în medie). Eficiența maximă medie a conversiei energiei în timpul fotosintezei în practică este de 5-6%. Aceste estimări sunt obținute pe baza studiilor procesului de legare a CO 2 , precum și a pierderilor fiziologice și fizice asociate. Un mol de CO 2 legat sub formă de carbohidrați corespunde unei energii de 0,47 MJ, iar energia unui mol de cuante de lumină roșie cu o lungime de undă de 680 nm (cea mai slabă lumină utilizată în fotosinteză) este de 0,176 MJ. Astfel, numărul minim de moli de cuante de lumină roșie necesari pentru a lega 1 mol de CO2 este 0,47:0,176 = 2,7. Cu toate acestea, deoarece transferul a patru electroni din apă pentru a fixa o moleculă de CO 2 necesită cel puțin opt quante de lumină, eficiența teoretică de legare este de 2,7:8 = 33%. Aceste calcule sunt făcute pentru lumina roșie; Este clar că pentru lumina albă această valoare va fi în mod corespunzător mai mică.

În cele mai bune condiții de teren, eficiența de fixare în plante ajunge la 3%, dar acest lucru este posibil doar pe perioade scurte de creștere și, dacă se calculează pe întregul an, va fi undeva între 1 și 3%.

În practică, în medie pe an, eficiența conversiei energiei fotosintetice în zonele cu climat temperat este de obicei 0,5-1,3%, iar pentru culturile subtropicale - 0,5-2,5%. Randamentul care poate fi așteptat la un anumit nivel de intensitate a luminii solare și o eficiență fotosintetică diferită poate fi estimat cu ușurință din graficele prezentate în Fig. 9.

Sensul fotosintezei

Procesul de fotosinteză este baza nutriției pentru toate ființele vii și, de asemenea, furnizează omenirii combustibil, fibre și nenumărați compuși chimici utili.
Aproximativ 90-95% din greutatea uscată a culturii este formată din dioxid de carbon și apă legate din aer în timpul fotosintezei.
Oamenii folosesc aproximativ 7% din produsele fotosintetice ca hrană, hrană pentru animale, combustibil și materiale de construcție.

Fotosinteză- aceasta este o sinteză compusi organiciîn frunzele plantelor verzi din apă și dioxid de carbon atmosferic folosind energia solară (luminoasă) adsorbită de clorofilă în cloroplaste.

Datorită fotosintezei, energia luminii vizibile este captată și transformată în energie chimică, care este stocată (depozitata) în substanțe organice formate în timpul fotosintezei.

Data descoperirii procesului de fotosinteză poate fi considerată 1771. Omul de știință englez J. Priestley a atras atenția asupra modificărilor în compoziția aerului datorită activității vitale a animalelor. În prezența plantelor verzi, aerul a devenit din nou potrivit atât pentru respirație, cât și pentru ardere. Ulterior, lucrările unui număr de oameni de știință (Y. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J.B. Boussingault) au stabilit că plantele verzi absorb CO 2 din aer, din care se formează materia organică cu participarea apei în lumină. . Acest proces a fost numit în 1877, omul de știință german W. Pfeffer, fotosinteză. Legea conservării energiei formulată de R. Mayer a fost de mare importanță pentru dezvăluirea esenței fotosintezei. În 1845, R. Mayer a propus că energia folosită de plante este energia Soarelui, pe care plantele o transformă în energie chimică prin procesul de fotosinteză. Această poziție a fost dezvoltată și confirmată experimental în cercetările remarcabilului om de știință rus K.A. Timiryazev.

Rolul principal al organismelor fotosintetice:

1) transformarea energiei luminii solare în energia legăturilor chimice ale compuşilor organici;

2) saturarea atmosferei cu oxigen;

Ca rezultat al fotosintezei, pe Pământ se formează 150 de miliarde de tone de materie organică și se eliberează aproximativ 200 de miliarde de tone de oxigen liber pe an. Previne creșterea concentrației de CO2 în atmosferă, prevenind supraîncălzirea Pământului (efect de seră).

Atmosfera creată de fotosinteză protejează viețuitoarele de radiațiile UV dăunătoare cu unde scurte (scutul de oxigen-ozon al atmosferei).

Doar 1-2% din energia solară este transferată în recolta plantelor agricole, pierderile se datorează absorbției incomplete a luminii. Prin urmare, există o perspectivă uriașă de creștere a productivității prin selecția de soiuri cu eficiență ridicată a fotosintezei și crearea unei structuri a culturii favorabile pentru absorbția luminii. În acest sens, dezvoltarea fundamentelor teoretice pentru controlul fotosintezei devine deosebit de relevantă.

Importanța fotosintezei este enormă. Să observăm doar că furnizează combustibil (energie) și oxigen atmosferic necesar pentru existența tuturor viețuitoarelor. Prin urmare, rolul fotosintezei este planetar.

Planetaritatea fotosintezei este determinată și de faptul că datorită ciclului oxigenului și carbonului (în principal) se menține compoziția actuală a atmosferei, ceea ce determină, la rândul său, menținerea în continuare a vieții pe Pământ. Putem spune în continuare că energia care este stocată în produsele fotosintezei este, în esență, principala sursă de energie pe care o are acum omenirea.

Reacția totală a fotosintezei

CO 2 +H 2 O = (CH 2 O) + O 2 .

Chimia fotosintezei este descrisă de următoarele ecuații:

Fotosinteza – 2 grupe de reacții:

etapă luminoasă (depinde de iluminare)

stadiu întunecat (depinde de temperatura).

Ambele grupuri de reacții apar simultan

Fotosinteza are loc în cloroplastele plantelor verzi.

Fotosinteza începe cu captarea și absorbția luminii de către pigmentul clorofilă, găsit în cloroplastele celulelor plantelor verzi.

Acest lucru se dovedește a fi suficient pentru a schimba spectrul de absorbție al moleculei.

Molecula de clorofilă absoarbe fotonii în violet și albastru, apoi în partea roșie a spectrului și nu interacționează cu fotonii din partea verde și galbenă a spectrului.

De aceea, clorofila și plantele arată verzi - pur și simplu nu pot profita de razele verzi și le lasă să rătăcească în jurul lumii (făcând astfel mai verde).

Pigmenții fotosintetici sunt localizați pe partea interioară a membranei tilacoide.

Pigmentii sunt organizati in fotosisteme(câmpuri de antenă pentru captarea luminii) - conținând 250–400 de molecule de pigmenți diferiți.

Fotosistemul este format din:

centru de reacție fotosisteme (molecula de clorofilă A),

moleculele antenei

Toți pigmenții din fotosistem sunt capabili să-și transfere energia de stare excitată unul altuia. Energia fotonului absorbită de una sau alta moleculă de pigment este transferată unei molecule învecinate până când ajunge în centrul de reacție. Când sistemul rezonant al centrului de reacție intră în stare de excitat, transferă doi electroni excitați către molecula acceptor și, prin urmare, se oxidează și capătă o sarcină pozitivă.

În plante:

fotosistem 1(absorbție maximă de lumină la o lungime de undă de 700 nm - P700)

sistemul foto 2(absorbție maximă de lumină la o lungime de undă de 680 nm - P680

Diferențele optime de absorbție se datorează micilor diferențe în structura pigmentului.

Cele două sisteme funcționează în tandem, ca un transportor din două părți numit fotofosforilarea neciclică .

Ecuație sumară pentru fotofosforilarea neciclică:

F - simbol reziduu de acid fosforic

Ciclul începe cu fotosistemul 2.

1) moleculele antenei captează fotonul și transmit excitația moleculei centrale active P680;

2) molecula excitată P680 donează doi electroni cofactorului Q, în timp ce se oxidează și capătă o sarcină pozitivă;

Cofactor(cofactor). O coenzimă sau orice altă substanță necesară pentru ca o enzimă să își îndeplinească funcția

Coenzime (coenzime)[din lat. co (cum) - împreună și enzime], compuși organici de natură neproteică care participă la reacția enzimatică ca acceptori ai atomilor individuali sau ai grupărilor atomice scindate de enzimă din molecula de substrat, i.e. pentru a efectua acţiunea catalitică a enzimelor. Aceste substanțe, spre deosebire de componenta proteică a enzimei (apoenzima), au o greutate moleculară relativ mică și, de regulă, sunt termostabile. Uneori, coenzimele înseamnă orice substanțe cu molecularitate scăzută, a căror participare este necesară pentru ca acțiunea catalitică a enzimei să aibă loc, inclusiv ionii, de exemplu. K+, Mg2+ şi Mn2+. Enzimele sunt localizate. în centrul activ al enzimei și, împreună cu substratul și grupările funcționale ale centrului activ, formează un complex activat.

Majoritatea enzimelor necesită prezența unei coenzime pentru a prezenta activitate catalitică. Excepție fac enzimele hidrolitice (de exemplu, proteaze, lipaze, ribonucleaze), care își îndeplinesc funcția în absența unei coenzime.

Molecula este redusă de P680 (sub acțiunea enzimelor). În acest caz, apa se disociază în protoni și oxigen molecular, acestea. apa este un donor de electroni, ceea ce asigură reumplerea electronilor în P 680.

FOTOLIZĂ APĂ- scindarea unei molecule de apă, în special în timpul fotosintezei. Datorită fotolizei apei, se produce oxigen, care este eliberat de plantele verzi în lumină.

Plantele obțin tot ce au nevoie pentru creștere și dezvoltare mediu inconjurator. Acesta este modul în care se deosebesc de alte organisme vii. Pentru ca ei să se dezvolte bine, au nevoie sol fertil, udare naturala sau artificiala si iluminare buna. Nimic nu va crește în întuneric.

Solul este o sursă de apă și de compuși organici nutritivi și microelemente. Dar copacii, florile și iarba au nevoie și de energie solară. Sub influența luminii solare apar anumite reacții, în urma cărora dioxid de carbon, absorbit din aer, se transformă în oxigen. Acest proces se numește fotosinteză. Reacția chimică care are loc sub influența luminii solare duce și la formarea de glucoză și apă. Aceste substanțe sunt vitale pentru dezvoltarea plantei.

În limbajul chimiștilor, reacția arată astfel: 6CO2 + 12H2O + lumină = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. O formă simplificată a ecuației: dioxid de carbon + apă + lumină = glucoză + oxigen + apă.

Literal, „fotosinteza” este tradusă ca „împreună cu lumina”. Acest cuvânt este format din două cuvinte simple„fotografie” și „sinteză”. Soarele este o sursă foarte puternică de energie. Oamenii îl folosesc pentru a genera electricitate, a izola casele și a încălzi apa. De asemenea, plantele au nevoie de energie de la soare pentru a susține viața. Glucoza, produsă în timpul fotosintezei, este un zahăr simplu care este unul dintre cele mai importante nutrienți. Plantele îl folosesc pentru creștere și dezvoltare, iar excesul este depus în frunze, semințe și fructe. Nu toată glucoza rămâne neschimbată în părțile verzi ale plantelor și fructelor. Zaharurile simple tind să se transforme în altele mai complexe, care includ amidonul. Plantele folosesc astfel de rezerve în perioadele de deficit de nutrienți. Ele determină valoarea nutritivă a ierburilor, fructelor, florilor, frunzelor pentru animale și oameni care consumă alimente vegetale.

Cum absorb plantele lumina?

Procesul de fotosinteză este destul de complex, dar poate fi descris pe scurt, astfel încât să devină de înțeles chiar și pentru copii varsta scolara. Una dintre cele mai frecvente întrebări se referă la mecanismul de absorbție a luminii. Cum ajunge energia luminoasă în plante? Procesul de fotosinteză are loc în frunze. Frunzele tuturor plantelor conțin celule verzi - cloroplaste. Conțin o substanță numită clorofilă. Clorofila este pigmentul care conferă frunzelor culoarea verde și este responsabil pentru absorbția energiei luminoase. Mulți oameni nu s-au gândit de ce frunzele majorității plantelor sunt largi și plate. Se pare că natura a oferit acest lucru cu un motiv. Suprafața largă permite absorbția cantitate mare razele de soare. Pentru același motiv panouri solare fă-le largi și plate.

Partea superioară a frunzelor este protejată de un strat ceros (cuticulă) de pierderea apei și de efectele adverse ale intemperiilor și dăunătorilor. Se numește palisadă. Dacă te uiți cu atenție la frunză, poți vedea că partea superioară a acesteia este mai strălucitoare și mai netedă. Culoarea bogată se obține datorită faptului că în această parte sunt mai multe cloroplaste. Excesul de lumină poate reduce capacitatea plantei de a produce oxigen și glucoză. Sub influență soare stralucitor clorofila este deteriorată și acest lucru încetinește fotosinteza. O încetinire are loc și odată cu sosirea toamnei, când este mai puțină lumină, iar frunzele încep să se îngălbenească din cauza distrugerii cloroplastelor din ele.

Rolul apei în fotosinteză și în menținerea vieții plantelor nu poate fi subestimat. Apa este necesară pentru:

furnizarea plantelor cu minerale dizolvate în ea;
menținerea tonului;
răcire;
posibilitatea apariţiei reacţiilor chimice şi fizice.

Copacii, arbuștii și florile absorb apa din sol cu rădăcinile lor, iar apoi umiditatea crește de-a lungul tulpinii și trece în frunze de-a lungul venelor care sunt vizibile chiar și cu ochiul liber.

Dioxidul de carbon intră prin mici găuri de la baza frunzei - stomate. În partea inferioară a frunzei, celulele sunt dispuse astfel încât dioxidul de carbon să poată pătrunde mai adânc. Acest lucru permite, de asemenea, oxigenului produs prin fotosinteză să părăsească cu ușurință frunza. Ca toate organismele vii, plantele sunt dotate cu capacitatea de a respira. Mai mult, spre deosebire de animale și oameni, acestea absorb dioxidul de carbon și eliberează oxigen, și nu invers. Acolo unde sunt multe plante, aerul este foarte curat și proaspăt. De aceea este atât de important să aveți grijă de copaci și arbuști și să creați grădini publice și parcuri în orașele mari.

Fazele luminoase și întunecate ale fotosintezei

Procesul de fotosinteză este complex și constă din două faze - lumină și întuneric. Faza de lumină este posibilă numai în prezența luminii solare. Când sunt expuse la lumină, moleculele de clorofilă ionizează, rezultând energie care servește drept catalizator. reactie chimica. Ordinea evenimentelor care au loc în această fază este următoarea:

lumina lovește molecula de clorofilă, care este absorbită de pigmentul verde și o pune într-o stare excitată;
rupturi de apă;
Se sintetizează ATP, care este un acumulator de energie.

Faza întunecată a fotosintezei are loc fără participarea energiei luminoase. Pe în această etapă se formează glucoză și oxigen. Este important să înțelegem că formarea glucozei și a oxigenului are loc non-stop, și nu doar noaptea. Faza întunecată se numește deoarece prezența luminii nu mai este necesară pentru ca aceasta să apară. Catalizatorul este ATP, care a fost sintetizat mai devreme.

Importanța fotosintezei în natură

Fotosinteza este unul dintre cele mai importante procese naturale. Este necesar nu numai pentru a menține viața plantelor, ci și pentru toată viața de pe planetă. Fotosinteza este necesară pentru:

asigurarea animalelor și oamenilor cu hrană;
eliminarea dioxidului de carbon și saturarea aerului cu oxigen;
menținerea ciclului nutrienților.

Toate plantele depind de rata fotosintezei. Energia solară poate fi văzută ca un factor care promovează sau inhibă creșterea. De exemplu, în regiunile sudice iar zonele unde este mult soare și plantele pot crește destul de înalte. Dacă luăm în considerare modul în care se desfășoară procesul în ecosistemele acvatice, la suprafața mărilor și oceanelor nu lipsesc razele de soare iar în aceste straturi există o creștere abundentă de alge. În straturile mai adânci de apă există o lipsă de energie solară, ceea ce afectează rata de creștere a florei acvatice.

Procesul de fotosinteză contribuie la formarea stratului de ozon în atmosferă. Acest lucru este foarte important deoarece ajută la protejarea întregii vieți de pe planetă de efectele nocive ale razelor ultraviolete.

Fotosinteză- procesul de sinteza a substantelor organice folosind energia luminoasa. Organisme care sunt capabile de compuși anorganici sintetizează substanţele organice se numesc autotrofe. Fotosinteza este caracteristică numai celulelor organismelor autotrofe. Organismele heterotrofe nu sunt capabile să sintetizeze substanțe organice din compuși anorganici.
Celulele plantelor verzi și unele bacterii au structuri și complexe speciale substanțe chimice, care le permit să capteze energia din lumina soarelui.

Rolul cloroplastelor în fotosinteză

Celulele vegetale conțin formațiuni microscopice - cloroplaste. Acestea sunt organele în care energia și lumina sunt absorbite și transformate în energia ATP și a altor molecule - purtători de energie. Grana de cloroplaste conține clorofilă, o substanță organică complexă. Clorofila captează energia luminoasă pentru a fi utilizată în biosinteza glucozei și a altor substanțe organice. Enzimele necesare sintezei glucozei se gasesc si in cloroplaste.

Faza ușoară a fotosintezei

O cantitate de lumină roșie absorbită de clorofilă transferă electronul într-o stare excitată. Un electron excitat de lumină dobândește o cantitate mare de energie, în urma căreia se deplasează la un nivel de energie mai înalt. Un electron excitat de lumină poate fi comparat cu o piatră ridicată la o înălțime, care dobândește și energie potențială. Îl pierde, căzând de la înălțime. Electronul excitat, ca în trepte, se mișcă de-a lungul unui lanț de compuși organici complecși încorporați în cloroplastă. Trecând de la o treaptă la alta, electronul pierde energie, care este folosită pentru sinteza ATP. Electronul care a irosit energia se întoarce la clorofilă. O nouă porțiune de energie luminoasă excită din nou electronul clorofilei. Urmează din nou aceeași cale, cheltuind energie pentru formarea moleculelor de ATP.
Ionii de hidrogen și electronii, necesari pentru refacerea moleculelor purtătoare de energie, se formează prin scindarea moleculelor de apă. Descompunerea moleculelor de apă din cloroplaste este efectuată de o proteină specială sub influența luminii. Acest proces se numește fotoliza apei.
Astfel, energia luminii solare este utilizată direct de celula plantei pentru:
1. excitarea electronilor clorofilei, a căror energie este cheltuită în continuare pentru formarea ATP și a altor molecule purtătoare de energie;
2. fotoliza apei, aprovizionând cu ioni de hidrogen și electroni faza luminoasa fotosinteză.
Aceasta eliberează oxigen ca produs secundar al reacțiilor de fotoliză. Etapa în care, datorită energiei luminii, se formează compuși bogați în energie - ATP și molecule purtătoare de energie, numit faza ușoară a fotosintezei.

Faza întunecată a fotosintezei

Cloroplastele conțin zaharuri cu cinci atomi de carbon, dintre care unul ribuloză difosfat, este un acceptor de dioxid de carbon. O enzimă specială leagă zahărul cu cinci atomi de carbon cu dioxidul de carbon din aer. În acest caz, se formează compuși care, folosind energia ATP și a altor molecule purtătoare de energie, sunt reduse la o moleculă de glucoză cu șase atomi de carbon. Astfel, energia luminoasă convertită în timpul fazei luminoase în energia ATP și a altor molecule purtătoare de energie este utilizată pentru sinteza glucozei. Aceste procese pot avea loc în întuneric.
Din celule vegetale A fost posibilă izolarea cloroplastelor, care într-o eprubetă, sub influența luminii, au efectuat fotosinteza - au format noi molecule de glucoză, în timp ce absorb dioxidul de carbon. Dacă s-a oprit iluminarea cloroplastelor, s-a oprit și sinteza glucozei. Cu toate acestea, dacă la cloroplaste ar fi adăugat ATP și molecule de purtător de energie redusă, sinteza glucozei s-a reluat și ar putea continua în întuneric. Aceasta înseamnă că lumina este într-adevăr necesară doar pentru a sintetiza ATP și a încărca moleculele purtătoare de energie. Absorbția dioxidului de carbon și formarea glucozei în plante numit faza întunecată a fotosintezei, deoarece poate merge în întuneric.
Iluminarea intensă și conținutul crescut de dioxid de carbon în aer duc la creșterea activității fotosintezei.

Fotosinteza este procesul de formare a substanțelor organice în plante verzi. Fotosinteza a creat întreaga masă de plante de pe Pământ și a saturat atmosfera cu oxigen.

Cum se hrănește planta?

Anterior, oamenii erau siguri că plantele luau toate substanțele pentru hrănirea lor din sol. Dar o experiență a arătat că nu este așa.

Un copac a fost plantat într-un ghiveci cu pământ. În același timp, a fost măsurată atât masa pământului, cât și a copacului. Când, câțiva ani mai târziu, ambele au fost cântărite din nou, s-a dovedit că masa pământului a scăzut cu doar câteva grame, iar masa plantei a crescut cu multe kilograme.

Doar apă a fost adăugată în sol. De unde au venit aceste kilograme de masă vegetală?

Din aer. Toată materia organică din plante este creată din dioxidul de carbon atmosferic și apa din sol.

TOP 2 articolecare citesc împreună cu asta

Energie

Animalele și oamenii mănâncă plante pentru a obține energie pentru viață. Această energie este conținută în legăturile chimice ale substanțelor organice. De unde este ea?

Se știe că o plantă nu poate crește normal fără lumină. Lumina este energia cu care o planta construieste substantele organice ale corpului ei.

Nu contează ce fel de lumină este, solară sau electrică. Orice rază de lumină poartă energie care devine energie legături chimiceși cum cleiul ține atomii în molecule organice mari.

Unde are loc fotosinteza?

Fotosinteza are loc numai în părțile verzi ale plantelor, sau mai precis, în organele speciale ale celulelor vegetale - cloroplastele.

Orez. 1. Cloroplaste la microscop.

Cloroplastele sunt un tip de plastidă. Sunt întotdeauna verzi pentru că conțin o substanță Culoare verde- clorofila.

Cloroplastul este separat de restul celulei printr-o membrană și are aspectul unui bob. Spațiu interior cloroplastul se numește stromă. Aici încep procesele de fotosinteză.

Orez. 2. Structura interna cloroplast.

Cloroplastele sunt ca o fabrică care primește materii prime:

dioxid de carbon (formula – CO₂);
apă (H₂O).

Apa provine din rădăcini, iar dioxidul de carbon vine din atmosferă prin găuri speciale din frunze. Lumina este energia pentru funcționarea fabricii, iar substanțele organice rezultate sunt produsele.

În primul rând, se produc carbohidrați (glucoza), dar ulterior formează multe substanțe cu mirosuri și gusturi diverse pe care animalele și oamenii le iubesc atât de mult.

Din cloroplaste, substanțele rezultate sunt transportate în diferite organe ale plantei, unde sunt depozitate sau utilizate.

Reacția de fotosinteză

ÎN vedere generala Ecuația fotosintezei arată astfel:

CO₂ + H₂O = materie organică + O₂ (oxigen)

Plantele verzi aparțin grupului de autotrofe (tradus ca „Mă hrănesc”) - organisme care nu au nevoie de alte organisme pentru a obține energie.

Funcția principală a fotosintezei este crearea de substanțe organice din care este construit corpul plantei.

eliberare de oxigen - prin efect proces.

Sensul fotosintezei

Rolul fotosintezei în natură este extrem de mare. Mulțumesc lui întreg lumea vegetală planete.

Orez. 3. Fotosinteza.

Datorită fotosintezei, plantele:

sunt o sursă de oxigen pentru atmosferă;
transformă energia soarelui într-o formă accesibilă animalelor și oamenilor.

Viața pe Pământ a devenit posibilă odată cu acumularea de oxigen suficient în atmosferă. Nici omul, nici animalele nu ar fi putut trăi în acele vremuri îndepărtate când el nu era acolo, sau era puțin din el.

Ce știință studiază procesul de fotosinteză?

Fotosinteza este studiată în diverse științe, dar mai ales în botanică și fiziologia plantelor.

Botanica este știința plantelor și, prin urmare, o studiază ca un proces important de viață al plantelor.

Fiziologia plantelor studiază fotosinteza în cel mai detaliu. Oamenii de știință în fiziologie au stabilit că acest proces este complex și are etape:

ușoară;
întuneric

Aceasta înseamnă că fotosinteza începe la lumină, dar se termină în întuneric.

Ce am învățat?

După ce am studiat Acest subiect la biologia clasa a V-a, fotosinteza poate fi explicată pe scurt și clar ca fiind procesul de formare a substanțelor organice din substanțe anorganice (CO₂ și H₂O) în plante. Caracteristicile sale: are loc în plastide verzi (cloroplaste), este însoțită de eliberarea de oxigen și se desfășoară sub influența luminii.

Test pe tema

Evaluarea raportului

Rata medie: 4.5. Evaluări totale primite: 318.