V buňkách té které tkáně probíhá fotosyntéza. Pojem fotosyntéza, kde a co se děje během světelné fáze fotosyntézy. Význam fotosyntézy v životě člověka

Fotosyntéza je syntéza organických sloučenin v listech zelených rostlin z vody a atmosférického oxidu uhličitého pomocí sluneční (světelné) energie adsorbované chlorofylem v chloroplastech.

Díky fotosyntéze se zachycuje a přeměňuje energie viditelného světla na energii chemickou, která se ukládá (ukládá) do organických látek vznikajících při fotosyntéze.

Za datum objevení procesu fotosyntézy lze považovat rok 1771. Anglický vědec J. Priestley upozornil na změny ve složení vzduchu v důsledku životně důležité činnosti zvířat. V přítomnosti zelených rostlin se vzduch opět stal vhodným pro dýchání i spalování. Následně práce řady vědců (Y. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J.B. Boussingault) prokázaly, že zelené rostliny absorbují CO 2 ze vzduchu, ze kterého se za účasti vody na světle tvoří organická hmota. . Právě tento proces nazval v roce 1877 německý vědec W. Pfeffer fotosyntéza. Pro odhalení podstaty fotosyntézy měl velký význam zákon zachování energie formulovaný R. Mayerem. V roce 1845 R. Mayer navrhl, že energie využívaná rostlinami je energie Slunce, kterou rostliny přeměňují na chemickou energii prostřednictvím procesu fotosyntézy. Tato pozice byla vyvinuta a experimentálně potvrzena ve výzkumu pozoruhodného ruského vědce K.A. Timiryazev.

Hlavní role fotosyntetických organismů:

1) přeměna energie slunečního záření na energii chemických vazeb organických sloučenin;

2) nasycení atmosféry kyslíkem;

V důsledku fotosyntézy vzniká na Zemi 150 miliard tun organické hmoty a ročně se uvolní asi 200 miliard tun volného kyslíku. Zabraňuje zvyšování koncentrace CO2 v atmosféře, zabraňuje přehřívání Země (skleníkový efekt).

Atmosféra vytvořená fotosyntézou chrání živé organismy před škodlivým krátkovlnným UV zářením (kyslíko-ozónový štít atmosféry).

Pouze 1-2 % sluneční energie se přenáší do sklizně zemědělských rostlin, ztráty jsou způsobeny neúplnou absorpcí světla. Existuje tedy obrovská perspektiva zvýšení produktivity prostřednictvím výběru odrůd s vysokou účinností fotosyntézy a vytvoření struktury plodiny příznivé pro absorpci světla. V tomto ohledu se stává zvláště aktuální vývoj teoretických základů pro řízení fotosyntézy.

Význam fotosyntézy je obrovský. Poznamenejme pouze, že dodává palivo (energii) a vzdušný kyslík nezbytný pro existenci všeho živého. Proto je role fotosyntézy planetární.

Planetárnost fotosyntézy je dána i tím, že díky koloběhu kyslíku a uhlíku (hlavně) je zachováno současné složení atmosféry, které následně určuje další udržení života na Zemi. Můžeme dále říci, že energie, která je uložena v produktech fotosyntézy, je v podstatě hlavním zdrojem energie, kterou nyní lidstvo má.

Celková reakce fotosyntézy

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

Chemie fotosyntézy je popsána následujícími rovnicemi:

Fotosyntéza – 2 skupiny reakcí:

světelné jeviště (záleží na osvětlení)

temné jeviště (závisí na teplotě).

Obě skupiny reakcí probíhají současně

Fotosyntéza probíhá v chloroplastech zelených rostlin.

Fotosyntéza začíná zachycením a absorpcí světla pigmentem chlorofylem, který se nachází v chloroplastech buněk zelených rostlin.

To se ukazuje jako dostatečné k posunutí absorpčního spektra molekuly.

Molekula chlorofylu absorbuje fotony ve fialové a modré a poté v červené části spektra a neinteraguje s fotony v zelené a žluté části spektra.

To je důvod, proč chlorofyl a rostliny vypadají zeleně - prostě nemohou využít zelených paprsků a nechat je bloudit světem (čímž je zelenější).

Fotosyntetické pigmenty jsou umístěny na vnitřní straně thylakoidní membrány.

Pigmenty jsou organizovány do fotosystémy(anténní pole pro zachycení světla) - obsahující 250–400 molekul různých pigmentů.

Fotosystém se skládá z:

reakční centrum fotosystémy (molekula chlorofylu A),

anténní molekuly

Všechny pigmenty ve fotosystému jsou schopny přenášet energii excitovaného stavu mezi sebou. Energie fotonu absorbovaná tou či onou molekulou pigmentu se přenáší na sousední molekulu, dokud nedosáhne reakčního centra. Když rezonanční systém reakčního centra přejde do excitovaného stavu, přenese dva excitované elektrony na molekulu akceptoru a tím se oxiduje a získá kladný náboj.

V rostlinách:

fotosystém 1(maximální absorpce světla při vlnové délce 700 nm - P700)

fotosystém 2(maximální absorpce světla při vlnové délce 680 nm - P680

Rozdíly v optimu absorpce jsou způsobeny nepatrnými rozdíly ve struktuře pigmentu.

Tyto dva systémy pracují v tandemu, jako dvoudílný dopravník tzv necyklická fotofosforylace .

Souhrnná rovnice pro necyklická fotofosforylace:

Ф - symbol zbytku kyseliny fosforečné

Cyklus začíná fotosystémem 2.

1) molekuly antény zachycují foton a přenášejí excitaci do molekuly aktivního centra P680;

2) excitovaná molekula P680 daruje dva elektrony kofaktoru Q, přičemž se oxiduje a získává kladný náboj;

Kofaktor(kofaktor). Koenzym nebo jakákoli jiná látka nezbytná k tomu, aby enzym plnil svou funkci

Koenzymy (koenzymy)[z lat. co (cum) - spolu a enzymy], organické sloučeniny nebílkovinné povahy účastnící se enzymatické reakce jako akceptory jednotlivých atomů nebo atomových skupin odštěpených enzymem z molekuly substrátu, tzn. provádět katalytické působení enzymů. Tyto látky mají na rozdíl od proteinové složky enzymu (apoenzymu) relativně malou molekulovou hmotnost a jsou zpravidla termostabilní. Někdy se koenzymy rozumí jakékoli nízkomolekulární látky, jejichž účast je nezbytná pro katalytické působení enzymu, včetně například iontů. K+, Mg2+ a Mn2+. Enzymy se nacházejí. v aktivním centru enzymu a spolu se substrátem a funkčními skupinami aktivního centra tvoří aktivovaný komplex.

Většina enzymů vyžaduje přítomnost koenzymu, aby vykazovaly katalytickou aktivitu. Výjimkou jsou hydrolytické enzymy (například proteázy, lipázy, ribonukleázy), které plní svou funkci v nepřítomnosti koenzymu.

Molekula je redukována P680 (působením enzymů). V tomto případě se voda disociuje na protony a molekulární kyslík, těch. voda je donor elektronů, který zajišťuje doplnění elektronů v P 680.

FOTOLÝZA VODA- štěpení molekuly vody, zejména během fotosyntézy. Fotolýzou vody vzniká kyslík, který zelené rostliny uvolňují na světle.

Nejdůležitějším organickým procesem, bez kterého by byla existence všech živých bytostí na naší planetě zpochybňována, je fotosyntéza. Co je fotosyntéza? Každý to zná ze školy. Zhruba řečeno se jedná o proces tvorby organických látek z oxidu uhličitého a vody, který se vyskytuje na světle a je doprovázen uvolňováním kyslíku. Složitější definice je následující: fotosyntéza je proces přeměny světelné energie na energii chemických vazeb látek organického původu za účasti fotosyntetických pigmentů. Fotosyntéza je v moderní praxi obvykle chápána jako soubor procesů absorpce, syntézy a využití světla v řadě endergonických reakcí, z nichž jednou je přeměna oxidu uhličitého na organické látky. Nyní pojďme zjistit podrobněji, jak probíhá fotosyntéza a na jaké fáze se tento proces dělí!

obecné charakteristiky

Za fotosyntézu jsou zodpovědné chloroplasty, které má každá rostlina. Co jsou chloroplasty? Jedná se o oválné plastidy, které obsahují pigment, jako je chlorofyl. Právě chlorofyl určuje zelenou barvu rostlin. U řas je tento pigment přítomen v chromatoforech – světlo odrážejících buňkách různých tvarů obsahujících pigment. Hnědé a červené řasy, které žijí ve značných hloubkách, kam se sluneční světlo nedostává, mají různé pigmenty.

Látky fotosyntézy jsou součástí autotrofů - organismů schopných syntetizovat organické látky z látek anorganických. Jsou nejnižším stupněm potravní pyramidy, proto jsou součástí jídelníčku všech živých organismů na planetě Zemi.

Výhody fotosyntézy

Proč je potřeba fotosyntéza? Kyslík uvolněný z rostlin během fotosyntézy se dostává do atmosféry. Stoupající do horních vrstev vytváří ozón, který chrání zemský povrch před silným slunečním zářením. Právě díky ozónové cloně mohou živé organismy pohodlně zůstat na souši. Kromě toho, jak víte, kyslík je potřebný pro dýchání živých organismů.

Průběh procesu

Vše začíná vstupem světla do chloroplastů. Organely pod jeho vlivem čerpají vodu z půdy a také ji rozdělují na vodík a kyslík. Probíhají tedy dva procesy. Fotosyntéza rostlin začíná v okamžiku, kdy listy již absorbují vodu a oxid uhličitý. Světelná energie se hromadí v thylakoidech – speciálních oddílech chloroplastů, a rozděluje molekulu vody na dvě složky. Část kyslíku jde do dýchání rostlin a zbytek jde do atmosféry.

Oxid uhličitý pak vstupuje do pyrenoidů - bílkovinných granulí obklopených škrobem. Přichází sem i vodík. Vzájemně smíchané tyto látky tvoří cukr. K této reakci dochází také při uvolňování kyslíku. Když se cukr (obecný název pro jednoduché sacharidy) smíchá s dusíkem, sírou a fosforem, které se do rostliny dostávají z půdy, vzniká škrob (komplexní sacharid), bílkoviny, tuky, vitamíny a další látky nezbytné pro život rostlin. V naprosté většině případů probíhá fotosyntéza za přirozených světelných podmínek. Může se na něm ale podílet i umělé osvětlení.

Až do 60. let dvacátého století znala věda jeden mechanismus pro redukci oxidu uhličitého – podél C3-pentosafosfátové dráhy. Nedávno australští vědci dokázali, že u některých rostlinných druhů může tento proces probíhat prostřednictvím cyklu C4-dikarboxylové kyseliny.

U rostlin, které redukují oxid uhličitý cestou C 3, probíhá fotosyntéza nejlépe při mírných teplotách a slabém osvětlení, v lesích nebo na tmavých místech. Mezi tyto rostliny patří lví podíl kulturních rostlin a téměř veškerá zelenina, která tvoří základ naší stravy.

Ve druhé třídě rostlin probíhá fotosyntéza nejaktivněji za podmínek vysoké teploty a silného světla. Tato skupina zahrnuje rostliny, které rostou v tropickém a teplém podnebí, jako je kukuřice, cukrová třtina, čirok a tak dále.

Rostlinný metabolismus byl mimochodem objeven poměrně nedávno. Vědcům se podařilo zjistit, že některé rostliny mají speciální pletiva pro zachování zásob vody. Oxid uhličitý se v nich hromadí ve formě organických kyselin a na sacharidy se mění až po 24 hodinách. Tento mechanismus umožňuje rostlinám šetřit vodou.

Jak proces funguje?

Jak proces fotosyntézy probíhá a k jaké fotosyntéze dochází, již v obecné rovině víme, nyní se s tím pojďme seznámit hlouběji.

Vše začíná tím, že rostlina absorbuje světlo. Pomáhá jí v tom chlorofyl, který se ve formě chloroplastů nachází v listech, stoncích a plodech rostliny. Hlavní množství této látky je koncentrováno v listech. Jde o to, že díky své ploché struktuře přitahuje prostěradlo hodně světla. A čím více světla, tím více energie pro fotosyntézu. Listy v rostlině tedy fungují jako jakési lokátory, které zachycují světlo.

Když je světlo absorbováno, chlorofyl je v excitovaném stavu. Předává energii dalším rostlinným orgánům, které se účastní další fáze fotosyntézy. Druhá fáze procesu probíhá bez účasti světla a spočívá v chemické reakci zahrnující vodu získanou z půdy a oxid uhličitý získaný ze vzduchu. V této fázi se syntetizují sacharidy, které jsou nezbytné pro život každého organismu. V tomto případě vyživují nejen samotnou rostlinu, ale přenášejí se i na zvířata, která ji jedí. Tyto látky lidé získávají i konzumací rostlinných nebo živočišných produktů.

Fáze procesu

Fotosyntéza je poměrně složitý proces a dělí se na dvě fáze: světlo a tmu. Jak název napovídá, první fáze vyžaduje přítomnost slunečního záření, ale druhá nikoliv. Během světelné fáze chlorofyl absorbuje kvanta světla a tvoří molekuly ATP a NADH, bez kterých je fotosyntéza nemožná. Co jsou ATP a NADH?

ATP (adenosytrifosfát) je nukleový koenzym, který obsahuje vysokoenergetické vazby a slouží jako zdroj energie při jakékoli organické přeměně. Konjunkce bývá označována jako energetická voluta.

NADH (nikotinamid adenindinukleotid) je zdrojem vodíku, který se používá k syntéze sacharidů za účasti oxidu uhličitého ve druhé fázi procesu, jako je fotosyntéza.

Světelná fáze

Chloroplasty obsahují mnoho molekul chlorofylu, z nichž každá absorbuje světlo. Jiné pigmenty ho také absorbují, ale nejsou schopny fotosyntézy. Proces probíhá pouze v části molekul chlorofylu. Zbývající molekuly tvoří anténní a světlosběrné komplexy (LHC). Hromadí kvanta světelného záření a přenášejí je do reakčních center, kterým se také říká pasti. Reakční centra jsou umístěna ve fotosystémech, z nichž má fotosyntetická rostlina dvě. První obsahuje molekulu chlorofylu schopnou absorbovat světlo o vlnové délce 700 nm a druhý - 680 nm.

Takže dva typy molekul chlorofylu absorbují světlo a jsou excitovány, což způsobuje přesun elektronů na vyšší energetickou hladinu. Vybuzené elektrony, které mají velké množství energie, jsou odtrženy a vstupují do transportního řetězce umístěného v thylakoidních membránách (vnitřní struktury chloroplastů).

Přechod elektronů

Elektron z prvního fotosystému přechází z chlorofylu P680 na plastochinon a elektron z druhého systému na ferredoxin. V tomto případě v místě, kde dochází k odstranění elektronů, se v molekule chlorofylu vytvoří volný prostor.

Aby se nedostatek vyrovnal, molekula chlorofylu P680 přijímá elektrony z vody a tvoří vodíkové ionty. A druhá molekula chlorofylu vyrovnává nedostatek prostřednictvím systému přenašečů z prvního fotosystému.

Takto probíhá světelná fáze fotosyntézy, jejíž podstatou je přenos elektronů. Paralelně s transportem elektronů probíhá pohyb vodíkových iontů membránou. To vede k jejich akumulaci uvnitř tylakoidu. Hromadí se ve velkém množství a uvolňují se ven pomocí konjugačního faktoru. Výsledkem transportu elektronů je vznik sloučeniny NADH. A přenos vodíkových iontů vede ke vzniku energetické měny ATP.

Na konci světelné fáze vstupuje do atmosféry kyslík a uvnitř okvětního lístku se tvoří ATP a NADH. Poté začíná temná fáze fotosyntézy.

Temná fáze

Tato fáze fotosyntézy vyžaduje oxid uhličitý. Rostlina jej neustále přijímá ze vzduchu. Za tímto účelem jsou na povrchu listu stomata - speciální struktury, které po otevření absorbují oxid uhličitý. Při vstupu do listu se rozpouští ve vodě a účastní se procesů světelné fáze.

Během fáze světla se u většiny rostlin oxid uhličitý váže na organickou sloučeninu, která obsahuje 5 atomů uhlíku. Výsledkem je dvojice molekul tříuhlíkové sloučeniny zvané 3-fosfoglycerová kyselina. Právě proto, že tato sloučenina je primárním výsledkem procesu, se rostliny s tímto typem fotosyntézy nazývají C3 rostliny.

Další procesy probíhající v chloroplastech jsou pro nezkušené lidi velmi složité. Konečným výsledkem je šestiuhlíková sloučenina, která syntetizuje jednoduché nebo komplexní sacharidy. Právě ve formě sacharidů rostlina akumuluje energii. Malá část látek zůstává v listu a plní jeho potřeby. Zbývající sacharidy cirkulují po celé rostlině a jsou dodávány do míst, kde jsou nejvíce potřeba.

Fotosyntéza v zimě

Mnoho lidí se alespoň jednou v životě zamyslelo nad tím, odkud se v chladném období bere kyslík. Za prvé, kyslík produkují nejen listnaté rostliny, ale také jehličnany a mořské rostliny. A pokud listnaté rostliny v zimě zmrznou, jehličnaté rostliny nadále dýchají, i když méně intenzivně. Za druhé, obsah kyslíku v atmosféře nezávisí na tom, zda stromy shodily listy. Kyslík zabírá 21 % atmosféry kdekoli na naší planetě v kteroukoli roční dobu. Tato hodnota se nemění, protože vzduchové hmoty se pohybují velmi rychle a zima se nevyskytuje současně ve všech zemích. No a za třetí, v zimě ve spodních vrstvách vzduchu, které vdechujeme, je obsah kyslíku ještě vyšší než v létě. Důvodem tohoto jevu je nízká teplota, díky které se kyslík stává hustším.

Závěr

Dnes jsme si připomněli, co je fotosyntéza, co je chlorofyl a jak rostliny uvolňují kyslík absorbováním oxidu uhličitého. Fotosyntéza je samozřejmě nejdůležitější proces v našem životě. Připomíná nám, že je potřeba se o přírodu starat.

27. února 2014 | Jeden komentář | Lolita Okolnová

Fotosyntéza- proces tvorby organických látek z oxidu uhličitého a vody na světle za účasti fotosyntetických pigmentů.

Chemosyntéza- způsob autotrofní výživy, při kterém jsou zdrojem energie pro syntézu organických látek z CO 2 oxidační reakce anorganických sloučenin

Typicky všechny organismy schopné syntetizovat organické látky z anorganických látek, tzn. organismy schopné fotosyntéza a chemosyntéza, odkazují na .

Některé jsou tradičně klasifikovány jako autotrofní.

Krátce jsme si řekli o stavbě rostlinné buňky, pojďme se na celý proces podívat podrobněji...

Podstata fotosyntézy

(souhrnná rovnice)

Hlavní látkou zapojenou do vícestupňového procesu fotosyntézy je chlorofyl. Právě ta přeměňuje sluneční energii na chemickou energii.

Na obrázku je schematicky znázorněna molekula chlorofylu, mimochodem, molekula je velmi podobná molekule hemoglobinu...

Chlorofyl je zabudován do chloroplast grana:

Světelná fáze fotosyntézy:

(provádí se na tylakoidních membránách)

• Světlo, které dopadá na molekulu chlorofylu, je jí absorbováno a uvádí ji do excitovaného stavu - elektron, který je součástí molekuly, po absorbování energie světla se pohybuje na vyšší energetické úrovni a účastní se procesů syntézy;
• Vlivem světla dochází také k štěpení (fotolýze) vody:

V tomto případě je kyslík odstraněn do vnějšího prostředí a protony se hromadí uvnitř thylakoidu v „protonovém zásobníku“

2Н + + 2е - + NADP → NADPH 2

NADP je specifická látka, koenzym, tzn. katalyzátor, v tomto případě vodíkový nosič.

• syntetizovaný (energie)

Temná fáze fotosyntézy

(vyskytuje se ve stromatu chloroplastů)

skutečnou syntézu glukózy

dochází k cyklu reakcí, při kterém vzniká C 6 H 12 O 6. Tyto reakce využívají energii ATP a NADPH 2 vytvořenou ve světelné fázi; Kromě glukózy vznikají při fotosyntéze další monomery komplexních organických sloučenin – aminokyseliny, glycerol a mastné kyseliny, nukleotidy

Poznámka: tato fáze je temná nazývá se ne proto, že se vyskytuje v noci - k syntéze glukózy obecně dochází nepřetržitě, ale tmavá fáze již nevyžaduje světelnou energii.

"Fotosyntéza je proces, na kterém nakonec závisí všechny projevy života na naší planetě."

K.A. Timiryazev.

V důsledku fotosyntézy vzniká na Zemi asi 150 miliard tun organické hmoty a ročně se uvolní asi 200 miliard tun volného kyslíku. Kromě toho rostliny do koloběhu zapojují miliardy tun dusíku, fosforu, síry, vápníku, hořčíku, draslíku a dalších prvků. Přestože zelený list využívá pouze 1-2 % světla, které na něj dopadá, organickou hmotu vytvořenou rostlinou a kyslík obecně.

Chemosyntéza

Chemosyntéza se provádí díky energii uvolněné během chemických oxidačních reakcí různých anorganických sloučenin: vodíku, sirovodíku, amoniaku, oxidu železitého atd.

Podle látek zahrnutých do metabolismu bakterií existují:

• sirné bakterie - mikroorganismy vodních útvarů obsahujících H 2 S - zdroje s velmi charakteristickým zápachem,
• bakterie železa,
• nitrifikační bakterie - oxidují čpavek a kyselinu dusitou,
• bakterie vázající dusík - obohacují půdu, výrazně zvyšují produktivitu,
• bakterie oxidující vodík

Ale podstata zůstává stejná - to je také

Jak stručně a jasně vysvětlit tak složitý proces, jakým je fotosyntéza? Rostliny jsou jediné živé organismy, které si mohou produkovat vlastní potravu. Jak to dělají? Pro růst přijímají všechny potřebné látky z prostředí: oxid uhličitý ze vzduchu, vody a půdy. Potřebují také energii, kterou získávají ze slunečních paprsků. Tato energie spouští určité chemické reakce, během kterých se oxid uhličitý a voda přeměňují na glukózu (potravu) a dochází k fotosyntéze. Podstatu procesu lze stručně a srozumitelně vysvětlit i dětem školního věku.

„Společně se Světlem“

Slovo „fotosyntéza“ pochází ze dvou řeckých slov – „foto“ a „syntéza“, jejichž kombinace znamená „společně se světlem“. Sluneční energie se přeměňuje na chemickou energii. Chemická rovnice fotosyntézy:

6C02 + 12H20 + světlo = C6H12O6 + 602 + 6H20.

To znamená, že 6 molekul oxidu uhličitého a dvanáct molekul vody se používá (spolu se slunečním zářením) k výrobě glukózy, což má za následek šest molekul kyslíku a šest molekul vody. Pokud to znázorníte jako slovní rovnici, dostanete následující:

Voda + slunce => glukóza + kyslík + voda.

Slunce je velmi silným zdrojem energie. Lidé se ho vždy snaží využít k výrobě elektřiny, zateplování domů, ohřevu vody a tak dále. Rostliny „přišly“ na to, jak využít sluneční energii před miliony let, protože to bylo nezbytné pro jejich přežití. Fotosyntézu lze stručně a jasně vysvětlit takto: rostliny využívají světelnou energii slunce a přeměňují ji na chemickou energii, jejímž výsledkem je cukr (glukóza), jehož přebytek se ukládá jako škrob v listech, kořenech, stoncích a semena rostliny. Sluneční energie se přenáší na rostliny, stejně jako na zvířata, která tyto rostliny jedí. Když rostlina potřebuje živiny pro růst a další životní procesy, jsou tyto zásoby velmi užitečné.

Jak rostliny absorbují energii ze slunce?

Když mluvíme krátce a jasně o fotosyntéze, stojí za to se zabývat otázkou, jak rostliny zvládají absorbovat sluneční energii. K tomu dochází díky speciální struktuře listů, která zahrnuje zelené buňky - chloroplasty, které obsahují speciální látku zvanou chlorofyl. Právě ten dodává listům jejich zelenou barvu a je zodpovědný za pohlcování energie ze slunečního záření.

Proč je většina listů široká a plochá?

Fotosyntéza probíhá v listech rostlin. Úžasným faktem je, že rostliny jsou velmi dobře přizpůsobeny k zachycování slunečního záření a absorbování oxidu uhličitého. Díky široké ploše bude zachyceno mnohem více světla. Právě z tohoto důvodu jsou také solární panely, které se někdy instalují na střechy domů, široké a ploché. Čím větší povrch, tím lepší absorpce.

Co dalšího je pro rostliny důležité?

Stejně jako lidé potřebují i ​​rostliny prospěšné živiny, aby zůstaly zdravé, rostly a dobře plnily své životně důležité funkce. Prostřednictvím kořenů získávají z půdy minerály rozpuštěné ve vodě. Pokud půda postrádá minerální živiny, rostlina se nebude vyvíjet normálně. Zemědělci často testují půdu, aby zajistili, že má dostatek živin pro růst plodin. V opačném případě se uchýlit k použití hnojiv obsahujících základní minerály pro výživu a růst rostlin.

Proč je fotosyntéza tak důležitá?

Abychom dětem stručně a jasně vysvětlili fotosyntézu, stojí za to říci, že tento proces je jednou z nejdůležitějších chemických reakcí na světě. Jaké důvody existují pro tak hlasité prohlášení? Za prvé, fotosyntéza živí rostliny, které zase živí všechny ostatní živé bytosti na planetě, včetně zvířat a lidí. Za druhé, v důsledku fotosyntézy se do atmosféry uvolňuje kyslík nezbytný pro dýchání. Všechny živé věci vdechují kyslík a vydechují oxid uhličitý. Rostliny to naštěstí dělají naopak, takže jsou pro lidi i zvířata velmi důležité, protože jim dávají schopnost dýchat.

Úžasný proces

Rostliny, jak se ukázalo, také vědí, jak dýchat, ale na rozdíl od lidí a zvířat absorbují oxid uhličitý ze vzduchu, nikoli kyslík. Rostliny také pijí. Proto je třeba je zalévat, jinak zemřou. Pomocí kořenového systému se voda a živiny dopravují do všech částí rostlinného těla a malými otvory na listech se vstřebává oxid uhličitý. Spouštěčem pro spuštění chemické reakce je sluneční záření. Všechny získané metabolické produkty jsou využívány rostlinami k výživě, kyslík se uvolňuje do atmosféry. Takto můžete stručně a jasně vysvětlit, jak probíhá proces fotosyntézy.

Fotosyntéza: světlá a temná fáze fotosyntézy

Uvažovaný proces se skládá ze dvou hlavních částí. Existují dvě fáze fotosyntézy (popis a tabulka níže). První se nazývá světelná fáze. Vyskytuje se pouze za přítomnosti světla v thylakoidních membránách za účasti chlorofylu, elektronových transportních proteinů a enzymu ATP syntetázy. Co dalšího skrývá fotosyntéza? Zapalujte a nahrazujte se navzájem, jak den a noc postupují (Calvinovy ​​cykly). Během temné fáze dochází k produkci stejné glukózy, potravy pro rostliny. Tento proces se také nazývá reakce nezávislá na světle.

Závěr

Ze všeho výše uvedeného lze vyvodit následující závěry:

• Fotosyntéza je proces, který vyrábí energii ze slunce.
• Světelná energie ze slunce je přeměněna na chemickou energii pomocí chlorofylu.
• Chlorofyl dodává rostlinám jejich zelenou barvu.
• Fotosyntéza probíhá v chloroplastech rostlinných listových buněk.
• Oxid uhličitý a voda jsou nezbytné pro fotosyntézu.
• Oxid uhličitý vstupuje do rostliny drobnými otvory, průduchy a kyslík jimi vystupuje.
• Voda se do rostliny vstřebává přes její kořeny.
• Bez fotosyntézy by na světě nebylo žádné jídlo.

Rostliny získávají vodu a minerály ze svých kořenů. Listy poskytují rostlinám organickou výživu. Na rozdíl od kořenů nejsou v půdě, ale ve vzduchu, proto neposkytují výživu půdě, ale vzduchu.

Z historie studia letecké výživy rostlin

Poznatky o výživě rostlin se shromažďovaly postupně.

Přibližně před 350 lety nizozemský vědec Jan Helmont poprvé experimentoval se studiem výživy rostlin. Vrbu pěstoval v hliněném květináči naplněném zeminou, do které přidával pouze vodu. Vědec pečlivě zvážil spadané listí. Po pěti letech se hmotnost vrby spolu s opadanými listy zvýšila o 74,5 kg a hmotnost půdy se snížila pouze o 57 g Na základě toho Helmont dospěl k závěru, že všechny látky v rostlině nejsou tvořeny z půdy ale z vody. Názor, že rostlina se zvětšuje jen díky vodě, přetrvával až do konce 18. století.

V roce 1771 anglický chemik Joseph Priestley studoval oxid uhličitý, nebo, jak to nazval, „zkažený vzduch“ a učinil pozoruhodný objev. Pokud zapálíte svíčku a přikryjete ji skleněným krytem, ​​tak poté, co trochu dohoří, zhasne.

Myš pod takovou kapotou se začne dusit. Pokud však pod čepici umístíte myší větvičku máty, myš se neudusí a žije dál. To znamená, že rostliny „opravují“ vzduch zkažený dýcháním zvířat, tedy přeměňují oxid uhličitý na kyslík.

Německý botanik Julius Sachs v roce 1862 experimenty dokázal, že zelené rostliny nejen produkují kyslík, ale vytvářejí také organické látky, které slouží jako potrava pro všechny ostatní organismy.

Fotosyntéza

Hlavním rozdílem mezi zelenými rostlinami a jinými živými organismy je přítomnost chloroplastů obsahujících chlorofyl v jejich buňkách. Chlorofyl má tu vlastnost, že zachycuje sluneční paprsky, jejichž energie je nezbytná pro tvorbu organických látek. Proces vzniku organické hmoty z oxidu uhličitého a vody pomocí sluneční energie se nazývá fotosyntéza (řecky světlo pbo1os). Při procesu fotosyntézy vznikají nejen organické látky - cukry, ale uvolňuje se i kyslík.

Schematicky lze proces fotosyntézy znázornit takto:

Voda je absorbována kořeny a pohybuje se vodivým systémem kořenů a stonku k listům. Oxid uhličitý je součástí vzduchu. Do listů se dostává otevřenými průduchy. Absorpci oxidu uhličitého usnadňuje struktura listu: plochý povrch listových čepelí, který zvětšuje oblast kontaktu se vzduchem, a přítomnost velkého počtu průduchů v kůži.

Cukry vzniklé v důsledku fotosyntézy se přeměňují na škrob. Škrob je organická látka, která se nerozpouští ve vodě. Kgo lze snadno zjistit pomocí roztoku jódu.

Důkaz tvorby škrobu v listech vystavených světlu

Dokažme, že v zelených listech rostlin vzniká škrob z oxidu uhličitého a vody. Chcete-li to provést, zvažte experiment, který kdysi provedl Julius Sachs.

Pokojová rostlina (pelargónie nebo prvosenka) se uchovává dva dny ve tmě, aby se veškerý škrob spotřeboval pro životně důležité procesy. Poté se několik listů pokryje z obou stran černým papírem tak, aby byla pokryta pouze část z nich. Přes den je rostlina vystavena světlu a v noci je navíc osvětlena pomocí stolní lampy.

Po dni jsou studované listy odříznuty. Abychom zjistili, ve které části listového škrobu se tvoří, povaříme listy ve vodě (aby nabobtnaly škrobová zrna) a poté je uchovávají v horkém lihu (chlorofyl se rozpustí a list se zbarví). Poté se listy promyjí vodou a ošetří slabým roztokem jódu. Oblasti listů, které byly vystaveny světlu, tak získávají modrou barvu působením jódu. To znamená, že v buňkách osvětlené části listu vznikal škrob. Proto k fotosyntéze dochází pouze ve světle.

Důkazy pro potřebu oxidu uhličitého pro fotosyntézu

Aby se dokázalo, že oxid uhličitý je nezbytný pro tvorbu škrobu v listech, je pokojová rostlina také nejprve udržována ve tmě. Jeden z listů se pak vloží do baňky s malým množstvím vápenné vody. Baňka se uzavře vatovým tamponem. Rostlina je vystavena světlu. Oxid uhličitý je absorbován vápennou vodou, takže nebude v baňce. List se odřízne a stejně jako v předchozím pokusu se vyšetří na přítomnost škrobu. Uchovává se v horké vodě a alkoholu a zpracovává se roztokem jódu. V tomto případě však bude výsledek experimentu jiný: list nezmodrá, protože neobsahuje škrob. Pro tvorbu škrobu je tedy kromě světla a vody potřeba oxid uhličitý.

Odpověděli jsme tak na otázku, jakou potravu rostlina přijímá ze vzduchu. Zkušenosti ukázaly, že jde o oxid uhličitý. Je nezbytný pro tvorbu organické hmoty.

Organismy, které samostatně vytvářejí organické látky ke stavbě svého těla, se nazývají autotrofamné (řecky autos - sám, trofe - potrava).

Důkaz produkce kyslíku při fotosyntéze

Chcete-li dokázat, že během fotosyntézy rostliny uvolňují kyslík do vnějšího prostředí, zvažte experiment s vodní rostlinou Elodea. Výhonky Elodea se ponoří do nádoby s vodou a přikryjí se nálevkou nahoře. Na konec nálevky umístěte zkumavku naplněnou vodou. Rostlina je vystavena světlu po dobu dvou až tří dnů. Ve světle elodea vytváří plynové bubliny. Hromadí se v horní části zkumavky a vytlačují vodu. Aby se zjistilo, o jaký plyn se jedná, opatrně se zkumavka vyjme a vloží se do ní doutnající tříska. Tříska jasně bliká. To znamená, že se v baňce nahromadil kyslík, který podporuje hoření.

Kosmická role rostlin

Rostliny obsahující chlorofyl jsou schopny absorbovat sluneční energii. Proto K.A. Timiryazev nazval jejich roli na Zemi kosmickou. Část sluneční energie uložené v organické hmotě může být uložena po dlouhou dobu. Uhlí, rašelina, ropa jsou tvořeny látkami, které v dávných geologických dobách vytvářely zelené rostliny a pohlcovaly energii Slunce. Spalováním přírodních hořlavých materiálů člověk uvolňuje energii uloženou před miliony let zelenými rostlinami.

Fotosyntéza (testy)

1. Organismy, které tvoří organické látky pouze z organických:

1.heterotrofy

2.autotrofy

3.chemotrofy

4.mixotrofy

2. Během světelné fáze fotosyntézy dochází k následujícímu:

1.Tvorba ATP

2.tvorba glukózy

3.emise oxidu uhličitého

4. tvorba sacharidů

3. Při fotosyntéze vzniká kyslík, který se uvolňuje při:

1.biosyntéza bílkovin

2.fotolýza

3.excitace molekuly chlorofylu

4.sloučeniny oxidu uhličitého a vody

4. V důsledku fotosyntézy se světelná energie přeměňuje na:

1. tepelná energie

2.chemická energie anorganických sloučenin

3. elektrická energie tepelná energie

4.chemická energie organických sloučenin

5. Dýchání u anaerobů v živých organismech probíhá v procesu:

1.oxidace kyslíku

2.fotosyntéza

3.kvašení

4.chemosyntéza

6. Konečné produkty oxidace sacharidů v buňce jsou:

1.ADP a voda

2.amoniak a oxid uhličitý

3.voda a oxid uhličitý

4.amoniak, oxid uhličitý a voda

7. V přípravné fázi štěpení sacharidů dochází k hydrolýze:

1. celulóza na glukózu

2. bílkoviny na aminokyseliny

3.DNA na nukleotidy

4.tuků na glycerol a karboxylové kyseliny

8. Enzymy zajišťují oxidaci kyslíku:

1.trávicí trakt a lysozomy

2.cytoplazma

3.mitochondrie

4.plastid

9. Při glykolýze se ukládají 3 mol glukózy ve formě ATP:

10. Dva moly glukózy prošly v živočišné buňce kompletní oxidací a uvolnil se oxid uhličitý:

11. V procesu chemosyntézy přeměňují organismy oxidační energii:

1.sloučeniny síry

2.organické sloučeniny

3.škrob

12. Jeden gen odpovídá informaci o molekule:

1.aminokyseliny

2.škrob

4.nukleotid

13.Genetický kód se skládá ze tří nukleotidů, což znamená, že:

1. konkrétní

2.nadbytečné

3.univerzální

4.tripleten

14. V genetickém kódu odpovídá jedna aminokyselina 2-6 tripletům, to se projevuje:

1.kontinuita

2.nadbytečnost

3. všestrannost

4.specifičnost

15. Pokud je nukleotidové složení DNA ATT-CHC-TAT, pak nukleotidové složení i-RNA je:
1.TAA-TsGTs-UTA

2.UAA-GTG-AUA

3.UAA-CHTs-AUA

4.UAA-TsGTs-ATA

16. Syntéza bílkovin neprobíhá na vlastních ribozomech v:

1.virus tabákové mozaiky

2. Drosophila

3.ant

4.Vibrio cholerae

17. Antibiotikum:

1. je ochranný krevní protein

2.syntetizuje nové bílkoviny v těle

3.je oslabený patogen

4.potlačuje proteinovou syntézu patogenu

18. Úsek molekuly DNA, kde dochází k replikaci, má 30 000 nukleotidů (oba řetězce). Pro replikaci budete potřebovat:

19. Kolik různých aminokyselin může transportovat jedna t-RNA:

1.vždy jeden

2.vždy dva

3.vždy tři

4.někteří mohou přepravovat jeden, někteří mohou přepravovat několik.

20. Část DNA, ze které dochází k transkripci, obsahuje 153 nukleotidů, tato část kóduje polypeptid z:

1,153 aminokyselin

2,51 aminokyselin

3,49 aminokyselin

4 459 aminokyselin

21. Při fotosyntéze vzniká v důsledku toho kyslík

1. fotosyntetická voda

2. rozklad uhlíkového plynu

3. redukce oxidu uhličitého na glukózu

4. Syntéza ATP

Během procesu fotosyntézy dochází

1.​ syntéza sacharidů a uvolňování kyslíku

2. odpařování vody a absorpce kyslíku

3. Výměna plynů a syntéza lipidů

4.​ uvolňování oxidu uhličitého a syntéza bílkovin

23. Během světelné fáze fotosyntézy se energie slunečního světla využívá k syntéze molekul

1. lipidy

2. bílkoviny

3.nukleová kyselina

24. Vlivem energie ze slunečního světla stoupá elektron v molekule na vyšší energetickou hladinu

1. veverka

2. glukóza

3. chlorofyl

4. biosyntéza bílkovin

25. Rostlinná buňka, stejně jako živočišná buňka, při tom přijímá energii. .

1.​ oxidace organických látek

2. biosyntéza bílkovin

3. syntéza lipidů

4.syntéza nukleových kyselin

Fotosyntéza probíhá v chloroplastech rostlinných buněk. Chloroplasty obsahují pigment chlorofyl, který se účastní procesu fotosyntézy a dodává rostlinám jejich zelenou barvu. Z toho vyplývá, že k fotosyntéze dochází pouze v zelených částech rostlin.

Fotosyntéza je proces tvorby organických látek z anorganických. Organickou látkou je zejména glukóza a anorganickými látkami jsou voda a oxid uhličitý.

Sluneční světlo je také důležité pro fotosyntézu. Světelná energie je uložena v chemických vazbách organické hmoty. To je hlavní bod fotosyntézy: vázat energii, která bude později využita k podpoře života rostliny nebo zvířat, která tuto rostlinu jedí. Organická hmota funguje pouze jako forma, způsob ukládání sluneční energie.

Když v buňkách probíhá fotosyntéza, probíhají v chloroplastech a na jejich membránách různé reakce.

Ne všechny potřebují světlo. Proto existují dvě fáze fotosyntézy: světlo a tma. Tmavá fáze nevyžaduje světlo a může nastat v noci.

Oxid uhličitý vstupuje do buněk ze vzduchu povrchem rostliny. Voda pochází z kořenů podél stonku.

V důsledku procesu fotosyntézy vzniká nejen organická hmota, ale také kyslík. Kyslík se uvolňuje do vzduchu přes povrch rostliny.

Glukóza vzniklá jako výsledek fotosyntézy je přenesena do jiných buněk, přeměněna na škrob (uložena) a využita pro životně důležité procesy.

Hlavním orgánem, ve kterém probíhá fotosyntéza u většiny rostlin, je list. Právě v listech je mnoho fotosyntetických buněk, které tvoří fotosyntetickou tkáň.

Vzhledem k tomu, že sluneční světlo je důležité pro fotosyntézu, mají listy obvykle velkou plochu. Jinými slovy, jsou ploché a tenké. Aby se světlo dostalo na všechny listy rostlin, jsou umístěny tak, aby si navzájem téměř nestínily.

Takže, aby proces fotosyntézy proběhl, potřebujete oxid uhličitý, voda a světlo. Produkty fotosyntézy jsou organická hmota (glukóza) a kyslík. Fotosyntéza probíhá v chloroplastech, které jsou nejhojnější v listech.

Fotosyntéza probíhá u rostlin (hlavně v jejich listech) na světle. Jedná se o proces, při kterém z oxidu uhličitého a vody vzniká organická látka glukóza (jeden z druhů cukrů). Dále se glukóza v buňkách přemění na složitější látku, škrob. Glukóza i škrob jsou sacharidy.

Procesem fotosyntézy nevzniká pouze organická hmota, ale jako vedlejší produkt vzniká také kyslík.

Oxid uhličitý a voda jsou anorganické látky, zatímco glukóza a škrob jsou organické.

Proto se často říká, že fotosyntéza je proces tvorby organických látek z anorganických látek ve světle. Fotosyntézy jsou schopny pouze rostliny, některá jednobuněčná eukaryota a některé bakterie. V buňkách živočichů a hub k takovému procesu nedochází, takže jsou nuceny přijímat organické látky z prostředí. V tomto ohledu se rostliny nazývají autotrofy a zvířata a houby se nazývají heterotrofy.

Proces fotosyntézy u rostlin probíhá v chloroplastech, které obsahují zelené barvivo chlorofyl.

Takže, aby došlo k fotosyntéze, potřebujete:

chlorofyl,

oxid uhličitý.

Během procesu fotosyntézy se tvoří:

organická hmota,

kyslík.

Rostliny jsou přizpůsobeny k zachycení světla. U mnoha bylinných rostlin se listy sbírají v tzv. bazální růžici, kdy si listy vzájemně nestíní. Pro stromy je charakteristická listová mozaika, ve které listy rostou tak, aby si navzájem co nejméně stínily. U rostlin se listové čepele mohou otáčet směrem ke světlu v důsledku ohýbání listových řapíků. S tím vším existují stínomilné rostliny, které mohou růst pouze ve stínu.

Vodapro fotosyntézudorazído listůod kořenůpodél stonku. Proto je důležité, aby rostlina dostávala dostatek vláhy. Při nedostatku vody a některých minerálů je proces fotosyntézy brzděn.

Oxid uhličitýodebrané pro fotosyntézupřímoz ničeho niclisty. Kyslík, který rostlina produkuje při fotosyntéze, se naopak uvolňuje do ovzduší. Výměnu plynů usnadňují mezibuněčné prostory (mezery mezi buňkami).

Organické látky vznikající při procesu fotosyntézy se částečně využívají v samotných listech, ale hlavně proudí do všech ostatních orgánů a přeměňují se na další organické látky, využívají se v energetickém metabolismu a přeměňují na rezervní živiny.

Fotosyntéza

Fotosyntéza- proces syntézy organických látek pomocí světelné energie. Organismy, které jsou schopny syntetizovat organické látky z anorganických sloučenin, se nazývají autotrofní. Fotosyntéza je charakteristická pouze pro buňky autotrofních organismů. Heterotrofní organismy nejsou schopny syntetizovat organické látky z anorganických sloučenin.
Buňky zelených rostlin a některých bakterií mají speciální struktury a komplexy chemikálií, které jim umožňují zachytit energii ze slunečního záření.

Role chloroplastů ve fotosyntéze

Rostlinné buňky obsahují mikroskopické útvary – chloroplasty. Jedná se o organely, ve kterých se absorbuje energie a světlo a přemění se na energii ATP a dalších molekul – nosičů energie. Grana chloroplastů obsahuje chlorofyl, komplexní organickou látku. Chlorofyl zachycuje světelnou energii pro využití při biosyntéze glukózy a dalších organických látek. Enzymy nezbytné pro syntézu glukózy jsou také umístěny v chloroplastech.

Světelná fáze fotosyntézy

Kvantum červeného světla absorbovaného chlorofylem přenáší elektron do excitovaného stavu. Elektron excitovaný světlem získává velkou zásobu energie, v důsledku čehož se přesune na vyšší energetickou hladinu. Elektron vybuzený světlem lze přirovnat ke kameni zvednutému do výšky, který také získává potenciální energii. Ztratí to, spadne z výšky. Excitovaný elektron se jakoby v krocích pohybuje po řetězci složitých organických sloučenin zabudovaných v chloroplastu. Pohybem z jednoho kroku na druhý ztrácí elektron energii, která se využívá pro syntézu ATP. Elektron, který plýtval energií, se vrací do chlorofylu. Nová část světelné energie opět excituje elektron chlorofylu. Opět jde stejnou cestou a vynakládá energii na tvorbu molekul ATP.
Vodíkové ionty a elektrony, nezbytné pro obnovu molekul přenášejících energii, vznikají štěpením molekul vody. Rozklad molekul vody v chloroplastech provádí speciální protein pod vlivem světla. Tento proces se nazývá fotolýza vody.
Energie ze slunečního světla je tedy přímo využívána rostlinnou buňkou k:
1. excitace elektronů chlorofylu, jejichž energie se dále vynakládá na tvorbu ATP a dalších molekul nosičů energie;
2. fotolýza vody, dodávání vodíkových iontů a elektronů do světelné fáze fotosyntézy.
Tím se uvolňuje kyslík jako vedlejší produkt fotolýzních reakcí.

Fáze, během které se díky energii světla tvoří energeticky bohaté sloučeniny - ATP a molekuly přenášející energii, volal světelná fáze fotosyntézy.

Temná fáze fotosyntézy

Chloroplasty obsahují pětiuhlíkové cukry, z nichž jeden ribulóza difosfát, je akceptor oxidu uhličitého. Speciální enzym váže pětiuhlíkový cukr s oxidem uhličitým ve vzduchu. V tomto případě se tvoří sloučeniny, které se pomocí energie ATP a dalších molekul nosičů energie redukují na šestiuhlíkovou molekulu glukózy.

Světelná energie přeměněná během světelné fáze na energii ATP a dalších molekul nosičů energie se tedy využívá k syntéze glukózy.

Tyto procesy mohou probíhat ve tmě.
Z rostlinných buněk se podařilo izolovat chloroplasty, které ve zkumavce pod vlivem světla prováděly fotosyntézu – tvořily nové molekuly glukózy a absorbovaly oxid uhličitý. Pokud bylo osvětlení chloroplastů zastaveno, zastavila se i syntéza glukózy. Pokud však byly k chloroplastům přidány ATP a molekuly redukovaného nosiče energie, syntéza glukózy se obnovila a mohla pokračovat ve tmě. To znamená, že světlo je skutečně potřeba pouze k syntéze ATP a nabíjení molekul přenášejících energii. Absorpce oxidu uhličitého a tvorba glukózy v rostlinách volal temná fáze fotosyntézy protože umí chodit ve tmě.
Intenzivní osvětlení a zvýšený obsah oxidu uhličitého ve vzduchu vedou ke zvýšené fotosyntéze.

Další poznámky k biologii

Další zajímavé články: