U stanicama kojeg tkiva se odvija fotosinteza. Pojam fotosinteze, gdje i što se događa tijekom svjetlosne faze fotosinteze. Važnost fotosinteze u životu čovjeka

Fotosinteza je sinteza organskih spojeva u lišću zelenih biljaka iz vode i atmosferskog ugljičnog dioksida korištenjem sunčeve (svjetlosne) energije adsorbirane klorofilom u kloroplastima.

Zahvaljujući fotosintezi, vidljiva svjetlosna energija se hvata i pretvara u kemijsku energiju, koja se pohranjuje (pohranjuje) u organske tvari nastale tijekom fotosinteze.

Datum otkrića procesa fotosinteze može se smatrati 1771. Engleski znanstvenik J. Priestley skrenuo je pozornost na promjene u sastavu zraka zbog vitalne aktivnosti životinja. Uz prisutnost zelenih biljaka, zrak je ponovno postao pogodan i za disanje i za gorenje. Naknadno je rad niza znanstvenika (Y. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J.B. Boussingault) utvrdio da zelene biljke apsorbiraju CO 2 iz zraka, iz kojeg nastaje organska tvar uz sudjelovanje vode na svjetlu. . Upravo je taj proces 1877. godine njemački znanstvenik W. Pfeffer nazvao fotosintezom. Za otkrivanje suštine fotosinteze od velike je važnosti bio zakon održanja energije koji je formulirao R. Mayer. R. Mayer je 1845. predložio da je energija koju biljke koriste energija Sunca, koju biljke procesom fotosinteze pretvaraju u kemijsku energiju. Ovo je stajalište razvijeno i eksperimentalno potvrđeno u istraživanju izvanrednog ruskog znanstvenika K.A. Timirjazev.

Glavna uloga fotosintetskih organizama:

1) transformacija energije sunčeve svjetlosti u energiju kemijskih veza organskih spojeva;

2) zasićenje atmosfere kisikom;

Kao rezultat fotosinteze na Zemlji nastaje 150 milijardi tona organske tvari i godišnje se oslobađa oko 200 milijardi tona slobodnog kisika. Sprječava povećanje koncentracije CO2 u atmosferi, sprječavajući pregrijavanje Zemlje (efekt staklenika).

Atmosfera stvorena fotosintezom štiti živa bića od štetnog kratkovalnog UV zračenja (kisikovo-ozonski štit atmosfere).

Samo 1-2% sunčeve energije prelazi u žetvu poljoprivrednih biljaka, a gubici nastaju zbog nepotpune apsorpcije svjetlosti. Stoga postoji ogromna perspektiva povećanja produktivnosti odabirom sorti s visokom učinkovitošću fotosinteze i stvaranjem strukture usjeva pogodne za apsorpciju svjetlosti. U tom smislu razvoj teorijskih temelja upravljanja fotosintezom postaje posebno aktualan.

Važnost fotosinteze je ogromna. Napomenimo samo da opskrbljuje gorivo (energiju) i atmosferski kisik neophodan za postojanje svih živih bića. Stoga je uloga fotosinteze planetarna.

Planetarnost fotosinteze određena je i činjenicom da se zahvaljujući kruženju kisika i ugljika (uglavnom) održava trenutni sastav atmosfere, što opet određuje daljnje održanje života na Zemlji. Nadalje možemo reći da je energija koja je pohranjena u produktima fotosinteze u biti glavni izvor energije koji čovječanstvo sada ima.

Ukupna reakcija fotosinteze

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

Kemija fotosinteze opisana je sljedećim jednadžbama:

Fotosinteza – 2 skupine reakcija:

svjetlosna pozornica (ovisi o osvjetljenje)

tamna pozornica (ovisi o temperaturi).

Obje skupine reakcija odvijaju se istovremeno

Fotosinteza se odvija u kloroplastima zelenih biljaka.

Fotosinteza počinje hvatanjem i apsorpcijom svjetlosti pomoću pigmenta klorofila, koji se nalazi u kloroplastima zelenih biljnih stanica.

Ispostavilo se da je to dovoljno za pomak apsorpcijskog spektra molekule.

Molekula klorofila apsorbira fotone u ljubičastom i plavom, a potom i u crvenom dijelu spektra, a ne stupa u interakciju s fotonima u zelenom i žutom dijelu spektra.

Zato klorofil i biljke izgledaju zeleno – jednostavno ne mogu iskoristiti zelene zrake i ostaviti ih da lutaju svijetom (čineći ga zelenijim).

Fotosintetski pigmenti nalaze se na unutarnjoj strani tilakoidne membrane.

Pigmenti su organizirani u fotosustavi(antenska polja za hvatanje svjetlosti) - sadrži 250–400 molekula različitih pigmenata.

Fotosustav se sastoji od:

reakcijski centar fotosustavi (molekula klorofila A),

molekule antene

Svi pigmenti u fotosustavu sposobni su međusobno prenositi energiju pobuđenog stanja. Energija fotona koju apsorbira jedna ili druga molekula pigmenta prenosi se na susjednu molekulu dok ne dođe do reakcijskog centra. Kada rezonantni sustav reakcijskog centra prijeđe u pobuđeno stanje, on prenosi dva pobuđena elektrona na akceptorsku molekulu i time se oksidira i dobiva pozitivan naboj.

U biljkama:

fotosustav 1(maksimalna apsorpcija svjetlosti na valnoj duljini od 700 nm - P700)

fotosustav 2(maksimalna apsorpcija svjetlosti na valnoj duljini od 680 nm - P680

Razlike u optimumima apsorpcije posljedica su malih razlika u strukturi pigmenta.

Dva sustava rade u tandemu, poput dvodijelne pokretne trake tzv neciklička fotofosforilacija .

Sumarna jednadžba za neciklička fotofosforilacija:

F - simbol ostatka fosforne kiseline

Ciklus počinje fotosustavom 2.

1) molekule antene hvataju foton i prenose pobudu na molekulu aktivnog centra P680;

2) pobuđena molekula P680 predaje dva elektrona kofaktoru Q, dok se on oksidira i dobiva pozitivan naboj;

Kofaktor(kofaktor). Koenzim ili bilo koja druga tvar potrebna enzimu za obavljanje njegove funkcije

Koenzimi (koenzimi)[od lat. co (cum) - zajedno i enzimi], organski spojevi neproteinske prirode koji sudjeluju u enzimskoj reakciji kao akceptori pojedinih atoma ili atomskih skupina koje je enzim odcijepio od molekule supstrata, tj. za provođenje katalitičkog djelovanja enzima. Ove tvari, za razliku od proteinske komponente enzima (apoenzima), imaju relativno malu molekulsku masu i, u pravilu, termostabilne. Ponekad koenzimi znače sve niskomolekularne tvari, čije je sudjelovanje neophodno za katalitičko djelovanje enzima, uključujući ione, na primjer. K+, Mg 2+ i Mn 2+. Enzimi se nalaze. u aktivnom središtu enzima i zajedno sa supstratom i funkcionalnim skupinama aktivnog središta čine aktivirani kompleks.

Većina enzima zahtijeva prisutnost koenzima da bi pokazali katalitičku aktivnost. Iznimka su hidrolitički enzimi (na primjer, proteaze, lipaze, ribonukleaze), koji obavljaju svoju funkciju u nedostatku koenzima.

Molekula se reducira za P680 (pod djelovanjem enzima). U tom slučaju voda disocira na protone i molekularni kisik, oni. voda je donor elektrona, što osigurava nadoknadu elektrona u P 680.

FOTOLIZA VODA- cijepanje molekule vode, posebno tijekom fotosinteze. Zbog fotolize vode nastaje kisik kojeg zelene biljke oslobađaju na svjetlost.

Najvažniji organski proces, bez kojeg bi postojanje svih živih bića na našem planetu bilo upitno, je fotosinteza. Što je fotosinteza? Svi to znaju iz škole. Grubo rečeno, to je proces stvaranja organskih tvari iz ugljičnog dioksida i vode, koji se odvija na svjetlu i praćen je oslobađanjem kisika. Složenija definicija je sljedeća: fotosinteza je proces pretvaranja svjetlosne energije u energiju kemijskih veza tvari organskog podrijetla uz sudjelovanje fotosintetskih pigmenata. U suvremenoj praksi fotosinteza se obično shvaća kao skup procesa apsorpcije, sinteze i korištenja svjetlosti u nizu endergonskih reakcija, od kojih je jedna pretvorba ugljičnog dioksida u organske tvari. Sada saznajmo detaljnije kako se odvija fotosinteza i na koje je faze podijeljen ovaj proces!

opće karakteristike

Kloroplasti, koje ima svaka biljka, odgovorni su za fotosintezu. Što su kloroplasti? To su ovalni plastidi koji sadrže pigment poput klorofila. Klorofil je taj koji određuje zelenu boju biljaka. U algama je ovaj pigment prisutan u kromatoforima - stanicama koje reflektiraju svjetlost različitih oblika koje sadrže pigment. Smeđe i crvene alge, koje žive na značajnim dubinama gdje sunčeva svjetlost ne dopire dobro, imaju različite pigmente.

Tvari fotosinteze dio su autotrofa - organizama koji su sposobni sintetizirati organske tvari iz anorganskih tvari. Oni su najniža razina prehrambene piramide, stoga su uključeni u prehranu svih živih organizama na planeti Zemlji.

Prednosti fotosinteze

Zašto je potrebna fotosinteza? Kisik koji se oslobađa iz biljaka tijekom fotosinteze ulazi u atmosferu. Dižući se do svojih gornjih slojeva, stvara ozon koji štiti zemljinu površinu od jakog sunčevog zračenja. Zahvaljujući ozonskom ekranu živi organizmi mogu udobno boraviti na kopnu. Osim toga, kao što znate, kisik je potreban za disanje živih organizama.

Napredak procesa

Sve počinje ulaskom svjetlosti u kloroplaste. Pod njegovim utjecajem organele crpe vodu iz tla i dijele je na vodik i kisik. Dakle, odvijaju se dva procesa. Fotosinteza biljaka počinje u trenutku kada je lišće već apsorbiralo vodu i ugljični dioksid. Svjetlosna energija se akumulira u tilakoidima - posebnim odjeljcima kloroplasta, i dijeli molekulu vode na dvije komponente. Dio kisika odlazi u disanje biljaka, a ostatak odlazi u atmosferu.

Ugljični dioksid zatim ulazi u pirenoide - proteinske granule okružene škrobom. Ovdje dolazi i vodik. Pomiješane jedna s drugom, te tvari tvore šećer. Ova reakcija također se događa s oslobađanjem kisika. Kada se šećer (općeniti naziv za jednostavne ugljikohidrate) pomiješa s dušikom, sumporom i fosforom koji u biljku ulaze iz tla, nastaju škrob (složeni ugljikohidrat), bjelančevine, masti, vitamini i druge tvari potrebne za život biljaka. U velikoj većini slučajeva fotosinteza se odvija u uvjetima prirodnog osvjetljenja. No, u tome može sudjelovati i umjetna rasvjeta.

Sve do 60-ih godina dvadesetog stoljeća znanost je poznavala jedan mehanizam redukcije ugljičnog dioksida - duž C 3 -pentozofosfatnog puta. Nedavno su australski znanstvenici dokazali da se kod nekih biljnih vrsta ovaj proces može odvijati kroz ciklus C 4 -dikarboksilne kiseline.

U biljkama koje smanjuju ugljični dioksid putem C 3 puta, fotosinteza se najbolje odvija pri umjerenim temperaturama i slabom osvjetljenju, u šumama ili tamnim mjestima. Ove biljke uključuju lavovski udio kultiviranih biljaka i gotovo svo povrće koje čini temelj naše prehrane.

U drugoj klasi biljaka fotosinteza se najaktivnije odvija u uvjetima visoke temperature i jakog svjetla. Ova skupina uključuje biljke koje rastu u tropskim i toplim klimatskim uvjetima, kao što su kukuruz, šećerna trska, sirak i tako dalje.

Usput, metabolizam biljaka otkriven je nedavno. Znanstvenici su uspjeli otkriti da neke biljke imaju posebna tkiva za očuvanje zaliha vode. Ugljični dioksid se u njima nakuplja u obliku organskih kiselina i tek nakon 24 sata prelazi u ugljikohidrate. Ovaj mehanizam omogućuje biljkama uštedu vode.

Kako proces funkcionira?

Općenito već znamo kako se odvija proces fotosinteze i kakva se fotosinteza događa, a sada se upoznajmo dublje.

Sve počinje s biljkom koja upija svjetlost. U tome joj pomaže klorofil koji se u obliku kloroplasta nalazi u listovima, stabljikama i plodovima biljke. Glavna količina ove tvari koncentrirana je u lišću. Stvar je u tome što, zahvaljujući svojoj ravnoj strukturi, plahta privlači puno svjetla. A što je više svjetla, to je više energije za fotosintezu. Dakle, listovi u biljci djeluju kao svojevrsni lokatori koji hvataju svjetlost.

Kada se svjetlost apsorbira, klorofil je u pobuđenom stanju. Prenosi energiju drugim biljnim organima koji sudjeluju u sljedećoj fazi fotosinteze. Druga faza procesa odvija se bez sudjelovanja svjetlosti i sastoji se od kemijske reakcije koja uključuje vodu dobivenu iz tla i ugljični dioksid dobiven iz zraka. U ovoj fazi se sintetiziraju ugljikohidrati koji su neophodni za život svakog organizma. U ovom slučaju, oni ne samo da hrane samu biljku, već se prenose i na životinje koje je jedu. Ljudi te tvari dobivaju i konzumiranjem biljnih ili životinjskih proizvoda.

Faze procesa

Kao prilično složen proces, fotosinteza se dijeli na dvije faze: svijetlu i tamnu. Kao što naziv govori, prva faza zahtijeva prisutnost sunčevog zračenja, ali druga ne. Tijekom svjetlosne faze klorofil apsorbira određeni kvant svjetlosti, stvarajući molekule ATP i NADH, bez kojih je fotosinteza nemoguća. Što su ATP i NADH?

ATP (adenozitrifosfat) je nukleinski koenzim koji sadrži visokoenergetske veze i služi kao izvor energije u svakoj organskoj transformaciji. Konjunkcija se često naziva energetska voluta.

NADH (nikotinamid adenin dinukleotid) je izvor vodika koji se koristi za sintezu ugljikohidrata uz sudjelovanje ugljičnog dioksida u drugoj fazi procesa kao što je fotosinteza.

Lagana faza

Kloroplasti sadrže mnogo molekula klorofila, od kojih svaka apsorbira svjetlost. Ostali pigmenti ga također apsorbiraju, ali nisu sposobni za fotosintezu. Proces se odvija samo u dijelu molekula klorofila. Preostale molekule tvore antene i komplekse za prikupljanje svjetlosti (LHC). Oni akumuliraju kvante svjetlosnog zračenja i prenose ih u reakcijske centre, koji se također nazivaju zamkama. Reakcijski centri nalaze se u fotosustavima, od kojih fotosintetska biljka ima dva. Prvi sadrži molekulu klorofila koja može apsorbirati svjetlost valne duljine od 700 nm, a druga - 680 nm.

Dakle, dvije vrste molekula klorofila apsorbiraju svjetlost i postaju pobuđene, što uzrokuje prelazak elektrona na višu energetsku razinu. Pobuđeni elektroni, koji imaju veliku količinu energije, otkidaju se i ulaze u transportni lanac koji se nalazi u tilakoidnim membranama (unutarnje strukture kloroplasta).

Prijelaz elektrona

Elektron iz prvog fotosustava ide od klorofila P680 do plastokinona, a elektron od drugog sustava ide do feredoksina. U tom slučaju na mjestu uklanjanja elektrona nastaje slobodan prostor u molekuli klorofila.

Kako bi nadoknadila nedostatak, molekula klorofila P680 prihvaća elektrone iz vode, stvarajući ione vodika. A druga molekula klorofila nadoknađuje nedostatak kroz sustav nositelja iz prvog fotosustava.

Tako teče svjetlosna faza fotosinteze, čija je bit prijenos elektrona. Paralelno s prijenosom elektrona odvija se kretanje vodikovih iona kroz membranu. To dovodi do njihovog nakupljanja unutar tilakoida. Akumulirajući se u velikim količinama, oslobađaju se prema van uz pomoć faktora konjugacije. Rezultat transporta elektrona je stvaranje spoja NADH. A prijenos vodikovih iona dovodi do stvaranja energetske valute ATP.

Na kraju svjetlosne faze kisik ulazi u atmosferu, a unutar latice nastaju ATP i NADH. Tada počinje tamna faza fotosinteze.

Tamna faza

Ova faza fotosinteze zahtijeva ugljični dioksid. Biljka ga neprestano upija iz zraka. U tu svrhu, na površini lista postoje stomati - posebne strukture koje, kada se otvore, apsorbiraju ugljični dioksid. Ulazeći u list, otapa se u vodi i sudjeluje u procesima svjetlosne faze.

Tijekom svjetlosne faze kod većine biljaka ugljični dioksid se veže na organski spoj koji sadrži 5 atoma ugljika. Rezultat je par molekula spoja s tri ugljika koji se naziva 3-fosfoglicerinska kiselina. Upravo zato što je ovaj spoj primarni rezultat procesa, biljke s ovom vrstom fotosinteze nazivamo C 3 biljkama.

Daljnji procesi koji se odvijaju u kloroplastima vrlo su složeni za neiskusne ljude. Krajnji rezultat je spoj sa šest ugljika koji sintetizira jednostavne ili složene ugljikohidrate. Biljka akumulira energiju u obliku ugljikohidrata. Manji dio tvari ostaje u listu i podmiruje njegove potrebe. Preostali ugljikohidrati kruže po biljci i dostavljaju se na mjesta gdje su najpotrebniji.

Fotosinteza zimi

Mnogi su se ljudi barem jednom u životu zapitali odakle dolazi kisik tijekom hladne sezone. Prvo, kisik ne proizvode samo listopadne biljke, već i crnogorice i morske biljke. I ako listopadne biljke zimi smrznu, crnogorične biljke nastavljaju disati, iako manje intenzivno. Drugo, sadržaj kisika u atmosferi ne ovisi o tome jesu li stabla olistala. Kisik zauzima 21% atmosfere, bilo gdje na našem planetu u bilo koje doba godine. Ova se vrijednost ne mijenja jer se zračne mase kreću vrlo brzo, a zima se ne pojavljuje istodobno u svim zemljama. Pa, i treće, zimi u nižim slojevima zraka koje udišemo, sadržaj kisika je čak i veći nego ljeti. Razlog za ovu pojavu je niska temperatura, zbog koje kisik postaje gušći.

Zaključak

Danas smo se prisjetili što je fotosinteza, što je klorofil te kako biljke oslobađaju kisik upijanjem ugljičnog dioksida. Naravno, fotosinteza je najvažniji proces u našim životima. Podsjeća nas na potrebu brige o prirodi.

27. veljače 2014. | Jedan komentar | Lolita Okoljnova

Fotosinteza- proces stvaranja organskih tvari iz ugljičnog dioksida i vode na svjetlu uz sudjelovanje fotosintetskih pigmenata.

Kemosinteza- metoda autotrofne prehrane u kojoj su izvor energije za sintezu organskih tvari iz CO 2 reakcije oksidacije anorganskih spojeva

Tipično, svi organizmi koji su sposobni sintetizirati organske tvari iz anorganskih tvari, tj. organizmi sposobni za fotosinteza i kemosinteza, odnosi se na .

Neki se tradicionalno klasificiraju kao autotrofi.

Ukratko smo razgovarali o građi biljne stanice, pogledajmo cijeli proces detaljnije...

Suština fotosinteze

(sažeta jednadžba)

Glavna tvar uključena u višefazni proces fotosinteze je klorofil. To je ono što pretvara sunčevu energiju u kemijsku energiju.

Slika prikazuje shematski prikaz molekule klorofila, inače, molekula je vrlo slična molekuli hemoglobina...

Klorofil je ugrađen u grana kloroplasta:

Svjetlosna faza fotosinteze:

(provodi se na tilakoidnim membranama)

• Svjetlost koja udara u molekulu klorofila apsorbira je i dovodi je u pobuđeno stanje - elektron koji je dio molekule, apsorbirajući energiju svjetlosti, prelazi na višu energetsku razinu i sudjeluje u procesima sinteze;
• Pod utjecajem svjetlosti dolazi i do cijepanja (fotolize) vode:

U ovom slučaju, kisik se uklanja u vanjsko okruženje, a protoni se nakupljaju unutar tilakoida u "spremniku protona"

2N + + 2e - + NADP → NADPH 2

NADP je specifična tvar, koenzim, tj. katalizator, u ovom slučaju nosač vodika.

• sintetizirana (energija)

Tamna faza fotosinteze

(javlja se u stromi kloroplasta)

stvarna sinteza glukoze

dolazi do ciklusa reakcija u kojima nastaje C 6 H 12 O 6 . Ove reakcije koriste energiju ATP-a i NADPH 2 nastale u svjetlosnoj fazi; Osim glukoze, tijekom fotosinteze nastaju i drugi monomeri složenih organskih spojeva - aminokiseline, glicerol i masne kiseline, nukleotidi

Imajte na umu: ova faza je mračna zove se ne zato što se događa noću - sinteza glukoze događa se, općenito, 24 sata, ali tamna faza više ne zahtijeva svjetlosnu energiju.

“Fotosinteza je proces o kojem u konačnici ovise sve manifestacije života na našem planetu.”

K. A. Timirjazeva.

Kao rezultat fotosinteze na Zemlji nastaje oko 150 milijardi tona organske tvari i godišnje se oslobađa oko 200 milijardi tona slobodnog kisika. Uz to, biljke u ciklus uključuju milijarde tona dušika, fosfora, sumpora, kalcija, magnezija, kalija i drugih elemenata. Iako zeleni list koristi samo 1-2% svjetlosti koja pada na njega, organsku tvar koju stvara biljka i kisik općenito.

Kemosinteza

Kemosinteza se odvija zbog energije koja se oslobađa tijekom reakcija kemijske oksidacije različitih anorganskih spojeva: vodika, sumporovodika, amonijaka, željezovog (II) oksida itd.

Prema tvarima koje sudjeluju u metabolizmu bakterije razlikuju se:

• sumporne bakterije - mikroorganizmi vodenih tijela koji sadrže H 2 S - izvori vrlo karakterističnog mirisa,
• bakterije željeza,
• nitrifikacijske bakterije - oksidiraju amonijak i dušikastu kiselinu,
• bakterije koje fiksiraju dušik - obogaćuju tla, uvelike povećavaju produktivnost,
• bakterije koje oksidiraju vodik

Ali suština ostaje ista - ovo je također

Kako kratko i jasno objasniti tako složen proces kao što je fotosinteza? Biljke su jedini živi organizmi koji mogu sami proizvoditi hranu. Kako to oni rade? Za rast dobivaju sve potrebne tvari iz okoliša: ugljični dioksid iz zraka, vode i iz tla. Potrebna im je i energija, koju dobivaju od sunčevih zraka. Ta energija pokreće određene kemijske reakcije tijekom kojih se ugljični dioksid i voda pretvaraju u glukozu (hranu) i dolazi do fotosinteze. Bit procesa može se kratko i jasno objasniti čak i djeci školske dobi.

"Zajedno sa svjetlom"

Riječ "fotosinteza" dolazi od dvije grčke riječi - "foto" i "sinteza", čija kombinacija znači "zajedno sa svjetlom". Sunčeva energija se pretvara u kemijsku energiju. Kemijska jednadžba fotosinteze:

6CO 2 + 12H 2 O + svjetlo = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

To znači da se 6 molekula ugljičnog dioksida i dvanaest molekula vode koriste (zajedno sa sunčevom svjetlošću) za proizvodnju glukoze, što rezultira šest molekula kisika i šest molekula vode. Ako ovo predstavite kao verbalnu jednadžbu, dobit ćete sljedeće:

Voda + sunce => glukoza + kisik + voda.

Sunce je vrlo moćan izvor energije. Ljudi ga uvijek pokušavaju koristiti za proizvodnju električne energije, izolaciju kuća, grijanje vode i tako dalje. Biljke su prije milijune godina "skužile" kako koristiti sunčevu energiju jer im je to bilo neophodno za preživljavanje. Fotosintezu možemo kratko i jasno objasniti na sljedeći način: biljke koriste svjetlosnu energiju sunca i pretvaraju je u kemijsku energiju, a rezultat je šećer (glukoza) čiji se višak skladišti kao škrob u lišću, korijenju, stabljici i sjemenke biljke. Sunčeva energija se prenosi na biljke, kao i na životinje koje se tim biljkama hrane. Kada su biljci potrebne hranjive tvari za rast i druge životne procese, te su rezerve vrlo korisne.

Kako biljke apsorbiraju energiju sunca?

Govoreći kratko i jasno o fotosintezi, vrijedi se pozabaviti pitanjem kako biljke uspijevaju apsorbirati sunčevu energiju. To se događa zbog posebne strukture lišća, koja uključuje zelene stanice - kloroplaste, koji sadrže posebnu tvar zvanu klorofil. To je ono što lišću daje zelenu boju i odgovorno je za apsorpciju energije sunčeve svjetlosti.

Zašto je većina listova široka i ravna?

Fotosinteza se odvija u lišću biljaka. Nevjerojatna je činjenica da su biljke vrlo dobro prilagođene hvatanju sunčeve svjetlosti i apsorbiranju ugljičnog dioksida. Zahvaljujući širokoj površini, uhvatit će se mnogo više svjetla. Zbog toga su solarni paneli, koji se ponekad postavljaju na krovove kuća, također široki i ravni. Što je veća površina, to je bolja apsorpcija.

Što je još važno za biljke?

Kao i ljudi, biljke također trebaju korisne hranjive tvari kako bi ostale zdrave, rasle i dobro obavljale svoje vitalne funkcije. Minerale otopljene u vodi dobivaju iz tla putem korijena. Ako tlu nedostaje mineralnih hranjiva, biljka se neće normalno razvijati. Poljoprivrednici često testiraju tlo kako bi bili sigurni da ima dovoljno hranjivih tvari za rast usjeva. U suprotnom, pribjegnite upotrebi gnojiva koja sadrže esencijalne minerale za ishranu i rast biljaka.

Zašto je fotosinteza tako važna?

Kako bismo djeci kratko i jasno objasnili fotosintezu, vrijedi reći da je ovaj proces jedna od najvažnijih kemijskih reakcija na svijetu. Koji su razlozi za tako glasnu izjavu? Prvo, fotosinteza hrani biljke, koje zauzvrat hrane sva ostala živa bića na planetu, uključujući životinje i ljude. Drugo, kao rezultat fotosinteze, kisik potreban za disanje oslobađa se u atmosferu. Sva živa bića udišu kisik i izdišu ugljični dioksid. Srećom, biljke rade suprotno, pa su vrlo važne za ljude i životinje jer im daju mogućnost disanja.

Nevjerojatan proces

Biljke, pokazalo se, također znaju disati, ali, za razliku od ljudi i životinja, apsorbiraju ugljični dioksid iz zraka, a ne kisik. Piju i biljke. Zato ih treba zalijevati, inače će uginuti. Uz pomoć korijenskog sustava voda i hranjive tvari transportiraju se do svih dijelova biljnog tijela, a ugljični dioksid se apsorbira kroz male rupice na lišću. Okidač za pokretanje kemijske reakcije je sunčeva svjetlost. Sve dobivene metaboličke proizvode biljke koriste za prehranu, kisik se ispušta u atmosferu. Tako možete kratko i jasno objasniti kako se odvija proces fotosinteze.

Fotosinteza: svijetla i tamna faza fotosinteze

Proces koji se razmatra sastoji se od dva glavna dijela. Postoje dvije faze fotosinteze (opis i tablica u nastavku). Prva se naziva svjetlosna faza. Nastaje samo u prisutnosti svjetla u tilakoidnim membranama uz sudjelovanje klorofila, proteina za prijenos elektrona i enzima ATP sintetaze. Što još skriva fotosinteza? Svjetle i zamjenjuju jedna drugu kako dan i noć napreduju (Calvinovi ciklusi). Tijekom tamne faze dolazi do proizvodnje te iste glukoze, hrane za biljke. Taj se proces naziva i reakcija neovisna o svjetlosti.

Zaključak

Iz svega navedenog mogu se izvući sljedeći zaključci:

• Fotosinteza je proces koji proizvodi energiju iz sunca.
• Svjetlosna energija Sunca se pomoću klorofila pretvara u kemijsku energiju.
• Klorofil daje biljkama zelenu boju.
• Fotosinteza se odvija u kloroplastima stanica lišća biljke.
• Ugljični dioksid i voda neophodni su za fotosintezu.
• Ugljični dioksid ulazi u biljku kroz sitne rupice, puči, a kroz njih izlazi kisik.
• Voda se apsorbira u biljku kroz njezino korijenje.
• Bez fotosinteze ne bi bilo hrane na svijetu.

Biljke vodu i minerale dobivaju iz korijena. Listovi osiguravaju organsku prehranu biljkama. Za razliku od korijena, oni nisu u tlu, već u zraku, stoga ne osiguravaju tlo, već zrak.

Iz povijesti proučavanja ishrane biljaka iz zraka

Znanje o ishrani bilja skupljalo se postupno.

Prije otprilike 350 godina, nizozemski znanstvenik Jan Helmont prvi je eksperimentirao s proučavanjem ishrane biljaka. Uzgajao je vrbu u glinenoj posudi napunjenoj zemljom, dodajući samo vodu. Znanstvenik je pažljivo izvagao otpalo lišće. Nakon pet godina masa vrbe zajedno s otpalim lišćem povećala se za 74,5 kg, a masa tla smanjila se za samo 57 g. Na temelju toga Helmont je došao do zaključka da sve tvari u biljci ne nastaju iz tla , ali iz vode. Mišljenje da se biljka povećava samo zahvaljujući vodi zadržalo se do kraja 18. stoljeća.

Godine 1771. engleski kemičar Joseph Priestley proučavao je ugljični dioksid ili, kako ga je on nazvao, "pokvareni zrak" i došao do izvanrednog otkrića. Ako zapalite svijeću i prekrijete je staklenim poklopcem, nakon što malo izgori, ugasit će se.

Miš pod takvom kapuljačom počinje se gušiti. No, ako mišu ispod kapice stavite granu metvice, miš se ne uguši i nastavi živjeti. To znači da biljke “ispravljaju” zrak pokvaren disanjem životinja, odnosno pretvaraju ugljikov dioksid u kisik.

Godine 1862. njemački botaničar Julius Sachs pokusima je dokazao da zelene biljke ne samo da proizvode kisik, već stvaraju i organske tvari koje služe kao hrana svim drugim organizmima.

Fotosinteza

Glavna razlika između zelenih biljaka i drugih živih organizama je prisutnost kloroplasta koji sadrže klorofil u njihovim stanicama. Klorofil ima svojstvo hvatanja sunčevih zraka, čija je energija potrebna za stvaranje organskih tvari. Proces stvaranja organske tvari iz ugljičnog dioksida i vode korištenjem sunčeve energije naziva se fotosinteza (grč. pbo1os svjetlost). U procesu fotosinteze ne nastaju samo organske tvari – šećeri, već se oslobađa i kisik.

Shematski se proces fotosinteze može prikazati na sljedeći način:

Vodu apsorbira korijenje i kreće se kroz provodni sustav korijena i stabljike do lišća. Ugljični dioksid je sastavni dio zraka. U lišće ulazi kroz otvorene puči. Apsorpciju ugljičnog dioksida olakšava struktura lista: ravna površina lisnih ploški, što povećava površinu kontakta sa zrakom, te prisutnost velikog broja stomata u koži.

Šećeri nastali kao rezultat fotosinteze pretvaraju se u škrob. Škrob je organska tvar koja se ne otapa u vodi. Kgo se lako može otkriti pomoću otopine joda.

Dokaz stvaranja škroba u lišću izloženom svjetlu

Dokažimo da u zelenom lišću biljaka škrob nastaje iz ugljičnog dioksida i vode. Da biste to učinili, razmislite o eksperimentu koji je svojedobno izveo Julius Sachs.

Kućna biljka (geranija ili jaglac) drži se dva dana u mraku kako bi se sav škrob potrošio za vitalne procese. Zatim se nekoliko listova oblijepi s obje strane crnim papirom tako da samo dio bude pokriven. Danju je biljka izložena svjetlu, a noću dodatno osvijetljena stolnom lampom.

Nakon jednog dana, listovi koji se proučavaju se odrežu. Da bi se ustanovilo u kojem dijelu lista nastaje škrob, listovi se kuhaju u vodi (da škrobna zrnca nabubre) i zatim drže u vrućem alkoholu (klorofil se otapa i list gubi boju). Zatim se listovi isperu u vodi i tretiraju slabom otopinom joda. Tako područja lišća koja su bila izložena svjetlu dobivaju plavu boju od djelovanja joda. To znači da je u stanicama osvijetljenog dijela lista nastao škrob. Stoga se fotosinteza odvija samo na svjetlu.

Dokazi o potrebi za ugljikovim dioksidom za fotosintezu

Kako bi se dokazalo da je ugljični dioksid neophodan za stvaranje škroba u lišću, sobna biljka također se prvo drži u mraku. Zatim se jedan list stavi u tikvicu s malom količinom vapnene vode. Tikvica se zatvori vatom. Biljka je izložena svjetlu. Ugljični dioksid apsorbira vapnena voda, pa ga neće biti u tikvici. List se odreže i, kao u prethodnom pokusu, ispita na prisutnost škroba. Drži se u vrućoj vodi i alkoholu te tretira otopinom joda. Međutim, u ovom slučaju, rezultat eksperimenta će biti drugačiji: list ne postaje plav, jer ne sadrži škrob. Dakle, za nastanak škroba, osim svjetla i vode, potreban je ugljikov dioksid.

Tako smo odgovorili na pitanje koju hranu biljka dobiva iz zraka. Iskustvo je pokazalo da je ugljični dioksid. Neophodan je za stvaranje organske tvari.

Organizmi koji samostalno stvaraju organske tvari za izgradnju svog tijela nazivaju se autotrofamni (grč. autos – sam, trophe – hrana).

Dokazi o proizvodnji kisika tijekom fotosinteze

Kako bismo dokazali da tijekom fotosinteze biljke ispuštaju kisik u vanjski okoliš, razmotrimo pokus s vodenom biljkom Elodea. Izbojci elodeje umoče se u posudu s vodom i pokriju lijevkom na vrhu. Stavite epruvetu napunjenu vodom na kraj lijevka. Biljka se izlaže svjetlu dva do tri dana. Na svjetlu elodea stvara mjehuriće plina. Akumuliraju se na vrhu epruvete, istiskujući vodu. Kako bi se utvrdilo o kakvom se plinu radi, epruveta se pažljivo izvadi i u nju se ubaci tinjajući komadić. Iver jarko treperi. To znači da se u tikvici nakupio kisik koji podržava izgaranje.

Kozmička uloga biljaka

Biljke koje sadrže klorofil mogu apsorbirati sunčevu energiju. Stoga je K.A. Timirjazev je njihovu ulogu na Zemlji nazvao kozmičkom. Dio sunčeve energije pohranjene u organskoj tvari može se pohraniti dulje vrijeme. Ugljen, treset, nafta nastaju od tvari koje su u davnim geološkim vremenima stvarale zelene biljke i upijale energiju Sunca. Spaljivanjem prirodnih zapaljivih materijala čovjek oslobađa energiju pohranjenu milijunima godina prije zelenih biljaka.

Fotosinteza (testovi)

1. Organizmi koji tvore organske tvari samo od organskih:

1.heterotrofi

2.autotrofi

3.kemotrofi

4.miksotrofi

2. Tijekom svjetlosne faze fotosinteze događa se sljedeće:

1. Stvaranje ATP-a

2.stvaranje glukoze

3.emisija ugljičnog dioksida

4. stvaranje ugljikohidrata

3. Tijekom fotosinteze nastaje kisik koji se oslobađa u procesu:

1.biosinteza proteina

2.fotoliza

3.pobuda molekule klorofila

4.spojevi ugljičnog dioksida i vode

4. Kao rezultat fotosinteze, svjetlosna energija se pretvara u:

1. toplinska energija

2.kemijska energija anorganskih spojeva

3. električna energija toplinska energija

4.kemijska energija organskih spojeva

5. Disanje kod anaeroba u živim organizmima odvija se u procesu:

1.oksidacija kisika

2.fotosinteza

3.fermentacija

4.kemosinteza

6. Krajnji produkti oksidacije ugljikohidrata u stanici su:

1.ADP i voda

2.amonijak i ugljikov dioksid

3.voda i ugljikov dioksid

4.amonijak, ugljikov dioksid i voda

7. U pripremnoj fazi razgradnje ugljikohidrata dolazi do hidrolize:

1. celuloze u glukozu

2. proteina u aminokiseline

3.DNA u nukleotide

4.masti na glicerol i karboksilne kiseline

8. Enzimi osiguravaju oksidaciju kisika:

1.probavni trakt i lizosomi

2.citoplazma

3.mitohondrija

4.plastid

9. Tijekom glikolize, 3 mola glukoze se pohranjuje u obliku ATP-a:

10. Dva mola glukoze prošla su potpunu oksidaciju u životinjskoj stanici, pri čemu je oslobođen ugljični dioksid:

11. U procesu kemosinteze organizmi pretvaraju oksidativnu energiju:

1.sumporni spojevi

2.organski spojevi

3.škrob

12. Jedan gen odgovara informaciji o molekuli:

1.aminokiseline

2.škrob

4.nukleotid

13. Genetski kod sastoji se od tri nukleotida, što znači:

1. specifičan

2.suvišan

3.univerzalni

4.tropletene

14. U genetskom kodu jedna aminokiselina odgovara 2-6 tripleta, što se očituje u:

1.kontinuitet

2.redundancija

3. svestranost

4.specifičnost

15. Ako je nukleotidni sastav DNA ATT-CHC-TAT, tada je nukleotidni sastav i-RNA:
1.TAA-TsGTs-UTA

2.UAA-GTG-AUA

3.UAA-CHTs-AUA

4.UAA-TsGTs-ATA

16. Sinteza proteina ne odvija se na vlastitim ribosomima u:

1.virus mozaika duhana

2. Drosophila

3.mrav

4. Vibrio cholerae

17. Antibiotik:

1. je zaštitni protein krvi

2.sintetizira novi protein u tijelu

3.je oslabljeni patogen

4.suzbija sintezu proteina uzročnika

18. Dio molekule DNA gdje se odvija replikacija ima 30 000 nukleotida (oba lanca). Za replikaciju trebat će vam:

19. Koliko različitih aminokiselina može prenijeti jedna t-RNA:

1.uvijek jedan

2.uvijek dva

3.uvijek tri

4.neki mogu transportirati jedan, neki mogu transportirati nekoliko.

20. Dio DNA iz kojeg dolazi do transkripcije sadrži 153 nukleotida, ovaj dio kodira polipeptid iz:

1.153 aminokiseline

2.51 aminokiseline

3,49 aminokiselina

4.459 aminokiselina

21. Tijekom fotosinteze kao rezultat nastaje kisik

1. fotosintetska voda

2.​ razgradnja ugljičnog plina

3. redukcija ugljičnog dioksida u glukozu

4. Sinteza ATP-a

Tijekom procesa fotosinteze događa se

1.​ sinteza ugljikohidrata i oslobađanje kisika

2.​ isparavanje vode i apsorpcija kisika

3. Izmjena plinova i sinteza lipida

4. otpuštanje ugljičnog dioksida i sinteza proteina

23. Tijekom svjetlosne faze fotosinteze, energija sunčeve svjetlosti koristi se za sintezu molekula

1. lipidi

2. bjelančevine

3.​nukleinska kiselina

24. Pod utjecajem energije sunčeve svjetlosti, elektron se podiže na višu energetsku razinu u molekuli

1. vjeverica

2. glukoza

3. klorofil

4. Biosinteza proteina

25. Biljna stanica, kao i životinjska, prima energiju u procesu. .

1.​ oksidacija organskih tvari

2. Biosinteza proteina

3. sinteza lipida

4.​sinteza nukleinske kiseline

Fotosinteza se odvija u kloroplastima biljnih stanica. Kloroplasti sadrže pigment klorofil koji sudjeluje u procesu fotosinteze i daje biljkama zelenu boju. Iz toga slijedi da se fotosinteza odvija samo u zelenim dijelovima biljaka.

Fotosinteza je proces nastajanja organskih tvari iz anorganskih. Konkretno, organska tvar je glukoza, a anorganske tvari su voda i ugljikov dioksid.

Sunčeva svjetlost također je važna za odvijanje fotosinteze. Svjetlosna energija pohranjena je u kemijskim vezama organske tvari. To je glavni cilj fotosinteze: vezati energiju koja će se kasnije koristiti za održavanje života biljke ili životinja koje jedu tu biljku. Organska tvar djeluje samo kao oblik, način pohranjivanja sunčeve energije.

Kada se u stanicama odvija fotosinteza, u kloroplastima i na njihovim membranama odvijaju se razne reakcije.

Nije svima potrebno svjetlo. Dakle, postoje dvije faze fotosinteze: svijetla i tamna. Tamna faza ne zahtijeva svjetlo i može nastupiti noću.

Ugljični dioksid ulazi u stanice iz zraka preko površine biljke. Voda dolazi iz korijena duž stabljike.

Kao rezultat procesa fotosinteze ne nastaje samo organska tvar, već i kisik. Kisik se ispušta u zrak kroz površinu biljke.

Glukoza nastala kao rezultat fotosinteze prenosi se u druge stanice, pretvara u škrob (pohranjuje) i koristi za vitalne procese.

Glavni organ u kojem se odvija fotosinteza kod većine biljaka je list. Upravo u lišću ima mnogo fotosintetskih stanica koje čine fotosintetsko tkivo.

Budući da je sunčeva svjetlost važna za fotosintezu, lišće obično ima veliku površinu. Drugim riječima, ravni su i tanki. Kako bi se osiguralo da svjetlost dopre do svih listova biljaka, oni su postavljeni tako da gotovo ne zasjenjuju jedno drugo.

Dakle, da bi se odvijao proces fotosinteze, potrebno je ugljikov dioksid, vodu i svjetlost. Produkti fotosinteze su organske tvari (glukoza) i kisik. Fotosinteza se odvija u kloroplastima, kojih ima najviše u lišću.

Fotosinteza se odvija u biljkama (uglavnom u lišću) na svjetlu. To je proces u kojem iz ugljičnog dioksida i vode nastaje organska tvar glukoza (jedna od vrsta šećera). Zatim se glukoza u stanicama pretvara u složeniju tvar, škrob. I glukoza i škrob su ugljikohidrati.

Proces fotosinteze ne proizvodi samo organsku tvar, već također proizvodi kisik kao nusprodukt.

Ugljični dioksid i voda su anorganske tvari, dok su glukoza i škrob organske.

Stoga se često kaže da je fotosinteza proces stvaranja organskih tvari iz anorganskih tvari na svjetlu. Za fotosintezu su sposobne samo biljke, neki jednostanični eukarioti i neke bakterije. U stanicama životinja i gljiva nema takvog procesa, pa su one prisiljene apsorbirati organske tvari iz okoline. U tom smislu, biljke se nazivaju autotrofi, a životinje i gljive heterotrofi.

Proces fotosinteze kod biljaka odvija se u kloroplastima koji sadrže zeleni pigment klorofil.

Dakle, za odvijanje fotosinteze potrebno vam je:

klorofil,

ugljični dioksid.

Tijekom procesa fotosinteze nastaju:

organska tvar,

kisik.

Biljke su prilagođene hvatanju svjetlosti. U mnogim zeljastim biljkama lišće se skuplja u takozvanu bazalnu rozetu, kada lišće ne zasjenjuje jedno drugo. Za drveće je karakterističan lisni mozaik, pri čemu lišće raste tako da što manje zasjenjuje jedno drugo. Kod biljaka se lisne plojke mogu okrenuti prema svjetlu zbog savijanja lisnih peteljki. Uz sve to, postoje biljke koje vole sjenu koje mogu rasti samo u sjeni.

Vodaza fotosintezustižeu lišćeiz korijenaduž stabljike. Stoga je važno da biljka dobije dovoljno vlage. S nedostatkom vode i određenih minerala, proces fotosinteze je inhibiran.

Ugljični dioksiduzeti za fotosintezudirektnoiz zrakaostavlja. Kisik, koji proizvodi biljka tijekom fotosinteze, naprotiv, ispušta se u zrak. Izmjenu plinova olakšavaju međustanični prostori (prostori između stanica).

Organske tvari koje nastaju tijekom fotosinteze dijelom se iskorištavaju u samom lišću, ali uglavnom dovode u sve ostale organe i pretvaraju se u druge organske tvari, koriste se u energetskom metabolizmu i pretvaraju u rezervne hranjive tvari.

Fotosinteza

Fotosinteza- proces sinteze organskih tvari pomoću svjetlosne energije. Organizmi koji su sposobni sintetizirati organske tvari iz anorganskih spojeva nazivaju se autotrofnima. Fotosinteza je karakteristična samo za stanice autotrofnih organizama. Heterotrofni organizmi nisu sposobni sintetizirati organske tvari iz anorganskih spojeva.
Stanice zelenih biljaka i nekih bakterija imaju posebne strukture i komplekse kemikalija koje im omogućuju hvatanje energije sunčeve svjetlosti.

Uloga kloroplasta u fotosintezi

Biljne stanice sadrže mikroskopske tvorevine – kloroplaste. To su organele u kojima se energija i svjetlost apsorbiraju i pretvaraju u energiju ATP-a i drugih molekula – nositelja energije. Grana kloroplasta sadrži klorofil, složenu organsku tvar. Klorofil hvata svjetlosnu energiju za korištenje u biosintezi glukoze i drugih organskih tvari. U kloroplastima se nalaze i enzimi potrebni za sintezu glukoze.

Svjetlosna faza fotosinteze

Kvant crvene svjetlosti koju apsorbira klorofil prenosi elektron u pobuđeno stanje. Elektron pobuđen svjetlom dobiva veliku zalihu energije, zbog čega prelazi na višu energetsku razinu. Elektron pobuđen svjetlom može se usporediti s kamenom podignutim u visinu, koji također dobiva potencijalnu energiju. Izgubi ga, pada s visine. Pobuđeni elektron, kao u koracima, kreće se duž lanca složenih organskih spojeva ugrađenih u kloroplast. Prelazeći s jednog koraka na drugi, elektron gubi energiju koja se koristi za sintezu ATP-a. Elektron koji je potrošio energiju vraća se u klorofil. Novi dio svjetlosne energije ponovno pobuđuje elektron klorofila. Ponovno slijedi isti put, trošeći energiju na stvaranje molekula ATP-a.
Vodikovi ioni i elektroni, potrebni za obnovu molekula nositelja energije, nastaju cijepanjem molekula vode. Razgradnju molekula vode u kloroplastima provodi poseban protein pod utjecajem svjetlosti. Ovaj proces se zove fotoliza vode.
Dakle, biljna stanica izravno koristi energiju sunčeve svjetlosti za:
1. pobuđivanje elektrona klorofila, čija se energija dalje troši na stvaranje ATP-a i drugih molekula nositelja energije;
2. fotoliza vode, dobava vodikovih iona i elektrona svjetlosnoj fazi fotosinteze.
Time se oslobađa kisik kao nusprodukt reakcija fotolize.

Stadij tijekom kojeg se zahvaljujući energiji svjetlosti stvaraju energetski bogati spojevi - ATP i molekule koje nose energiju, nazvao svjetlosna faza fotosinteze.

Tamna faza fotosinteze

Kloroplasti sadrže šećere s pet ugljika, od kojih jedan ribuloza difosfat, je akceptor ugljičnog dioksida. Poseban enzim veže šećer s pet ugljika s ugljičnim dioksidom u zraku. U tom slučaju nastaju spojevi koji se pomoću energije ATP-a i drugih molekula nositelja energije reduciraju u molekulu glukoze sa šest ugljika.

Dakle, svjetlosna energija pretvorena tijekom svjetlosne faze u energiju ATP-a i drugih molekula nositelja energije koristi se za sintezu glukoze.

Ovi se procesi mogu odvijati u mraku.
Iz biljnih stanica uspjelo se izolirati kloroplaste koji su u epruveti pod utjecajem svjetlosti vršili fotosintezu – stvarali su nove molekule glukoze i apsorbirali ugljični dioksid. Prestankom osvjetljavanja kloroplasta prestala je i sinteza glukoze. Međutim, ako su ATP i smanjene molekule prijenosnika energije dodane kloroplastima, tada se sinteza glukoze nastavlja i može se nastaviti u mraku. To znači da je svjetlost zapravo potrebna samo za sintezu ATP-a i punjenje molekula koje nose energiju. Apsorpcija ugljičnog dioksida i stvaranje glukoze u biljkama nazvao tamna faza fotosinteze jer ona može hodati po mraku.
Intenzivno osvjetljenje i povećan sadržaj ugljičnog dioksida u zraku dovode do povećane aktivnosti fotosinteze.

Ostale bilješke o biologiji

Još zanimljivih članaka: