Fotosyntese skjer i cellene i hvilket vev. Konseptet fotosyntese, hvor og hva som skjer i lysfasen av fotosyntesen. Betydningen av fotosyntese i menneskelivet

Fotosyntese er syntesen av organiske forbindelser i bladene til grønne planter fra vann og atmosfærisk karbondioksid ved bruk av solenergi (lys) adsorbert av klorofyll i kloroplaster.

Takket være fotosyntesen fanges synlig lysenergi opp og omdannes til kjemisk energi, som lagres (lagres) i organiske stoffer som dannes under fotosyntesen.

Datoen for oppdagelsen av prosessen med fotosyntese kan betraktes som 1771. Den engelske forskeren J. Priestley trakk oppmerksomhet til endringer i luftens sammensetning på grunn av den vitale aktiviteten til dyr. I nærvær av grønne planter ble luften igjen egnet for både pust og forbrenning. Deretter har arbeidet til en rekke forskere (Y. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J.B. Boussingault) fastslått at grønne planter absorberer CO 2 fra luften, hvorfra det dannes organisk materiale med deltakelse av vann i lyset . Det var denne prosessen den tyske vitenskapsmannen W. Pfeffer i 1877 kalte fotosyntesen. Loven om bevaring av energi formulert av R. Mayer var av stor betydning for å avsløre essensen av fotosyntese. I 1845 foreslo R. Mayer at energien som brukes av planter, er energien til solen, som planter konverterer til kjemisk energi gjennom fotosynteseprosessen. Denne posisjonen ble utviklet og eksperimentelt bekreftet i forskningen til den bemerkelsesverdige russiske forskeren K.A. Timiryazev.

Hovedrollen til fotosyntetiske organismer:

1) transformasjon av energien til sollys til energien til kjemiske bindinger av organiske forbindelser;

2) metning av atmosfæren med oksygen;

Som et resultat av fotosyntesen dannes det 150 milliarder tonn organisk materiale på jorden og det frigjøres rundt 200 milliarder tonn fritt oksygen per år. Det forhindrer en økning i konsentrasjonen av CO2 i atmosfæren, og forhindrer overoppheting av jorden (drivhuseffekt).

Atmosfæren skapt av fotosyntese beskytter levende ting mot skadelig kortbølget UV-stråling (atmosfærens oksygen-ozonskjold).

Bare 1-2 % av solenergien overføres til innhøsting av landbruksplanter; tap skyldes ufullstendig absorpsjon av lys. Derfor er det store utsikter til å øke produktiviteten gjennom valg av varianter med høy effektivitet av fotosyntese og etablering av en avlingsstruktur som er gunstig for lysabsorpsjon. I denne forbindelse blir utviklingen av teoretiske grunnlag for å kontrollere fotosyntese spesielt relevant.

Betydningen av fotosyntese er enorm. La oss bare merke oss at den tilfører drivstoff (energi) og atmosfærisk oksygen som er nødvendig for eksistensen av alle levende ting. Derfor er rollen til fotosyntesen planetarisk.

Planetariteten til fotosyntesen bestemmes også av det faktum at takket være syklusen av oksygen og karbon (hovedsakelig) opprettholdes den nåværende sammensetningen av atmosfæren, som igjen bestemmer det videre vedlikeholdet av livet på jorden. Vi kan videre si at energien som er lagret i produktene fra fotosyntesen i hovedsak er den viktigste energikilden menneskeheten nå har.

Total reaksjon av fotosyntese

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

Kjemien til fotosyntese er beskrevet av følgende ligninger:

Fotosyntese – 2 grupper av reaksjoner:

lys scene (kommer an på belysning)

mørk scene (avhenger av temperatur).

Begge gruppene av reaksjoner skjer samtidig

Fotosyntese skjer i kloroplastene til grønne planter.

Fotosyntesen begynner med fangst og absorpsjon av lys av pigmentet klorofyll, som finnes i kloroplastene til grønne planteceller.

Dette viser seg å være nok til å skifte absorpsjonsspekteret til molekylet.

Klorofyllmolekylet absorberer fotoner i den fiolette og blå, og deretter i den røde delen av spekteret, og samhandler ikke med fotoner i den grønne og gule delen av spekteret.

Det er derfor klorofyll og planter ser grønne ut - de kan rett og slett ikke dra nytte av de grønne strålene og la dem vandre rundt i verden (og dermed gjøre den grønnere).

Fotosyntetiske pigmenter er lokalisert på innsiden av thylakoidmembranen.

Pigmenter er organisert i fotosystemer(antennefelt for å fange lys) - inneholder 250–400 molekyler av forskjellige pigmenter.

Fotosystemet består av:

reaksjonssenter fotosystemer (klorofyllmolekyl EN),

antenne molekyler

Alle pigmenter i fotosystemet er i stand til å overføre eksitert tilstandsenergi til hverandre. Fotonenergien som absorberes av et eller annet pigmentmolekyl overføres til et nabomolekyl til det når reaksjonssenteret. Når resonanssystemet til reaksjonssenteret går inn i en eksitert tilstand, overfører det to eksiterte elektroner til akseptormolekylet og blir derved oksidert og får en positiv ladning.

I planter:

fotosystem 1(maksimal lysabsorpsjon ved en bølgelengde på 700 nm - P700)

fotosystem 2(maksimal lysabsorpsjon ved en bølgelengde på 680 nm - P680

Forskjeller i absorpsjonsoptima skyldes små forskjeller i pigmentstruktur.

De to systemene fungerer i tandem, som en todelt transportør kalt ikke-syklisk fotofosforylering .

Sammendragsligning for ikke-syklisk fotofosforylering:

Ф - symbol på fosforsyrerester

Syklusen begynner med fotosystem 2.

1) antennemolekyler fanger fotonet og overfører eksitasjon til det aktive sentermolekylet P680;

2) det eksiterte P680-molekylet donerer to elektroner til kofaktor Q, mens det oksideres og får en positiv ladning;

Kofaktor(kofaktor). Et koenzym eller et annet stoff som er nødvendig for at et enzym skal utføre sin funksjon

Koenzymer (koenzymer)[fra lat. co (cum) - sammen og enzymer], organiske forbindelser av ikke-protein natur som deltar i den enzymatiske reaksjonen som akseptorer av individuelle atomer eller atomgrupper spaltet av enzymet fra substratmolekylet, dvs. å utføre den katalytiske virkningen av enzymer. Disse stoffene, i motsetning til proteinkomponenten i enzymet (apoenzym), har en relativt liten molekylvekt og er som regel termostabile. Noen ganger betyr koenzymer alle lavmolekylære stoffer, hvis deltakelse er nødvendig for at den katalytiske virkningen av enzymet skal oppstå, inkludert ioner, for eksempel. K+, Mg2+ og Mn2+. Enzymer er lokalisert. i det aktive senteret av enzymet og danner sammen med substratet og funksjonelle grupper i det aktive senteret et aktivert kompleks.

De fleste enzymer krever tilstedeværelse av et koenzym for å vise katalytisk aktivitet. Unntaket er hydrolytiske enzymer (for eksempel proteaser, lipaser, ribonuklease), som utfører sin funksjon i fravær av et koenzym.

Molekylet reduseres med P680 (under påvirkning av enzymer). I dette tilfellet dissosieres vann til protoner og molekylært oksygen, de. vann er en elektrondonor, som sikrer påfyll av elektroner i P 680.

FOTOLYSE VANN- spaltning av et vannmolekyl, spesielt under fotosyntese. På grunn av fotolyse av vann produseres oksygen, som frigjøres av grønne planter i lyset.

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

generelle egenskaper

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

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

Fordeler med fotosyntese

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

Fremdrift av prosessen

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

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

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

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

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

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

Hvordan fungerer prosessen?

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

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

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

Prosessfaser

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

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

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

Lett fase

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

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

Elektronovergang

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

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

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

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

Mørk fase

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

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

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

Fotosyntese om vinteren

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

Konklusjon

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

27. februar 2014 | En kommentar | Lolita Okolnova

Fotosyntese- prosessen med dannelse av organiske stoffer fra karbondioksid og vann i lyset med deltakelse av fotosyntetiske pigmenter.

Kjemosyntese- en metode for autotrofisk ernæring der energikilden for syntese av organiske stoffer fra CO 2 er oksidasjonsreaksjoner av uorganiske forbindelser

Typisk er alle organismer som er i stand til å syntetisere organiske stoffer fra uorganiske stoffer, dvs. organismer som er i stand til fotosyntese og kjemosyntese, referere til .

Noen er tradisjonelt klassifisert som autotrofer.

Vi snakket kort om strukturen til en plantecelle, la oss se på hele prosessen mer detaljert...

Essensen av fotosyntese

(oppsummerende ligning)

Hovedstoffet involvert i flertrinnsprosessen for fotosyntese er klorofyll. Det er denne som forvandler solenergi til kjemisk energi.

Figuren viser en skjematisk fremstilling av klorofyllmolekylet, forresten, molekylet er veldig likt hemoglobinmolekylet...

Klorofyll er innebygd i kloroplast grana:

Lett fase av fotosyntesen:

(utføres på thylakoidmembraner)

• Lys som treffer et klorofyllmolekyl absorberes av det og bringer det inn i en begeistret tilstand - elektronet som er en del av molekylet, etter å ha absorbert lysets energi, beveger seg til et høyere energinivå og deltar i synteseprosesser;
• Under påvirkning av lys oppstår også spaltning (fotolyse) av vann:

I dette tilfellet fjernes oksygen til det ytre miljøet, og protoner samler seg inne i tylakoidet i "protonreservoaret"

2Н + + 2е - + NADP → NADPH 2

NADP er et spesifikt stoff, et koenzym, dvs. en katalysator, i dette tilfellet en hydrogenbærer.

• syntetisert (energi)

Mørk fase av fotosyntesen

(forekommer i stroma av kloroplaster)

faktisk glukosesyntese

det oppstår en syklus av reaksjoner hvor C 6 H 12 O 6 dannes. Disse reaksjonene bruker energien til ATP og NADPH 2 dannet i lysfasen; I tillegg til glukose dannes andre monomerer av komplekse organiske forbindelser under fotosyntesen - aminosyrer, glyserol og fettsyrer, nukleotider

Vennligst merk: denne fasen er mørk det kalles ikke fordi det skjer om natten - glukosesyntese skjer generelt døgnet rundt, men den mørke fasen krever ikke lenger lysenergi.

"Fotosyntese er en prosess som alle manifestasjoner av liv på planeten vår til slutt avhenger av."

K.A. Timiryazev.

Som et resultat av fotosyntesen dannes det rundt 150 milliarder tonn organisk materiale på jorden og det frigjøres rundt 200 milliarder tonn fritt oksygen per år. I tillegg involverer planter milliarder av tonn nitrogen, fosfor, svovel, kalsium, magnesium, kalium og andre elementer i syklusen. Selv om et grønt blad bruker bare 1-2% av lyset som faller på det, det organiske materialet skapt av planten og oksygen generelt.

Kjemosyntese

Kjemosyntese utføres på grunn av energien som frigjøres under kjemiske oksidasjonsreaksjoner av forskjellige uorganiske forbindelser: hydrogen, hydrogensulfid, ammoniakk, jern(II)oksid, etc.

I henhold til stoffene som er inkludert i metabolismen av bakterier, er det:

• svovelbakterier - mikroorganismer i vannforekomster som inneholder H 2 S - kilder med en veldig karakteristisk lukt,
• jernbakterier,
• nitrifiserende bakterier - oksiderer ammoniakk og salpetersyre,
• nitrogenfikserende bakterier - beriker jord, øker produktiviteten kraftig,
• hydrogenoksiderende bakterier

Men essensen forblir den samme - dette er også

Hvordan forklare en så kompleks prosess som fotosyntese kort og tydelig? Planter er de eneste levende organismene som kan produsere sin egen mat. Hvordan gjør de det? For vekst mottar de alle nødvendige stoffer fra miljøet: karbondioksid fra luften, vannet og fra jorda. De trenger også energi, som de får fra solens stråler. Denne energien utløser visse kjemiske reaksjoner der karbondioksid og vann omdannes til glukose (mat) og er fotosyntese. Essensen av prosessen kan forklares kort og tydelig selv for barn i skolealder.

"Sammen med lyset"

Ordet "fotosyntese" kommer fra to greske ord - "foto" og "syntese", kombinasjonen av disse betyr "sammen med lys." Solenergien omdannes til kjemisk energi. Kjemisk ligning for fotosyntese:

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

Dette betyr at 6 molekyler karbondioksid og tolv molekyler vann brukes (sammen med sollys) for å produsere glukose, noe som resulterer i seks molekyler oksygen og seks molekyler vann. Hvis du representerer dette som en verbal ligning, får du følgende:

Vann + sol => glukose + oksygen + vann.

Solen er en veldig kraftig energikilde. Folk prøver alltid å bruke den til å generere strøm, isolere hus, varme opp vann og så videre. Planter "fant ut" hvordan de skulle bruke solenergi for millioner av år siden fordi det var nødvendig for deres overlevelse. Fotosyntese kan kort og tydelig forklares på denne måten: planter bruker solenergien og konverterer den til kjemisk energi, resultatet av dette er sukker (glukose), hvis overskudd lagres som stivelse i bladene, røttene, stilkene og frø av planten. Solens energi overføres til planter, så vel som til dyrene som spiser disse plantene. Når en plante trenger næringsstoffer for vekst og andre livsprosesser, er disse reservene svært nyttige.

Hvordan absorberer planter energi fra solen?

Når vi snakker om fotosyntese kort og tydelig, er det verdt å ta opp spørsmålet om hvordan planter klarer å absorbere solenergi. Dette skjer på grunn av den spesielle strukturen til bladene, som inkluderer grønne celler - kloroplaster, som inneholder et spesielt stoff som kalles klorofyll. Det er dette som gir bladene den grønne fargen og er ansvarlig for å absorbere energi fra sollys.

Hvorfor er de fleste bladene brede og flate?

Fotosyntese skjer i bladene til planter. Det fantastiske faktum er at planter er veldig godt tilpasset til å fange sollys og absorbere karbondioksid. Takket være den brede overflaten vil mye mer lys fanges opp. Det er av denne grunn at solcellepaneler, som noen ganger er installert på hustak, også er brede og flate. Jo større overflate, jo bedre absorbsjon.

Hva annet er viktig for planter?

Som mennesker trenger planter også nyttige næringsstoffer for å holde seg sunne, vokse og utføre sine vitale funksjoner godt. De får mineraler oppløst i vann fra jorda gjennom røttene. Hvis jorda mangler mineralnæring, vil ikke planten utvikle seg normalt. Bønder tester ofte jorda for å sikre at den har nok næringsstoffer til at avlinger kan vokse. Ellers ty til bruk av gjødsel som inneholder essensielle mineraler for plantenæring og vekst.

Hvorfor er fotosyntese så viktig?

For å forklare fotosyntese kort og tydelig for barn, er det verdt å fortelle at denne prosessen er en av de viktigste kjemiske reaksjonene i verden. Hvilke grunner er det for en så høylytt uttalelse? For det første mater fotosyntesen planter, som igjen mater alle andre levende ting på planeten, inkludert dyr og mennesker. For det andre, som et resultat av fotosyntesen, frigjøres oksygen som er nødvendig for respirasjon, til atmosfæren. Alle levende ting puster inn oksygen og puster ut karbondioksid. Heldigvis gjør planter det motsatte, så de er veldig viktige for mennesker og dyr, da de gir dem evnen til å puste.

Utrolig prosess

Planter, viser det seg, vet også hvordan de skal puste, men i motsetning til mennesker og dyr absorberer de karbondioksid fra luften, ikke oksygen. Planter drikker også. Det er derfor du må vanne dem, ellers dør de. Ved hjelp av rotsystemet transporteres vann og næring til alle deler av plantekroppen, og karbondioksid tas opp gjennom små hull på bladene. Utløseren for å starte en kjemisk reaksjon er sollys. Alle metabolske produkter som oppnås brukes av planter til ernæring, oksygen frigjøres i atmosfæren. Slik kan du kort og tydelig forklare hvordan prosessen med fotosyntese foregår.

Fotosyntese: lyse og mørke faser av fotosyntesen

Prosessen som vurderes består av to hoveddeler. Det er to faser av fotosyntesen (beskrivelse og tabell nedenfor). Den første kalles lysfasen. Det forekommer bare i nærvær av lys i thylakoidmembraner med deltakelse av klorofyll, elektrontransportproteiner og enzymet ATP-syntetase. Hva mer skjuler fotosyntesen? Lys og erstatt hverandre etter hvert som dag og natt skrider frem (Calvin-sykluser). Under den mørke fasen skjer produksjonen av den samme glukosen, mat for planter. Denne prosessen kalles også en lysuavhengig reaksjon.

Konklusjon

Fra alt det ovennevnte kan følgende konklusjoner trekkes:

• Fotosyntese er en prosess som produserer energi fra solen.
• Lysenergi fra solen omdannes til kjemisk energi ved hjelp av klorofyll.
• Klorofyll gir plantene deres grønne farge.
• Fotosyntese skjer i kloroplastene til plantebladceller.
• Karbondioksid og vann er nødvendig for fotosyntesen.
• Karbondioksid kommer inn i planten gjennom små hull, stomata og oksygen kommer ut gjennom dem.
• Vann absorberes inn i planten gjennom røttene.
• Uten fotosyntese ville det ikke vært mat i verden.

Planter henter vann og mineraler fra røttene. Bladene gir organisk næring til plantene. I motsetning til røtter er de ikke i jorden, men i luften, derfor gir de ikke jord, men luftnæring.

Fra historien om å studere lufternæring av planter

Kunnskap om plantenæring samlet seg gradvis.

For rundt 350 år siden eksperimenterte den nederlandske forskeren Jan Helmont for første gang med studiet av planteernæring. Han dyrket pil i en leirkrukke fylt med jord, og tilsatte bare vann. Forskeren veide de falne bladene nøye. Etter fem år økte massen til pilen sammen med nedfallne blader med 74,5 kg, og massen til jorda sank med bare 57 g. På bakgrunn av dette kom Helmont til den konklusjon at alle stoffer i planten ikke er dannet fra jord , men fra vann. Oppfatningen om at planten øker i størrelse bare på grunn av vann vedvarte til slutten av 1700-tallet.

I 1771 studerte den engelske kjemikeren Joseph Priestley karbondioksid, eller, som han kalte det, "bortskjemt luft" og gjorde en bemerkelsesverdig oppdagelse. Hvis du tenner et stearinlys og dekker det med et glassdeksel, vil det slukke etter at det brenner litt.

En mus under en slik hette begynner å kveles. Men hvis du legger en myntegren under hetten med musa, kveles ikke musen og fortsetter å leve. Dette betyr at planter "korrigerer" luften som er ødelagt av dyrs pust, det vil si at de omdanner karbondioksid til oksygen.

I 1862 beviste den tyske botanikeren Julius Sachs gjennom eksperimenter at grønne planter ikke bare produserer oksygen, men også skaper organiske stoffer som tjener som mat for alle andre organismer.

Fotosyntese

Hovedforskjellen mellom grønne planter og andre levende organismer er tilstedeværelsen i cellene deres av kloroplaster som inneholder klorofyll. Klorofyll har egenskapen til å fange solstråler, hvis energi er nødvendig for å lage organiske stoffer. Prosessen med dannelse av organisk materiale fra karbondioksid og vann ved bruk av solenergi kalles fotosyntese (gresk pbo1os-lys). Under prosessen med fotosyntese dannes ikke bare organiske stoffer - sukkerarter, men oksygen frigjøres også.

Skjematisk kan prosessen med fotosyntese avbildes som følger:

Vann absorberes av røttene og beveger seg gjennom det ledende systemet til røttene og stilken til bladene. Karbondioksid er en bestanddel av luft. Den kommer inn i bladene gjennom åpne stomata. Absorpsjonen av karbondioksid forenkles av bladets struktur: den flate overflaten av bladbladene, som øker kontaktområdet med luft, og tilstedeværelsen av et stort antall stomata i huden.

Sukker dannet som et resultat av fotosyntese omdannes til stivelse. Stivelse er et organisk stoff som ikke løses opp i vann. Kgo kan enkelt oppdages ved hjelp av en jodløsning.

Bevis på stivelsesdannelse i blader utsatt for lys

La oss bevise at i de grønne bladene til planter dannes stivelse fra karbondioksid og vann. For å gjøre dette, vurder et eksperiment som en gang ble utført av Julius Sachs.

En stueplante (pelargonium eller primula) oppbevares i mørke i to dager slik at all stivelse brukes opp til livsviktige prosesser. Deretter dekkes flere blader på begge sider med svart papir slik at bare en del av dem er dekket. På dagtid blir planten utsatt for lys, og om natten blir den i tillegg opplyst ved hjelp av en bordlampe.

Etter en dag blir bladene som studeres kuttet av. For å finne ut hvilken del av bladstivelsen som dannes, kokes bladene i vann (for å svelle stivelseskornene) og holdes deretter i varm alkohol (klorofyllet løses opp og bladet blir misfarget). Deretter vaskes bladene i vann og behandles med en svak løsning av jod. Dermed får områder av blader som har blitt utsatt for lys en blå farge fra virkningen av jod. Dette betyr at det ble dannet stivelse i cellene i den opplyste delen av bladet. Derfor skjer fotosyntese bare i lys.

Bevis for behovet for karbondioksid for fotosyntese

For å bevise at karbondioksid er nødvendig for dannelsen av stivelse i bladene, holdes også stueplanten først i mørket. Et av bladene legges så i en kolbe med en liten mengde kalkvann. Kolben lukkes med en bomullspinne. Planten utsettes for lys. Karbondioksid absorberes av kalkvann, så det vil ikke være i kolben. Bladet kuttes av og, akkurat som i forrige forsøk, undersøkes det for tilstedeværelse av stivelse. Den holdes i varmt vann og alkohol og behandles med jodløsning. Men i dette tilfellet vil resultatet av eksperimentet være annerledes: bladet blir ikke blått, fordi den inneholder ikke stivelse. Derfor, for dannelsen av stivelse, i tillegg til lys og vann, er karbondioksid nødvendig.

Dermed svarte vi på spørsmålet om hvilken mat planten mottar fra luften. Erfaring har vist at det er karbondioksid. Det er nødvendig for dannelsen av organisk materiale.

Organismer som uavhengig lager organiske stoffer for å bygge kroppen sin, kalles autotrophamnes (gresk autos - seg selv, trofe - mat).

Bevis på oksygenproduksjon under fotosyntese

For å bevise at under fotosyntesen frigjør planter oksygen til det ytre miljøet, bør du vurdere et eksperiment med vannplanten Elodea. Elodea-skuddene dyppes i et kar med vann og dekkes med en trakt på toppen. Plasser et reagensrør fylt med vann i enden av trakten. Planten utsettes for lys i to til tre dager. I lyset produserer elodea gassbobler. De samler seg på toppen av reagensrøret og fortrenger vann. For å finne ut hva slags gass det er, fjernes reagensrøret forsiktig og en ulmende splint føres inn i det. Splinten blinker sterkt. Dette betyr at oksygen har samlet seg i kolben, og støtter forbrenningen.

Plantenes kosmiske rolle

Planter som inneholder klorofyll er i stand til å absorbere solenergi. Derfor har K.A. Timiryazev kalte deres rolle på jorden kosmisk. Noe av solenergien som er lagret i organisk materiale kan lagres i lang tid. Kull, torv, olje er dannet av stoffer som i gamle geologiske tider ble skapt av grønne planter og absorberte solens energi. Ved å brenne naturlige brennbare materialer frigjør en person energi lagret for millioner av år siden av grønne planter.

Fotosyntese (tester)

1. Organismer som kun danner organiske stoffer fra organiske:

1.heterotrofer

2.autotrofer

3.kjemotrofer

4.mixotrofer

2. Under lysfasen av fotosyntesen skjer følgende:

1.ATP-dannelse

2.glukosedannelse

3.utslipp av karbondioksid

4. dannelse av karbohydrater

3. Under fotosyntesen dannes det oksygen, som frigjøres i prosessen:

1.proteinbiosyntese

2.fotolyse

3.eksitasjon av klorofyllmolekylet

4.forbindelser karbondioksid og vann

4. Som et resultat av fotosyntese omdannes lysenergi til:

1. termisk energi

2.kjemisk energi av uorganiske forbindelser

3. elektrisk energi termisk energi

4.kjemisk energi av organiske forbindelser

5. Respirasjon hos anaerober i levende organismer skjer i prosessen:

1.oksygenoksidasjon

2.fotosyntese

3.gjæring

4.kjemosyntese

6. Sluttproduktene av karbohydratoksidasjon i cellen er:

1.ADP og vann

2.ammoniakk og karbondioksid

3.vann og karbondioksid

4.ammoniakk, karbondioksid og vann

7. På det forberedende stadiet av karbohydratnedbrytning skjer hydrolyse:

1. cellulose til glukose

2. proteiner til aminosyrer

3.DNA til nukleotider

4.fett til glyserol og karboksylsyrer

8. Enzymer gir oksygenoksidasjon:

1.fordøyelseskanalen og lysosomer

2.cytoplasma

3.mitokondrion

4.plastid

9. Under glykolyse lagres 3 mol glukose i form av ATP:

10. To mol glukose gjennomgikk fullstendig oksidasjon i dyrecellen, og karbondioksid ble frigjort:

11. I prosessen med kjemosyntese omdanner organismer oksidativ energi:

1. svovelforbindelser

2.organiske forbindelser

3.stivelse

12. Ett gen tilsvarer informasjon om molekylet:

1.aminosyrer

2.stivelse

4.nukleotid

13. Den genetiske koden består av tre nukleotider, som betyr at det:

1. spesifikk

2.redundant

3.universell

4.tripleten

14. I den genetiske koden tilsvarer en aminosyre 2-6 tripletter, dette viser seg i:

1.kontinuitet

2.redundans

3. allsidighet

4.spesifisitet

15. Hvis nukleotidsammensetningen til DNA er ATT-CHC-TAT, så er nukleotidsammensetningen til i-RNA:
1.TAA-TsGTs-UTA

2.UAA-GTG-AUA

3.UAA-CHTs-AUA

4.UAA-TsGTs-ATA

16. Proteinsyntese forekommer ikke på egne ribosomer i:

1.tobakksmosaikkvirus

2. Drosophila

3.ant

4. Vibrio cholerae

17. Antibiotika:

1. er et beskyttende blodprotein

2.syntetiserer nytt protein i kroppen

3.er et svekket patogen

4.undertrykker proteinsyntesen av patogenet

18. Seksjonen av DNA-molekylet der replikasjon skjer har 30 000 nukleotider (begge tråder). For replikering trenger du:

19. Hvor mange forskjellige aminosyrer kan ett t-RNA transportere:

1.alltid en

2.alltid to

3.alltid tre

4.noen kan transportere en, noen kan transportere flere.

20. DNA-delen som transkripsjonen skjer fra inneholder 153 nukleotider; denne delen koder for et polypeptid fra:

1.153 aminosyrer

2,51 aminosyrer

3,49 aminosyrer

4459 aminosyrer

21. Under fotosyntesen produseres oksygen som et resultat

1. fotosyntetisk vann

2. spaltning av karbongass

3. reduksjon av karbondioksid til glukose

4. ATP-syntese

Under prosessen med fotosyntese oppstår

1. Syntese av karbohydrater og frigjøring av oksygen

2. Vannfordampning og oksygenabsorpsjon

3. Gassutveksling og lipidsyntese

4. frigjøring av karbondioksid og proteinsyntese

23. Under lysfasen av fotosyntesen brukes sollysets energi til syntese av molekyler

1. lipider

2. proteiner

3.nukleinsyre

24. Under påvirkning av energi fra sollys stiger et elektron til et høyere energinivå i molekylet

1. ekorn

2. glukose

3. klorofyll

4. Proteinbiosyntese

25. En plantecelle, som en dyrecelle, mottar energi i prosessen. .

1. Oksydasjon av organiske stoffer

2. Proteinbiosyntese

3. lipidsyntese

4. Nukleinsyresyntese

Fotosyntese skjer i kloroplastene til planteceller. Kloroplaster inneholder pigmentet klorofyll, som er involvert i prosessen med fotosyntese og gir plantene deres grønne farge. Det følger at fotosyntese bare skjer i de grønne delene av planter.

Fotosyntese er prosessen med dannelse av organiske stoffer fra uorganiske. Spesielt er det organiske stoffet glukose, og de uorganiske stoffene er vann og karbondioksid.

Sollys er også viktig for at fotosyntesen skal skje. Lysenergi er lagret i de kjemiske bindingene til organisk materiale. Dette er hovedpoenget med fotosyntesen: å binde energi som senere skal brukes til å støtte livet til planten eller dyrene som spiser denne planten. Organisk materiale fungerer bare som en form, en måte å lagre solenergi på.

Når fotosyntese skjer i cellene, skjer ulike reaksjoner i kloroplaster og på deres membraner.

Ikke alle trenger lys. Derfor er det to faser av fotosyntesen: lys og mørk. Den mørke fasen krever ikke lys og kan oppstå om natten.

Karbondioksid kommer inn i cellene fra luften gjennom plantens overflate. Vann kommer fra røttene langs stilken.

Som et resultat av prosessen med fotosyntese dannes ikke bare organisk materiale, men også oksygen. Oksygen frigjøres til luften gjennom plantens overflate.

Glukosen som dannes som et resultat av fotosyntesen overføres til andre celler, omdannes til stivelse (lagres), og brukes til vitale prosesser.

Hovedorganet der fotosyntesen skjer i de fleste planter er bladet. Det er i bladene det er mange fotosyntetiske celler som utgjør fotosyntetisk vev.

Siden sollys er viktig for fotosyntesen, har bladene vanligvis et stort overflateareal. De er med andre ord flate og tynne. For å sikre at lys når alle bladene til plantene, er de plassert slik at de nesten ikke skygger for hverandre.

Så for at prosessen med fotosyntese skal finne sted, trenger du karbondioksid, vann og lys. Produktene fra fotosyntesen er organisk materiale (glukose) og oksygen. Fotosyntese skjer i kloroplaster, som er mest tallrike i blader.

Fotosyntese skjer i planter (hovedsakelig i bladene deres) i lyset. Dette er en prosess der det organiske stoffet glukose (en av sukkertypene) dannes av karbondioksid og vann. Deretter omdannes glukose i cellene til et mer komplekst stoff, stivelse. Både glukose og stivelse er karbohydrater.

Prosessen med fotosyntese produserer ikke bare organisk materiale, men produserer også oksygen som et biprodukt.

Karbondioksid og vann er uorganiske stoffer, mens glukose og stivelse er organiske.

Derfor sies det ofte at fotosyntese er prosessen med dannelse av organiske stoffer fra uorganiske stoffer i lyset. Bare planter, noen encellede eukaryoter og noen bakterier er i stand til fotosyntese. Det er ingen slik prosess i cellene til dyr og sopp, så de blir tvunget til å absorbere organiske stoffer fra miljøet. I denne forbindelse kalles planter autotrofer, og dyr og sopp kalles heterotrofer.

Prosessen med fotosyntese i planter skjer i kloroplaster, som inneholder det grønne pigmentet klorofyll.

Så for at fotosyntese skal skje, trenger du:

klorofyll,

karbondioksid.

Under prosessen med fotosyntese dannes følgende:

organisk materiale,

oksygen.

Planter er tilpasset for å fange lys. Hos mange urteaktige planter samles bladene i en såkalt basalrosett, når bladene ikke skygger for hverandre. Trær er preget av en bladmosaikk, der bladene vokser på en slik måte at de skygger minst mulig for hverandre. Hos planter kan bladbladene snu seg mot lyset på grunn av bøyningen av bladstilkene. Med alt dette er det skyggeelskende planter som bare kan vokse i skyggen.

Vannfor fotosyntesekommerinn i bladenefra røttenelangs stilken. Derfor er det viktig at planten får nok fuktighet. Med mangel på vann og visse mineraler hemmes prosessen med fotosyntese.

Karbondioksidtatt for fotosyntesedirekteut av løse luftenblader. Oksygen, som produseres av planten under fotosyntesen, tvert imot, slippes ut i luften. Gassutveksling tilrettelegges av intercellulære rom (mellomrom mellom celler).

Organiske stoffer som dannes under fotosyntesen brukes delvis i selve bladene, men strømmer hovedsakelig inn i alle andre organer og omdannes til andre organiske stoffer, brukes i energiomsetningen, og omdannes til reservenæringsstoffer.

Fotosyntese

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

Kloroplastenes rolle i fotosyntesen

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

Lett fase av fotosyntesen

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

Stadiet der det dannes energirike forbindelser på grunn av lysets energi - ATP og energibærende molekyler, kalt lysfase i fotosyntesen.

Mørk fase av fotosyntesen

Kloroplaster inneholder femkarbonsukker, hvorav ett ribulosedifosfat, er en karbondioksidakseptor. Et spesielt enzym binder femkarbonsukker med karbondioksid i luften. I dette tilfellet dannes forbindelser som ved å bruke energien til ATP og andre energibærermolekyler reduseres til et glukosemolekyl med seks karbon.

Lysenergien som omdannes under lysfasen til energien til ATP og andre energibærermolekyler brukes således til syntese av glukose.

Disse prosessene kan foregå i mørket.
Det var mulig å isolere kloroplaster fra planteceller, som i et reagensrør under påvirkning av lys utførte fotosyntese - de dannet nye glukosemolekyler og absorberte karbondioksid. Hvis belysningen av kloroplastene ble stoppet, stoppet også syntesen av glukose. Imidlertid, hvis ATP og reduserte energibærermolekyler ble tilsatt til kloroplastene, ble glukosesyntesen gjenopptatt og kunne fortsette i mørket. Dette betyr at lys egentlig bare trengs for å syntetisere ATP og lade energibærende molekyler. Absorpsjon av karbondioksid og dannelse av glukose i planter kalt mørk fase av fotosyntesen fordi hun kan gå i mørket.
Intens belysning og økt karbondioksidinnhold i luften fører til økt fotosynteseaktivitet.

Andre notater om biologi

Flere interessante artikler: