Fotosinteza are loc în celulele din care țesut. Conceptul de fotosinteză, unde și ce se întâmplă în timpul fazei de lumină a fotosintezei. Importanța fotosintezei în viața umană

Fotosinteză este sinteza compușilor organici din frunzele plantelor verzi din apă și dioxid de carbon atmosferic folosind energia solară (luminoasă) adsorbită de clorofilă în cloroplaste.

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

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

Rolul principal al organismelor fotosintetice:

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

2) saturarea atmosferei cu oxigen;

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

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

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

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

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

Reacția totală a fotosintezei

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

Chimia fotosintezei este descrisă de următoarele ecuații:

Fotosinteza – 2 grupe de reacții:

etapă luminoasă (depinde de iluminare)

stadiu întunecat (depinde de temperatura).

Ambele grupuri de reacții apar simultan

Fotosinteza are loc în cloroplastele plantelor verzi.

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

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

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

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

Pigmenții fotosintetici sunt localizați pe partea interioară a membranei tilacoide.

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

Fotosistemul este format din:

centru de reacție fotosisteme (molecula de clorofilă A),

moleculele antenei

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

În plante:

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

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

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

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

Ecuație sumară pentru fotofosforilarea neciclică:

Ф - simbol al reziduului de acid fosforic

Ciclul începe cu fotosistemul 2.

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

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

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

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

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

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

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

Cel mai important proces organic, fără de care ar fi pusă sub semnul întrebării existența tuturor ființelor vii de pe planeta noastră, este fotosinteza. Ce este fotosinteza? Toată lumea o știe de la școală. În linii mari, acesta este procesul de formare a substanțelor organice din dioxid de carbon și apă, care are loc în lumină și este însoțit de eliberarea de oxigen. O definiție mai complexă este următoarea: fotosinteza este procesul de transformare a energiei luminii în energia legăturilor chimice ale substanțelor de origine organică cu participarea pigmenților fotosintetici. În practica modernă, fotosinteza este de obicei înțeleasă ca un set de procese de absorbție, sinteză și utilizare a luminii într-o serie de reacții endergonice, dintre care una este conversia dioxidului de carbon în substanțe organice. Acum să aflăm mai detaliat cum are loc fotosinteza și în ce faze este împărțit acest proces!

caracteristici generale

Cloroplastele, pe care le are fiecare plantă, sunt responsabile de fotosinteză. Ce sunt cloroplastele? Acestea sunt plastide ovale care conțin pigment precum clorofila. Clorofila este cea care determină culoarea verde a plantelor. În alge, acest pigment este prezent în cromatofori - celule care reflectă lumina care conțin pigment de diferite forme. Algele brune și roșii, care trăiesc la adâncimi semnificative unde lumina soarelui nu ajunge bine, au pigmenți diferiți.

Substanțele fotosintezei fac parte din autotrofe - organisme capabile să sintetizeze substanțe organice din substanțe anorganice. Sunt cel mai de jos nivel al piramidei alimentare, prin urmare sunt incluși în dieta tuturor organismelor vii de pe planeta Pământ.

Beneficiile fotosintezei

De ce este necesară fotosinteza? Oxigenul eliberat de plante în timpul fotosintezei intră în atmosferă. Ridicându-se în straturile sale superioare, formează ozon, care protejează suprafața pământului de radiațiile solare puternice. Datorită ecranului cu ozon, organismele vii pot rămâne confortabil pe uscat. În plus, după cum știți, oxigenul este necesar pentru respirația organismelor vii.

Progresul procesului

Totul începe cu intrarea luminii în cloroplaste. Sub influența sa, organitele atrag apă din sol și, de asemenea, o împart în hidrogen și oxigen. Astfel, au loc două procese. Fotosinteza plantelor începe în momentul în care frunzele au absorbit deja apă și dioxid de carbon. Energia luminoasă se acumulează în tilacoizi - compartimente speciale ale cloroplastelor și împarte molecula de apă în două componente. O parte din oxigen intră în respirația plantelor, iar restul intră în atmosferă.

Dioxidul de carbon intră apoi în pirenoizi - granule proteice înconjurate de amidon. Aici vine și hidrogenul. Amestecate unele cu altele, aceste substanțe formează zahăr. Această reacție are loc și cu eliberarea de oxigen. Când zahărul (denumirea generală a carbohidraților simpli) este amestecat cu azotul, sulful și fosforul care intră în plantă din sol, se formează amidon (glucide complex), proteine, grăsimi, vitamine și alte substanțe necesare vieții plantei. În marea majoritate a cazurilor, fotosinteza are loc în condiții de lumină naturală. Cu toate acestea, iluminatul artificial poate participa la el.

Până în anii 60 ai secolului al XX-lea, știința cunoștea un mecanism de reducere a dioxidului de carbon - de-a lungul căii C 3 -pentozei fosfat. Recent, oamenii de știință australieni au demonstrat că la unele specii de plante acest proces poate avea loc prin ciclul acidului C4-dicarboxilic.

La plantele care reduc dioxidul de carbon prin calea C 3, fotosinteza are loc cel mai bine la temperaturi moderate și lumină scăzută, în păduri sau în locuri întunecate. Aceste plante includ cea mai mare parte din plantele cultivate și aproape toate legumele care stau la baza dietei noastre.

În a doua clasă de plante, fotosinteza are loc cel mai activ în condiții de temperatură ridicată și lumină puternică. Acest grup include plantele care cresc în climat tropical și cald, cum ar fi porumbul, trestia de zahăr, sorgul și așa mai departe.

Metabolismul plantelor, apropo, a fost descoperit destul de recent. Oamenii de știință au reușit să afle că unele plante au țesuturi speciale pentru a păstra rezervele de apă. Dioxidul de carbon se acumulează în ele sub formă de acizi organici și se transformă în carbohidrați abia după 24 de ore. Acest mecanism permite plantelor să economisească apă.

Cum funcționează procesul?

Știm deja în termeni generali cum decurge procesul de fotosinteză și ce fel de fotosinteză are loc, acum să-l cunoaștem mai profund.

Totul începe cu planta care absoarbe lumina. Ea este ajutată în acest sens de clorofilă, care sub formă de cloroplaste se află în frunzele, tulpinile și fructele plantei. Cantitatea principală din această substanță este concentrată în frunze. Chestia este că, datorită structurii sale plate, foaia atrage multă lumină. Și cu cât mai multă lumină, cu atât mai multă energie pentru fotosinteză. Astfel, frunzele din plantă acționează ca un fel de localizatori care captează lumina.

Când lumina este absorbită, clorofila este într-o stare excitată. Transferă energie către alte organe ale plantelor care participă la următoarea etapă a fotosintezei. A doua etapă a procesului are loc fără participarea luminii și constă într-o reacție chimică care implică apă obținută din sol și dioxid de carbon obținut din aer. În această etapă se sintetizează carbohidrații, care sunt esențiali pentru viața oricărui organism. În acest caz, ele nu numai că hrănesc planta însăși, ci sunt transmise și animalelor care o mănâncă. Oamenii obțin aceste substanțe și prin consumul de produse vegetale sau animale.

Fazele procesului

Fiind un proces destul de complex, fotosinteza este împărțită în două faze: lumină și întuneric. După cum sugerează și numele, prima fază necesită prezența radiației solare, dar a doua nu. În timpul fazei de lumină, clorofila absoarbe o cantitate de lumină, formând molecule de ATP și NADH, fără de care fotosinteza este imposibilă. Ce sunt ATP și NADH?

ATP (adenozi trifosfat) este o coenzimă nucleică care conține legături de înaltă energie și servește ca sursă de energie în orice transformare organică. Conjuncția este adesea menționată ca o volută energetică.

NADH (nicotinamid adenin dinucleotide) este o sursă de hidrogen care este utilizată pentru a sintetiza carbohidrați cu participarea dioxidului de carbon în a doua fază a unui proces cum ar fi fotosinteza.

Faza de lumină

Cloroplastele conțin multe molecule de clorofilă, fiecare dintre acestea absorbind lumina. Alți pigmenți îl absorb și ei, dar nu sunt capabili de fotosinteză. Procesul are loc numai în parte din moleculele de clorofilă. Moleculele rămase formează antene și complexe de captare a luminii (LHC). Ele acumulează cuante de radiație luminoasă și le transferă în centrele de reacție, care sunt numite și capcane. Centrii de reacție sunt localizați în fotosisteme, dintre care o plantă fotosintetică are două. Prima conține o moleculă de clorofilă capabilă să absoarbă lumina cu o lungime de undă de 700 nm, iar a doua - 680 nm.

Deci, două tipuri de molecule de clorofilă absorb lumina și devin excitate, ceea ce face ca electronii să treacă la un nivel de energie mai înalt. Electronii excitați, care au o cantitate mare de energie, sunt rupți și intră în lanțul de transport situat în membranele tilacoide (structurile interne ale cloroplastelor).

Tranziția electronică

Un electron din primul fotosistem trece de la clorofila P680 la plastochinonă, iar un electron din al doilea sistem trece la ferredoxină. În acest caz, în locul în care electronii sunt îndepărtați, se formează un spațiu liber în molecula de clorofilă.

Pentru a compensa deficiența, molecula de clorofilă P680 acceptă electroni din apă, formând ioni de hidrogen. Iar a doua moleculă de clorofilă compensează deficiența printr-un sistem de purtători din primul fotosistem.

Așa decurge faza luminoasă a fotosintezei, a cărei esență este transferul de electroni. Paralel cu transportul electronilor este mișcarea ionilor de hidrogen prin membrană. Acest lucru duce la acumularea lor în interiorul tilacoidului. Acumulându-se în cantități mari, ele sunt eliberate în exterior cu ajutorul unui factor de conjugare. Rezultatul transportului de electroni este formarea compusului NADH. Și transferul ionilor de hidrogen duce la formarea monedei energetice ATP.

La sfârșitul fazei de lumină, oxigenul intră în atmosferă, iar în interiorul petalei se formează ATP și NADH. Apoi începe faza întunecată a fotosintezei.

Faza intunecata

Această fază a fotosintezei necesită dioxid de carbon. Planta o absoarbe constant din aer. În acest scop, pe suprafața frunzei se află stomatele - structuri speciale care, atunci când sunt deschise, absorb dioxidul de carbon. Intrând în frunză, se dizolvă în apă și participă la procesele fazei luminoase.

În timpul fazei de lumină în majoritatea plantelor, dioxidul de carbon se leagă de un compus organic care conține 5 atomi de carbon. Rezultatul este o pereche de molecule dintr-un compus cu trei atomi de carbon numit acid 3-fosfogliceric. Tocmai pentru că acest compus este rezultatul principal al procesului, plantele cu acest tip de fotosinteză sunt numite plante C 3.

Procesele ulterioare care au loc în cloroplaste sunt foarte complexe pentru persoanele fără experiență. Rezultatul final este un compus cu șase atomi de carbon care sintetizează carbohidrați simpli sau complecși. Planta acumulează energie sub formă de carbohidrați. O mică parte din substanțe rămâne în frunză și își satisface nevoile. Carbohidrații rămași circulă în întreaga plantă și sunt livrați în locurile unde este cel mai necesar.

Fotosinteza iarna

Mulți oameni s-au întrebat cel puțin o dată în viață de unde provine oxigenul în timpul sezonului rece. În primul rând, oxigenul este produs nu numai de plantele de foioase, ci și de conifere și plante marine. Iar dacă plantele de foioase îngheață iarna, plantele de conifere continuă să respire, deși mai puțin intens. În al doilea rând, conținutul de oxigen din atmosferă nu depinde de dacă copacii și-au pierdut frunzele. Oxigenul ocupă 21% din atmosferă, oriunde pe planeta noastră în orice moment al anului. Această valoare nu se modifică, deoarece masele de aer se mișcă foarte repede, iar iarna nu are loc simultan în toate țările. Ei bine, și în al treilea rând, iarna în straturile inferioare de aer pe care le inhalăm, conținutul de oxigen este chiar mai mare decât vara. Motivul pentru acest fenomen este temperatura scăzută, datorită căreia oxigenul devine mai dens.

Concluzie

Astăzi ne-am amintit ce este fotosinteza, ce este clorofila și modul în care plantele eliberează oxigen prin absorbția dioxidului de carbon. Desigur, fotosinteza este cel mai important proces din viața noastră. Ne amintește de necesitatea de a avea grijă de natură.

27-feb-2014 | Un comentariu | Lolita Okolnova

Fotosinteză- procesul de formare a substanțelor organice din dioxid de carbon și apă în lumină, cu participarea pigmenților fotosintetici.

Chemosinteza- o metodă de nutriție autotrofă în care sursa de energie pentru sinteza substanțelor organice din CO 2 o reprezintă reacțiile de oxidare ale compușilor anorganici

De obicei, toate organismele capabile să sintetizeze substanțe organice din substanțe anorganice, de ex. organisme capabile de fotosinteza si chemosinteza, a se referi la .

Unele sunt clasificate în mod tradițional drept autotrofe.

Am vorbit pe scurt despre structura unei celule vegetale, să ne uităm la întregul proces mai detaliat...

Esența fotosintezei

(ecuație rezumativă)

Principala substanță implicată în procesul de fotosinteză în mai multe etape este clorofilă. Acesta este cel care transformă energia solară în energie chimică.

Figura prezintă o reprezentare schematică a moleculei de clorofilă, apropo, molecula este foarte asemănătoare cu molecula de hemoglobină...

Clorofila este încorporată în cloroplast grana:

Faza ușoară a fotosintezei:

(efectuat pe membranele tilacoide)

• Lumina care lovește o moleculă de clorofilă este absorbită de aceasta și o aduce într-o stare excitată - electronul care face parte din moleculă, după ce a absorbit energia luminii, trece la un nivel de energie mai înalt și participă la procesele de sinteză;
• Sub influența luminii, are loc și scindarea (fotoliza) apei:

În acest caz, oxigenul este îndepărtat în mediul extern, iar protonii se acumulează în interiorul tilacoidului în „rezervorul de protoni”

2Н + + 2е - + NADP → NADPH 2

NADP este o substanță specifică, o coenzimă, adică. un catalizator, în acest caz un purtător de hidrogen.

• sintetizat (energie)

Faza întunecată a fotosintezei

(apare în stroma cloroplastelor)

sinteza reală a glucozei

are loc un ciclu de reacţii în care se formează C 6 H 12 O 6. Aceste reacții folosesc energia ATP și NADPH 2 formată în faza luminoasă; Pe lângă glucoză, în timpul fotosintezei se formează și alți monomeri ai compușilor organici complecși - aminoacizi, glicerol și acizi grași, nucleotide

Vă rugăm să rețineți: această fază este întunecată se numește nu pentru că are loc noaptea - sinteza glucozei are loc, în general, non-stop, dar faza întunecată nu mai necesită energie luminoasă.

„Fotosinteza este un proces de care depind în cele din urmă toate manifestările vieții de pe planeta noastră.”

K.A. Timiryazev.

Ca rezultat al fotosintezei, pe Pământ se formează aproximativ 150 de miliarde de tone de materie organică și se eliberează aproximativ 200 de miliarde de tone de oxigen liber pe an. În plus, plantele implică miliarde de tone de azot, fosfor, sulf, calciu, magneziu, potasiu și alte elemente în ciclu. Deși o frunză verde folosește doar 1-2% din lumina care cade pe ea, materia organică creată de plantă și oxigenul în general.

Chemosinteza

Chemosinteza se realizează datorită energiei eliberate în timpul reacțiilor chimice de oxidare a diferiților compuși anorganici: hidrogen, hidrogen sulfurat, amoniac, oxid de fier (II) etc.

În funcție de substanțele incluse în metabolismul bacteriilor, există:

• bacterii sulfuroase - microorganisme ale corpurilor de apă care conțin H 2 S - surse cu un miros foarte caracteristic,
• bacterii de fier,
• bacterii nitrificatoare - oxidează amoniacul și acidul azotat,
• bacterii fixatoare de azot - îmbogățesc solurile, cresc foarte mult productivitatea,
• bacterii oxidante de hidrogen

Dar esența rămâne aceeași - și asta este

Cum să explic pe scurt și clar un proces atât de complex precum fotosinteza? Plantele sunt singurele organisme vii care își pot produce propria hrană. Cum o fac? Pentru creștere, primesc toate substanțele necesare din mediu: dioxid de carbon din aer, apă și din sol. Au nevoie și de energie, pe care o primesc din razele soarelui. Această energie declanșează anumite reacții chimice în timpul cărora dioxidul de carbon și apa sunt transformate în glucoză (hrană) și este fotosinteză. Esența procesului poate fi explicată pe scurt și clar chiar și copiilor de vârstă școlară.

„Împreună cu Lumina”

Cuvântul „fotosinteză” provine din două cuvinte grecești – „foto” și „sinteză”, a căror combinație înseamnă „împreună cu lumina”. Energia solară este transformată în energie chimică. Ecuația chimică a fotosintezei:

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

Aceasta înseamnă că 6 molecule de dioxid de carbon și douăsprezece molecule de apă sunt folosite (împreună cu lumina soarelui) pentru a produce glucoză, rezultând șase molecule de oxigen și șase molecule de apă. Dacă reprezentați aceasta ca o ecuație verbală, obțineți următoarele:

Apa + soare => glucoza + oxigen + apa.

Soarele este o sursă foarte puternică de energie. Oamenii încearcă întotdeauna să-l folosească pentru a genera electricitate, a izola casele, a încălzi apa și așa mai departe. Plantele „și-au dat seama” cum să folosească energia solară cu milioane de ani în urmă, deoarece aceasta era necesară pentru supraviețuirea lor. Fotosinteza poate fi explicată pe scurt și clar astfel: plantele folosesc energia luminoasă a soarelui și o transformă în energie chimică, al cărei rezultat este zahărul (glucoza), al cărui exces este stocat sub formă de amidon în frunze, rădăcini, tulpini. și semințele plantei. Energia soarelui este transferată plantelor, precum și animalelor care mănâncă aceste plante. Atunci când o plantă are nevoie de nutrienți pentru creștere și alte procese de viață, aceste rezerve sunt foarte utile.

Cum absorb plantele energia de la soare?

Vorbind despre fotosinteză pe scurt și clar, merită să abordăm întrebarea cum reușesc plantele să absoarbă energia solară. Acest lucru se întâmplă datorită structurii speciale a frunzelor, care include celule verzi - cloroplaste, care conțin o substanță specială numită clorofilă. Acesta este ceea ce dă frunzelor culoarea verde și este responsabil pentru absorbția energiei din lumina soarelui.

De ce majoritatea frunzelor sunt late și plate?

Fotosinteza are loc în frunzele plantelor. Faptul uimitor este că plantele sunt foarte bine adaptate să capteze lumina soarelui și să absoarbă dioxidul de carbon. Datorită suprafeței largi, va fi captată mult mai multă lumină. Din acest motiv, panourile solare, care uneori sunt instalate pe acoperișurile caselor, sunt, de asemenea, largi și plate. Cu cât suprafața este mai mare, cu atât este mai bună absorbția.

Ce altceva este important pentru plante?

La fel ca oamenii, plantele au nevoie de nutrienți benefici pentru a rămâne sănătoase, pentru a crește și pentru a-și îndeplini bine funcțiile vitale. Ei obțin minerale dizolvate în apă din sol prin rădăcini. Dacă solului îi lipsesc substanțele nutritive minerale, planta nu se va dezvolta normal. Fermierii testează adesea solul pentru a se asigura că are suficienți nutrienți pentru ca culturile să crească. În caz contrar, recurge la utilizarea îngrășămintelor care conțin minerale esențiale pentru nutriția și creșterea plantelor.

De ce este atât de importantă fotosinteza?

Pentru a explica fotosinteza pe scurt și clar pentru copii, merită să spunem că acest proces este una dintre cele mai importante reacții chimice din lume. Ce motive există pentru o declarație atât de tare? În primul rând, fotosinteza hrănește plantele, care, la rândul lor, hrănesc toate celelalte ființe vii de pe planetă, inclusiv animale și oameni. În al doilea rând, ca rezultat al fotosintezei, oxigenul necesar respirației este eliberat în atmosferă. Toate ființele vii inspiră oxigen și expiră dioxid de carbon. Din fericire, plantele fac opusul, așa că sunt foarte importante pentru oameni și animale, deoarece le oferă capacitatea de a respira.

Proces uimitor

Se pare că plantele știu și să respire, dar, spre deosebire de oameni și animale, ele absorb dioxidul de carbon din aer, nu oxigenul. Plantele beau și ele. De aceea trebuie să le udați, altfel vor muri. Cu ajutorul sistemului radicular, apa și nutrienții sunt transportate în toate părțile corpului plantei, iar dioxidul de carbon este absorbit prin mici găuri de pe frunze. Declanșatorul pentru începerea unei reacții chimice este lumina soarelui. Toate produsele metabolice obținute sunt folosite de plante pentru nutriție, oxigenul este eliberat în atmosferă. Acesta este modul în care puteți explica pe scurt și clar cum are loc procesul de fotosinteză.

Fotosinteza: fazele luminoase și întunecate ale fotosintezei

Procesul luat în considerare constă din două părți principale. Există două faze ale fotosintezei (descriere și tabel de mai jos). Prima se numește faza luminoasă. Apare numai în prezența luminii în membranele tilacoide cu participarea clorofilei, a proteinelor de transport de electroni și a enzimei ATP sintetaza. Ce altceva ascunde fotosinteza? Iluminați și înlocuiți unul pe altul pe măsură ce ziua și noaptea progresează (ciclurile Calvin). În timpul fazei întunecate, are loc producerea aceleiași glucoze, hrană pentru plante. Acest proces se mai numește și reacție independentă de lumină.

Concluzie

Din toate cele de mai sus se pot trage următoarele concluzii:

• Fotosinteza este un proces care produce energie din soare.
• Energia luminii de la soare este transformată în energie chimică de către clorofilă.
• Clorofila dă plantelor culoarea lor verde.
• Fotosinteza are loc în cloroplastele celulelor frunzelor plantelor.
• Dioxidul de carbon și apa sunt necesare pentru fotosinteză.
• Dioxidul de carbon intră în plantă prin găuri minuscule, stomatele și oxigenul iese prin ele.
• Apa este absorbită în plantă prin rădăcini.
• Fără fotosinteză nu ar exista hrană în lume.

Plantele obțin apă și minerale din rădăcini. Frunzele oferă plantelor nutriție organică. Spre deosebire de rădăcini, ele nu se află în sol, ci în aer, prin urmare nu oferă sol, ci hrănire cu aer.

Din istoria studierii nutriției aeriene a plantelor

Cunoștințele despre nutriția plantelor s-au acumulat treptat.

Cu aproximativ 350 de ani în urmă, omul de știință olandez Jan Helmont a experimentat pentru prima dată studiul nutriției plantelor. El a crescut salcie într-un vas de lut plin cu pământ, adăugând doar apă. Omul de știință a cântărit cu grijă frunzele căzute. După cinci ani, masa salciei împreună cu frunzele căzute a crescut cu 74,5 kg, iar masa solului a scăzut cu doar 57 g. Pe baza acestui lucru, Helmont a ajuns la concluzia că toate substanțele din plantă nu sunt formate din sol. , dar din apă. Opinia că planta crește în dimensiune doar datorită apei a persistat până la sfârșitul secolului al XVIII-lea.

În 1771, chimistul englez Joseph Priestley a studiat dioxidul de carbon sau, așa cum l-a numit el, „aerul stricat” și a făcut o descoperire remarcabilă. Dacă aprindeți o lumânare și o acoperiți cu un capac de sticlă, atunci după ce arde puțin, se va stinge.

Un șoarece sub o astfel de glugă începe să se sufoce. Totuși, dacă așezi o ramură de mentă sub capac cu mouse-ul, mouse-ul nu se sufocă și continuă să trăiască. Aceasta înseamnă că plantele „corectează” aerul stricat de respirația animalelor, adică transformă dioxidul de carbon în oxigen.

În 1862, botanistul german Julius Sachs a demonstrat prin experimente că plantele verzi nu numai că produc oxigen, ci creează și substanțe organice care servesc drept hrană pentru toate celelalte organisme.

Fotosinteză

Principala diferență dintre plantele verzi și alte organisme vii este prezența în celulele lor a cloroplastelor care conțin clorofilă. Clorofila are proprietatea de a capta razele solare, a căror energie este necesară pentru crearea substanțelor organice. Procesul de formare a materiei organice din dioxid de carbon și apă folosind energia solară se numește fotosinteză (lumina greacă pbo1os). În timpul procesului de fotosinteză, nu se formează numai substanțe organice - zaharuri -, ci se eliberează și oxigen.

Schematic, procesul de fotosinteză poate fi descris după cum urmează:

Apa este absorbită de rădăcini și se deplasează prin sistemul conductiv al rădăcinilor și tulpinii către frunze. Dioxidul de carbon este o componentă a aerului. Intră în frunze prin stomatele deschise. Absorbția dioxidului de carbon este facilitată de structura frunzei: suprafața plană a lamelor frunzelor, care mărește zona de contact cu aerul și prezența unui număr mare de stomi în piele.

Zaharurile formate ca urmare a fotosintezei sunt transformate în amidon. Amidonul este o substanță organică care nu se dizolvă în apă. Kgo poate fi detectat cu ușurință folosind o soluție de iod.

Dovada formării amidonului în frunzele expuse la lumină

Să demonstrăm că în frunzele verzi ale plantelor amidonul se formează din dioxid de carbon și apă. Pentru a face acest lucru, luați în considerare un experiment care a fost efectuat cândva de Julius Sachs.

O planta de apartament (muscata sau primula) este tinuta la intuneric timp de doua zile, astfel incat tot amidonul sa fie consumat pentru procesele vitale. Apoi, mai multe frunze sunt acoperite pe ambele părți cu hârtie neagră, astfel încât doar o parte din ele să fie acoperită. În timpul zilei, planta este expusă la lumină, iar noaptea este iluminată suplimentar cu o lampă de masă.

După o zi, frunzele studiate sunt tăiate. Pentru a afla în ce parte din amidonul frunzelor se formează, frunzele se fierb în apă (pentru a umfla boabele de amidon) și apoi se păstrează în alcool fierbinte (clorofila se dizolvă și frunza se decolorează). Apoi frunzele sunt spălate în apă și tratate cu o soluție slabă de iod. Astfel, zonele de frunze care au fost expuse la lumină capătă o culoare albastră din acțiunea iodului. Aceasta înseamnă că amidonul s-a format în celulele părții iluminate a frunzei. Prin urmare, fotosinteza are loc numai în lumină.

Dovezi pentru necesitatea de dioxid de carbon pentru fotosinteză

Pentru a demonstra că dioxidul de carbon este necesar pentru formarea amidonului în frunze, planta de apartament este mai întâi ținută la întuneric. Una dintre frunze se pune apoi într-un balon cu o cantitate mică de apă de var. Balonul este închis cu un tampon de bumbac. Planta este expusă la lumină. Dioxidul de carbon este absorbit de apa de var, deci nu va fi în balon. Frunza este tăiată și, la fel ca în experimentul anterior, examinată pentru prezența amidonului. Se ține în apă fierbinte și alcool și se tratează cu soluție de iod. Cu toate acestea, în acest caz, rezultatul experimentului va fi diferit: frunza nu devine albastră, deoarece nu contine amidon. Prin urmare, pentru formarea amidonului, pe lângă lumină și apă, este nevoie de dioxid de carbon.

Astfel, am răspuns la întrebarea ce hrană primește planta din aer. Experiența a arătat că este dioxid de carbon. Este necesar pentru formarea materiei organice.

Organismele care creează în mod independent substanțe organice pentru a-și construi corpul se numesc autotrophamnes (greacă autos - în sine, trophe - hrană).

Dovezi ale producției de oxigen în timpul fotosintezei

Pentru a demonstra că în timpul fotosintezei, plantele eliberează oxigen în mediul extern, luați în considerare un experiment cu planta acvatică Elodea. Lăstarii de Elodea sunt scufundați într-un vas cu apă și acoperiți cu o pâlnie deasupra. Puneți o eprubetă umplută cu apă la capătul pâlniei. Planta este expusă la lumină timp de două până la trei zile. În lumină, elodea produce bule de gaz. Se acumulează în partea de sus a eprubetei, înlocuind apa. Pentru a afla ce fel de gaz este, eprubeta este îndepărtată cu grijă și se introduce în ea o așchie care mocnește. Așchia clipește puternic. Aceasta înseamnă că oxigenul s-a acumulat în balon, susținând arderea.

Rolul cosmic al plantelor

Plantele care conțin clorofilă sunt capabile să absoarbă energia solară. Prin urmare, K.A. Timiryazev a numit rolul lor pe Pământ cosmic. O parte din energia solară stocată în materia organică poate fi stocată pentru o perioadă lungă de timp. Cărbunele, turba, uleiul sunt formate din substanțe care în vremurile geologice străvechi erau create de plantele verzi și absorbeau energia Soarelui. Prin arderea materialelor naturale combustibile, o persoană eliberează energia stocată cu milioane de ani în urmă de plantele verzi.

Fotosinteza (teste)

1. Organisme care formează substanțe organice numai din cele organice:

1.heterotrofe

2.autotrofe

3.chimiotrofe

4.mixotrofe

2. În timpul fazei de lumină a fotosintezei, au loc următoarele:

1.Formarea ATP

2.formarea glucozei

3.emisia de dioxid de carbon

4. formarea glucidelor

3. În timpul fotosintezei, se formează oxigen, care este eliberat în procesul:

1.biosinteza proteinelor

2.fotoliza

3.excitarea moleculei de clorofilă

4.compuși dioxid de carbon și apă

4. Ca rezultat al fotosintezei, energia luminii este transformată în:

1. energie termică

2.energia chimică a compuşilor anorganici

3. energie electrică energie termică

4.energia chimică a compuşilor organici

5. Respirația la anaerobi la organismele vii are loc în procesul:

1.oxidarea oxigenului

2.fotosinteză

3.fermentare

4.chimiosinteză

6. Produșii finali ai oxidării carbohidraților în celulă sunt:

1.ADP și apă

2.amoniac și dioxid de carbon

3.apă și dioxid de carbon

4.amoniac, dioxid de carbon și apă

7. În etapa pregătitoare a defalcării carbohidraților, are loc hidroliza:

1. celuloză la glucoză

2. proteine ​​la aminoacizi

3.ADN la nucleotide

4.grasimi la glicerol si acizi carboxilici

8. Enzimele asigură oxidarea oxigenului:

1.tractul digestiv si lizozomi

2.citoplasmă

3.mitocondrie

4.plastid

9. În timpul glicolizei, 3 moli de glucoză sunt stocați sub formă de ATP:

10. Doi moli de glucoză au suferit oxidare completă în celula animală și a fost eliberat dioxid de carbon:

11. În procesul de chemosinteză, organismele convertesc energia oxidativă:

1.compuși ai sulfului

2.compuși organici

3.amidon

12. O genă corespunde informațiilor despre moleculă:

1.aminoacizi

2.amidon

4.nucleotide

13.Codul genetic este format din trei nucleotide, ceea ce înseamnă că:

1. specific

2.redundant

3.universal

4.tripletenă

14. În codul genetic, un aminoacid corespunde la 2-6 tripleți, acesta se manifestă în:

1.continuitate

2.redundanţă

3. versatilitate

4.specificitatea

15. Dacă compoziția nucleotidică a ADN-ului este ATT-CHC-TAT, atunci compoziția nucleotidică a i-ARN este:
1.TAA-TsGTs-UTA

2.UAA-GTG-AUA

3.UAA-CHTs-AUA

4.UAA-TsGTs-ATA

16. Sinteza proteinelor nu are loc pe proprii ribozomi în:

1.virusul mozaicului tutunului

2. Drosophila

3.ant

4. Vibrio cholerae

17. Antibiotic:

1. este o proteină protectoare a sângelui

2.sintetizează proteine ​​noi în organism

3.este un agent patogen slăbit

4.suprimă sinteza proteică a agentului patogen

18. Secțiunea moleculei de ADN în care are loc replicarea are 30.000 de nucleotide (ambele catene). Pentru replicare veți avea nevoie de:

19. Câți aminoacizi diferiți poate transporta un t-ARN:

1.intotdeauna unul

2.intotdeauna doi

3.intotdeauna trei

4.unii pot transporta unul, unii pot transporta mai multe.

20. Secțiunea de ADN din care are loc transcripția conține 153 de nucleotide, această secțiune codifică o polipeptidă din:

1.153 aminoacizi

2,51 aminoacizi

3,49 aminoacizi

4.459 de aminoacizi

21. În timpul fotosintezei se produce oxigen ca urmare

1.​ apă fotosintetică

2.​ descompunerea carbonului gazos

3.​ reducerea dioxidului de carbon la glucoză

4.​ Sinteza ATP

În timpul procesului de fotosinteză are loc

1.​ sinteza carbohidraților și eliberarea de oxigen

2.​ evaporarea apei și absorbția oxigenului

3. Schimbul de gaze și sinteza lipidelor

4.​ eliberarea de dioxid de carbon și sinteza proteinelor

23. În timpul fazei de lumină a fotosintezei, energia luminii solare este folosită pentru sinteza moleculelor

1. lipide

2.​ proteine

3.​acid nucleic

24. Sub influența energiei din lumina soarelui, un electron se ridică la un nivel de energie mai înalt în moleculă

1.​ veveriță

2.​ glucoză

3.​ clorofilă

4.​ biosinteza proteinelor

25. O celulă vegetală, ca și celula animală, primește energie în acest proces. .

1.​ oxidarea substanțelor organice

2.​ biosinteza proteinelor

3. sinteza lipidelor

4.​sinteza acidului nucleic

Fotosinteza are loc în cloroplastele celulelor vegetale. Cloroplastele conțin pigmentul clorofilă, care este implicat în procesul de fotosinteză și conferă plantelor culoarea verde. Rezultă că fotosinteza are loc numai în părțile verzi ale plantelor.

Fotosinteza este procesul de formare a substanțelor organice din cele anorganice. În special, substanța organică este glucoza, iar substanțele anorganice sunt apa și dioxidul de carbon.

Lumina soarelui este, de asemenea, importantă pentru realizarea fotosintezei. Energia luminii este stocată în legăturile chimice ale materiei organice. Acesta este punctul principal al fotosintezei: de a lega energia care mai târziu va fi folosită pentru a susține viața plantei sau animalelor care mănâncă această plantă. Materia organică acționează doar ca o formă, o modalitate de a stoca energia solară.

Când fotosinteza are loc în celule, au loc diverse reacții în cloroplaste și pe membranele acestora.

Nu toate au nevoie de lumină. Prin urmare, există două faze ale fotosintezei: lumină și întuneric. Faza întunecată nu necesită lumină și poate apărea pe timp de noapte.

Dioxidul de carbon intră în celule din aer prin suprafața plantei. Apa provine de la rădăcini de-a lungul tulpinii.

Ca rezultat al procesului de fotosinteză, se formează nu numai materia organică, ci și oxigenul. Oxigenul este eliberat în aer prin suprafața plantei.

Glucoza formată ca urmare a fotosintezei este transferată în alte celule, transformată în amidon (depozitata) și utilizată pentru procese vitale.

Principalul organ în care are loc fotosinteza la majoritatea plantelor este frunza. În frunze există multe celule fotosintetice care alcătuiesc țesutul fotosintetic.

Deoarece lumina soarelui este importantă pentru fotosinteză, frunzele au de obicei o suprafață mare. Cu alte cuvinte, sunt plate și subțiri. Pentru a se asigura că lumina ajunge la toate frunzele plantelor, acestea sunt poziționate astfel încât aproape să nu se umbrească între ele.

Deci, pentru ca procesul de fotosinteză să aibă loc, aveți nevoie dioxid de carbon, apă și lumină. Produsele fotosintezei sunt materie organică (glucoză) și oxigen. Fotosinteza are loc în cloroplaste, care sunt cele mai abundente în frunze.

Fotosinteza are loc la plante (în principal în frunzele lor) la lumină. Acesta este un proces în care substanța organică glucoza (unul dintre tipurile de zaharuri) se formează din dioxid de carbon și apă. Apoi, glucoza din celule este transformată într-o substanță mai complexă, amidonul. Atât glucoza, cât și amidonul sunt carbohidrați.

Procesul de fotosinteză nu numai că produce materie organică, dar produce și oxigen ca produs secundar.

Dioxidul de carbon și apa sunt substanțe anorganice, în timp ce glucoza și amidonul sunt organice.

Prin urmare, se spune adesea că fotosinteza este procesul de formare a substanțelor organice din substanțe anorganice în lumină. Doar plantele, unele eucariote unicelulare și unele bacterii sunt capabile de fotosinteză. Nu există un astfel de proces în celulele animalelor și ciupercilor, astfel încât acestea sunt forțate să absoarbă substanțe organice din mediu. În acest sens, plantele sunt numite autotrofe, iar animalele și ciupercile sunt numite heterotrofe.

Procesul de fotosinteză la plante are loc în cloroplaste, care conțin pigmentul verde clorofilă.

Deci, pentru ca fotosinteza să aibă loc, aveți nevoie de:

clorofilă,

dioxid de carbon.

În timpul procesului de fotosinteză se formează următoarele:

materie organică,

oxigen.

Plantele sunt adaptate pentru a capta lumina. La multe plante erbacee, frunzele sunt colectate într-o așa-numită rozetă bazală, atunci când frunzele nu se umbră unele pe altele. Copacii se caracterizează printr-un mozaic de frunze, în care frunzele cresc în așa fel încât să se umbrească cât mai puțin una pe cealaltă. La plante, lamele frunzelor se pot întoarce spre lumină datorită îndoirii pețiolelor frunzelor. Cu toate acestea, există plante iubitoare de umbră care pot crește doar la umbră.

Apăpentru fotosintezăajungeîn frunzedin rădăcinide-a lungul tulpinii. Prin urmare, este important ca planta să primească suficientă umiditate. Cu lipsa apei și a anumitor minerale, procesul de fotosinteză este inhibat.

Dioxid de carbonluate pentru fotosintezădirectde nicaierifrunze. Oxigenul, care este produs de plantă în timpul fotosintezei, dimpotrivă, este eliberat în aer. Schimbul de gaze este facilitat de spațiile intercelulare (spații dintre celule).

Substanțele organice formate în timpul procesului de fotosinteză sunt parțial folosite în frunzele în sine, dar curg în principal în toate celelalte organe și sunt transformate în alte substanțe organice, utilizate în metabolismul energetic și transformate în nutrienți de rezervă.

Fotosinteză

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

Rolul cloroplastelor în fotosinteză

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

Faza ușoară a fotosintezei

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

Etapa în care, datorită energiei luminii, se formează compuși bogați în energie - ATP și molecule purtătoare de energie, numit faza ușoară a fotosintezei.

Faza întunecată a fotosintezei

Cloroplastele conțin zaharuri cu cinci atomi de carbon, dintre care unul ribuloză difosfat, este un acceptor de dioxid de carbon. O enzimă specială leagă zahărul cu cinci atomi de carbon cu dioxidul de carbon din aer. În acest caz, se formează compuși care, folosind energia ATP și a altor molecule purtătoare de energie, sunt reduse la o moleculă de glucoză cu șase atomi de carbon.

Astfel, energia luminoasă convertită în timpul fazei luminoase în energia ATP și a altor molecule purtătoare de energie este utilizată pentru sinteza glucozei.

Aceste procese pot avea loc în întuneric.
A fost posibilă izolarea cloroplastelor din celulele vegetale, care într-o eprubetă, sub influența luminii, au efectuat fotosinteza - au format noi molecule de glucoză și au absorbit dioxid de carbon. Dacă s-a oprit iluminarea cloroplastelor, s-a oprit și sinteza glucozei. Cu toate acestea, dacă la cloroplaste s-au adăugat ATP și molecule de purtător de energie redusă, atunci sinteza glucozei s-a reluat și ar putea continua în întuneric. Aceasta înseamnă că lumina este într-adevăr necesară doar pentru a sintetiza ATP și a încărca moleculele purtătoare de energie. Absorbția dioxidului de carbon și formarea glucozei în plante numit faza întunecată a fotosintezei pentru că poate merge în întuneric.
Iluminarea intensă și conținutul crescut de dioxid de carbon în aer duc la creșterea activității fotosintezei.

Alte note despre biologie

Mai multe articole interesante: