Фотосинтез відбувається у клітинах якоїсь тканини. Поняття фотосинтезу, де і що відбувається у світлову фазу фотосинтезу. Значення фотосинтезу у житті людини

Фотосинтез- це синтез органічних сполук у листі зелених рослин з води та вуглекислого газу атмосфери з використанням сонячної (світлової) енергії, що адсорбується хлорофілом у хлоропластах.

Завдяки фотосинтезу відбувається уловлювання енергії видимого світла і перетворення її на хімічну енергію, що зберігається (запасається) в органічних речовинах, що утворюються при фотосинтезі.

Датою відкриття процесу фотосинтезу можна вважати 1771 р. Англійський вчений Дж. Прістлі звернув увагу на зміну складу повітря внаслідок життєдіяльності тварин. У присутності зелених рослин повітря знову ставало придатним як для дихання, так і для горіння. Надалі роботами низки вчених (Я. Інгенгауз, Ж. Сенеб'є, Т. Соссюр, Ж.Б. Буссенго) було встановлено, що зелені рослини з повітря поглинають С02, з якого за участю води на світлі утворюється органічна речовина. Саме цей процес 1877 р. німецький вчений В. Пфеффер назвав фотосинтезом. Велике значення розкриття сутності фотосинтезу мав закон збереження енергії, сформульований Р. Майером. У 1845 р. Р. Майєр висунув припущення, що енергія, використовувана рослинами, - це енергія Сонця, яку рослини у процесі фотосинтезу перетворюють на хімічну енергію. Це становище було розвинене та експериментально підтверджено у дослідженнях чудового російського вченого К.А. Тимірязєва.

Основна роль фотосинтезуючих організмів:

1) трансформація енергії сонячного світла на енергію хімічних зв'язків органічних сполук;

2) насичення атмосфери киснем;

В результаті фотосинтезу на Землі утворюється 150 млрд. т. органічної речовини і виділяється близько 200 млрд. т вільного кисню на рік. Він перешкоджає збільшенню концентрації CO2 в атмосфері, запобігаючи перегріву Землі (парниковий ефект).

Створена фотосинтезом атмосфера захищає живе від згубного короткохвильового ультрафіолетового випромінювання (киснево-озоновий екран атмосфери).

У врожай сільськогосподарських рослин переходить лише 1-2% сонячної енергії, втрати зумовлені неповним поглинанням світла. Тому є величезна перспектива підвищення врожайності завдяки селекції сортів із високою ефективністю фотосинтезу, створенню сприятливої ​​для світлопоглинання структури посівів. У зв'язку з цим особливо актуальними стають розробка теоретичних засад управління фотосинтезом

Значення фотосинтезу гігантське. Зазначимо лише, що він постачає паливо (енергію) та атмосферний кисень, необхідні для існування всього живого. Отже, роль фотосинтезу планетарна.

Планетарність фотосинтезу визначається також тим, що завдяки кругообігу кисню та вуглецю (переважно) підтримується сучасний склад атмосфери, що у свою чергу визначає подальшу підтримку життя на Землі. Можна сказати далі, що енергія, яка запасається в продуктах фотосинтезу, є по суті основним джерелом енергії, яке зараз має людство.

Сумарна реакція фотосинтезу

СО 2 +Н 2 О = (СН 2 О) + О 2 .

Хімію фотосинтезу описують такими рівняннями:

Фотосинтез – 2 групи реакцій:

світлова стадія (залежать від освітленості)

темна стадія (залежить від температури).

Обидві групи реакцій протікають одночасно

Фотосинтез відбувається у хлоропластах зелених рослин.

Фотосинтез починається з уловлювання та поглинання світла пігментом хлорофілом, що міститься у хлоропластах клітин зелених рослин.

Цього виявляється достатньо, щоб усунути спектр поглинання молекули.

Молекула хлорофілу поглинає фотони у фіолетовій та синій, а потім у червоній частині спектру, і не взаємодіє з фотонами у зеленій та жовтій частині спектру.

Тому хлорофіл і рослини виглядають зеленими - вони просто ніяк не можуть скористатися зеленими променями і залишають їх гуляти по білому світлу (роблячи його тим зеленіше).

Пігменти фотосинтезу розташовуються на внутрішній стороні мембрани тилакоїдів.

Пігменти організовані в фотосистеми(антенні поля з уловлювання світла) – що містять по 250–400 молекул різних пігментів.

Фотосистема складається з:

реакційного центруфотосистеми (молекула хлорофілу а),

антенних молекул

Усі пігменти у фотосистемі здатні передавати один одному енергію збудженого стану. Енергія фотона, поглинена тією чи іншою молекулою пігменту, переноситься на сусідню молекулу, доки досягне реакційного центру. Коли резонансна система реакційного центру переходить у збуджений стан, вона передає два збуджені електрони молекулі-акцептору і тим самим окислюється і набуває позитивного заряду.

У рослин:

фотосистема 1(Максимум поглинання світла на довжині хвилі 700 нм - Р700)

фотосистема 2(максимум поглинання світла на довжині хвилі 680 нм – Р680

Відмінності в оптимумах поглинання обумовлені невеликими відмінностями у структурі пігментів.

Дві системи працюють сполучено, як конвеєр, що складається з двох частин і називається нециклічним фотофосфорилюванням .

Сумарне рівняння для нециклічного фотофосфорилювання:

Ф - умовне позначення залишку фосфорної кислоти

Цикл починається із фотосистеми 2.

1) антенні молекули вловлюють фотон і передають збудження молекули активного центру Р680;

2) збуджена молекула Р680 віддає два електрони кофактору Q при цьому вона окислюється і набуває позитивного заряду;

Кофактор(cofactor). Кофермент або будь-яка інша речовина, необхідна для виконання ферментом його функції

Коферменти (коензими)[від лат. co (cum) - разом і ферменти], органічні сполуки небілкової природи, що у ферментативної реакції як акцепторів окремих атомів чи атомних груп, отщепляемых ферментом від молекули субстрату, тобто. для здійснення каталітичної дії ферментів. Ці речовини, на відміну від білкового компонента ферменту (апоферменту), мають порівняно невелику молекулярну масу і, як правило, термостабільні. Іноді під Коферментами мають на увазі будь-які низькомолекулярні речовини, участь яких необхідна для прояву каталітичної дії ферменту, в т.ч. та іони, напр. К + , Mg 2+ та Мn 2+ . Розташовуються оферменти. в активному центрі ферменту разом із субстратом і функціональними групами активного центру утворюють активований комплекс.

Для прояву каталітичної активності більшості ферментів потрібна наявність коферменту. Виняток становлять гідролітичні ферменти (наприклад, протеази, ліпази, рибонуклеаза), що виконують свою функцію без коферменту.

Молекула відновлюється Р680 (під дією ферментів). При цьому вода дисоціює на протони та молекулярний кисень,тобто. вода є донором електронів, який забезпечує заповнення електронів Р 680.

ФОТОЛІЗ ВОДИ- Розщеплення молекули води, зокрема у процесі фотосинтезу. Внаслідок фотолізу води утворюється кисень, що виділяється зеленими рослинами на світлі.

Найважливішим органічним процесом, без якого існування всіх живих істот нашої планети було під питанням, є фотосинтез. Що таке фотосинтез? відомо всім зі школи. Грубо кажучи, це процес утворення органічних речовин з вуглекислого газу та води, що відбувається на світлі та супроводжується виділенням кисню. Більш складне визначення звучить так: фотосинтез - процес перетворення світлової енергії в енергію хімічних зв'язків речовин органічного походження за участю фотосинтетичних пігментів. У сучасній практиці під фотосинтезом зазвичай розуміють сукупність процесів поглинання, синтезу та використання світла в ряді ендергонічних реакцій, однією з яких є перетворення вуглекислого газу на органічні речовини. А тепер давайте довідаємося докладніше, як протікає фотосинтез і на які фази цей процес ділиться!

Загальна характеристика

Хлоропласти, які є у кожної рослини, відповідають за фотосинтез. Що таке хлоропласти? Це овальні пластиди, які містять такий пігмент, як хлорофіл. Саме хлорофіл визначає зелене забарвлення рослин. У водоростей даний пігмент представлений у складі хроматофор - пігментовмісних світловідбиваючих клітин різної форми. Бурі та червоні водорості, що мешкають на значних глибинах, куди погано потрапляє сонячне світло, мають інші пігменти.

Речовини фотосинтезу входять до складу автотрофів - організмів, здатних синтезувати з неорганічних органічних речовин. Вони є найнижчим ступенем харчової піраміди, тому входять до раціону всіх живих організмів планети Земля.

Користь фотосинтезу

Навіщо потрібен фотосинтез? Кисень, що виділяється із рослин під час фотосинтезу, надходить в атмосферу. Піднімаючись у верхні шари, він утворює озон, який захищає земну поверхню від сильного сонячного випромінювання. Саме завдяки озоновому екрану живі організми можуть комфортно перебувати на суші. Крім того, як відомо, кисень потрібний для дихання живих організмів.

Хід процесу

Все починається з того, що у хлоропласти потрапляє світло. Під його впливом органели витягають із ґрунту воду, а також ділять її на водень та кисень. Таким чином, мають місце два процеси. Фотосинтез рослин починається в момент, коли листя вже ввібрало воду та вуглекислий газ. Світлова енергія акумулюється в тилакоїдах - спеціальних відсіках хлоропластів і ділить молекулу води на дві складові. Частина кисню йде на дихання рослини, а частина, що залишилася, - в атмосферу.

Потім вуглекислий газ потрапляє в піреноїди – білкові гранули, оточені крохмалем. Сюди надходить водень. Змішавшись один з одним, ці речовини утворюють цукор. Ця реакція також проходить із виділенням кисню. Коли цукор (узагальнююча назва простих вуглеводів) поєднується з азотом, сіркою та фосфором, що надходять у рослину з ґрунту, утворюється крохмаль (складний вуглевод), білки, жири, вітаміни та інші речовини, необхідні для життя рослин. У більшості випадків фотосинтез відбувається в умовах природного освітлення. Проте штучне освітлення також може у ньому взяти участь.

Аж до 60-х років ХХ століття науці був відомий один механізм відновлення вуглекислого газу - по С 3 -пентозофосфатному шляху. Нещодавно австралійські вчені довели, що у деяких видів рослин цей процес може протікати за циклом 4-дикарбонових кислот.

У рослин, які відновлюють вуглекислий газ С 3 шляху, фотосинтез найкраще проходить при помірній температурі і слабкій освітленості, в лісах або темних місцях. До таких рослин можна віднести левову частку культурних рослин і багато овочів, які становлять основу нашого раціону.

У другого класу рослин фотосинтез найактивніше протікає в умовах високої температури та сильної освітленості. У цю групу входять рослини, які ростуть у тропічному та теплому кліматі, наприклад кукурудза, цукрова тростина, сорго тощо.

Метаболізм рослин, до речі, був виявлений дуже недавно. Вченим удалося з'ясувати, що деякі рослини мають спеціальні тканини для збереження запасів води. Вуглекислий газ у них накопичується у вигляді органічних кислот і переходить у вуглеводи лише через 24 години. Цей механізм дає рослинам можливість заощадити воду.

Як відбувається процес?

Ми вже знаємо загалом, як протікає процес фотосинтезу і який фотосинтез буває, тепер давайте познайомимося з ним глибше.

Починається все з того, що рослина поглинає світло. Їй у цьому допомагає хлорофіл, який у вигляді хлоропластів розташовується у листі, стеблах та плодах рослини. Основна кількість цієї речовини сконцентрована саме в листі. Вся справа в тому, що завдяки своїй плоскій структурі лист притягує багато світла. А що більше світла, то більше енергії для фотосинтезу. Таким чином, листя в рослині виступає своєрідними локаторами, що вловлюють світло.

Коли світло поглинене, хлорофіл перебуває у збудженому стані. Він передає енергію іншим органам рослини, які беруть участь у наступній стадії фотосинтезу. Другий етап процесу протікає без участі світла і полягає у хімічній реакції за участю води, що одержується з ґрунту, та вуглекислого газу, що одержується з повітря. На цій стадії синтезуються вуглеводи, які украй необхідні для життя будь-якого організму. В даному випадку вони не тільки живлять саму рослину, а й передаються тваринам, які її з'їдають. Люди також одержують ці речовини, вживши продукти рослинного чи тваринного походження.

Фази процесу

Будучи досить складним процесом, фотосинтез поділяється на дві фази: світлову та темнову. Як можна зрозуміти із назви, для першої фази обов'язково наявність сонячного випромінювання, а для другої – ні. Під час світлової фази хлорофіл поглинає квант світла, утворюючи молекули АТФ та НАДН, без яких неможливий фотосинтез. Що таке АТФ та НАДН?

АТФ (аденозитрифосфат) - нуклеїновий кофермент, який містить високоенергетичні зв'язки і є джерелом енергії в будь-якому органічному перетворенні. З'єднання часто називають енергетичною волютою.

НАДН (нікотинамідаденіндінуклеотид) - джерело водню, який використовується для синтезу вуглеводів за участю вуглекислого газу в другій фазі такого процесу, як фотосинтез.

Світлова фаза

Хлоропласти містять багато молекул хлорофілу, кожна з яких поглинає світло. Його поглинають інші пігменти, але вони не здатні до фотосинтезу. Процес відбувається лише у частині молекул хлорофілу. Інші молекули утворюють антенні та світлозбиральні комплекси (ССК). Вони накопичують кванти світлового випромінювання та передають їх у реакційні центри, які також називають пастками. Реакційні центри розташовуються у фотосистемах, яких у фотосинтезуючої рослини дві. Перша містить молекулу хлорофілу, здатну поглинати світло з довжиною хвилі 700 нм, а друга – 680 нм.

Отже, два типи молекул хлорофілу поглинають світло та збуджуються, що сприяє переходу електронів на більш високий енергетичний рівень. Збуджені електрони, що мають велику кількість енергії, відриваються і надходять у ланцюг переносників, розташовану в мембранах тилакоїдів (внутрішні структури хлоропластів).

Перехід електронів

Електрон із першої фотосистеми переходить від хлорофілу Р680 до пластохінону, а електрон із другої системи - до ферредоксину. При цьому на місці відриву електронів у молекулі хлорофілу утворюється вільне місце.

Для відновлення недостачі молекула хлорофілу Р680 приймає електрони з води, утворюючи іони водню. А друга молекула хлорофілу заповнює нестачу через систему переносників від першої фотосистеми.

Так протікає світлова фаза фотосинтезу, суть якої полягає у перенесенні електронів. Паралельно до електронного транспорту проходить переміщення іонів водню через мембрану. Це призводить до накопичення всередині тилакоїда. Нагромаджуючись у великій кількості, вони вивільняються назовні за допомогою сполучного фактора. Результатом транспорту електронів є утворення з'єднання НАДН. А перенесення іона водню призводить до утворення енергетичної валюти АТФ.

По закінченні світлової фази в атмосферу надходить кисень, а всередині пелюстки утворюються АТФ та НАДН. Потім починається темнова фаза фотосинтезу.

Темнова фаза

Для цієї фази фотосинтезу потрібний вуглекислий газ. Рослина постійно поглинає її з повітря. З цією метою на поверхні листка є продихи - спеціальні структури, які при відкриванні всмоктують вуглекислий газ. Вступаючи всередину листка, він розчиняється у воді і бере участь у процесах світлової фази.

Під час світлової фази у більшості рослин вуглекислий газ зв'язується з органічною сполукою, яка містить 5 атомів вуглецю. В результаті утворюється пара молекул тривуглецевої сполуки під назвою 3-фосфогліцеринова кислота. Саме через те, що первинним результатом процесу є дана сполука, рослини з таким типом фотосинтезу називають С 3 - рослинами.

Подальші процеси, що проходять у хлоропластах, дуже складні для недосвідчених обивателів. Зрештою виходить шестивуглецева сполука, що синтезує прості або складні вуглеводи. Саме у вигляді вуглеводів рослина накопичує енергію. Невелика частина речовин залишається у листі та виконує його потреби. Інші вуглеводи циркулюють по всій рослині і надходять у ті місця, де вони найбільше потрібні.

Фотосинтез взимку

Багато хто хоча б раз у житті ставив питання про те, звідки береться кисень в холодну пору року. По-перше, кисень виробляється як листяними рослинами, а й хвойними, і навіть морськими рослинами. І якщо листяні рослини взимку завмирають, то хвойні продовжують дихати, хоч і менш інтенсивно. По-друге, вміст кисню в атмосфері не залежить від того, чи скинули дерева своє листя. Кисень займає 21% атмосфери, у будь-якій точці нашої планети у будь-яку пору року. Ця величина не змінюється, оскільки повітряні маси переміщуються дуже швидко, а зима настає одночасно в усіх країнах. Ну і, по-третє, взимку в нижніх шарах повітря, які ми вдихаємо, вміст кисню навіть більший, ніж улітку. Причина цього явища - низька температура, через яку кисень стає щільнішим.

Висновок

Сьогодні ми згадали, що таке фотосинтез, що таке хлорофіл і як рослини виділяють кисень, поглинаючи вуглекислий газ. Безумовно, фотосинтез є найважливішим у нашому житті. Він нагадує нам про необхідність дбайливого ставлення до природи.

27-Лютий-2014 | Один коментар | Лоліта Окольнова

Фотосинтез- процес утворення органічних речовин з вуглекислого газу та води на світлі за участю фотосинтетичних пігментів.

Хемосинтез- спосіб автотрофного харчування, при якому джерелом енергії для синтезу органічних речовин CO 2 служать реакції окислення неорганічних сполук

Зазвичай, всі організми, здатні з неорганічних речовин синтезувати органічні, тобто. організми, здатні до фотосинтезу та хемосинтезу, Відносять до .

До автотрофів традиційно відносять і деякі.

Коротко ми говорили про в ході розгляду будови рослинної клітини, давайте розберемо весь процес детальніше.

Суть фотосинтезу

(Сумарне рівняння)

Основна речовина, що бере участь у багатоступінчастому процесі фотосинтезу хлорофіл. Саме воно трансформує сонячну енергію на хімічну.

На малюнку вказано схематичне зображення молекули хлорофілу, до речі, молекула дуже схожа на молекулу гемоглобіну.

Хлорофіл вбудований у грани хлоропластів:

Світлова фаза фотосинтезу:

(Здійснюється на мембранах тилакойдів)

• Світло, потрапивши на молекулу хлорофілу, поглинається ним і приводить його до збудженого стану — електрон, що входить до складу молекули, поглинувши енергію світла, переходить на більш високий енергетичний рівень і бере участь у процесах синтезу;
• Під дією світла також відбувається розщеплення (фотоліз) води:

Кисень при цьому видаляється у зовнішнє середовище, а протони накопичуються всередині тилакоїду в «протонному резервуарі»

2Н + + 2е - + НАДФ → НАДФ·Н 2

НАДФ - це специфічна речовина, кофермент, тобто. каталізатор, у разі — переносник водню.

• синтезується (енергія)

Темнова фаза фотосинтезу

(Протікає в стромах хлоропластів)

власне синтез глюкози

відбувається цикл реакцій, в яких утворюється 6 H 12 O 6 . У цих реакціях використовуються енергії АТФ і НАДФ·Н 2 утворених у світлову фазу; rроме глюкози, у процесі фотосинтезу утворюються інші мономери складних органічних сполук - амінокислоти, гліцерин та жирні кислоти, нуклеотиди

Зверніть увагу: темнова ця фазаназивається не тому що йде вночі - синтез глюкози відбувається, загалом, цілодобово, Однак для темнової фази не потрібна світлова енергія.

"Фотосинтез - це процес, від якого в кінцевій інстанції залежать всі прояви життя на нашій планеті".

К.А.Тімірязєв.

У результаті фотосинтезу Землі утворюється близько 150 млрд т органічного речовини і виділяється близько 200 млрд т вільного кисню на рік. Крім того, рослини залучають до кругообігу мільярди тонн азоту, фосфору, сірки, кальцію, магнію, калію та інших елементів. Хоча зелений лист використовує лише 1-2% світла, що падає на нього, створювані рослиною органічні речовини і кисень в цілому.

Хемосинтез

Хемосинтез здійснюється за рахунок енергії, що виділяється при хімічних реакціях окислення різних неорганічних сполук: водню, сірководню, аміаку, оксиду заліза (II) та ін.

Відповідно до речовин, включених у метаболізм бактерій, існують:

• серобактерії - мікроорганізми водойм, що містять H 2 S - джерела з дуже характерним запахом,
• залізобактерії,
• нітрифікуючі бактерії - окислюють аміак і азотисту кислоту,
• азотфіксуючі бактерії - збагачують ґрунти, надзвичайно підвищують урожайність,
• водородокисляючі бактерії

Але суть залишається та сама — це теж

Як пояснити такий складний процес, як фотосинтез, стисло і зрозуміло? Рослини є єдиними живими організмами, які можуть виробляти власні продукти харчування. Як вони це роблять? Для зростання і одержують всі необхідні речовини з навколишнього середовища: вуглекислий газ - з повітря, воду та - з ґрунту. Також вони потребують енергії, яку одержують із сонячних променів. Ця енергія запускає певні хімічні реакції, під час яких вуглекислий газ і вода перетворюються на глюкозу (живлення) і є фотосинтез. Стисло процесу можна пояснити навіть дітям шкільного віку.

"Разом зі світлом"

Слово "фотосинтез" походить від двох грецьких слів - "фото" та "синтез", поєднання якого в перекладі означає "разом зі світлом". У сонячну енергію перетворюється на хімічну енергію. Хімічне рівняння фотосинтезу:

6CO 2 + 12H 2 O + світло = З 6 Н 12 О 6 + 6O 2 + 6Н 2 О.

Це означає, що 6 молекул вуглекислого газу та дванадцять молекул води застосовуються (разом із сонячним світлом) для виробництва глюкози, в результаті утворюються шість молекул кисню і шість молекул води. Якщо зобразити це як словесного рівняння, то вийде таке:

Вода + сонце => глюкоза + кисень + вода.

Сонце є дуже сильним джерелом енергії. Люди завжди намагаються використовувати його для вироблення електрики, утеплення будинків, нагрівання води і таке інше. Рослини "придумали", як використовувати сонячну енергію ще мільйони років тому, бо це було потрібно для їхнього виживання. Фотосинтез коротко і зрозуміло можна пояснити таким чином: рослини використовують світлову енергію сонця і перетворюють її на хімічну енергію, результатом якої є цукор (глюкоза), надлишок якого зберігається у вигляді крохмалю в листі, корінні, стеблах і насінні рослини. Енергія сонця передається рослинам, і навіть тваринам, які ці рослини їдять. Коли рослина потребує поживних речовин для зростання та інших життєвих процесів, ці запаси виявляються дуже корисними.

Як рослини поглинають енергію сонця?

Розповідаючи про фотосинтез коротко і зрозуміло, варто порушити питання про те, яким чином рослинам вдається поглинати сонячну енергію. Це відбувається завдяки особливій структурі листя, що включає зелені клітини - хлоропласти, які містять спеціальну речовину під назвою хлорофіл. Це що надає листям зеленого кольору та відповідає за поглинання енергії сонячного світла.

Чому більшість листя широкі та плоскі?

Фотосинтез відбувається у листі рослин. Дивним фактом є те, що рослини дуже добре пристосовані для уловлювання сонячного світла та поглинання вуглекислого газу. Завдяки широкій поверхні захоплюватиметься набагато більше світла. Саме тому сонячні панелі, які іноді встановлюють на дахах будинків, також широкі і плоскі. Чим більша поверхня, тим краще відбувається поглинання.

Що ще важливе для рослин?

Як і люди, рослини також потребують корисних та поживних речовин, щоб зберегти здоров'я, рости та виконувати добре свої життєві функції. Вони одержують розчинені у воді мінеральні речовини із ґрунту через коріння. Якщо в ґрунті не вистачає мінеральних поживних речовин, рослина не розвиватиметься нормально. Фермери часто перевіряють ґрунт для того, щоб переконатися, що в ньому є достатня кількість поживних речовин для зростання культур. В іншому випадку вдаються до використання добрив, що містять основні мінерали для живлення та росту рослин.

Чому фотосинтез такий важливий?

Пояснюючи фотосинтез коротко і зрозуміло для дітей, варто розповісти, що цей процес є однією з найважливіших хімічних реакцій у світі. Які є причини для такого гучного твердження? По-перше, фотосинтез годує рослини, які, своєю чергою, годують всіх інших живих істот планети, включаючи тварин і людини. По-друге, в результаті фотосинтезу в атмосферу виділяється необхідний дихання кисень. Усі живі істоти вдихають кисень та видихають вуглекислий газ. На щастя, рослини роблять все навпаки, тому вони дуже важливі для людини та тварин, тому що дають їм можливість дихати.

Дивовижний процес

Рослини, виявляється, теж вміють дихати, але, на відміну людей і тварин, вони поглинають із повітря вуглекислий газ, а чи не кисень. Рослини також п'ють. Ось чому треба поливати їх, інакше вони помруть. За допомогою кореневої системи вода та поживні речовини транспортуються у всі частини рослинного організму, а через маленькі отвори на листках відбувається поглинання вуглекислого газу. Пусковим механізмом для запуску хімічної реакції є сонячне світло. Всі одержані продукти обміну використовуються рослинами для харчування, кисень виділяється в атмосферу. Ось так можна пояснити коротко і зрозуміло, як відбувається процес фотосинтезу.

Фотосинтез: світлова та темнова фази фотосинтезу

Розглянутий процес і двох основних частин. Існують дві фази фотосинтезу (опис та таблиця - далі за текстом). Перша називається світловою фазою. Вона відбувається лише у присутності світла в мембранах тилакоїдів за участю хлорофілу, білків-переносників електронів та ферменту АТФ-синтетази. Що ще ховає фотосинтез? Світлова і змінюють один одного в міру настання дня та ночі (цикли Кальвіна). Під час темнової фази відбувається виробництво тієї самої глюкози, їжі для рослин. Цей процес називають ще незалежною від світла реакцією.

Висновок

З усього вищесказаного можна зробити такі висновки:

• Фотосинтез – це процес, який дозволяє отримувати енергію від сонця.
• Світлова енергія сонця перетворюється на хімічну енергію хлорофілом.
• Хлорофіл надає рослинам зеленого кольору.
• Фотосинтез відбувається у хлоропластах клітин листя рослин.
• Вуглекислий газ та вода необхідні для фотосинтезу.
• Вуглекислий газ надходить у рослину через крихітні отвори, продихи, через них виходить кисень.
• Вода вбирається в рослину через її коріння.
• Без фотосинтезу у світі не було б їжі.

Воду та мінеральні речовини рослини одержують за допомогою коренів. Листя забезпечує органічне харчування рослин. На відміну від коренів вони перебувають над грунті, а повітряному середовищі, тому здійснюють не грунтове, а повітряне харчування.

З історії вивчення повітряного живлення рослин

Знання харчування рослин накопичувалися поступово.

Близько 350 років тому голландський вчений Ян Гельмонт уперше поставив досвід із вивчення харчування рослин. У глиняному горщику з ґрунтом він вирощував вербу, додаючи туди лише воду. Опадає листя вчений ретельно зважував. Через п'ять років маса верби разом з опалим листям збільшилася на 74,5 кг, а маса ґрунту зменшилася всього на 57 г. На підставі цього Гельмонт дійшов висновку, що всі речовини в рослині утворюються не з ґрунту, а з води. Думка про те, що рослина збільшується у розмірах лише за рахунок води, зберігалася до кінця XVIII ст.

У 1771 р. англійський хімік Джозеф Прістлі вивчав вуглекислий газ, або, як він його називав, «зіпсоване повітря» і зробив чудове відкриття. Якщо запалити свічку і накрити оо скляним ковпаком, то, трохи погорівши, вона згасне.

Миша під таким ковпаком починає задихатися. Однак якщо під ковпак разом з мишею помістити гілку м'яти, миша не задихається і продовжує жити. Отже, рослини «виправляють» повітря, зіпсоване диханням тварин, тобто перетворюють вуглекислий газ на кисень.

У 1862 р. німецький ботанік Юліус Сакс з допомогою дослідів довів, що зелені рослини як виділяють кисень, а й створюють органічні речовини, що є їжею всім іншим організмам.

Фотосинтез

Головна відмінність зелених рослин від інших живих організмів - наявність у їх клітинах хлоропластів, які містять хлорофіл. Хлорофіл володіє властивістю вловлювати сонячні промені, енергія яких необхідна для створення органічних речовин. Процес утворення органічної речовини з вуглекислого газу та води за допомогою сонячної енергії називається фотосинтезом (грец. рЬо1оз світло). У процесі фотосинтезу утворюються як органічні речовини - цукру, а й виділяється кисень.

Схематично процес фотосинтезу можна зобразити так:

Вода поглинається корінням і за провідною системою коренів і стебла пересувається до листя. Вуглекислий газ – складова частина повітря. Він надходить у листя через відкриті продихи. Поглинання вуглекислого газу сприяє будова листа: плоска поверхня листових пластинок, що збільшує площу зіткнення з повітрям, і наявність великої кількості продихів у шкірці.

Фотосинтезу цукру, що утворюються в результаті, перетворюються на крохмаль. Крохмаль це органічна речовина, яка не розчиняється у воді. Кго легко виявити за допомогою розчину йоду.

Докази утворення крохмалю в листі на світлі

Доведемо, що у зеленому листі рослин із вуглекислого газу та води утворюється крохмаль. Для цього розглянемо досвід, який свого часу поставив Юліус Сакс.

Кімнатну рослину (герань або примулу) витримують дві доби у темряві, щоб весь крохмаль витрачався на процеси життєдіяльності. Потім кілька листків закривають із двох сторін чорним папером так, щоб була прикрита тільки їхня частина. Вдень рослину виставляють на світ, а вночі її додатково висвітлюють за допомогою настільної лампи.

Через добу досліджуване листя зрізають. Щоб з'ясувати, в якій частині листа утворився крохмаль, листя кип'ятять у волі (щоб набрякли крохмальні зерна), а потім витримують у гарячому спирті (хлорофіл при цьому розчиняється і лист знебарвлюється). Потім листя промивають у воді і діють на них слабким розчином йоду. Тс ділянки листя, які були на світлі, набувають від дії йоду синю забарвлення. Це означає, що крохмаль утворився у клітинах освітленої частини листа. Отже, фотосинтез відбувається лише на світлі.

Докази необхідності вуглекислого газу для фотосинтезу

Щоб довести, що для утворення крохмалю у листі необхідний вуглекислий газ, кімнатну рослину також попередньо витримують у темряві. Потім один із листків поміщають у колбу з невеликою кількістю вапняної води. Колбу закривають ватним тампоном. Рослина виставляють світ. Вуглекислий газ поглинається вапняною водою, тому його в колбі не буде. Лист зрізається, і як і, як у попередньому досвіді, досліджується наявність крохмалю. Він витримується у гарячій воді та спирті, обробляється розчином йоду. Однак у разі результат досвіду буде іншим: лист не забарвлюється в синій колір, т.к. крохмаль у ньому не міститься. Отже, для утворення крохмалю, крім світла та води, необхідний вуглекислий газ.

Таким чином ми відповіли на питання, яку їжу отримує рослина з повітря. Досвід показав, що це вуглекислий газ. Він потрібний для утворення органічної речовини.

Організми, що самостійно створюють органічні речовини для побудови свого тіла, називаються автотрофамн (грец. autos – сам, trofe – їжа).

Докази утворення кисню у процесі фотосинтезу

Щоб довести, що при фотосинтезі рослини у довкілля виділяють кисень, розглянемо досвід з водяною рослиною елодеєю. Пагони елодеї опускають у посудину з водою і зверху накривають лійкою. На кінець вирви надягають пробірку з водою. Рослина виставляють світ на дві-три доби. На світлі елодея виділяє бульбашки газу. Вони накопичуються у верхній частині пробірки, витісняючи воду. Для того щоб з'ясувати, який це газ, пробірку акуратно знімають і вносять в неї тліє лучинку. Лучинка яскраво спалахує. Це означає, що у колбі накопичився газ, який підтримує горіння кисень.

Космічна роль рослин

Рослини, що містять хлорофіл, здатні засвоювати сонячну енергію. Тому К.А. Тимірязєв ​​назвав їх роль Землі космічної. Частина енергії Сонця, що запасена в органічній речовині, може довго зберігатися. Кам'яне вугілля, торф, нафта утворені речовинами, які в далекі геологічні часи були створені зеленими рослинами і увібрали енергію Сонця. Спалюючи природні горючі матеріали, людина звільняє енергію, запасену мільйони років тому зеленими рослинами.

Фотосинтез (Тести)

1. Організми, що утворюють органічні речовини лише з органічних:

1.гетеротрофи

2.автотрофи

3.хемотрофи

4.міксотрофи

2. У світлову фазу фотосинтезу відбувається:

1.освіта АТФ

2. утворення глюкози

3. виділення вуглекислого газу

4. утворення вуглеводів

3. При фотосинтезі відбувається утворення кисню, що виділяється у процесі:

1.біосинтеза білка

2.фотолізу

3. збудження молекули хлорофілу

4. з'єднання вуглекислого газу та води

4. У результаті фотосинтезу енергії світла перетворюється на:

1. теплову енергію

2.хімічну енергію неорганічних сполук

3. електричну енергію теплову енергію

4.хімічну енергію органічних сполук

5. Дихання у анаеробів у живих організмах протікає у процесі:

1.кисневого окислення

2.фотосинтеза

3.бродіння

4.хемосинтеза

6. Кінцевими продуктами окиснення вуглеводів у клітині є:

1.АДФ та вода

2.аміак та вуглекислий газ

3.вода та вуглекислий газ

4.аміак, вуглекислий газ та вода

7. На підготовчому етапі розщеплення вуглеводів відбувається гідроліз:

1. целюлози до глюкози

2. білків до амінокислот

3.ДНК до нуклеотидів

4. жирів до гліцерину та карбонових кислот

8. Забезпечують кисневе окислення ферменти:

1.травного тракту та лізосом

2.цитоплазми

3.Мітохондрій

4.пластид

9. При гліколізі 3моль глюкози запасає у формі АТФ:

10.Два моль глюкози зазнало повного окислення в клітці тварини, при цьому виділилося вуглекислого газу:

11. У процесі хемосинтезу організми перетворюють енергію окислення:

1. з'єднань сірки

2.органічних сполук

3.крохмалю

12. Одному гену відповідає інформація про молекулу:

1.амінокислоти

2.крохмалю

4.нуклеотида

13.Генетичний код складається з трьох нуклеотидів, отже він:

1. специфічний

2.надлишковий

3.універсальний

4.триплетен

14. У генетичному коді одній амінокислоті відповідає 2-6 триплетів, у цьому проявляється його:

1.безперервність

2.надмірність

3.універсальність

4.специфічність

15. Якщо нуклеотидний склад ДНК – АТТ-ЦГЦ-ТАТ, то нуклеотидний склад іРНК:
1.ТАА-ЦГЦ-УТА

2.УАА-ГЦГ-АУА

3.УАА-ЦГЦ-АУА

4.УАА-ЦГЦ-АТА

16. Синтез білка не відбувається на власних рибосомах у:

1.вірусу тютюнової мозаїки

2.дрозофіли

3.мураха

4.холерного вібріона

17. Антибіотик:

1. є захисним білком крові

2.синтезує новий білок в організмі

3. є ослабленим збудником хвороби

4.пригнічує синтез білка збудника хвороби

18. Ділянка молекули ДНК, де відбувається реплікація, має 30.000 нуклеотидів (обидва ланцюга). Для реплікації потрібно:

19. Скільки різних амінокислот може транспортувати одна т-РНК:

1.завжди одну

2.завжди дві

3.завжди три

4.деякі можуть транспортувати одну, деякі - кілька.

20. Ділянка ДНК, з якої відбувається транскрипція, містить 153 нуклеотиди, на цій ділянці закодований поліпептид з:

1.153 амінокислот

2.51 амінокислоти

3.49 амінокислот

4.459 амінокислот

21. При фотосинтезі кисень утворюється в результаті

1. фотосинтезу вода

2. розкладання вуглецевого газу

3. відновлення вуглекислого газу до глюкози

4. синтезу АТФ

У процесі фотосинтезу відбувається

1. синтез вуглеводів та виділення кисню

2. випаровування води та поглинання кисню

3. газообмін та синтез ліпідів

4. виділення вуглекислого газу та синтез білка

23. У світлову фазу фотосинтезу використовується енергія сонячного світла для сентезу молекул

1. ліпідів

2. білків

3. нуклеїнова кислота

24. Під впливом енергії сонячного світла електрон піднімається на високий енергетичний рівень в молекулі

1. білка

2. глюкози

3. хлорофіла

4. біосинтезу білка

25. Рослинна клітина, як і тварина, отримує енергію у процесі. .

1. окислення органічних речовин

2. біосинтезу білка

3. синтезу ліпідів

4. синтезу нуклеїнових кислот

Фотосинтез протікає у хлоропластах клітин рослин. У хлоропластах міститься пігмент хлорофіл, який бере участь у процесі фотосинтезу та надає рослинам зеленого кольору. Звідси випливає, що фотосинтез протікає лише у зелених частинах рослин.

Фотосинтез – це процес утворення органічних речовин із неорганічних. Зокрема, органічною речовиною є глюкоза, а неорганічною - вода та вуглекислий газ.

Також для протікання фотосинтезу важлива наявність сонячного світла. Енергія світла запасається у хімічних зв'язках органічної речовини. В цьому і є головний сенс фотосинтезу: зв'язати енергію, яка надалі використовуватиметься для підтримки життя рослини або тварин, які з'їдять цю рослину. Органічне речовина виступає лише формою, способом збереження сонячної енергії.

Коли в клітинах протікає фотосинтез, у хлоропластах та на їх мембранах йдуть різні реакції.

Світло потрібне не для всіх із них. Тому виділяють дві фази фотосинтезу: світлову та темнову. Для темнової фази світло не потрібне, і вона може відбуватися вночі.

Вуглекислий газ потрапляє у клітини з повітря через поверхню рослини. Вода йде з коріння стеблом.

В результаті процесу фотосинтезу утворюється не лише органічна речовина, а й кисень. Кисень виділяється у повітря через поверхню рослини.

Глюкоза, що утворилася в результаті фотосинтезу, переноситься в інші клітини, перетворюється на крохмаль (запасається), використовується на процеси життєдіяльності.

Головним органом, у якому протікає фотосинтез, більшість рослин є лист. Саме в листі багато фотосинтезуючих клітин, що становлять фотосинтезуючу тканину.

Оскільки для фотосинтезу важливе сонячне світло, то листя зазвичай має велику поверхню. Іншими словами, вони плоскі та тонкі. Щоб світло потрапляло на все листя, у рослин вони розташовуються так, щоб майже не затіняти один одного.

Отже, для перебігу процесу фотосинтезу потрібен вуглекислий газ, вода та світло. Продуктами фотосинтезу є органічна речовина (глюкоза) та кисень. Фотосинтез протікає у хлоропластах, яких найбільше у листі.

У рослинах (переважно в їхньому листі) на світлі протікає фотосинтез. Це процес, при якому з вуглекислого газу та води утворюється органічна речовина глюкоза (один із видів цукрів). Далі глюкоза в клітинах перетворюється на складнішу речовину крохмаль. І глюкоза, і крохмаль є вуглеводами.

У процесі фотосинтезу утворюється не тільки органічна речовина, але також як побічний продукт виділяється кисень.

Вуглекислий газ і вода – це неорганічні речовини, а глюкоза та крохмаль – органічні.

Тому часто кажуть, що фотосинтез – це процес утворення органічних речовин із неорганічних на світлі. Тільки рослини, деякі одноклітинні еукаріоти та деякі бактерії здатні до фотосинтезу. У клітинах тварин та грибів такого процесу немає, тому вони змушені поглинати із навколишнього середовища органічні речовини. У зв'язку з цим рослини називають автотрофами, а тварин та грибів – гетеротрофами.

Процес фотосинтезу рослин протікає в хлоропластах, у яких міститься зелений пігмент хлорофіл.

Отже, для протікання фотосинтезу потрібні:

хлорофіл,

вуглекислий газ.

У процесі фотосинтезу утворюються:

органічні речовини,

кисень.

Рослини пристосовані до уловлювання світла.У багатьох трав'янистих рослин листя зібране в так звану прикореневу розетку, коли листя не затіняє один одного. Для дерев характерна листова мозаїка, при якій листя росте так, щоб якнайменше затіняти один одного. У рослин листові пластинки можуть повертатися до світла за рахунок вигинів черешків листя. При цьому існують тенелюбні рослини, які можуть рости тільки в тіні.

Водадля фотосинтезунадходитьу листяз корінняпо стеблі. Тому важливо, щоб рослина отримувала достатню кількість вологи. При нестачі води та деяких мінеральних речовин процес фотосинтезу гальмується.

Вуглекислий газдля фотосинтезу беретьсябезпосередньоз повітрялистям. Кисень, який виробляється рослиною у процесі фотосинтезу, навпаки, виділяється у повітря. Газообміну сприяють міжклітини (проміжки між клітинами).

Органічні речовини, що утворилися в процесі фотосинтезу, частково використовуються в самому листі, але в основному відтікають у всі інші органи і перетворюються на інші органічні речовини, використовуються при енергетичному обміні, перетворюються на запасні поживні речовини.

Фотосинтез

Фотосинтез- Процес синтезу органічних речовин за рахунок енергії світла. Організми, які здатні із неорганічних сполук синтезувати органічні речовини, називають автотрофними. Фотосинтез властивий лише клітинам автотрофних організмів. Гетеротрофні організми не здатні синтезувати органічні речовини із неорганічних сполук.
Клітини зелених рослин та деяких бактерій мають спеціальні структури та комплекси хімічних речовин, які дозволяють їм уловлювати енергію сонячного світла.

Роль хлоропластів у фотосинтезі

У клітинах рослин є мікроскопічні утворення – хлоропласти. Це органоїди, в яких відбувається поглинання енергії та світла та перетворення її на енергію АТФ та інших молекул - носіїв енергії. У гранах хлоропластів міститься хлорофіл - складна органічна речовина. Хлорофіл вловлює енергію світла для використання її в процесах біосинтезу глюкози та інших органічних речовин. Ферменти, необхідні синтезу глюкози, розташовані також у хлоропластах.

Світлова фаза фотосинтезу

Квант червоного світла, поглинений хлорофілом, переводить електрон у збуджений стан. Збуджений світлом електрон набуває великого запасу енергії, внаслідок чого переміщається на більш високий енергетичний рівень. Збуджений світлом електрон можна порівняти з каменем, піднятим на висоту, який також набуває потенційної енергії. Він втрачає її, падаючи з висоти. Збуджений електрон, як по сходах, переміщається ланцюгом складних органічних сполук, вбудованих в хлоропласт. Переміщаючись з одного ступеня в інший, електрон втрачає енергію, яка використовується для синтезу АТФ. Електрон, що розтратив енергію, повертається до хлорофілу. Нова порція світлової енергії знову збуджує електрон хлорофілу. Він знову проходить тим же шляхом, витрачаючи енергію на утворення молекул АТФ.
Іони водню та електрони, необхідні відновлення молекул-носіїв енергії, утворюються при розщепленні молекул води. Розщеплення молекул води у хлоропластах здійснюється спеціальним білком під впливом світла. Називається цей процес фотолізом води.
Таким чином, енергія сонячного світла безпосередньо використовується рослинною клітиною для:
1. збудження електронів хлорофілу, енергія яких далі витрачається на утворення АТФ та інших молекул-носіїв енергії;
2. фотоліз води, що поставляє іони водню і електрони у світлову фазу фотосинтезу.
У цьому виділяється кисень як побічний продукт реакцій фотолізу.

Етап, протягом якого за рахунок енергії світла утворюються багаті на енергію сполуки - АТФ і молекули-носії енергії,називають світловою фазою фотосинтезу.

Темнова фаза фотосинтезу

У хлоропластах є п'ятивуглецеві цукри, один з яких рибулозодифосфатє акцептором вуглекислого газу. Особливий фермент пов'язує п'ятивуглецевий цукор із вуглекислим газом повітря. При цьому утворюється сполуки, які за рахунок енергії АТФ та інших молекул-носіїв енергії відновлюються до шестивуглецевої молекули глюкози.

Таким чином, енергія світла, перетворена протягом світлової фази на енергію АТФ та інших молекул-носіїв енергії, використовується для синтезу глюкози.

Ці процеси можуть у темряві.
З рослинних клітин вдалося виділити хлоропласти, які у пробірці під впливом світла здійснювали фотосинтез - утворювали нові молекули глюкози, у своїй поглинали вуглекислий газ. Якщо припиняли висвітлювати хлоропласти, то припинявся синтез глюкози. Однак якщо до хлоропластів додавали АТФ і відновлені молекули-носії енергії, синтез глюкози відновлювався і міг йти в темряві. Це означає, що світло дійсно потрібне лише для синтезу АТФ та зарядки молекул-носіїв енергії. Поглинання вуглекислого газу та утворення глюкози в рослинахназивають темновою фазою фотосинтезуоскільки вона може йти в темряві.
Інтенсивне освітлення, підвищений вміст вуглекислого газу повітря приводять до підвищення активності фотосинтезу.

Інші нотатки з біології

Більше цікавих статей: