Fotosinteza: što je, definicija, faza

Najvažniji organski proces, bez kojeg bi postojalo postojanje svih živih bića našeg planeta, je fotosinteza. Što je fotosinteza? svima iz škole. Grubo rečeno, riječ je o procesu nastajanja organskih tvari iz ugljikovog dioksida i vode, koji se javlja na svjetlu i popraćen oslobađanjem kisika. Složenija definicija je sljedeća: fotosinteza - proces pretvaranja svjetlosne energije u energiju kemijskih veza organskih tvari uz sudjelovanje fotosintetskih pigmenata. U suvremenoj praksi, fotosinteza se obično shvaća kao skup procesa apsorpcije, sinteze i uporabe svjetla u brojnim endergonskim reakcijama, od kojih je jedna pretvorba ugljičnog dioksida u organsku tvar. A sada ćemo detaljnije otkriti kako se fotosinteza nastavlja i u koje faze taj proces je podijeljen!

Opće karakteristike

Kloroplasti koje svaka biljka ima je odgovorna za fotosintezu. Što su kloroplasti? To su ovalni plastidi koji sadrže pigment, poput klorofila. Zelena boja biljaka određuje klorofil. U algama je ovaj pigment prisutan u sastavu kromatofora - pigment koji sadrži stanice reflektirajuće svjetlosti različitih oblika. Smeđe i crvene alge, koje žive na znatnim dubinama, gdje se sunčeva svjetlost ne osvježava, imaju i druge pigmente.

Subjekti fotosinteze su dio autotrofnih organizama koji mogu sintetizirati anorganske tvari su organske. Oni su najniža razina prehrambene piramide, stoga su uključeni u prehranu svih živih organizama planete Zemlje.

Prednosti fotosinteze

Zašto nam je potrebna fotosinteza? Kisik, koji se oslobađa iz biljaka tijekom fotosinteze, ulazi u atmosferu. Rastući u svojim gornjim slojevima, formira ozon koji štiti površinu zemlje od jakog sunčevog zračenja. Zahvaljujući ozonskom zaslonu, živi organizmi mogu se udobno nalaziti na kopnu. Osim toga, kao što znate, kisik je potreban za disanje živih organizama.

Proces

Sve počinje s činjenicom da svjetlost ulazi u kloroplaste. Pod njegovim utjecajem organele izvlače vodu iz tla i dijele ga na vodik i kisik. Dakle, postoje dva procesa. Fotosinteza biljaka počinje u trenutku kada su listovi već apsorbirali vodu i ugljični dioksid. Svjetlosna energija se akumulira u tilakoidima - posebnim odjeljcima kloroplasta i dijeli molekulu vode na dvije komponente. Dio kisika ide na disanje biljke, a ostatak u atmosferu.

tada ugljični dioksid ulazi u pirenoide - proteinske granule, okružene škrobom. Evo vodika. Miješanjem međusobno, te tvari tvore šećer. Ova reakcija se također odvija s oslobađanjem kisika. Kada šećer (generički naziv jednostavni ugljikohidrati) pomiješane s dušikom, sumporom i fosforom, dolazeći u biljku iz tla, nastaju škrob (složeni ugljikohidrati), proteini, masti, vitamini i druge tvari potrebne za biljni svijet. U apsolutnoj većini slučajeva fotosinteza se događa u uvjetima prirodne svjetlosti. Međutim, u njemu može sudjelovati i umjetna rasvjeta.

Klase fotosinteze

Do 60-ih godina dvadesetog stoljeća znanost je znala jedan mehanizam smanjenja ugljičnog dioksida - uz put S3-pentozofosfata. Nedavno su australski znanstvenici pokazali da se kod nekih vrsta biljaka ovaj proces može odvijati kroz ciklus C4-dikarboksilnih kiselina.

U biljkama koje reduciraju ugljični dioksid duž C ₃ staza, fotosinteza se najbolje odvija na umjerenim temperaturama i slabom svjetlu, u šumama ili tamnim mjestima. Ove biljke uključuju lavovski dio kultiviranih biljaka i gotovo sve povrće koje čini osnovu naše prehrane.

U drugoj skupini biljaka, fotosinteza se najčešće odvija u uvjetima visoke temperature i visoke osvijetljenosti. Ova skupina uključuje biljke koje rastu u tropskim i toplim klimama, primjerice kukuruz, šećerna trska, sirak i tako dalje.

Metabolizam biljaka, usput rečeno, otkriven je nedavno. Znanstvenici su otkrili da neke biljke imaju posebna tkiva za očuvanje vode. Ugljični dioksid iz njih se nakuplja u obliku organskih kiselina i prelazi u ugljikohidrate tek nakon 24 sata. Ovaj mehanizam daje biljkama mogućnost uštede vode.

Kako napreduje proces?

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

Sve počinje s činjenicom da biljka upija svjetlost. U tome joj pomaže klorofil, koji se u obliku kloroplasta nalazi u lišću, stabljikama i plodovima biljke. Glavna količina ove tvari koncentrirana je u listovima. Činjenica je da ploča zbog svoje ravne strukture privlači mnogo svjetla. I što je više svjetla, više energije za fotosintezu. Dakle, lišće u biljci djeluje kao neka vrsta lokatora koji hvataju svjetlo.

Kada se svjetlost apsorbira, klorofil je u uzbuđenom stanju. Prenosi energiju u druge biljne organe koji su uključeni u sljedeću fazu fotosinteze. Druga faza procesa odvija se bez sudjelovanja svjetla i sastoji se od kemijske reakcije uz sudjelovanje vode dobivene iz tla i ugljičnog dioksida dobivenog iz zraka. U ovoj fazi sintetiziraju se ugljikohidrati, koji su bitni za život bilo kojeg organizma. U tom slučaju, oni ne hrane samo biljku, već se prenose na životinje koje ga jedu. Ljudi također primaju te tvari konzumiranjem proizvoda biljnog ili životinjskog podrijetla.

Faze procesa

Kao složen proces, fotosinteza je podijeljena u dvije faze: svjetlo i tamno. Kao što ime implicira, za prvu fazu je obavezno prisustvo sunčevog zračenja, a za drugo - ne. Tijekom svjetlosne faze, klorofil apsorbira kvantum svjetlosti, tvoreći molekule ATP i NADH, bez kojih fotosinteza nije moguća. Što je ATP i NADH?

ATP (adenositifosfat) je nuklearni koenzim koji sadrži visokoenergetske veze i služi kao izvor energije u bilo kojoj organskoj transformaciji. Spoj se često naziva energetska voluta.

NADH (nikotinamid adenin dinukleotid) je izvor vodika koji se koristi za sintezu ugljikohidrata s ugljičnim dioksidom u drugoj fazi procesa kao što je fotosinteza.

Svjetlosna faza

Kloroplasti sadrže mnoge molekule klorofila, od kojih svaka apsorbira svjetlost. Ostali pigmenti ga upijaju, ali nisu sposobni za fotosintezu. Proces se odvija samo u dijelu molekula klorofila. Preostale molekule tvore antene i komplekse za žetvu svjetlosti (SSC). Oni akumuliraju kvanti svjetlosnog zračenja i prenose ih u reakcijske centre, koji se također nazivaju zamkama. Reakcijski centri nalaze se u fotosustavima, koji su dva u fotosintetskoj biljci. Prvi sadrži molekulu klorofila koja može apsorbirati svjetlost s valnom duljinom od 700 nm, a druga - 680 nm.

Dakle, dvije vrste molekula klorofila upijaju svjetlost i pobuđuju, što pridonosi prijelazu elektrona na višu razinu energije. Uzbuđeni elektroni s velikom količinom energije odlaze i ulaze u lanac nositelja koji se nalazi u tilakoidnim membranama (unutarnje strukture kloroplasta).

Elektronski prijelaz

Elektron iz prvog fotosustava prelazi iz klorofila P680 u plastokinon, a elektron iz drugog sustava ide u ferredoksin. U tom se slučaju na mjestu odvajanja elektrona u molekuli klorofila stvara prazan prostor.

Da bi se nadoknadio nedostatak, molekula klorofila P680 uzima elektrone iz vode, stvarajući vodikove ione. Druga molekula klorofila nadoknađuje nedostatak kroz sustav nosača iz prvog fotosustava.

Tako nastaje svjetlosna faza fotosinteze, čija se suština sastoji u prijenosu elektrona. Paralelno s prijenosom elektrona, kretanje vodikovih iona prolazi kroz membranu. To dovodi do njihovog nakupljanja unutar tilakoida. Akumulirajući se u velikim količinama, oni se oslobađaju pomoću konjugirajućeg faktora. Rezultat transporta elektrona je stvaranje spoja NADH. I prijenos vodikovih iona dovodi do stvaranja energetske valute ATP-a.

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

Tamna faza

Ova faza fotosinteze zahtijeva ugljični dioksid. Biljka ga stalno upija iz zraka. U tu svrhu na površini lima nalazi se stoma - posebne strukture koje, kada se otvore, usisavaju ugljični dioksid. Djelujući unutar lista, otapa se u vodi i sudjeluje u procesima svjetlosne faze.

Tijekom svjetlosne faze u većini biljaka, vezuje se ugljični dioksid organski spoj koji sadrži 5 ugljikovih atoma. Rezultat je par molekula tri-ugljičnog spoja nazvanog 3-fosfoglicerična kiselina. Upravo zato što je ovaj spoj primarni rezultat procesa, biljke s ovom vrstom fotosinteze nazivaju se C3 biljke.

Daljnji procesi koji se odvijaju u kloroplastima vrlo su teški za neiskusne stanovnike. Rezultat je spoj sa šest ugljika koji sintetizira jednostavno ili složeni ugljikohidrati. U obliku ugljikohidrata biljka akumulira energiju. Mali dio tvari ostaje u plahti i ispunjava njegove potrebe. Preostali ugljikohidrati cirkuliraju kroz biljku i odlaze na mjesta gdje su najpotrebnija.

Fotosinteza zimi

Mnogi su se bar jednom u životu pitali odakle dolazi kisik tijekom hladne sezone. Prvo, kisik se proizvodi ne samo od listopadnih biljaka, već i od četinjača, ali i od morskih biljaka. A ako listopadne biljke zamrznu zimi, onda crnogorice nastavljaju disati, iako manje intenzivno. Drugo, sadržaj kisika u atmosferi ne ovisi o tome jesu li stabla bacila lišće. Kisik zauzima 21% atmosfere, bilo gdje u svijetu u bilo koje doba godine. Ta se vrijednost ne mijenja, jer se zračne mase kreću vrlo brzo, a zima se ne događa istovremeno u svim zemljama. I treće, zimi u nižim slojevima zraka koje udišemo, sadržaj kisika je još veći nego ljeti. Razlog za ovaj fenomen je niska temperatura, zbog čega kisik postaje gušći.

zaključak

Danas smo se sjećali što je fotosinteza, što je klorofil i kako biljke oslobađaju kisik apsorbiranjem ugljičnog dioksida. Svakako, fotosinteza je najvažniji proces u našem životu. Podsjeća nas na potrebu poštivanja prirode.