Fotosinteza: kaj je, definicija, faza

Najpomembnejši organski proces, brez katerega bi obstajal obstoj vseh živih bitij našega planeta, je fotosinteza. Kaj je fotosinteza? znani vsakomur iz šole. Grobo rečeno, gre za proces nastajanja organskih snovi iz ogljikovega dioksida in vode, ki se pojavlja na svetlobi in ga spremlja sproščanje kisika. Bolj zapletena definicija je naslednja: fotosinteza - proces pretvorbe svetlobne energije v energijo kemičnih vezi organskih snovi z udeležbo fotosintetičnih pigmentov. V sodobni praksi se fotosinteza običajno razume kot niz procesov absorpcije, sinteze in uporabe svetlobe v številnih endergoničnih reakcijah, med katerimi je pretvorba ogljikovega dioksida v organsko snov. Zdaj pa poglejmo podrobneje, kako poteka fotosinteza in v katere faze je ta proces razdeljen!

Splošne značilnosti

Kloroplasti, ki jih ima vsaka rastlina, so odgovorni za fotosintezo. Kaj so kloroplasti? To so ovalne plastide, ki vsebujejo pigment, kot je klorofil. Zelena barva rastlin določa klorofil. V algah je ta pigment prisoten v sestavi kromatofora - pigment, ki vsebuje celice različnih oblik, ki odbijajo svetlobo. Rjave in rdeče alge, ki živijo na precejšnjih globinah, kjer se sončna svetloba ne uravna, imajo druge pigmente.

Snovi fotosinteze so del avtotrofnih organizmov, ki lahko sintetizirajo anorganske snovi so organske. So najnižja raven prehrambene piramide, zato so vključene v prehrano vseh živih organizmov planeta Zemlje.

Prednosti fotosinteze

Zakaj potrebujemo fotosintezo? Kisik, ki se med fotosintezo sprosti iz rastlin, vstopi v ozračje. V zgornjih plasteh raste ozon, ki varuje zemeljsko površino pred močnim sončnim sevanjem. Živi organizmi se lahko udobno na kopnem zahvaljujoč ozonskemu zaslonu. Poleg tega, kot veste, je za dihanje živih organizmov potreben kisik.

Postopek

Vse se začne z dejstvom, da svetloba vstopa v kloroplaste. Pod njegovim vplivom organele potegnejo vodo iz zemlje in jo tudi razdelijo na vodik in kisik. Tako obstajata dva procesa. Fotosinteza rastlin se začne v trenutku, ko listi že absorbirajo vodo in ogljikov dioksid. Svetlobna energija se akumulira v tilakoidih - posebnih predelih kloroplastov in deli molekule vode na dve komponenti. Del kisika gre za dihanje rastline, ostalo pa za ozračje.

Potem pa ogljikov dioksid vstopa v pirenoide - proteinske granule, obdane s škrobom. Prihaja vodik. Te snovi se med seboj mešajo in tvorijo sladkor. Ta reakcija poteka tudi s sproščanjem kisika. Ko sladkor (generično ime preprosti ogljikovi hidrati) v mešanici z dušikom, žveplom in fosforjem, ki prihajajo v rastlino iz tal, nastajajo škrob (kompleksni ogljikovi hidrati), beljakovine, maščobe, vitamini in druge snovi, potrebne za rastlinstvo. V absolutni večini primerov se fotosinteza odvija v pogojih naravne svetlobe. V njem lahko sodeluje tudi umetna razsvetljava.

Razredi fotosinteze

Do 60. let dvajsetega stoletja je znanost znanemu mehanizmu zmanjševanja ogljikovega dioksida - po poti S _3- pentozofosfata. Pred kratkim so avstralski znanstveniki pokazali, da se pri nekaterih vrstah rastlin ta proces lahko odvija skozi cikel C ₄ -dikarboksilnih kislin.

Pri rastlinah, ki zmanjšujejo ogljikov dioksid vzdolž poti C ₃ , se fotosinteza najbolje odvija pri zmernih temperaturah in nizki svetlobi, v gozdovih ali v temnih prostorih. Te rastline vključujejo levji delež gojenih rastlin in skoraj vse zelenjave, ki so osnova naše prehrane.

V drugem razredu rastlin fotosinteza najbolj aktivno poteka v pogojih visoke temperature in visoke osvetljenosti. V to skupino spadajo rastline, ki rastejo v tropskih in toplih podnebjih, na primer koruzo, sladkorni trs, sirek itd.

Mimogrede, metabolizem rastlin so odkrili pred kratkim. Znanstveniki so ugotovili, da imajo nekatere rastline posebna tkiva za ohranjanje vode. Njihov ogljikov dioksid se nabira v obliki organskih kislin in prehaja v ogljikove hidrate šele po 24 urah. Ta mehanizem daje rastlinam možnost varčevanja z vodo.

Kako poteka proces?

V splošnem že vemo, kako poteka proces fotosinteze in kakšno fotosintezo se zgodi, zdaj pa jo poglejmo globlje.

Vse se začne z dejstvom, da rastlina absorbira svetlobo. Pri tem ji pomaga klorofil, ki se v obliki kloroplastov nahaja v listih, stebelih in plodovih rastline. Glavna količina te snovi je koncentrirana v listih. Dejstvo je, da zaradi svoje ravne strukture list privlači veliko svetlobe. In več svetlobe, več energije za fotosintezo. Tako listi v rastlini delujejo kot vrsta lokatorjev, ki ujamejo svetlobo.

Ko se svetloba absorbira, je klorofil v vzbujenem stanju. Prenese energijo v druge rastlinske organe, ki sodelujejo v naslednji fazi fotosinteze. Druga faza postopka poteka brez sodelovanja svetlobe in je sestavljena iz kemične reakcije, pri kateri sodeluje voda, pridobljena iz zemlje, in ogljikov dioksid, ki ga dobimo iz zraka. Na tej stopnji se sintetizirajo ogljikovi hidrati, ki so bistveni za življenje vsakega organizma. V tem primeru ne hranijo samo rastline, temveč se prenašajo na živali, ki jih jedo. Ljudje te snovi prejemajo tudi z uživanjem proizvodov rastlinskega ali živalskega izvora.

Faze procesa

Ker je proces precej zapleten, je fotosinteza razdeljena na dve fazi: svetlo in temno. Kot že ime pove, je za prvo fazo prisotnost sončnega sevanja obvezna, za drugo pa ne. V času lahke faze klorofil absorbira količino svetlobe, ki tvori molekule ATP in NADH, brez katerih fotosinteza ni mogoča. Kaj je ATP in NADH?

ATP (adenozitifosfat) je nukleinski koencim, ki vsebuje visokoenergetske vezi in služi kot vir energije v kateri koli organski transformaciji. Spojina se pogosto imenuje energijska voluta.

NADH (nikotinamid adenin dinukleotid) je vir vodika, ki se uporablja za sintetiziranje ogljikovih hidratov z ogljikovim dioksidom v drugi fazi procesa, kot je fotosinteza.

Svetlobna faza

Kloroplasti vsebujejo veliko molekul klorofila, od katerih vsaka absorbira svetlobo. Drugi pigmenti ga absorbirajo, vendar niso sposobni fotosinteze. Proces poteka le deloma molekul klorofila. Preostale molekule tvorijo antene in komplekse za pridobivanje svetlobe (SSC). Akumulirajo kvanti svetlobnega sevanja in jih prenesejo v reakcijske centre, ki se imenujejo tudi pasti. Reakcijska središča se nahajajo v fotosistemih, ki sta dve v fotosintetični rastlini. Prva vsebuje molekulo klorofila, ki lahko absorbira svetlobo z valovno dolžino 700 nm, druga pa 680 nm.

Torej, dve vrsti molekul klorofila absorbirata svetlobo in ju navdušita, kar prispeva k prehodu elektronov na višjo energetsko raven. Vzbujeni elektroni z veliko količino energije se zlomijo in vstopijo v nosilno verigo, ki se nahaja v tilakoidnih membranah (notranje strukture kloroplastov).

Elektronski prehod

Elektron iz prvega fotosistema prehaja iz klorofila P680 v plastokinon, elektron iz drugega sistema pa gre v ferredoksin. V tem primeru se na mestu odcepitve elektronov v molekuli klorofila tvori prazen prostor.

Da bi nadomestili pomanjkanje, molekula klorofila P680 vzame elektrone iz vode, tako da tvorijo vodikove ione. Druga molekula klorofila nadomesti pomanjkanje skozi nosilni sistem iz prvega fotosistema.

Tako poteka svetlobna faza fotosinteze, katere bistvo je prenos elektronov. Vzporedno z transportom elektronov poteka gibanje vodikovih ionov skozi membrano. To vodi do njihovega kopičenja znotraj tilakoida. Ko se kopičijo v velikih količinah, se sprostijo z uporabo konjugacijskega faktorja. Rezultat prenosa elektronov je tvorba spojine NADH. Prenos vodikovih ionov vodi do nastanka energijske valute ATP.

Na koncu svetlobne faze, kisik vstopi v ozračje, in ATP in NADH sta oblikovana v notranjosti latice. Nato se začne temna faza fotosinteze.

Temna faza

Ta faza fotosinteze zahteva ogljikov dioksid. Rastlina jo nenehno absorbira iz zraka. V ta namen je na površini plošče stoma - posebne strukture, ki pri odpiranju sesajo ogljikov dioksid. Deluje v notranjosti listov, raztopi se v vodi in sodeluje v procesih svetlobne faze.

Med večino rastlin se svetlobna faza veže na ogljikov dioksid organske spojine ki vsebuje 5 atomov ogljika. Rezultat je par molekul tri-ogljikove spojine, imenovane 3-fosfoglicerinska kislina. Ravno zato, ker je ta spojina primarni rezultat procesa, se rastline s to vrsto fotosinteze imenujejo rastline C ₃ .

Nadaljnji procesi, ki potekajo v kloroplastih, so za neizkušene prebivalce zelo težki. Rezultat je šest-ogljikova spojina, ki sintetizira preprosto ali kompleksnih ogljikovih hidratov. Rastlina v obliki ogljikovih hidratov nabira energijo. Majhen del snovi ostane v ponjavi in ​​izpolnjuje svoje potrebe. Preostali ogljikovi hidrati krožijo po celi rastlini in gredo na mesta, kjer so najbolj potrebna.

Fotosinteza pozimi

Mnogi so se vsaj enkrat v življenju spraševali, od kod prihaja kisik v hladnem obdobju. Prvič, kisik se proizvaja ne samo iz listavcev, temveč tudi iz iglavcev in tudi morskih rastlin. In če listnate rastline zamrznejo pozimi, potem iglavci še naprej dihajo, čeprav manj intenzivno. Drugič, vsebnost kisika v ozračju ni odvisna od tega, ali so drevesa odvrgla liste. Kisik zaseda 21% atmosfere, kjerkoli na svetu, kadar koli v letu. Ta vrednost se ne spreminja, saj se zračne mase gibljejo zelo hitro, in pozimi se ne pojavljajo hkrati v vseh državah. In tretjič, pozimi v nižjih slojih zraka, ki jih dihamo, je vsebnost kisika celo večja kot poleti. Razlog za ta pojav je nizka temperatura, zaradi katere postane kisik gostejši.

Zaključek

Danes smo se spomnili, kaj je fotosinteza, kaj je klorofil in kako rastline sproščajo kisik z absorpcijo ogljikovega dioksida. Seveda je fotosinteza najpomembnejši proces v našem življenju. Opozarja na potrebo po spoštovanju narave.