Фотосинтезата е процес, използван от растения, водорасли и някои бактерии за овладяване на енергията от слънчевата светлина и превръщането й в химическа енергия. Тази статия описва общите принципи на фотосинтезата и прилагането на фотосинтезата за разработване на чисти горива и възобновяеми енергийни източници.
Има два вида фотосинтетични процеси: кислороден фотосинтезаи аноксигенен фотосинтеза... Общите принципи на аноксигенната и кислородната фотосинтеза са много сходни, но най -често срещаната е кислородната фотосинтеза, която се наблюдава при растенията, водораслите и цианобактериите.
По време на кислородната фотосинтеза светлинната енергия улеснява преноса на електрони от вода (H 2 O) към въглероден диоксид (CO 2). Реакцията произвежда кислород и въглеводороди.
Кислородна фотосинтезаможе да се нарече процес, противоположен на дишането, при който има абсорбция на въглероден диоксид, произведен от всички дишащи организми, и освобождаване на кислород в атмосферата.
От друга страна, водата не се използва като донор на електрони при аноксигенна фотосинтеза. Този процес обикновено се наблюдава при бактерии като лилави бактерии и зелени серни бактерии, които се срещат главно в различни водни среди.
При аноксигенна фотосинтеза кислородът не се произвежда, откъдето идва и името. Резултатът от реакцията зависи от донора на електрони. Например, много бактерии използват сероводород като донор и в резултат на тази фотосинтеза се образува твърда сяра.
Въпреки че и двата вида фотосинтеза са сложни и многоетапни процеси, те могат да бъдат грубо представени под формата на химическите уравнения по-долу.
Кислородна фотосинтезасе пише по следния начин:
6CO 2 + 12H 2 O + Светлинна енергия → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O
Тук шест молекули въглероден диоксид (CO2) се комбинират с 12 молекули вода (H2O), използвайки светлинна енергия. В резултат на реакцията се образуват една молекула въглехидрати (C6H12O6 или глюкоза) и шест кислородни молекули и шест молекули вода.
По същия начин различни реакции аноксигенна фотосинтезаможе да се представи под формата на една обобщена формула:
CO 2 + 2H 2 A + Светлинна енергия → + 2A + H 2 O
Буквата А в уравнението е променлива, а Н 2 А представлява потенциален донор на електрони. Например, А може да бъде сяра в сероводород (H 2 S).
Фотосинтетичен апарат
По -долу са клетъчните компоненти, необходими за фотосинтезата.
Пигменти
ПигментиМолекули, които придават цвят на растенията, водораслите и бактериите, но те са отговорни и за ефективно улавяне на слънчевата светлина. Пигменти с различни цветове поглъщат различни дължини на вълната светлина. По -долу са представени три основни групи.
- ХлорофилиМогат ли зелените пигменти да улавят синята и червената светлина. Хлорофилите имат три подтипа, наречени хлорофил а, хлорофил b и хлорофил c. Хлорофил а се намира във всички фотосинтезиращи растения. Съществува и бактериален вариант, бактериохлорофил, който абсорбира инфрачервената светлина. Този пигмент се намира главно в лилави и зелени серни бактерии, които извършват аноксигенна фотосинтеза.
- КаротиноидиЧервени, оранжеви или жълти пигменти са, които абсорбират синьо-зелена светлина. Примери за каротеноиди са ксантофил (жълт) и каротин (оранжев), които придават на морковите цвят.
- ФикобилиниЧервени или сини пигменти, които поглъщат дълги вълни на светлината, които не се абсорбират толкова добре от хлорофили и каротеноиди. Те могат да се видят в цианобактерии и червени водорасли.
Пластид
Фотосинтетичните еукариотни организми съдържат органели в цитоплазмата т.нар пластиди... Пластидите с две мембрани в растенията и водораслите се считат за първични пластиди, а пластидите с множество мембрани, открити в планктона, се наричат вторични пластиди, според статия от Nature Education от авторите Chong Xin Chan и Debashish Bhattacharya, изследователи от университета Rutgers в Ню Джърси.
Пластидите обикновено съдържат пигменти или могат да съхраняват хранителни вещества. Безцветните и непигментирани левкопласти съхраняват мазнини и нишесте, докато хромопластите съдържат каротеноиди, а хлоропластите съдържат хлорофил.
Фотосинтезата се извършва в хлоропласти; по -специално, в зоните на грана и строма. Grana са подредени плоски мехурчета или мембрани, наречени тилакоиди. Всички фотосинтетични структури се намират в зърна. Тук се извършва прехвърлянето на електрони. Празните пространства между колоните на граната съставляват стромата.
Хлоропластите са като митохондриите, енергийните центрове на клетките, тъй като имат собствен геном или колекция от гени, съдържащи се в цикличната ДНК. Тези гени кодират протеини, необходими за органелата и фотосинтезата. Подобно на митохондриите, се смята, че хлоропластите са се развили от примитивни бактериални клетки чрез ендосимбиоза.
Антени
Молекулите на пигмента се свързват с протеините, което им позволява да се движат по посока на светлината и един към друг. Според публикация на Уим Вермаас, професор в Държавния университет в Аризона, набор от 100-5000 пигментни молекули е „ антени". Тези структури улавят светлинна енергия от слънцето под формата на фотони.
В крайна сметка светлинната енергия трябва да бъде прехвърлена към пигментно-протеиновия комплекс, който може да я преобразува в химическа енергия под формата на електрони. В растенията например светлинната енергия се предава на хлорофилни пигменти. Преходът към химическа енергия се случва, когато хлорофилният пигмент измества електрон, който след това може да бъде прехвърлен на съответния приемник.
Реакционни центрове
Пигменти и протеини, които превръщат светлинната енергия в химическа енергия и инициират процеса на прехвърляне на електрони, са известни като реакционни центрове.
Процес на фотосинтеза
Реакциите на фотосинтезата на растенията са разделени на такива, които изискват присъствието на слънчева светлина, а не я изискват. В хлоропластите се срещат и двата типа реакции: светлозависими реакции в тилакоидите и светлинно независими реакции в стромата.
Светлозависими реакции (светлинни реакции)когато фотон от светлина удари реакционния център и пигментна молекула като хлорофил освобождава електрон. В този случай електронът не трябва да се връща в първоначалното си положение и това не е лесно да се избегне, тъй като сега хлорофилът има „електронна дупка“, която привлича близките електрони.
Освободеният електрон успява да "избяга", като се движи по електронната транспортна верига, която генерира енергията, необходима за получаване на АТФ (аденозин трифосфат, източник на химическа енергия за клетките) и NADP. "Електронната дупка" в оригиналния пигмент на хлорофил е изпълнена с електрони от водата. В резултат на това кислородът се отделя в атмосферата.
Тъмни реакции(които са независими от наличието на светлина и са известни още като цикъл на Калвин). По време на тъмните реакции се произвеждат АТФ и НАДФ, които са източници на енергия. Цикълът на Калвин се състои от три етапа на химическа реакция: фиксиране на въглерод, редукция и регенерация. Тези реакции използват вода и катализатори. Въглеродните атоми от въглеродния диоксид са "фиксирани", когато са включени в органични молекули, които в крайна сметка образуват три въглеродни въглехидрати (леки захари). След това тези захари се използват за производство на глюкоза или се рециклират, за да се започне отново цикълът на Калвин.
Фотосинтеза в бъдеще. Използването на фотосинтеза
Фотосинтезиращите организми са потенциално средство за производство на чисти горива като водород или дори метан. Наскоро изследователска група от университета в Турку във Финландия приложи способността на зелените водорасли да произвеждат водород. Зелените водорасли могат да произвеждат водород в рамките на секунди, ако първо са изложени на липса на светлина и кислород и след това са изложени на светлина. Екипът е разработил начин да удължи производството на водород от водорасли с до три дни, както се съобщава в публикация за 2018 г. в списанието Energy & Environmental Science.
Учените са постигнали напредък и в изкуствената фотосинтеза. Например група изследователи от Калифорнийския университет в Бъркли са разработили изкуствена система за улавяне на въглероден диоксид, използвайки полупроводникови нанопроводници и бактерии. Комбинацията от набор от биосъвместими поглъщащи светлината нанопроводници със специфична популация от бактерии, използвайки енергията на слънчевата светлина, превръща въглеродния диоксид в гориво или полимери. Екип от учени публикува своя проект през 2015 г. в списанието Nano Letters.
През 2016 г. учени от същата група публикуваха проучване в списание Science, в което се описва друга система за изкуствена фотосинтеза, при която специално създадени бактерии са използвани за производство на течни горива, използващи слънчева светлина, вода и въглероден диоксид. Като цяло растенията могат да използват само 1% от слънчевата енергия и да я използват по време на фотосинтезата за производство на органични съединения. Обратно, системата за изкуствена фотосинтеза е в състояние да използва 10% от слънчевата енергия за производство на органични съединения.
Изследването на природни процеси като фотосинтезата помага на учените да разработят нови начини за използване на различни възобновяеми енергийни източници. Слънчевата светлина се използва широко от растенията и бактериите при фотосинтезата, така че изкуствената фотосинтеза е логична стъпка за създаване на екологично гориво.
Статията използва материали от lifecience.com
(Видян 1663 | Видян днес 1)
Най -добрите стайни растения, които пречистват въздуха
Фотосинтезае процес на синтез на органични вещества от неорганични поради енергията на светлината. В по -голямата част от случаите фотосинтезата се осъществява от растения, използващи такива клетъчни органели като хлоропластисъдържащи зелен пигмент хлорофил.
Ако растенията не бяха способни да синтезират органични вещества, тогава почти всички други организми на Земята нямаше да имат с какво да се хранят, тъй като животните, гъбите и много бактерии не могат да синтезират органични вещества от неорганични. Те абсорбират само готовите, разделят ги на по-прости, от които отново сглобяват сложни, но вече характерни за тялото им.
Такъв е случаят, ако говорим за фотосинтезата и нейната роля много накратко. За да разберете фотосинтезата, трябва да кажете повече: какви специфични неорганични вещества се използват, как протича синтезът?
Фотосинтезата изисква две неорганични вещества - въглероден диоксид (CO 2) и вода (H 2 O). Първият се абсорбира от въздуха от въздушните части на растенията главно през устицата. Вода - от почвата, откъдето се доставя до фотосинтетичните клетки чрез проводящата система на растението. Също така, фотосинтезата изисква енергията на фотоните (hν), но те не могат да бъдат приписани на материята.
Като цяло фотосинтезата произвежда органични вещества и кислород (O 2). Обикновено органичното вещество обикновено се нарича глюкоза (C 6 H 12 O 6).
Органичните съединения се състоят предимно от въглеродни, водородни и кислородни атоми. Те се намират във въглеродния диоксид и водата. При фотосинтезата обаче се отделя кислород. Неговите атоми са взети от вода.
Накратко и най -общо уравнението на реакцията на фотосинтезата обикновено се записва, както следва:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Но това уравнение не отразява същността на фотосинтезата, не я прави разбираема. Вижте, въпреки че уравнението е балансирано, то има общо 12 атома в свободен кислород.Но ние казахме, че те идват от вода, а има само 6 от тях.
Всъщност фотосинтезата протича в две фази. Първият се нарича светлина, второто е тъмно... Такива имена се дължат на факта, че светлината е необходима само за светлата фаза, тъмната фаза е независима от нейното присъствие, но това не означава, че тя отива в тъмното. Светлата фаза се появява върху хлоропластовите тилакоидни мембрани, тъмната фаза - в стромата на хлоропласта.
В светлата фаза не се наблюдава свързване на CO 2. Има само улавяне на слънчева енергия от хлорофилни комплекси, нейното съхранение в АТФ, използване на енергия за редукция на NADP до NADP * H 2. Потокът от енергия от хлорофил, възбуден от светлина, се осигурява от електрони, които се предават по електронно -транспортната верига от ензими, вградени в тилакоидните мембрани.
Водородът за NADP се взема от вода, която под въздействието на слънчевата светлина се разлага на кислородни атоми, водородни протони и електрони. Този процес се нарича фотолиза... Кислородът от водата не е необходим за фотосинтезата. Кислородните атоми от две водни молекули се комбинират, за да образуват молекулен кислород. Уравнението на реакцията за леката фаза на фотосинтезата е накратко, както следва:
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2
По този начин кислородът се отделя по време на светлинната фаза на фотосинтезата. Броят на молекулите на АТФ, синтезирани от ADP и фосфорна киселина при фотолиза на една молекула вода, може да бъде различен: една или две.
И така, ATP и NADP * H 2 влизат в тъмната фаза от светлата фаза. Тук енергията на първата и редукционната сила на втората се изразходват за свързване на въглероден диоксид. Този етап на фотосинтезата не може да бъде обяснен просто и накратко, тъй като не протича по начина, по който шест молекули CO 2 се комбинират с водорода, освободен от молекулите NADP * H 2, за да образуват глюкоза:
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(реакцията протича с разход на енергия АТФ, който се разлага на АДФ и фосфорна киселина).
Горната реакция е само опростяване, за да се улесни разбирането. Всъщност молекулите на въглеродния диоксид се свързват една по една, прикрепят се към готовата органична материя с пет въглерода. Образува се нестабилна органична материя с шест въглерода, която се разлага на три въглеродни молекули въглехидрати. Някои от тези молекули се използват за ресинтеза на първоначалното вещество с пет въглерода за свързване на CO 2. Такава ресинтеза е осигурена Цикъл на Калвин... Малка част от три въглеродните молекули въглехидрати напускат цикъла. Всички други органични вещества (въглехидрати, мазнини, протеини) се синтезират от тях и други вещества.
Тоест всъщност три въглеродни захари, а не глюкоза, се освобождават от тъмната фаза на фотосинтезата.
Човешкият живот, подобно на целия живот на Земята, е невъзможен без дишане. Вдишваме кислород от въздуха и издишваме въглероден диоксид. Но защо кислородът не свършва? Оказва се, че въздухът в атмосферата непрекъснато се захранва с кислород. И това насищане се случва именно поради фотосинтезата.
Фотосинтезата е проста и ясна!
Всеки е длъжен да разбере какво е фотосинтеза. За да направите това, изобщо не е нужно да пишете сложни формули, достатъчно е да разберете важността и магията на този процес.
Растенията играят основна роля в процеса на фотосинтеза - трева, дървета, храсти. Именно в листата на растенията в продължение на милиони години се случва невероятно превръщане на въглеродния диоксид в кислород, който е толкова необходим за живота на тези, които обичат да дишат. Нека се опитаме да разглобим целия процес на фотосинтеза по ред.
1. Растенията вземат вода от почвата с разтворени в нея минерали - азот, фосфор, манган, калий, различни соли - общо повече от 50 различни химични елемента. Растенията се нуждаят от него за хранене. Но от земята растенията получават само 1/5 от необходимите вещества. Останалите 4/5 излизат от въздуха!
2. Растенията абсорбират въглероден диоксид от въздуха. Същият въглероден диоксид, който издишваме всяка секунда. Растенията дишат въглероден диоксид точно като вас и аз дишаме кислород. Но това не е достатъчно.
3. Незаменим компонент в естествената лаборатория е слънчевата светлина. Слънчевите лъчи в листата на растенията предизвикват необикновена химическа реакция. Как става това?
4. В листата на растенията има невероятно вещество - хлорофил... Хлорофилът е в състояние да улавя потоци слънчева светлина и неуморно обработва получената вода, микроелементи, въглероден диоксид в органична материя, необходима за всяко живо същество на нашата планета. В този момент растенията отделят кислород в атмосферата! Това произведение на хлорофила учените наричат сложна дума - фотосинтеза.
Презентация на тема Фотосинтеза може да бъде изтеглена на образователния портал
И така, защо тревата е зелена?
Сега, когато знаем, че растителните клетки съдържат хлорофил, на този въпрос е много лесно да се отговори. Не без основание хлорофилът се превежда от древногръцкия език като „зелен лист“. За фотосинтеза хлорофилът използва всички слънчеви лъчи, с изключение на зеленото. Виждаме трева, листата на растенията зелени именно защото хлорофилът се оказва зелен.
Значението на фотосинтезата.
Значението на фотосинтезата не може да бъде надценено - без фотосинтеза, твърде много въглероден диоксид би се натрупал в атмосферата на нашата планета, повечето живи организми просто няма да могат да дишат и да умрат. Нашата Земя ще се превърне в безжизнена планета. За да се предотврати това, всеки човек на планетата Земя трябва да помни, че ние сме много длъжници на растенията.
Ето защо е толкова важно да се създадат колкото се може повече паркове и зелени площи в градовете. Защитете тайгата и джунглата от унищожаване. Или просто засадете дърво до къщата си. Или да не се чупят клоните. Само участието на всеки човек на планетата Земя ще помогне за запазването на живота на родната планета.
Но значението на фотосинтезата не се ограничава до превръщането на въглеродния диоксид в кислород. В резултат на фотосинтезата в атмосферата се образува озоновият слой, който предпазва планетата от вредните лъчи на ултравиолетовата радиация. Растенията са храна за повечето живи същества на Земята. Необходима и здравословна храна. Хранителната стойност на растенията също е заслуга за фотосинтезата.
Напоследък хлорофилът се използва активно в медицината. Хората отдавна знаят, че болните животни инстинктивно ядат зелени листа, за да се излекуват. Учените са открили, че хлорофилът е подобен на вещество в човешките кръвни клетки и е способен да прави чудеса.
Растенията получават всичко необходимо за растежа и развитието от околната среда. По това те се различават от другите живи организми. За да се развият добре, са необходими плодородна почва, естествено или изкуствено напояване и добро осветление. Нищо няма да расте в тъмното.
Почвата е източник на вода и хранителни органични съединения, микроелементи. Но дърветата, цветята, тревите също се нуждаят от слънчева енергия. Под влияние на слънчевата светлина възникват определени реакции, в резултат на които въглеродният диоксид, абсорбиран от въздуха, се превръща в кислород. Този процес се нарича фотосинтеза. Химичната реакция, която възниква при излагане на слънчева светлина, също произвежда глюкоза и вода. Тези вещества са жизненоважни за развитието на растението.
На езика на химиците реакцията изглежда така: 6CO2 + 12H2O + светлина = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. Опростена форма на уравнението: въглероден диоксид + вода + светлина = глюкоза + кислород + вода.
Буквално „фотосинтеза“ се превежда като „заедно със светлината“. Тази дума се състои от две прости думи "снимка" и "синтез". Слънцето е много мощен източник на енергия. Хората го използват за генериране на електричество, изолиране на къщи и затопляне на вода. Растенията също се нуждаят от енергия от слънцето, за да поддържат живота. Глюкозата от фотосинтезата е проста захар, която е едно от най -важните хранителни вещества. Растенията го използват за растеж и развитие, а излишъкът се отлага в листа, семена, плодове. Не цялата глюкоза остава непроменена в зелените части на растенията и плодовете. Простите захари са склонни да се превръщат в по -сложни, които включват нишесте. Такива запаси от растения се консумират в периоди на недостиг на хранителни вещества. Именно те определят хранителната стойност на билките, плодовете, цветята, листата за животни и хора, които ядат растителна храна.
Как растенията поглъщат светлината
Процесът на фотосинтеза е доста сложен, но може да бъде описан накратко, така че да стане разбираем дори за децата в училищна възраст. Един от най -често срещаните въпроси се отнася до механизма на поглъщане на светлината. Как светлинната енергия попада в растенията? Процесът на фотосинтеза протича в листата. В листата на всички растения има зелени клетки - хлоропласти. Те съдържат вещество, наречено хлорофил. Хлорофилът е пигментът, който придава на листата зелен цвят и е отговорен за поглъщането на светлинна енергия. Много хора не са се замисляли защо листата на повечето растения са широки и плоски. Оказва се, че природата е предоставила това по някаква причина. Широката повърхност ви позволява да абсорбирате повече слънчева светлина. По същата причина слънчевите панели са направени широки и плоски.
Горната част на листата е защитена от восъчен слой (кутикула) от загуба на вода и неблагоприятни ефекти от времето, вредители. Нарича се палисада. Ако погледнете внимателно листа, можете да видите, че горната страна е по -ярка и гладка. Получава се богат цвят поради факта, че в тази част има повече хлоропласти. Излишната светлина може да намали способността на растението да произвежда кислород и глюкоза. Хлорофилът се уврежда от излагане на ярко слънце и това забавя фотосинтезата. Забавянето се случва и с настъпването на есента, когато светлината намалява, а листата започват да пожълтяват поради разрушаването на хлоропластите в тях.
Ролята на водата във фотосинтезата и растителния живот не може да се подценява. Водата е необходима за:
- осигуряване на растенията с разтворени в него минерали;
- поддържане на тонус;
- охлаждане;
- възможността за химични и физични реакции.
Дървета, храсти, цветя абсорбират водата от почвата от корените, а след това влагата се издига по стъблото, преминава в листата по вените, които са видими дори с невъоръжено око.
Въглеродният диоксид навлиза през малки дупки в долната част на листа - устицата. В долната част на листа клетките са подредени така, че въглеродният диоксид да може да проникне по -дълбоко. Той също така позволява на кислорода, произведен по време на фотосинтезата, лесно да напусне листата. Както всички живи организми, растенията са надарени със способността да дишат. Освен това, за разлика от животните и хората, те абсорбират въглероден диоксид и отделят кислород, а не обратното. Там, където има много растения, въздухът е много чист и свеж. Ето защо е толкова важно да се грижим за дървета, храсти, да разпределяме площади и паркове в големите градове.
Светли и тъмни фази на фотосинтезата
Процесът на фотосинтеза е сложен и се състои от две фази - светла и тъмна. Светлинната фаза е възможна само в присъствието на слънчева светлина. Под въздействието на светлината молекулите на хлорофила йонизират, което води до образуване на енергия, която служи като катализатор за химическа реакция. Редът на събитията в тази фаза изглежда така:
- светлината удря молекулата на хлорофила, която се абсорбира от зеления пигмент и го превръща в възбудено състояние;
- настъпва разделяне на водата;
- Синтезира се АТФ, който е акумулатор на енергия.
Тъмната фаза на фотосинтезата протича без участието на светлинна енергия. На този етап се образуват глюкоза и кислород. В същото време е важно да се разбере, че образуването на глюкоза и кислород става денонощно, а не само през нощта. Тъмната фаза се нарича, защото наличието на светлина вече не е необходимо за нейния поток. Катализаторът е АТФ, който е синтезиран по -рано.
Значението на фотосинтезата в природата
Фотосинтезата е един от най -значимите природни процеси. Необходимо е не само да се поддържа растението, но и за целия живот на планетата. Фотосинтезата е необходима за:
- осигуряване на храна на животни и хора;
- отстраняване на въглеродния диоксид и оксидиране на въздуха;
- поддържане на хранителния цикъл.
Всички растения зависят от скоростта на фотосинтезата. Слънчевата енергия може да се разглежда като фактор, който провокира или инхибира растежа. Например в южните райони и регионите на слънцето има много и растенията могат да растат доста високи. Ако вземем предвид как протича процесът във водни екосистеми, на повърхността на моретата, океаните, няма недостиг на слънчева светлина и в тези слоеве се наблюдава обилен растеж на водорасли. В по -дълбоките слоеве вода има недостиг на слънчева енергия, което влияе върху скоростта на растеж на водната флора.
Процесът на фотосинтеза допринася за образуването на озоновия слой в атмосферата. Това е много важно, тъй като помага за защита на целия живот на планетата от вредното въздействие на ултравиолетовите лъчи.
Фотосинтезае синтез на органични съединения в листата на зелени растения от вода и въглероден диоксид на атмосферата, използвайки слънчева (лека) енергия, адсорбирана от хлорофил в хлоропласти.
Благодарение на фотосинтезата енергията на видимата светлина се улавя и превръща в химическа енергия, съхранявана (съхранявана) в органични вещества, образувани по време на фотосинтезата.
Датата на откриване на процеса на фотосинтеза може да се счита за 1771 г. Английският учен Дж. Пристли обърна внимание на промяната в състава на въздуха поради жизнената активност на животните. В присъствието на зелени растения въздухът отново стана подходящ както за дишане, така и за изгаряне. Впоследствие работата на редица учени (J. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J. B. Boussingot) установи, че зелените растения абсорбират CO2 от въздуха, от който се образува органична материя с участието на вода в светлината. Именно този процес през 1877 г. германският учен В. Пфефер нарича фотосинтеза. Законът за запазване на енергията, формулиран от Р. Майер, имаше голямо значение за разкриването на същността на фотосинтезата. През 1845 г. Р. Майер предполага, че енергията, използвана от растенията, е енергията на Слънцето, която растенията превръщат в химическа енергия по време на фотосинтезата. Тази позиция е разработена и експериментално потвърдена в изследванията на забележителния руски учен К.А. Тимирязев.
Основната роля на фотосинтезиращите организми:
1) преобразуване на енергията на слънчевата светлина в енергия на химични връзки на органични съединения;
2) насищане на атмосферата с кислород;
В резултат на фотосинтезата на Земята се образуват 150 милиарда тона органични вещества и годишно се отделят около 200 милиарда тона свободен кислород. Той предотвратява увеличаването на концентрацията на CO2 в атмосферата, предотвратявайки прегряването на Земята (парников ефект).
Атмосферата, създадена чрез фотосинтеза, защитава живите същества от разрушителната късовълнова UV радиация (кислород-озонов екран на атмосферата).
Само 1-2% от слънчевата енергия се прехвърля в реколтата от селскостопански растения; загубите са причинени от непълно поглъщане на светлина. Следователно има огромна перспектива за увеличаване на добивите поради подбора на сортове с висока фотосинтетична ефективност, създаването на структура на културата, благоприятна за поглъщане на светлина. В тази връзка развитието на теоретични основи на контрола на фотосинтезата става особено спешно.
Значението на фотосинтезата е огромно. Нека само да отбележим, че той доставя гориво (енергия) и атмосферен кислород, необходими за съществуването на всички живи същества. Следователно, ролята на фотосинтезата е планетарна.
Планетарният характер на фотосинтезата се определя и от факта, че благодарение на циркулацията на кислород и въглерод (главно) се поддържа съвременният състав на атмосферата, което от своя страна определя по -нататъшното поддържане на живота на Земята. Можем да кажем по -нататък, че енергията, която се съхранява в продуктите на фотосинтезата, е по същество основният източник на енергия, който човечеството сега има.
Тотална реакция на фотосинтеза
CO 2 + H 2 O = (CH 2 О) + О 2 .
Химията на фотосинтезата се описва със следните уравнения:
Фотосинтеза - 2 групи реакции:
лека сцена (зависи от осветление)
тъмна сцена (зависи от температурата).
И двете групи реакции протичат едновременно
Фотосинтезата се извършва в хлоропластите на зелените растения.
Фотосинтезата започва с улавяне и поглъщане на светлина от пигмента хлорофил, който се съдържа в хлоропластите на зелените растителни клетки.
Това е достатъчно, за да се измести абсорбционният спектър на молекулата. 
Молекулата на хлорофила абсорбира фотоните във виолетовото и синьото, а след това в червената част на спектъра и не взаимодейства с фотоните в зелената и жълтата част на спектъра.
Следователно хлорофилът и растенията изглеждат зелени - те просто не могат да използват зелените лъчи по никакъв начин и ги оставят да ходят по света (като по този начин го правят по -зелен).
Фотосинтетичните пигменти са разположени от вътрешната страна на тилакоидната мембрана.
Пигментите са организирани в фотосистеми(антенни полета за улавяне на светлина) - съдържащи 250-400 молекули от различни пигменти.
Фотосистемата се състои от:
реакционен центърфотосистеми (молекула хлорофил а),
антенни молекули
Всички пигменти във фотосистемата са способни да прехвърлят енергия на възбудено състояние един към друг. Енергията на фотона, погълната от една или друга пигментна молекула, се прехвърля в съседна молекула, докато достигне реакционния център. Когато резонансната система на реакционния център премине в възбудено състояние, тя прехвърля два възбудени електрона към акцепторната молекула и по този начин се окислява и придобива положителен заряд.
В растенията:
фотосистема 1(максимално поглъщане на светлина при дължина на вълната 700 nm - P700)
фотосистема 2(максимално поглъщане на светлина при дължина на вълната 680 nm - P680
Разликите в абсорбционния оптимум се дължат на малки разлики в структурата на пигментите.
Двете системи работят заедно, подобно на конвейер от две части, наречен нециклично фотофосфорилиране .
Обобщеното уравнение за нециклично фотофосфорилиране:
Ф - символно обозначение на остатъка от фосфорна киселина
Цикълът започва с фотосистема 2.
1) антенните молекули улавят фотон и прехвърлят възбуждането към молекула на активния център P680;
2) възбудената молекула Р680 дава два електрона на кофактора Q, докато тя се окислява и придобива положителен заряд;
Кофактор(кофактор). Коензим или друго вещество, необходимо за функционирането на ензима
Коензими (коензими)[от лат. co (cum) - заедно и ензими], органични съединения с не -протеинова природа, участващи в ензимната реакция като акцептори на отделни атоми или атомни групи, отцепени от ензима от субстратната молекула, т.е. за осъществяване на каталитичното действие на ензимите. Тези вещества, за разлика от протеиновия компонент на ензима (апоензим), имат относително ниско молекулно тегло и като правило са термостабилни. Понякога коензими означават всякакви нискомолекулни вещества, чието участие е необходимо за проявата на каталитичното действие на ензима, включително йони, например. K+, Mg 2+ и Mn 2+. Офертите се намират. в активния център на ензима и заедно със субстрата и функционалните групи на активния център образуват активиран комплекс.
За проявата на каталитична активност повечето ензими изискват наличието на коензим. Изключение правят хидролитичните ензими (например протеази, липази, рибонуклеази), които изпълняват своята функция при липса на коензим.
Молекулата се редуцира с Р680 (под действието на ензими). В този случай водата се дисоциира на протони и молекулен кислород,тези. водата е донор на електрони, който осигурява попълване на електрони в P 680.
ФОТОЛИЗА ВОДА- разцепване на водна молекула, по -специално по време на фотосинтезата. Поради фотолизата на водата се образува кислород, който се отделя от зелените растения на светлина.
Зареждане ...