Fotosinteza je proces koji koriste biljke, alge i neke bakterije kako bi iskoristile energiju sunčeve svjetlosti i pretvorile je u kemijsku energiju. Ovaj članak opisuje opće principe fotosinteze i primjenu fotosinteze za razvoj čistih goriva i obnovljivih izvora energije.
Postoje dvije vrste fotosintetskih procesa: kiseonik fotosinteza i anoksigen fotosinteza... Opći principi anoksigene i kisikove fotosinteze vrlo su slični, ali najčešća je kisikova fotosinteza, koja se primjećuje u biljkama, algama i cijanobakterijama.
Za vrijeme kisikove fotosinteze svjetlosna energija olakšava prijenos elektrona iz vode (H 2 O) u ugljikov dioksid (CO 2). Reakcijom nastaju kisik i ugljikovodici.
Fotosinteza kisika se može nazvati procesom suprotnim od disanja u kojem dolazi do apsorpcije ugljičnog dioksida koji proizvode svi organizmi koji dišu i oslobađanja kisika u atmosferu.
S druge strane, voda se ne koristi kao donator elektrona u anoksigenoj fotosintezi. Ovaj proces se obično vidi kod bakterija poput ljubičastih bakterija i bakterija zelenog sumpora, koje se uglavnom nalaze u različitim vodenim okruženjima.
Uz anoksigenu fotosintezu, kisik se ne proizvodi, pa otuda i ime. Rezultat reakcije ovisi o donoru elektrona. Na primjer, mnoge bakterije koriste sumporovodik kao donator, a kao rezultat ove fotosinteze nastaje čvrsti sumpor.
Iako su obje vrste fotosinteze složeni i višestepeni procesi, mogu se ugrubo predstaviti u obliku donjih kemijskih jednadžbi.
Fotosinteza kisika piše ovako:
6CO 2 + 12H 2 O + Svjetlosna energija → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O
Ovdje se šest molekula ugljičnog dioksida (CO2) kombinira s 12 molekula vode (H2O) pomoću svjetlosne energije. Kao rezultat reakcije nastaje jedna molekula ugljikohidrata (C6H12O6 ili glukoza) i šest molekula kisika i šest molekula vode.
Slično različite reakcije anoksigena fotosinteza može se predstaviti u obliku jedne generalizirane formule:
CO 2 + 2H 2 A + Svjetlosna energija → + 2A + H 2 O
Slovo A u jednadžbi je varijabla, a H 2 A predstavlja potencijalnog donora elektrona. Na primjer, A može biti sumpor u sumporovodiku (H 2 S).
Fotosintetski aparat
Ispod su stanične komponente potrebne za fotosintezu.
Pigmenti
Pigmenti Molekule su koje daju boju biljkama, algama i bakterijama, ali su i odgovorne za efikasno hvatanje sunčeve svjetlosti. Pigmenti različitih boja apsorbiraju različite valne dužine svjetlosti. Tri glavne grupe su predstavljene u nastavku.
- Hlorofili Mogu li zeleni pigmenti zarobiti plavo i crveno svjetlo. Hlorofili imaju tri podtipa koji se nazivaju hlorofil a, hlorofil b i hlorofil c. Klorofil a se nalazi u svim fotosintetskim biljkama. Postoji i bakterijska varijanta, bakteriohlorofil, koja apsorbira infracrveno svjetlo. Ovaj pigment se uglavnom nalazi u ljubičastim i zelenim bakterijama sumpora, koje vrše anoksigenu fotosintezu.
- Karotenoidi Da li su crveni, narandžasti ili žuti pigmenti koji upijaju plavo-zelenu svjetlost. Primjeri karotenoida su ksantofil (žuti) i karoten (narančasti), koji mrkvi daju boju.
- Phycobilins Jesu li crveni ili plavi pigmenti koji apsorbiraju dugačke valne duljine svjetlosti koje klorofili i karotenoidi ne apsorbiraju tako dobro. Mogu se vidjeti u cijanobakterijama i crvenim algama.
Plastid
Fotosintetski eukariotski organizmi sadrže organele u citoplazmi tzv plastidi... Plastidi s dvije membrane u biljkama i algama smatraju se primarnim plastidama, a plastide s više membrana koje se nalaze u planktonu nazivaju se sekundarni plastidi, prema članku Nature Education autora Chong Xin Chan -a i Debashish Bhattacharya, istraživača sa Univerziteta Rutgers u New Jerseyju.
Plastidi obično sadrže pigmente ili mogu pohraniti hranjive tvari. Bezbojni i nepigmentirani leukoplasti skladište masti i škrob, dok kromoplasti sadrže karotenoide, a kloroplasti sadrže klorofil.
Fotosinteza se odvija u kloroplastima; posebno u područjima grane i strome. Grane su naslagane ravne vezikule ili membrane koje se nazivaju tilakoidi. Sve fotosintetske strukture nalaze se u zrnu. Tu se odvija prijenos elektrona. Prazni prostori između stubova grane čine stromu.
Kloroplasti su poput mitohondrija, energetskih centara stanica, po tome što imaju vlastiti genom ili zbirku gena sadržanih u cikličnoj DNK. Ovi geni kodiraju proteine potrebne za organelu i fotosintezu. Poput mitohondrija, smatra se da su se kloroplasti razvili iz primitivnih bakterijskih stanica kroz endosimbiozu.
Antene
Molekule pigmenta vežu se za proteine, što im omogućuje kretanje u smjeru svjetlosti i jedno prema drugom. Prema publikaciji Wima Vermaasa, profesora na Državnom univerzitetu Arizona, skup od 100-5000 molekula pigmenta je „ antene". Ove strukture hvataju svjetlosnu energiju od sunca u obliku fotona.
Na kraju, svjetlosna energija mora se prenijeti u kompleks pigment-protein, koji ju može pretvoriti u kemijsku energiju u obliku elektrona. Na primjer, u biljkama se svjetlosna energija prenosi na pigmente klorofila. Prijelaz na kemijsku energiju događa se kada pigment klorofila zamijeni elektron, koji se zatim može prenijeti odgovarajućem primatelju.
Reakcijski centri
Pigmenti i proteini koji pretvaraju svjetlosnu energiju u kemijsku energiju i pokreću proces prijenosa elektrona poznati su kao reakcioni centri.
Proces fotosinteze
Reakcije fotosinteze biljaka podijeljene su na one koje zahtijevaju prisutnost sunčeve svjetlosti, a ne zahtijevaju je. U kloroplastima se odvijaju obje vrste reakcija: reakcije koje zavise od svjetla u tilakoidima i reakcije neovisne o svjetlu u stromi.
Reakcije ovisne o svjetlu (svjetlosne reakcije) kada foton svjetlosti pogodi reakcijski centar i molekula pigmenta poput klorofila oslobodi elektron. U ovom slučaju, elektron se ne bi trebao vratiti u prvobitni položaj, a to nije lako izbjeći, jer sada klorofil ima "elektronsku rupu" koja privlači elektrone u blizini.
Oslobođeni elektron uspijeva "pobjeći" krećući se duž elektroničkog transportnog lanca, koji stvara energiju potrebnu za dobivanje ATP -a (adenozin trifosfata, izvora kemijske energije za stanice) i NADP -a. "Elektronska rupa" u originalnom pigmentu klorofila ispunjena je elektronima iz vode. Kao rezultat toga, kisik se oslobađa u atmosferu.
Mračne reakcije(koji su nezavisni od prisutnosti svjetlosti i poznati su i kao Calvinov ciklus). Tokom tamnih reakcija stvaraju se ATP i NADP koji su izvori energije. Calvinov ciklus sastoji se od tri stupnja kemijske reakcije: fiksacija ugljika, redukcija i regeneracija. Ove reakcije koriste vodu i katalizatore. Atomi ugljika iz ugljičnog dioksida su "fiksni" kada su ugrađeni u organske molekule, koje na kraju tvore ugljikohidrate s tri ugljika (lagani šećeri). Ti se šećeri zatim koriste za proizvodnju glukoze ili se recikliraju za ponovno pokretanje Calvinovog ciklusa.
Fotosinteza u budućnosti. Upotreba fotosinteze
Fotosintetski organizmi potencijalno su sredstvo za proizvodnju ekološki prihvatljivih goriva poput vodika ili čak metana. Nedavno je istraživačka grupa na Univerzitetu Turku u Finskoj primijenila sposobnost zelenih algi da proizvode vodik. Zelene alge mogu proizvesti vodik u roku od nekoliko sekundi ako su prvo izložene odsutnosti svjetla i kisika, a zatim izložene svjetlosti. Tim je razvio način da produži proizvodnju vodika u algama do tri dana, kako je objavljeno u publikaciji iz 2018. u časopisu Energy & Environmental Science.
Naučnici su takođe napredovali u umjetnoj fotosintezi. Na primjer, grupa istraživača sa Kalifornijskog univerziteta u Berkeleyu razvila je umjetni sistem za hvatanje ugljičnog dioksida pomoću poluvodičkih nanožica i bakterija. Kombinacija niza biokompatibilnih nanožica koje apsorbiraju svjetlost sa specifičnom populacijom bakterija, koristeći energiju sunčeve svjetlosti, pretvara ugljični dioksid u gorivo ili polimere. Tim naučnika objavio je svoj projekat 2015. u časopisu Nano Letters.
2016. godine, naučnici iz iste grupe objavili su studiju u časopisu Science koja je opisala još jedan sistem umjetne fotosinteze u kojem su posebno stvorene bakterije korištene za proizvodnju tekućih goriva pomoću sunčeve svjetlosti, vode i ugljičnog dioksida. Općenito, biljke mogu koristiti samo 1% sunčeve energije i koristiti je tijekom fotosinteze za proizvodnju organskih spojeva. Nasuprot tome, sustav umjetne fotosinteze mogao je koristiti 10% solarne energije za proizvodnju organskih spojeva.
Istraživanje prirodnih procesa, poput fotosinteze, pomaže naučnicima da razviju nove načine iskorištavanja različitih obnovljivih izvora energije. Biljke i bakterije u fotosintezi široko koriste sunčevu svjetlost, pa je umjetna fotosinteza logičan korak za stvaranje ekološki prihvatljivog goriva.
U članku su korišteni materijali sa lifecience.com
(Gledano 1663 | Gledano danas 1)
Najbolje sobne biljke koje pročišćavaju zrak
Fotosinteza je proces sinteze organskih tvari iz anorganskih zbog energije svjetlosti. U velikoj većini slučajeva fotosintezu provode biljke koje koriste stanične organele kao hloroplasti koji sadrži zeleni pigment klorofil.
Da biljke nisu sposobne sintetizirati organske tvari, tada se gotovo svi drugi organizmi na Zemlji ne bi imali čime hraniti, jer životinje, gljive i mnoge bakterije ne mogu sintetizirati organske tvari iz anorganskih. Oni samo upijaju gotove, dijele ih na jednostavnije, od kojih ponovo sastavljaju složene, ali već karakteristične za njihovo tijelo.
To je slučaj ako vrlo kratko govorimo o fotosintezi i njenoj ulozi. Da biste razumjeli fotosintezu, morate reći više: koje se specifične anorganske tvari koriste, kako se sinteza odvija?
Za fotosintezu su potrebne dvije anorganske tvari - ugljikov dioksid (CO 2) i voda (H 2 O). Prvi se iz zraka apsorbira iz zraka iz nadzemnih dijelova biljaka, uglavnom kroz stomate. Voda - iz tla, odakle se biljnim provodnim sistemom isporučuje u fotosintetske ćelije. Takođe, fotosinteza zahtijeva energiju fotona (hν), ali se oni ne mogu pripisati materiji.
Ukupno, fotosinteza proizvodi organsku tvar i kisik (O 2). Obično se organska tvar obično naziva glukoza (C 6 H 12 O 6).
Organski spojevi uglavnom se sastoje od atoma ugljika, vodika i kisika. Oni se nalaze u ugljičnom dioksidu i vodi. Međutim, tijekom fotosinteze oslobađa se kisik. Atomi su uzeti iz vode.
Ukratko i općenito, jednadžba reakcije fotosinteze obično se zapisuje na sljedeći način:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Ali ova jednadžba ne odražava suštinu fotosinteze, ne čini je razumljivom. Gledajte, iako je jednadžba uravnotežena, ima ukupno 12 atoma slobodnog kisika, ali rekli smo da dolaze iz vode, a ima ih samo 6.
Zapravo, fotosinteza se odvija u dvije faze. Prvi se zove svjetlo, drugi je tamno... Takvi nazivi su posljedica činjenice da je svjetlo potrebno samo za svjetlosnu fazu, tamna faza je neovisna o njenoj prisutnosti, ali to ne znači da ide u mraku. Svijetla faza javlja se na membranama hloroplasta tilakoida, tamna faza - u stromi kloroplasta.
U svjetlosnoj fazi ne dolazi do vezivanja CO 2. Postoji samo hvatanje solarne energije kompleksima klorofila, njeno skladištenje u ATP -u, upotreba energije za redukciju NADP -a u NADP * H 2. Protok energije iz klorofila pobuđenog svjetlošću osiguravaju elektroni, koji se prenose duž lanca transporta elektrona enzima ugrađenih u membrane tilakoida.
Vodik za NADP uzima se iz vode koja se pod utjecajem sunčeve svjetlosti razlaže na atome kisika, protone vodika i elektrone. Ovaj proces se naziva fotoliza... Kisik iz vode nije potreban za fotosintezu. Atomi kisika iz dvije molekule vode spajaju se u molekularni kisik. Jednadžba reakcije za svjetlosnu fazu fotosinteze je ukratko sljedeća:
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2
Tako se kisik oslobađa tijekom svjetlosne faze fotosinteze. Broj molekula ATP -a sintetiziranih iz ADP -a i fosforne kiseline po fotolizi jedne molekule vode može biti različit: jedan ili dva.
Dakle, ATP i NADP * H 2 ulaze u tamnu fazu iz svijetle faze. Ovdje se energija prvog i redukcijska sila drugog troše na vezivanje ugljičnog dioksida. Ova faza fotosinteze ne može se objasniti jednostavno i kratko, jer se ne odvija na način da se šest molekula CO 2 kombinira s vodikom oslobođenim iz molekula NADP * H 2 i tvori glukozu:
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reakcija se nastavlja trošenjem energije ATP -a, koji se razlaže na ADP i fosfornu kiselinu).
Gore navedena reakcija samo je pojednostavljenje radi lakšeg razumijevanja. Zapravo, molekule ugljičnog dioksida vežu se jedna po jedna i vezuju se za gotovu organsku tvar s pet ugljika. Nastaje nestabilna organska tvar sa šest ugljika koja se razlaže na molekule ugljikohidrata s tri ugljika. Neki od ovih molekula koriste se za resintezu izvorne tvari s pet ugljika za vezivanje CO 2. Takva resinteza je osigurana Kalvinov ciklus... Manjina molekula ugljikohidrata s tri ugljika napušta ciklus. Sve ostale organske tvari (ugljikohidrati, masti, proteini) sintetiziraju se iz njih i drugih tvari.
To je, u stvari, šećer s tri ugljika, a ne glukoza, oslobođen iz tamne faze fotosinteze.
Ljudski život, kao i sav život na Zemlji, nemoguć je bez disanja. Udišemo kisik iz zraka i izdišemo ugljični dioksid. Ali zašto kiseonik ne nestaje? Ispostavilo se da se zrak u atmosferi kontinuirano napaja kisikom. A do ovog zasićenja dolazi upravo zahvaljujući fotosintezi.
Fotosinteza je jednostavna i jasna!
Svako je dužan razumjeti šta je fotosinteza. Da biste to učinili, uopće ne morate pisati složene formule, dovoljno je razumjeti važnost i magiju ovog procesa.
Biljke igraju glavnu ulogu u procesu fotosinteze - trava, drveće, grmlje. U listovima biljaka milionima godina dolazi do nevjerojatne transformacije ugljičnog dioksida u kisik, koji je toliko potreban za život onima koji vole disati. Pokušajmo redom rastaviti cijeli proces fotosinteze.
1. Biljke uzimaju vodu iz tla s mineralima otopljenim u njoj - dušik, fosfor, mangan, kalij, razne soli - ukupno više od 50 različitih kemijskih elemenata. Biljke su potrebne za ishranu. Ali iz zemlje biljke primaju samo 1/5 potrebnih tvari. Ostatak 4/5 izlaze iz zraka!
2. Biljke apsorbiraju ugljični dioksid iz zraka. Isti ugljen -dioksid koji izdišemo svake sekunde. Biljke udišu ugljični dioksid baš kao i vi i ja. Ali to nije dovoljno.
3. Nezaobilazna komponenta u prirodnoj laboratoriji je sunčeva svjetlost. Sunčevi zraci u lišću biljaka izazivaju izvanrednu hemijsku reakciju. Kako se to događa?
4. U lišću biljaka nalazi se nevjerovatna tvar - klorofil... Klorofil je u stanju uhvatiti tokove sunčeve svjetlosti i neumorno prerađivati nastalu vodu, elemente u tragovima, ugljični dioksid u organske tvari potrebne svakom živom stvorenju na našoj planeti. U ovom trenutku biljke ispuštaju kisik u atmosferu! To djelo hlorofila naučnici nazivaju složenom riječju - fotosinteza.
Prezentaciju na temu Fotosinteza možete preuzeti na obrazovnom portalu
Pa zašto je trava zelena?
Sada kada znamo da biljne ćelije sadrže klorofil, na ovo pitanje je vrlo lako odgovoriti. Nije bez razloga hlorofil preveden sa starogrčkog jezika kao "zeleni list". Za fotosintezu, klorofil koristi sve zrake sunčeve svjetlosti osim zelene. Vidimo travu, lišće biljke zeleno upravo zato što se klorofil pokazao zelenim.
Važnost fotosinteze.
Važnost fotosinteze ne može se precijeniti - bez fotosinteze, previše ugljičnog dioksida bi se nakupilo u atmosferi naše planete, većina živih organizama jednostavno ne bi mogla disati i umrijeti. Naša bi se Zemlja pretvorila u beživotnu planetu. Da bi se to spriječilo, svaka osoba na planeti Zemlji mora se sjetiti da smo biljkama jako dužne.
Zato je toliko važno stvoriti što više parkova i zelenih površina u gradovima. Zaštitite tajgu i džunglu od uništenja. Ili samo posadite drvo pored svoje kuće. Ili da ne lome grane. Samo učešće svake osobe na planeti Zemlji pomoći će očuvanju života na matičnoj planeti.
No važnost fotosinteze nije ograničena na pretvaranje ugljičnog dioksida u kisik. Kao rezultat fotosinteze u atmosferi je nastao ozonski omotač koji štiti planetu od štetnih zraka ultraljubičastog zračenja. Biljke su hrana za većinu živih bića na Zemlji. Potrebna i zdrava hrana. Hranjiva vrijednost biljaka također je zasluga fotosinteze.
Nedavno se klorofil aktivno koristi u medicini. Ljudi su odavno znali da bolesne životinje instinktivno jedu zeleno lišće kako bi ozdravile. Naučnici su otkrili da je klorofil sličan tvari u ljudskim krvnim stanicama i da može činiti čuda.
Biljke dobijaju sve što im je potrebno za rast i razvoj iz okoline. Po tome se razlikuju od ostalih živih organizama. Da bi se dobro razvili, potrebno je plodno tlo, prirodno ili umjetno navodnjavanje i dobro osvjetljenje. Ništa neće rasti u mraku.
Tlo je izvor vode i hranjivih organskih spojeva, elemenata u tragovima. Ali drveće, cvijeće, trave također trebaju solarnu energiju. Pod utjecajem sunčeve svjetlosti dolazi do određenih reakcija, uslijed kojih se ugljični dioksid, apsorbiran iz zraka, pretvara u kisik. Ovaj proces se naziva fotosinteza. Hemijska reakcija koja se javlja pri izlaganju sunčevoj svjetlosti također proizvodi glukozu i vodu. Ove tvari su vitalne za razvoj biljke.
Na jeziku hemičara, reakcija izgleda ovako: 6CO2 + 12H2O + svjetlo = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. Pojednostavljeni oblik jednadžbe: ugljikov dioksid + voda + svjetlo = glukoza + kisik + voda.
Doslovno se "fotosinteza" prevodi kao "zajedno sa svjetlošću". Ova se riječ sastoji od dvije jednostavne riječi "fotografija" i "sinteza". Sunce je veoma moćan izvor energije. Ljudi ga koriste za proizvodnju električne energije, izolaciju kuća i zagrijavanje vode. Biljke takođe trebaju energiju sunca za održavanje života. Glukoza iz fotosinteze je jednostavan šećer koji je jedan od najvažnijih nutrijenata. Biljke ga koriste za rast i razvoj, a višak se taloži u lišću, sjemenkama, plodovima. Ne ostaje sva glukoza nepromijenjena u zelenim dijelovima biljaka i plodova. Jednostavni šećeri imaju tendenciju da se pretvaraju u složenije, koji uključuju škrob. Takve rezerve biljaka troše se u razdobljima nedostatka hranjivih tvari. Oni određuju nutritivnu vrijednost bilja, voća, cvijeća, lišća za životinje i ljude koji jedu biljnu hranu.
Kako biljke apsorbiraju svjetlost
Proces fotosinteze prilično je složen, ali se može ukratko opisati tako da postaje razumljiv čak i za djecu školskog uzrasta. Jedno od najčešćih pitanja odnosi se na mehanizam apsorpcije svjetlosti. Kako svjetlosna energija ulazi u biljke? Proces fotosinteze odvija se u lišću. U lišću svih biljaka nalaze se zelene ćelije - kloroplasti. Sadrže tvar koja se zove klorofil. Klorofil je pigment koji lišću daje zelenu boju i odgovoran je za apsorpciju svjetlosne energije. Mnogi ljudi nisu razmišljali zašto su listovi većine biljaka široki i ravni. Ispostavilo se da je priroda to dala s razlogom. Široka površina omogućuje vam da upijete više sunčeve svjetlosti. Iz istog razloga, solarni paneli su široki i ravni.
Gornji dio lišća zaštićen je voštanim slojem (zanoktica) od gubitka vode i nepovoljnih utjecaja vremena, štetočina. Zove se palisada. Ako pažljivo pogledate list, možete vidjeti da je gornja strana svjetlija i glatkija. Bogata boja dobiva se zbog činjenice da u ovom dijelu ima više kloroplasta. Višak svjetlosti može smanjiti sposobnost biljke da proizvodi kisik i glukozu. Klorofil se oštećuje izlaganjem jakom suncu i to usporava fotosintezu. Do usporavanja dolazi i dolaskom jeseni, kada svjetla postaje sve manje, a lišće počinje žutjeti zbog uništavanja kloroplasta u njima.
Uloga vode u fotosintezi i životu biljaka ne može se podcijeniti. Voda je potrebna za:
- opskrba biljaka mineralima otopljenim u njoj;
- održavanje tona;
- hlađenje;
- mogućnost kemijskih i fizičkih reakcija.
Drveće, grmlje, cvijeće upijaju vodu iz tla korijenjem, a zatim se vlaga diže duž stabljike, prelazi u lišće duž žila, koje su vidljive čak i golim okom.
Ugljični dioksid ulazi kroz male rupe u donjem dijelu lista - stomama. U donjem dijelu lista ćelije su raspoređene tako da ugljični dioksid može prodrijeti dublje. Također omogućava da kisik proizveden tokom fotosinteze lako napusti list. Kao i svi živi organizmi, biljke su obdarene sposobnošću disanja. Štoviše, za razliku od životinja i ljudi, oni apsorbiraju ugljični dioksid i emitiraju kisik, a ne obrnuto. Tamo gdje ima mnogo biljaka, zrak je vrlo čist i svjež. Zato je toliko važno brinuti se o drveću, grmlju, položiti trgove i parkove u velikim gradovima.
Svijetle i tamne faze fotosinteze
Proces fotosinteze je složen i sastoji se od dvije faze - svijetle i tamne. Svjetlosna faza je moguća samo u prisustvu sunčeve svjetlosti. Pod utjecajem svjetlosti molekule klorofila ioniziraju, što rezultira stvaranjem energije koja služi kao katalizator kemijske reakcije. Redoslijed događaja u ovoj fazi izgleda ovako:
- molekula klorofila prima svjetlost koju apsorbira zeleni pigment i pretvara u uzbuđeno stanje;
- dolazi do cijepanja vode;
- Sintetizira se ATP koji je akumulator energije.
Tamna faza fotosinteze odvija se bez učešća svjetlosne energije. U ovoj fazi nastaju glukoza i kisik. Važno je shvatiti da se stvaranje glukoze i kisika događa non -stop, a ne samo noću. Tamna faza se naziva jer prisustvo svjetlosti više nije potrebno za njen tok. Katalizator je ATP, koji je sintetiziran ranije.
Značaj fotosinteze u prirodi
Fotosinteza je jedan od najznačajnijih prirodnih procesa. Potrebno je ne samo podržati biljni život, već i cijeli život na planeti. Fotosinteza je potrebna za:
- opskrba životinjama i ljudima hrane;
- uklanjanje ugljičnog dioksida i oksigenacija zraka;
- održavanje ciklusa hranjivih tvari.
Sve biljke ovise o brzini fotosinteze. Solarna energija može se posmatrati kao faktor koji izaziva ili inhibira rast. Na primjer, u južnim regijama i regijama sunca ima mnogo i biljke mogu narasti prilično visoko. Ako uzmemo u obzir kako se proces odvija u vodenim ekosistemima, na površini mora, oceana nema nedostatka sunčeve svjetlosti i u tim se slojevima primjećuje obilan rast algi. U dubljim slojevima vode postoji nedostatak solarne energije, što utječe na brzinu rasta vodene flore.
Proces fotosinteze doprinosi stvaranju ozonskog omotača u atmosferi. To je vrlo važno jer štiti cijeli život na planeti od štetnog djelovanja ultraljubičastih zraka.
Fotosinteza je sinteza organskih spojeva u lišću zelenih biljaka iz vode i ugljičnog dioksida iz atmosfere pomoću solarne (svjetlosne) energije adsorbirane klorofilom u kloroplastima.
Zahvaljujući fotosintezi, energija vidljive svjetlosti se hvata i pretvara u kemijsku energiju, pohranjenu (pohranjenu) u organskim tvarima nastalim tijekom fotosinteze.
Datum otkrića procesa fotosinteze može se smatrati 1771. Engleski naučnik J. Priestley skrenuo je pažnju na promjenu sastava zraka zbog vitalne aktivnosti životinja. U prisustvu zelenih biljaka, zrak je ponovo postao pogodan i za disanje i za sagorijevanje. Nakon toga, rad brojnih naučnika (J. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J. B. Boussingault) otkrio je da zelene biljke apsorbiraju CO2 iz zraka, iz kojeg nastaju organske tvari uz učešće vode u svjetlosti. Taj je proces 1877. njemački naučnik W. Pfeffer nazvao fotosintezom. Zakon očuvanja energije, koji je formulirao R. Mayer, bio je od velikog značaja za otkrivanje suštine fotosinteze. Godine 1845. R. Mayer je predložio da je energija koju koriste biljke energija Sunca, koju biljke pretvaraju u hemijsku energiju tokom fotosinteze. Ovaj stav je razvijen i eksperimentalno potvrđen u studijama izvanrednog ruskog naučnika K.A. Timiryazev.
Glavna uloga fotosintetskih organizama:
1) pretvaranje energije sunčeve svetlosti u energiju hemijskih veza organskih jedinjenja;
2) zasićenje atmosfere kiseonikom;
Kao rezultat fotosinteze na Zemlji nastaje 150 milijardi tona organske tvari i otpušta se oko 200 milijardi tona slobodnog kisika godišnje. Sprječava povećanje koncentracije CO2 u atmosferi, sprječavajući pregrijavanje Zemlje (efekt staklenika).
Atmosfera stvorena fotosintezom štiti živa bića od destruktivnog kratkotalasnog UV zračenja (kiseoničko-ozonski ekran atmosfere).
Samo 1-2% solarne energije prenosi se na usjeve poljoprivrednog bilja; gubici su posljedica nepotpune apsorpcije svjetlosti. Stoga postoje velike mogućnosti za povećanje prinosa zbog odabira sorti s visokom fotosintetskom efikasnošću, stvaranja strukture usjeva povoljne za upijanje svjetlosti. U tom smislu razvoj teorijskih osnova kontrole fotosinteze postaje posebno hitan.
Važnost fotosinteze je ogromna. Napomenimo samo da on opskrbljuje gorivom (energijom) i atmosferskim kisikom neophodnim za postojanje svih živih bića. Dakle, uloga fotosinteze je planetarna.
Planetarnu prirodu fotosinteze određuje i činjenica da se zahvaljujući cirkulaciji kisika i ugljika (uglavnom) održava savremeni sastav atmosfere, što opet određuje daljnje održavanje života na Zemlji. Možemo dalje reći da je energija uskladištena u proizvodima fotosinteze u suštini glavni izvor energije koji čovječanstvo sada ima.
Potpuna reakcija fotosinteze
CO 2 + H 2 O = (CH 2 O) + O 2 .
Hemija fotosinteze opisana je sljedećim jednadžbama:
Fotosinteza - 2 grupe reakcija:
light stage (zavisi od osvetljenje)
mračna pozornica (zavisi od temperature).
Obje grupe reakcija odvijaju se istovremeno
Fotosinteza se odvija u kloroplastima zelenih biljaka.
Fotosinteza započinje hvatanjem i apsorpcijom svjetlosti od strane pigmenta klorofila, koji se nalazi u kloroplastima zelenih biljnih stanica.
To je dovoljno za promjenu apsorpcijskog spektra molekula. 
Molekula klorofila apsorbira fotone u ljubičastoj i plavoj boji, a zatim u crvenom dijelu spektra i ne stupa u interakciju s fotonima u zelenom i žutom dijelu spektra.
Stoga klorofil i biljke izgledaju zeleno - jednostavno ne mogu na bilo koji način koristiti zelene zrake i ostavljaju ih da hodaju pod bijelim svjetlom (čineći ga tako zelenijim).
Fotosintetski pigmenti nalaze se na unutrašnjoj strani membrane tilakoida.
Pigmenti su organizirani u foto sistemi(antenska polja za hvatanje svjetlosti) - sadrže 250-400 molekula različitih pigmenata.
Foto sistem se sastoji od:
reakcioni centar fotosistemi (molekula hlorofila a),
molekule antene
Svi pigmenti u fotosustavu sposobni su međusobno prenositi energiju pobuđenog stanja. Energija fotona koju apsorbira ova ili ona molekula pigmenta prenosi se na susjednu molekulu dok ne dosegne reakcijski centar. Kada se rezonantni sistem reakcijskog centra pobudi, on prenosi dva pobuđena elektrona na molekulu akceptora i na taj način oksidira i stječe pozitivan naboj.
U biljkama:
fotosistem 1(maksimalna apsorpcija svjetlosti na valnoj duljini 700 nm - P700)
fotosistem 2(maksimalna apsorpcija svjetlosti na valnoj duljini 680 nm - P680
Razlike u optimizaciji apsorpcije posljedice su malih razlika u strukturi pigmenata.
Dva sistema rade zajedno, poput dvodijelnog transportera tzv neciklična fotofosforilacija .
Zbirna jednadžba za neciklična fotofosforilacija:
F - simbolična oznaka ostatka fosforne kiseline
Ciklus počinje fotosistemom 2.
1) molekule antene hvataju foton i prenose uzbudu na molekul aktivnog centra P680;
2) pobuđena molekula P680 predaje dva elektrona kofaktoru Q, dok se oksidira i stječe pozitivan naboj;
Kofaktor(kofaktor). Koenzim ili bilo koja druga tvar potrebna za funkcioniranje enzima
Koenzimi (koenzimi)[od lat. co (cum) - zajedno i enzimi], organski spojevi neproteinske prirode, koji sudjeluju u enzimskoj reakciji kao akceptori pojedinih atoma ili atomskih skupina, cijepljeni enzimom iz molekule supstrata, tj. za provođenje katalitičkog djelovanja enzima. Ove tvari, za razliku od proteinske komponente enzima (apoenzima), imaju relativno nisku molekularnu težinu i u pravilu su termostabilne. Ponekad koenzimi označavaju bilo koje tvari niske molekularne mase, čije je sudjelovanje potrebno za ispoljavanje katalitičkog djelovanja enzima, uključujući ione, na primjer. K+, Mg 2+ i Mn 2+. Ponude se nalaze. u aktivnom centru enzima i zajedno sa supstratom i funkcionalnim grupama aktivnog centra tvore aktivirani kompleks.
Za manifestaciju katalitičke aktivnosti većini enzima je potrebno prisustvo koenzima. Izuzetak su hidrolitički enzimi (na primjer, proteaze, lipaze, ribonukleaze), koji obavljaju svoju funkciju u nedostatku koenzima.
Molekula se reducira za P680 (djelovanjem enzima). U tom slučaju voda disocira na protone i molekularni kiseonik, one. voda je donator elektrona koji osigurava nadopunu elektrona u P 680.
FOTOLIZA VODA- cijepanje molekula vode, posebno tijekom fotosinteze. Zbog fotolize vode nastaje kisik koji zelene biljke oslobađaju na svjetlu.
Učitavanje ...