A fotoszintézis olyan folyamat, amelyet a növények, algák és egyes baktériumok használnak a napfény energiájának hasznosítására és kémiai energiává alakítására. Ez a cikk a fotoszintézis általános elveit és a fotoszintézis alkalmazását írja le a tiszta üzemanyagok és megújuló energiaforrások kifejlesztésére.
Kétféle fotoszintetikus folyamat létezik: oxigéntartalmú fotoszintézisés anoxigenikus fotoszintézis... Az anoxigenikus és oxigénes fotoszintézis általános elvei nagyon hasonlóak, de a leggyakoribb az oxigénes fotoszintézis, amelyet növényekben, algákban és cianobaktériumokban figyelnek meg.
Az oxigénes fotoszintézis során a fényenergia megkönnyíti az elektronok vízből (H 2 O) szén -dioxiddá (CO 2) történő átvitelét. A reakció oxigént és szénhidrogéneket termel.
Oxigénes fotoszintézis a légzéssel ellentétes folyamatnak nevezhető, amelyben minden légző szervezet által előállított szén -dioxid felszívódik, és oxigén szabadul fel a légkörbe.
Másrészt a vizet nem használják elektron donorként az anoxigenikus fotoszintézisben. Ez a folyamat általában olyan baktériumoknál fordul elő, mint a lila baktériumok és a zöld kénbaktériumok, amelyek főként különböző vízi környezetekben találhatók.
Anoxigenikus fotoszintézis során az oxigén nem termelődik, innen a név. A reakció eredménye az elektrondonortól függ. Például sok baktérium hidrogén -szulfidot használ donorként, és e fotoszintézis eredményeként szilárd kén keletkezik.
Bár mindkét fotoszintézis típus összetett és többlépéses folyamat, nagyjából az alábbi kémiai egyenletek formájában ábrázolhatók.
Oxigénes fotoszintézisígy van írva:
6CO 2 + 12H 2 O + Fényenergia → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O
Itt hat szén -dioxid (CO2) molekula kombinálódik 12 molekula vízzel (H2O) fényenergiát használva. A reakció eredményeként egy szénhidrátmolekula (C6H12O6 vagy glükóz), hat oxigénmolekula és hat vízmolekula keletkezik.
Hasonlóan különböző reakciók anoxigenikus fotoszintézis egy általánosított képlet formájában lehet bemutatni:
CO 2 + 2H 2 A + Fényenergia → + 2A + H 2 O
Az A betű az egyenletben változó, a H 2 A pedig egy potenciális elektron donort jelent. Például A lehet kén hidrogén -szulfidban (H 2 S).
Fotoszintetikus készülék
Az alábbiakban a fotoszintézishez szükséges sejtkomponensek találhatók.
Pigmentek
Pigmentek Olyan molekulák, amelyek színt adnak a növényeknek, algáknak és baktériumoknak, de felelősek a napfény hatékony rögzítéséért is. A különböző színű pigmentek különböző hullámhosszú fényt nyelnek el. Az alábbiakban három fő csoportot mutatunk be.
- Klorofillok A zöld pigmentek képesek elfogni a kék és a vörös fényt. A klorofilloknak három altípusa van, klorofill a, klorofill b és c klorofill. A klorofill a minden fotoszintetikus növényben megtalálható. Létezik egy bakteriális variáns is, a bakterioklorofill, amely elnyeli az infravörös fényt. Ez a pigment elsősorban lila és zöld kénbaktériumokban található, amelyek anoxigenikus fotoszintézist végeznek.
- Karotinoidok Piros, narancssárga vagy sárga pigmentek, amelyek elnyelik a kék-zöld fényt. A karotinoidok például a xantofill (sárga) és a karotin (narancs), amelyek a sárgarépát színezik.
- Phycobilins Vörös vagy kék pigmentek, amelyek elnyelik a hosszú hullámhosszú fényt, és amelyeket a klorofillok és a karotinoidok nem annyira jól szívnak fel. Láthatók cianobaktériumokban és vörös algákban.
Plasztid
A fotoszintetikus eukarióta szervezetek organellákat tartalmaznak a citoplazmában plasztidok... A növényekben és algákban lévő két membránú plasztidokat elsődleges plasztidoknak tekintik, a planktonban található több membránnal rendelkező plasztidokat másodlagos plasztidoknak nevezik Chong Xin Chan és Debashish Bhattacharya, a New Jersey -i Rutgers Egyetem kutatói Nature Education cikke szerint.
A plasztidok általában pigmenteket tartalmaznak, vagy tápanyagokat tárolhatnak. A színtelen és pigmentálatlan leukoplasztok zsírokat és keményítőt tárolnak, míg a kromoplasztok karotinoidokat és a kloroplasztok klorofillt tartalmaznak.
A fotoszintézis kloroplasztokban megy végbe; különösen a grana és a stroma területén. A granák lapos vezikulák vagy membránok, amelyeket tylakoidoknak neveznek. Minden fotoszintetikus szerkezet granulátumokban található. Itt történik az elektronok átvitele. A grana oszlopai közötti üres terek alkotják a strómát.
A kloroplasztok olyanok, mint a mitokondriumok, a sejtek energiaközpontjai, mivel saját genomjuk van, vagy a ciklikus DNS -ben található gének gyűjteménye. Ezek a gének kódolják az organellákhoz és a fotoszintézishez szükséges fehérjéket. A mitokondriumokhoz hasonlóan a kloroplasztok is úgy gondolják, hogy primitív baktériumsejtekből fejlődtek ki endoszimbiózis útján.
Antennák
A pigment molekulák kötődnek a fehérjékhez, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy a fény irányában és egymás felé mozogjanak. Wim Vermaas, az Arizonai Állami Egyetem professzorának publikációja szerint 100-5000 pigmentmolekula-készlet „ antennák". Ezek a szerkezetek fotonok formájában rögzítik a nap fényét.
Végül a fényenergiát át kell vinni a pigment-fehérje komplexbe, amely elektronok formájában kémiai energiává tudja alakítani. A növényekben például a fényenergia klorofill pigmentekbe kerül. A kémiai energiára való áttérés akkor következik be, amikor a klorofill -pigment kiszorít egy elektronot, amelyet ezután át lehet vinni a megfelelő befogadóba.
Reakciós központok
Azok a pigmentek és fehérjék, amelyek a fényenergiát kémiai energiává alakítják, és elindítják az elektronátviteli folyamatot reakcióközpontok.
A fotoszintézis folyamata
A növények fotoszintézisének reakcióit a napfény jelenlétét igénylő és azt nem igénylő reakciókra osztjuk. Mindkét típusú reakció kloroplasztokban játszódik le: fényfüggő reakciók a tilakoidokban és fénytől független reakciók a sztrómában.
Fényfüggő reakciók (fényreakciók) amikor egy fény fotonja eléri a reakcióközpontot és egy pigmentmolekula, például a klorofill elektronot szabadít fel. Ebben az esetben az elektronnak nem szabad visszatérnie eredeti helyzetébe, és ezt nem könnyű elkerülni, hiszen most a klorofill „elektronlyukkal” rendelkezik, amely vonzza a közeli elektronokat.
A felszabadult elektronnak sikerül "elmenekülnie" az elektronikus szállítási lánc mentén való mozgással, amely előállítja az ATP (adenozin -trifoszfát, a sejtek kémiai energiaforrása) és a NADP előállításához szükséges energiát. Az eredeti klorofill pigmentben lévő "elektronlyuk" tele van elektronokkal a vízből. Ennek eredményeként oxigén kerül a légkörbe.
Sötét reakciók(amelyek függetlenek a fény jelenlététől, és más néven Calvin -ciklus). A sötét reakciók során ATP és NADP keletkeznek, amelyek energiaforrások. A Calvin -ciklus egy kémiai reakció három szakaszából áll: szénrögzítésből, redukcióból és regenerációból. Ezek a reakciók vizet és katalizátorokat használnak. A szén-dioxidból származó szénatomok „rögzülnek”, amikor szerves molekulákba épülnek, amelyek végül három szénatomos szénhidrátokat (könnyű cukrokat) képeznek. Ezekből a cukrokból glükózt készítenek, vagy újrahasznosítják a Calvin-ciklus újraindításához.
Fotoszintézis a jövőben. A fotoszintézis alkalmazása
A fotoszintetikus szervezetek potenciális eszközök tiszta üzemanyagok, például hidrogén vagy akár metán előállítására. A közelmúltban a finnországi Turku Egyetem kutatócsoportja alkalmazta a zöld algák hidrogéntermelő képességét. A zöld algák másodpercek alatt hidrogént tudnak termelni, ha először fény és oxigén hiányában, majd fény hatására érik őket. A csapat kifejlesztett egy módszert, amellyel az algák hidrogéntermelését akár három nappal is meghosszabbíthatja, amint azt az Energy & Environmental Science folyóirat 2018 -as publikációja is jelentette.
A tudósok lépéseket tettek a mesterséges fotoszintézisben is. Például a Berkeley -i Kaliforniai Egyetem kutatócsoportja mesterséges rendszert fejlesztett ki a szén -dioxid megkötésére félvezető nanoszálak és baktériumok segítségével. A biokompatibilis fényelnyelő nanohuzalok és a baktériumok meghatározott populációjának kombinációja a napfény energiáját felhasználva a szén-dioxidot tüzelőanyaggá vagy polimerré alakítja. Egy tudóscsoport 2015 -ben tette közzé projektjét a Nano Letters folyóiratban.
2016 -ban ugyanazon csoport tudósai a Science folyóiratban publikáltak egy tanulmányt, amely egy másik mesterséges fotoszintézis rendszert írt le, amelyben speciálisan létrehozott baktériumokat használtak folyékony üzemanyagok előállítására napfény, víz és szén -dioxid felhasználásával. Általában a növények a nap energiájának csak 1% -át tudják felhasználni, és a fotoszintézis során szerves vegyületek előállítására. Ezzel szemben a mesterséges fotoszintézis rendszer képes volt a napenergia 10% -át szerves vegyületek előállítására felhasználni.
A természetes folyamatok, például a fotoszintézis kutatása segít a tudósoknak új módszereket kifejleszteni a különböző megújuló energiaforrások kiaknázására. A napfényt a növények és a baktériumok széles körben használják a fotoszintézisben, ezért a mesterséges fotoszintézis logikus lépés a környezetbarát üzemanyag létrehozásához.
A cikk a livescience.com anyagát használta fel
(Megtekintve1 663 | Ma megtekintve 1)
A legjobb beltéri növények, amelyek tisztítják a levegőt
Fotoszintézis a szerves anyagok szervetlen anyagokból történő szintézisének folyamata a fény energiája miatt. Az esetek túlnyomó többségében a fotoszintézist olyan növények végzik, amelyek olyan sejtszerveket használnak, mint kloroplasztok zöld pigmentet tartalmaz klorofill.
Ha a növények nem lennének képesek szerves anyagok szintetizálására, akkor szinte minden más organizmusnak a Földön nincs miből táplálkoznia, mivel az állatok, gombák és sok baktérium nem tudja szintetizálni a szervetlen anyagokat a szervetlen anyagokból. Csak a kész készítményeket szívják fel, egyszerűbbekre osztják, amelyekből ismét összetett, de már a testükre jellemző anyagokat állítanak össze.
Ez a helyzet, ha nagyon röviden beszélünk a fotoszintézisről és annak szerepéről. A fotoszintézis megértéséhez többet kell mondania: milyen konkrét szervetlen anyagokat használnak, hogyan zajlik a szintézis?
A fotoszintézishez két szervetlen anyag szükséges - szén -dioxid (CO 2) és víz (H 2 O). Az elsőt a levegő légi részei szívják fel a levegőből, főleg a sztómákon keresztül. Víz - a talajból, ahonnan a növény vezető rendszere a fotoszintetikus sejtekbe juttatja. Ezenkívül a fotoszintézishez fotonok energiája szükséges (hν), de nem tulajdoníthatók az anyagnak.
Összességében a fotoszintézis szerves anyagokat és oxigént (O 2) termel. Általában a szerves anyagokat általában glükóznak (C 6 H 12 O 6) nevezik.
A szerves vegyületek többnyire szén-, hidrogén- és oxigénatomokból állnak. Ezek a szén -dioxidban és a vízben találhatók. A fotoszintézis során azonban oxigén szabadul fel. Az atomjai a vízből származnak.
Röviden és általában a fotoszintézis reakciójának egyenletét általában a következőképpen írják fel:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
De ez az egyenlet nem tükrözi a fotoszintézis lényegét, nem teszi érthetővé. Nézze, bár az egyenlet kiegyensúlyozott, összesen 12 atom van szabad oxigénben, de azt mondtuk, hogy vízből származnak, és csak 6 van.
Valójában a fotoszintézis két fázisban megy végbe. Az elsőt ún könnyű, a második az sötét... Az ilyen nevek annak köszönhetők, hogy fényre csak a világos fázisra van szükség, a sötét fázis független a jelenlététől, de ez nem jelenti azt, hogy sötétben megy. A világos fázis a kloroplaszt -tilakoid membránokon, a sötét fázis - a kloroplasztisz strómában fordul elő.
A fényfázisban nem következik be CO 2 -kötés. Csak a napenergia klorofill komplexek általi befogása, tárolása ATP -ben, energiafelhasználás a NADP NADP * H 2 -re redukálására. A fény által gerjesztett klorofill energiaáramlását elektronok biztosítják, amelyek a tylakoid membránokba épített enzimek elektronszállító lánca mentén jutnak tovább.
A NADP -hez szükséges hidrogént vízből nyerik, amely a napfény hatására oxigénatomokra, hidrogén -protonokra és elektronokra bomlik. Ezt a folyamatot ún fotolízis... A vízből származó oxigén nem szükséges a fotoszintézishez. Két vízmolekula oxigénatomja egyesülve molekuláris oxigént képez. A fotoszintézis fényfázisának reakcióegyenlete röviden a következő:
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½ O 2
Így a fotoszintézis fényfázisában oxigén szabadul fel. Az ADP -ből és foszforsavból szintetizált ATP -molekulák száma egy vízmolekula fotolízisénként eltérő lehet: egy vagy kettő.
Tehát az ATP és a NADP * H 2 belép a sötét fázisba a világos fázisból. Itt az első energiáját és a második redukáló erejét a szén -dioxid megkötésére fordítják. A fotoszintézis ezen szakaszát nem lehet egyszerűen és tömören megmagyarázni, mert nem úgy megy végbe, hogy hat CO 2 molekula a NADP * H 2 molekulákból felszabaduló hidrogénnel egyesülve glükózt képez:
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(a reakció az ATP energia felhasználásával megy végbe, amely ADP -re és foszforsavra bomlik).
A fenti reakció csak túlzott leegyszerűsítés a megértés megkönnyítése érdekében. Valójában a szén-dioxid-molekulák egyenként kötődnek, és a kész, öt szénből álló szerves anyaghoz kötődnek. Instabil, hat szénatomos szerves anyag képződik, amely három szénatomos szénhidrátmolekulákká bomlik. Ezeknek a molekuláknak egy részét az eredeti, öt szénatomból álló anyag újbóli szintézisére használják a CO 2 megkötésére. Ilyen újraszintézis biztosított Kálvin ciklus... A három szénatomból álló szénhidrátmolekulák kisebb része kilép a ciklusból. Az összes többi szerves anyag (szénhidrát, zsír, fehérje) ezekből és más anyagokból szintetizálódik.
Vagyis a fotoszintézis sötét fázisából nem glükóz, hanem három szénatomból álló cukrok szabadulnak fel.
Az emberi élet, mint minden földi élet, lehetetlen légzés nélkül. Belélegezünk oxigént a levegőből, és kilégzünk szén -dioxidot. De miért nem fogy el az oxigén? Kiderült, hogy a légkörben lévő levegőt folyamatosan oxigén táplálja. És ez a telítettség pontosan a fotoszintézis miatt következik be.
A fotoszintézis egyszerű és egyszerű!
Mindenki köteles megérteni, mi a fotoszintézis. Ehhez egyáltalán nem kell összetett képleteket írnia, elég megérteni ennek a folyamatnak a jelentőségét és varázslatát.
A fotoszintézis folyamatában a növények játszanak fő szerepet - fű, fák, cserjék. A növények leveleiben van, hogy évmilliók óta a szén -dioxid elképesztő oxigénné alakul, ami annyira szükséges az élethez azok számára, akik szeretnek lélegezni. Próbáljuk sorrendben szétszedni a fotoszintézis teljes folyamatát.
1. A növények vizet vesznek fel a talajból ásványi anyagokkal - nitrogén, foszfor, mangán, kálium, különféle sók - összesen több mint 50 különböző kémiai elemmel. A növényeknek szüksége van a táplálkozásra. De a földből a növények csak a szükséges anyagok 1/5 -ét kapják. A többi 4/5 -öt a levegőből kapják!
2. A növények szén -dioxidot szívnak fel a levegőből. Ugyanaz a szén -dioxid, amit másodpercenként kilélegzünk. A növények szén -dioxidot lélegeznek, mint te és én oxigént. De ez nem elég.
3. A természetes laboratóriumban nélkülözhetetlen összetevő a napfény. A napsugarak a növények leveleiben rendkívüli kémiai reakciót váltanak ki. Hogyan történik ez?
4. Egy csodálatos anyag van a növények leveleiben - klorofill... A klorofill képes megragadni a napfény áramlatait, és fáradhatatlanul feldolgozni a keletkező vizet, nyomelemeket, szén -dioxidot szerves anyaggá, amely szükséges bolygónk minden élőlényéhez. Ebben a pillanatban a növények oxigént bocsátanak ki a légkörbe! Ezt a klorofill művet nevezik a tudósok összetett szónak - fotoszintézis.
A fotoszintézis témájú prezentáció letölthető az oktatási portálról
Akkor miért zöld a fű?
Most, hogy tudjuk, hogy a növényi sejtek klorofillt tartalmaznak, erre a kérdésre nagyon könnyű válaszolni. Nem ok nélkül fordítják a klorofillt az ókori görög nyelvből „zöld levélnek”. A fotoszintézishez a klorofill a zöld kivételével minden napfényt használ. Látjuk a füvet, a növény leveleit, mert a klorofill zöldnek bizonyul.
A fotoszintézis fontossága.
A fotoszintézis fontosságát nem lehet túlbecsülni - fotoszintézis nélkül túl sok szén -dioxid halmozódna fel bolygónk légkörében, a legtöbb élő szervezet egyszerűen nem tudna lélegezni, és meghalna. Földünk élettelen bolygóvá változna. Annak érdekében, hogy ez ne fordulhasson elő, a Föld bolygón minden embernek emlékeznie kell arra, hogy nagyon adósak vagyunk a növényekkel.
Ezért olyan fontos, hogy minél több parkot és zöldterületet hozzunk létre a városokban. Védje a tajgát és a dzsungelt a pusztulástól. Vagy csak ültess egy fát a házad mellé. Vagy ne törje le az ágakat. Csak a Föld bolygón minden ember részvétele segít megőrizni az életet a szülőbolygón.
De a fotoszintézis jelentősége nem korlátozódik a szén -dioxid oxigénné történő átalakítására. A fotoszintézis eredményeként alakult ki az ózonréteg a légkörben, amely megvédi a bolygót az ultraibolya sugárzás káros sugaraitól. A növények a legtöbb élőlény tápláléka a Földön. Szükséges és egészséges étel. A növények tápértéke szintén a fotoszintézis érdeme.
Az utóbbi időben a klorofillt aktívan használják az orvostudományban. Az emberek régóta tudják, hogy a beteg állatok ösztönösen zöld leveleket esznek a gyógyuláshoz. A tudósok azt találták, hogy a klorofill hasonló az emberi vérsejtekben lévő anyaghoz, és csodákra képes.
A növények mindent megkapnak a növekedéshez és fejlődéshez szükséges környezetből. Így különböznek más élőlényektől. Ahhoz, hogy jól fejlődjenek, termékeny talajra, természetes vagy mesterséges öntözésre és jó megvilágításra van szükség. Semmi sem fog növekedni a sötétben.
A talaj víz és tápanyag szerves vegyületek, nyomelemek forrása. De a fáknak, virágoknak, füveknek napenergiára is szükségük van. A napfény hatására fordulnak elő bizonyos reakciók, amelyek eredményeként a levegőből felszívódó szén -dioxid oxigénné alakul. Ezt a folyamatot fotoszintézisnek nevezik. A napfény hatására bekövetkező kémiai reakció glükózt és vizet is termel. Ezek az anyagok létfontosságúak a növény fejlődéséhez.
A vegyészek nyelvén a reakció így néz ki: 6CO2 + 12H2O + fény = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. Az egyenlet egyszerűsített formája: szén -dioxid + víz + fény = glükóz + oxigén + víz.
A szó szoros értelmében a "fotoszintézis" fordítása "együtt a fénnyel". Ez a szó két egyszerű szóból áll: "fotó" és "szintézis". A nap nagyon erős energiaforrás. Az emberek villamos energiát termelnek, házakat szigetelnek és vizet melegítenek. A növényeknek a nap energiájára is szükségük van az élet fenntartásához. A fotoszintézisből származó glükóz egy egyszerű cukor, amely az egyik legfontosabb tápanyag. A növények a növekedéshez és fejlődéshez használják, a felesleget pedig levelekben, magvakban, gyümölcsökben rakják le. Nem minden glükóz marad változatlan a növények és gyümölcsök zöld részeiben. Az egyszerű cukrok általában összetettebbé válnak, beleértve a keményítőt. A növények ilyen tartalékai a tápanyaghiány időszakában fogynak el. Ők határozzák meg a gyógynövények, gyümölcsök, virágok, levelek tápértékét az állatok és a növényi ételeket fogyasztó emberek számára.
Hogyan nyelik el a növények a fényt
A fotoszintézis folyamata meglehetősen összetett, de röviden leírható, így még az iskoláskorú gyermekek számára is érthetővé válik. Az egyik leggyakoribb kérdés a fényelnyelés mechanizmusára vonatkozik. Hogyan jut a fényenergia a növényekbe? A fotoszintézis folyamata a levelekben megy végbe. Minden növény leveleiben zöld sejtek vannak - kloroplasztok. Ezek klorofill nevű anyagot tartalmaznak. A klorofill az a pigment, amely zöld színűvé teszi a leveleket, és felelős a fényenergia elnyeléséért. Sokan nem gondoltak arra, hogy a legtöbb növény levele miért széles és lapos. Kiderült, hogy a természet ezt okkal biztosította. A széles felület lehetővé teszi több napfény elnyelését. Ugyanezen okból a napelemek szélesek és laposak.
A levelek felső részét viaszos réteg (kutikula) védi a vízveszteségtől és az időjárás, kártevők káros hatásaitól. Palizádnak hívják. Ha alaposan megnézi a lapot, láthatja, hogy a felső oldala világosabb és simább. Gazdag színt kapunk, mivel ezen a részen több kloroplaszt található. A túlzott fény csökkentheti a növény oxigén- és glükóztermelő képességét. A klorofill károsodik a fényes napsugárzás hatására, és ez lelassítja a fotoszintézist. A lassulás az ősz beköszöntével is bekövetkezik, amikor a fény csökken, és a levelek sárgulni kezdenek a bennük lévő kloroplasztok pusztulása miatt.
Nem lehet alábecsülni a víz szerepét a fotoszintézisben és a növények életében. A víz szükséges:
- a növények ellátása benne oldott ásványokkal;
- a hang fenntartása;
- hűtés;
- kémiai és fizikai reakciók lehetősége.
A fák, cserjék, virágok a gyökerek által felszívják a vizet a talajból, majd a szár mentén felszáll a nedvesség, átmegy a levelekbe az erek mentén, amelyek szabad szemmel is láthatók.
A széndioxid a levél alsó részén lévő kis lyukakon - a sztómákon - keresztül jut be. A levél alsó részén a sejtek úgy vannak elrendezve, hogy a szén -dioxid mélyebben behatolhasson. Ezenkívül lehetővé teszi, hogy a fotoszintézis során keletkező oxigén könnyen elhagyja a levelet. Mint minden élő szervezet, a növények is képesek lélegezni. Ezenkívül az állatoktól és az emberektől eltérően szén -dioxidot szívnak fel és oxigént bocsátanak ki, és nem fordítva. Ahol sok növény van, a levegő nagyon tiszta és friss. Ezért olyan fontos a fák, cserjék gondozása, a nagyvárosok terek és parkok kialakítása.
A fotoszintézis világos és sötét fázisai
A fotoszintézis folyamata összetett, és két fázisból áll - világos és sötét. A fényfázis csak napfény jelenlétében lehetséges. A fény hatására a klorofillmolekulák ionizálódnak, ennek eredményeként energia képződik, amely katalizátorként szolgál egy kémiai reakcióhoz. Az események sorrendje ebben a fázisban így néz ki:
- a fény eltalálja a klorofill molekulát, amelyet a zöld pigment elnyel és gerjesztett állapotba hoz át;
- víz felosztása következik be;
- Az ATP szintetizálódik, ami energiaakkumulátor.
A fotoszintézis sötét fázisa a fényenergia részvétele nélkül megy végbe. Ebben a szakaszban glükóz és oxigén képződik. Ugyanakkor fontos megérteni, hogy a glükóz és az oxigén képződése éjjel -nappal történik, és nem csak éjszaka. A sötét fázist azért hívják, mert a fény jelenléte már nem szükséges az áramlásához. A katalizátor az ATP, amelyet korábban szintetizáltak.
A fotoszintézis jelentősége a természetben
A fotoszintézis az egyik legjelentősebb természetes folyamat. Nemcsak a növények életének támogatására van szükség, hanem a bolygó minden életére is. A fotoszintézis szükséges:
- állatok és emberek élelmezése;
- a szén -dioxid eltávolítása és a levegő oxigénellátása;
- a tápanyag -körforgás fenntartása.
Minden növény a fotoszintézis sebességétől függ. A napenergia tekinthető olyan tényezőnek, amely provokálja vagy gátolja a növekedést. Például a nap déli régióiban és régióiban sok van, és a növények meglehetősen magasak lehetnek. Ha figyelembe vesszük, hogyan zajlik a folyamat a vízi ökoszisztémákban, a tengerek, az óceánok felszínén, nincs hiány a napfényben, és ezekben a rétegekben bőséges algák növekedése figyelhető meg. A mélyebb vízrétegekben hiány van a napenergiából, ami befolyásolja a vízi flóra növekedési ütemét.
A fotoszintézis folyamata hozzájárul az ózonréteg kialakulásához a légkörben. Ez nagyon fontos, mivel segít megvédeni a bolygó minden életét az ultraibolya sugarak káros hatásaitól.
Fotoszintézis a szerves vegyületek szintézise a zöld növények leveleiben a vízből és a légkör szén -dioxidjából, a kloroflasztokban klorofill által adszorbeált nap (fény) energia felhasználásával.
A fotoszintézisnek köszönhetően a látható fény energiáját elfogják és kémiai energiává alakítják, tárolják (tárolják) a fotoszintézis során képződött szerves anyagokban.
A fotoszintézis folyamatának felfedezésének időpontja 1771 -nek tekinthető. J. Priestley angol tudós felhívta a figyelmet a levegő összetételének az állatok létfontosságú tevékenysége miatt bekövetkező változására. Zöld növények jelenlétében a levegő ismét alkalmassá vált légzésre és égésre. Ezt követően számos tudós (J. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J. B. Boussingault) munkája megállapította, hogy a zöld növények elnyelik a levegőből a CO2 -t, amelyből szerves anyagok képződnek a víz részvételével a fényben. Ezt a folyamatot nevezte 1877 -ben W. Pfeffer német tudós fotoszintézisnek. Az energiamegmaradás törvénye, amelyet R. Mayer fogalmazott meg, nagy jelentőséggel bírt a fotoszintézis lényegének feltárása szempontjából. R. Mayer 1845 -ben azt a feltevést terjesztette elő, hogy a növények által felhasznált energia a Nap energiája, amelyet a növények kémiai energiává alakítanak a fotoszintézis során. Ezt az álláspontot a figyelemre méltó orosz tudós, K.A. Timiryazev.
A fotoszintetikus szervezetek fő szerepe:
1) a napfény energiájának átalakítása szerves vegyületek kémiai kötéseinek energiájává;
2) a légkör oxigénnel való telítése;
A fotoszintézis eredményeként 150 milliárd tonna szerves anyag képződik a Földön, és évente mintegy 200 milliárd tonna szabad oxigén szabadul fel. Megakadályozza a CO2 koncentrációjának növekedését a légkörben, megakadályozza a Föld túlmelegedését (üvegházhatás).
A fotoszintézis által létrehozott légkör megvédi az élőlényeket a pusztító rövidhullámú UV-sugárzástól (a légkör oxigén-ózon képernyője).
A napenergia mindössze 1-2% -a kerül át a mezőgazdasági növények termésébe; a veszteségek a fény hiányos elnyeléséből származnak. Ezért óriási kilátások vannak a termésnövekedésre a magas fotoszintetikus hatékonyságú fajták kiválasztása, a fényelnyelés szempontjából kedvező termésszerkezet kialakítása miatt. E tekintetben különösen sürgetővé válik a fotoszintézis -szabályozás elméleti alapjainak kidolgozása.
A fotoszintézis jelentősége óriási. Megjegyezzük, hogy üzemanyagot (energiát) és légköri oxigént szolgáltat minden élőlény létezéséhez. Ezért a fotoszintézis szerepe planetáris.
A fotoszintézis bolygó jellegét az is meghatározza, hogy az oxigén és a szén keringésének köszönhetően (főként) a légkör modern összetétele megmarad, ami viszont meghatározza a földi élet további fenntartását. Továbbá elmondható, hogy a fotoszintézis termékeiben tárolt energia lényegében az emberiség fő energiaforrása.
A fotoszintézis teljes reakciója
CO 2 + H 2 O = (CH 2 O) + O. 2 .
A fotoszintézis kémiáját a következő egyenletek írják le:
Fotoszintézis - 2 reakciócsoport:
könnyű színpad (attól függ megvilágítás)
sötét színpad (hőmérséklettől függ).
Mindkét reakciócsoport egyszerre megy végbe
A fotoszintézis a zöld növények kloroplasztaiban megy végbe.
A fotoszintézis azzal kezdődik, hogy a fény elfogja és elnyeli a klorofill pigment, amelyet a zöld növényi sejtek kloroplasztisa tartalmaz.
Ez elég ahhoz, hogy eltolódjon a molekula abszorpciós spektruma. 
A klorofillmolekula elnyeli a fotonokat az ibolya és a kék, majd a spektrum vörös részében, és nem lép kölcsönhatásba a spektrum zöld és sárga részének fotonjaival.
Ezért a klorofill és a növények zöldnek tűnnek - egyszerűen nem tudják semmilyen módon használni a zöld sugarakat, és nem hagyhatják őket a világban járni (ezáltal zöldebbé téve).
A fotoszintetikus pigmentek a tylakoid membrán belső oldalán találhatók.
A pigmentek be vannak rendezve fotórendszerek(antennamezők a fény elfogására) - 250-400 különböző pigment molekulát tartalmaz.
A fotórendszer a következőkből áll:
reakcióközpont fotórendszerek (klorofill molekula a),
antenna molekulák
A fotoszisztéma összes pigmente képes gerjesztett állapotú energiát átadni egymásnak. Az egyik vagy másik pigmentmolekula által elnyelt fotonenergia átkerül egy szomszédos molekulába, amíg el nem éri a reakcióközpontot. Amikor a reakcióközpont rezonanciarendszere gerjesztődik, két gerjesztett elektronot továbbít az akceptor molekulához, ezáltal oxidálódik és pozitív töltést kap.
A növényekben:
fotórendszer 1(maximális fényelnyelés 700 nm hullámhosszon - P700)
fotórendszer 2(maximális fényelnyelés 680 nm hullámhosszon - P680
Az abszorpciós optimális különbségek a pigmentek szerkezetének kis eltéréseiből adódnak.
A két rendszer együtt működik, mint egy kétrészes szállítószalag nem ciklikus fotofoszforiláció .
Az összefoglaló egyenlet a nem ciklikus fotofoszforiláció:
Ф - a foszforsav -maradék szimbolikus jelölése
A ciklus a 2. fotórendszerrel kezdődik.
1) az antennamolekulák fotont rögzítenek és gerjesztést továbbítanak a P680 aktív központ molekulájába;
2) a gerjesztett P680 molekula két elektronot ad át a Q kofaktornak, miközben oxidálódik és pozitív töltést kap;
Kofaktor(kofaktor). Koenzim vagy bármely más, az enzim működéséhez szükséges anyag
Koenzimek (koenzimek)[lat. co (cum) - együtt és enzimek], nem fehérjeszerű szerves vegyületek, amelyek az enzimreakcióban részt vesznek az egyes atomok vagy atomcsoportok elfogadóiként, az enzim a szubsztrátmolekulából hasítja le, azaz az enzimek katalitikus hatásának megvalósításához. Ezek az anyagok, szemben az enzim fehérjekomponensével (apoenzim), viszonylag alacsony molekulatömegűek, és általában hőállóak. Néha a koenzimek bármilyen alacsony molekulatömegű anyagot jelentenek, amelyek részvétele szükséges az enzim katalitikus hatásának megnyilvánulásához, beleértve például az ionokat. K+, Mg 2+ és Mn 2+. Az ajánlatok megtalálhatók. az enzim aktív központjában és az aktív központ szubsztrátjával és funkcionális csoportjaival együtt egy aktivált komplexet képeznek.
A katalitikus aktivitás megnyilvánulásához a legtöbb enzim koenzim jelenlétét igényli. Kivételt képeznek a hidrolitikus enzimek (például proteázok, lipázok, ribonukleáz), amelyek koenzim hiányában látják el funkciójukat.
A molekulát a P680 csökkenti (enzimek hatására). Ebben az esetben a víz protonokra és molekuláris oxigén, azok. A víz elektrondonor, amely elektronpótlást biztosít a P 680 -ban.
FOTOLÍZIS VÍZ- egy vízmolekula szétesése, különösen a fotoszintézis során. A víz fotolízise következtében oxigén képződik, amelyet a zöld növények szabadítanak fel a fényben.
Betöltés ...