Fotosintesis adalah proses yang digunakan oleh tumbuhan, alga dan beberapa bakteri untuk memanfaatkan energi dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia. Artikel ini menjelaskan prinsip umum fotosintesis dan penerapan fotosintesis untuk mengembangkan bahan bakar bersih dan sumber energi terbarukan.
Ada dua jenis proses fotosintesis: oksigen fotosintesis dan anoksigenik fotosintesis... Prinsip umum fotosintesis anoksigenik dan oksigenik sangat mirip, tetapi yang paling umum adalah fotosintesis oksigenik, yang diamati pada tumbuhan, alga, dan cyanobacteria.
Selama fotosintesis oksigenik, energi cahaya memfasilitasi transfer elektron dari air (H2O) menjadi karbon dioksida (CO2). Reaksi tersebut menghasilkan oksigen dan hidrokarbon.
fotosintesis oksigenik bisa disebut proses yang berlawanan dengan pernapasan dimana terjadi penyerapan karbon dioksida yang dihasilkan oleh semua organisme pernapasan, dan pelepasan oksigen ke atmosfer.
Di sisi lain, air tidak digunakan sebagai donor elektron dalam fotosintesis anoksigenik. Proses ini umumnya terlihat pada bakteri seperti bakteri ungu dan bakteri belerang hijau, yang terutama ditemukan di berbagai lingkungan perairan.
Dengan fotosintesis anoksigenik, oksigen tidak diproduksi, maka namanya. Hasil reaksi tergantung pada donor elektron. Misalnya, banyak bakteri menggunakan hidrogen sulfida sebagai donor, dan sebagai hasil fotosintesis ini, belerang padat terbentuk.
Meskipun kedua jenis fotosintesis adalah proses yang kompleks dan multi-langkah, mereka dapat secara kasar direpresentasikan dalam bentuk persamaan kimia di bawah ini.
fotosintesis oksigenik ditulis sebagai berikut:
6CO 2 + 12H 2 O + Energi cahaya → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O
Di sini enam molekul karbon dioksida (CO2) bergabung dengan 12 molekul air (H2O) menggunakan energi cahaya. Sebagai hasil dari reaksi, satu molekul karbohidrat (C6H12O6 atau glukosa) dan enam molekul oksigen dan enam molekul air terbentuk.
Demikian pula reaksi yang berbeda fotosintesis anoksigenik dapat disajikan dalam bentuk satu rumus umum:
CO 2 + 2H 2 A + Energi cahaya → + 2A + H 2 O
Huruf A dalam persamaan adalah variabel dan H 2 A mewakili donor elektron potensial. Misalnya, A dapat menjadi belerang dalam hidrogen sulfida (H 2 S).
Aparat fotosintesis
Di bawah ini adalah komponen seluler yang diperlukan untuk fotosintesis.
Pigmen
Pigmen Adalah molekul yang memberi warna pada tanaman, ganggang dan bakteri, tetapi mereka juga bertanggung jawab untuk menangkap sinar matahari secara efisien. Pigmen warna yang berbeda menyerap panjang gelombang cahaya yang berbeda. Tiga kelompok utama disajikan di bawah ini.
- Klorofil Adalah pigmen hijau yang mampu menangkap cahaya biru dan merah. Klorofil memiliki tiga subtipe yang disebut klorofil a, klorofil b, dan klorofil c. Klorofil a ditemukan di semua tumbuhan fotosintesis. Ada juga varian bakteri, bacteriochlorophyll, yang menyerap cahaya inframerah. Pigmen ini terutama ditemukan pada bakteri belerang ungu dan hijau yang melakukan fotosintesis anoksigenik.
- Karotenoid Adalah pigmen merah, jingga atau kuning yang menyerap cahaya biru-hijau. Contoh karotenoid adalah xantofil (kuning) dan karoten (oranye), yang memberi warna pada wortel.
- fikobilin Adalah pigmen merah atau biru yang menyerap panjang gelombang cahaya yang panjang yang tidak begitu baik diserap oleh klorofil dan karotenoid. Mereka dapat dilihat pada cyanobacteria dan ganggang merah.
plastida
Organisme eukariotik fotosintesis mengandung organel dalam sitoplasma yang disebut plastida... Plastida dengan dua membran pada tumbuhan dan ganggang dianggap sebagai plastida primer, dan plastida dengan banyak membran yang ditemukan pada plankton disebut plastida sekunder, menurut artikel Nature Education oleh penulis Chong Xin Chan dan Debashish Bhattacharya, peneliti di Rutgers University di New Jersey.
Plastida biasanya mengandung pigmen atau dapat menyimpan nutrisi. Leukoplas tidak berwarna dan tidak berpigmen menyimpan lemak dan pati, sedangkan kromoplas mengandung karotenoid dan kloroplas mengandung klorofil.
Fotosintesis terjadi di kloroplas; khususnya, di daerah grana dan stroma. Grana adalah vesikel datar bertumpuk atau membran yang disebut tilakoid. Semua struktur fotosintesis ditemukan dalam butiran. Di sinilah transfer elektron terjadi. Ruang kosong di antara kolom grana membentuk stroma.
Kloroplas seperti mitokondria, pusat energi sel, karena mereka memiliki genom sendiri, atau kumpulan gen yang terkandung dalam DNA siklik. Gen-gen ini mengkode protein yang dibutuhkan untuk organel dan fotosintesis. Seperti mitokondria, kloroplas diperkirakan telah berevolusi dari sel bakteri primitif melalui endosimbiosis.
antena
Molekul pigmen mengikat protein, yang memungkinkan mereka bergerak ke arah cahaya dan menuju satu sama lain. Menurut publikasi oleh Wim Vermaas, seorang profesor di Arizona State University, satu set 100-5000 molekul pigmen adalah “ antena". Struktur ini menangkap energi cahaya dari matahari dalam bentuk foton.
Pada akhirnya, energi cahaya harus ditransfer ke kompleks protein-pigmen, yang dapat mengubahnya menjadi energi kimia dalam bentuk elektron. Pada tumbuhan, misalnya, energi cahaya ditransfer ke pigmen klorofil. Transisi ke energi kimia terjadi ketika pigmen klorofil menggantikan elektron, yang kemudian dapat ditransfer ke penerima yang sesuai.
Pusat reaksi
Pigmen dan protein yang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia dan memulai proses transfer elektron dikenal sebagai: pusat reaksi.
Proses fotosintesis
Reaksi fotosintesis tumbuhan dibagi menjadi reaksi yang membutuhkan kehadiran sinar matahari, dan reaksi yang tidak membutuhkannya. Kedua jenis reaksi berlangsung di kloroplas: reaksi tergantung cahaya di tilakoid dan reaksi tidak tergantung cahaya di stroma.
Reaksi tergantung cahaya (reaksi terang) ketika foton cahaya mengenai pusat reaksi dan molekul pigmen seperti klorofil melepaskan elektron. Dalam hal ini, elektron seharusnya tidak kembali ke posisi semula, dan ini tidak mudah untuk dihindari, karena klorofil sekarang memiliki "lubang elektron" yang menarik elektron di dekatnya.
Elektron yang dibebaskan berhasil "melarikan diri" dengan bergerak di sepanjang rantai transpor elektronik, yang menghasilkan energi yang diperlukan untuk memperoleh ATP (adenosin trifosfat, sumber energi kimia untuk sel) dan NADP. "Lubang elektron" dalam pigmen klorofil asli diisi dengan elektron dari air. Akibatnya, oksigen dilepaskan ke atmosfer.
Reaksi gelap(yang tidak bergantung pada keberadaan cahaya dan juga dikenal sebagai siklus Calvin). Selama reaksi gelap, ATP dan NADP diproduksi, yang merupakan sumber energi. Siklus Calvin terdiri dari tiga tahap reaksi kimia: fiksasi karbon, reduksi dan regenerasi. Reaksi ini menggunakan air dan katalis. Atom karbon dari karbon dioksida “tetap” ketika mereka dimasukkan ke dalam molekul organik yang akhirnya membentuk karbohidrat trikarbon (gula ringan). Gula ini kemudian digunakan untuk membuat glukosa atau didaur ulang untuk memulai kembali siklus Calvin.
Fotosintesis di masa depan. Kegunaan fotosintesis
Organisme fotosintetik adalah sarana potensial untuk menghasilkan bahan bakar ramah lingkungan seperti hidrogen atau bahkan metana. Baru-baru ini, sebuah kelompok penelitian di Universitas Turku di Finlandia menerapkan kemampuan ganggang hijau untuk menghasilkan hidrogen. Ganggang hijau dapat menghasilkan hidrogen dalam hitungan detik jika mereka pertama kali terkena tidak adanya cahaya dan oksigen dan kemudian terkena cahaya. Tim telah mengembangkan cara untuk memperpanjang produksi hidrogen ganggang hingga tiga hari, seperti yang dilaporkan dalam publikasi 2018 di jurnal Energy & Environmental Science.
Para ilmuwan juga telah membuat kemajuan dalam fotosintesis buatan. Misalnya, sekelompok peneliti dari University of California di Berkeley telah mengembangkan sistem buatan untuk menangkap karbon dioksida menggunakan kawat nano semikonduktor dan bakteri. Kombinasi satu set kawat nano penyerap cahaya biokompatibel dengan populasi bakteri tertentu, menggunakan energi sinar matahari, mengubah karbon dioksida menjadi bahan bakar atau polimer. Sebuah tim ilmuwan menerbitkan proyek mereka pada tahun 2015 di jurnal Nano Letters.
Pada tahun 2016, para ilmuwan dari kelompok yang sama menerbitkan sebuah penelitian di jurnal Science, yang menggambarkan sistem fotosintesis buatan lain di mana bakteri yang dibuat khusus digunakan untuk menghasilkan bahan bakar cair menggunakan sinar matahari, air, dan karbon dioksida. Pada umumnya tumbuhan hanya dapat menggunakan 1% energi matahari dan menggunakannya selama fotosintesis untuk menghasilkan senyawa organik. Sebaliknya, sistem fotosintesis buatan mampu menggunakan 10% energi matahari untuk menghasilkan senyawa organik.
Meneliti proses alami seperti fotosintesis membantu para ilmuwan mengembangkan cara baru untuk menggunakan berbagai sumber energi terbarukan. Sinar matahari banyak digunakan oleh tumbuhan dan bakteri dalam fotosintesis, sehingga fotosintesis buatan merupakan langkah logis untuk menciptakan bahan bakar yang ramah lingkungan.
Artikel menggunakan bahan dari livescience.com
(Dilihat1 663 | Dilihat hari ini 1)
Tanaman indoor terbaik yang memurnikan udara
Fotosintesis adalah proses sintesis zat organik dari zat anorganik karena energi cahaya. Dalam sebagian besar kasus, fotosintesis dilakukan oleh tanaman menggunakan organel sel seperti: kloroplas mengandung pigmen hijau klorofil.
Jika tanaman tidak mampu mensintesis bahan organik, maka hampir semua organisme lain di Bumi tidak akan memiliki apa-apa untuk dimakan, karena hewan, jamur, dan banyak bakteri tidak dapat mensintesis zat organik dari zat anorganik. Mereka hanya menyerap yang sudah jadi, membaginya menjadi yang lebih sederhana, dari mana mereka merakit kembali yang kompleks, tetapi sudah menjadi ciri khas tubuh mereka.
Ini adalah kasus jika kita berbicara tentang fotosintesis dan perannya dengan sangat singkat. Untuk memahami fotosintesis, Anda perlu mengatakan lebih banyak: zat anorganik spesifik apa yang digunakan, bagaimana sintesis berlangsung?
Fotosintesis membutuhkan dua zat anorganik - karbon dioksida (CO 2) dan air (H 2 O). Yang pertama diserap dari udara oleh bagian udara tanaman terutama melalui stomata. Air - dari tanah, dari mana ia dikirim ke sel fotosintesis oleh sistem konduksi tanaman. Juga, fotosintesis membutuhkan energi foton (hν), tetapi mereka tidak dapat dikaitkan dengan materi.
Secara total, fotosintesis menghasilkan bahan organik dan oksigen (O 2). Biasanya bahan organik biasa disebut dengan glukosa (C 6 H 12 O 6).
Senyawa organik sebagian besar terdiri dari atom karbon, hidrogen dan oksigen. Mereka adalah yang ditemukan dalam karbon dioksida dan air. Namun, selama fotosintesis, oksigen dilepaskan. Atom-atomnya diambil dari air.
Secara singkat dan umum, persamaan reaksi fotosintesis biasanya ditulis sebagai berikut:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Tetapi persamaan ini tidak mencerminkan esensi fotosintesis, tidak membuatnya dapat dimengerti. Lihat, meskipun persamaannya seimbang, ia memiliki total 12 atom dalam oksigen bebas, tetapi kami mengatakan bahwa mereka berasal dari air, dan hanya ada 6 di antaranya.
Faktanya, fotosintesis berlangsung dalam dua fase. Yang pertama disebut lampu, yang kedua adalah gelap... Nama-nama seperti itu disebabkan oleh fakta bahwa cahaya hanya diperlukan untuk fase terang, fase gelap tidak tergantung pada keberadaannya, tetapi ini tidak berarti bahwa ia berjalan dalam gelap. Fase terang terjadi pada membran tilakoid kloroplas, fase gelap terjadi pada stroma kloroplas.
Pada fase terang, tidak terjadi pengikatan CO2. Yang ada hanya penangkapan energi matahari oleh kompleks klorofil, penyimpanannya dalam ATP, penggunaan energi untuk reduksi NADP menjadi NADP * H 2. Aliran energi dari klorofil yang tereksitasi oleh cahaya disediakan oleh elektron yang ditransmisikan sepanjang rantai transpor elektron enzim yang dibangun ke dalam membran tilakoid.
Hidrogen untuk NADP diambil dari air, yang, di bawah pengaruh sinar matahari, terurai menjadi atom oksigen, proton hidrogen, dan elektron. Proses ini disebut fotolisis... Oksigen dari air tidak diperlukan untuk fotosintesis. Atom oksigen dari dua molekul air bergabung membentuk molekul oksigen. Persamaan reaksi untuk fase cahaya fotosintesis secara singkat adalah sebagai berikut:
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + O 2
Dengan demikian, oksigen dilepaskan selama fase cahaya fotosintesis. Jumlah molekul ATP yang disintesis dari ADP dan asam fosfat per fotolisis satu molekul air dapat berbeda: satu atau dua.
Jadi, ATP dan NADP*H2 masuk ke fase gelap dari fase terang. Di sini energi yang pertama dan gaya reduksi yang kedua dihabiskan untuk mengikat karbon dioksida. Tahap fotosintesis ini tidak dapat dijelaskan secara sederhana dan singkat, karena tidak berlangsung seperti enam molekul CO 2 bergabung dengan hidrogen yang dilepaskan dari molekul NADP * H 2 untuk membentuk glukosa:
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reaksi berlanjut dengan pengeluaran energi ATP, yang terurai menjadi ADP dan asam fosfat).
Reaksi di atas hanyalah penyederhanaan yang berlebihan untuk memudahkan pemahaman. Faktanya, molekul karbon dioksida mengikat satu per satu, menempel pada bahan organik lima karbon yang sudah jadi. Bahan organik enam karbon yang tidak stabil terbentuk, yang terurai menjadi molekul karbohidrat tiga karbon. Beberapa dari molekul ini digunakan untuk resintesis zat lima karbon asli untuk mengikat CO2. Sintesis ulang semacam itu disediakan siklus Calvin... Sebagian kecil dari molekul karbohidrat tiga karbon meninggalkan siklus. Sudah dari mereka dan zat lain, semua zat organik lainnya (karbohidrat, lemak, protein) disintesis.
Artinya, pada kenyataannya, gula tiga karbon, bukan glukosa, dilepaskan dari fase gelap fotosintesis.
Kehidupan manusia, seperti semua kehidupan di Bumi, tidak mungkin tanpa bernafas. Kita menghirup oksigen dari udara dan menghembuskan karbon dioksida. Tapi kenapa oksigennya tidak habis? Ternyata udara di atmosfer terus menerus diberi oksigen. Dan kejenuhan ini terjadi justru karena fotosintesis.
Fotosintesis sederhana dan mudah!
Setiap orang wajib memahami apa itu fotosintesis. Untuk melakukan ini, Anda tidak perlu menulis rumus yang rumit sama sekali, cukup memahami pentingnya dan keajaiban proses ini.
Tumbuhan memainkan peran utama dalam proses fotosintesis - rumput, pohon, semak. Di daun tumbuhan itulah selama jutaan tahun telah terjadi transformasi menakjubkan karbon dioksida menjadi oksigen, yang sangat penting bagi kehidupan bagi mereka yang suka bernapas. Mari kita coba membongkar seluruh proses fotosintesis secara berurutan.
1. Tumbuhan mengambil air dari tanah dengan mineral terlarut di dalamnya - nitrogen, fosfor, mangan, kalium, berbagai garam - total lebih dari 50 elemen kimia berbeda. Tanaman membutuhkannya untuk nutrisi. Tetapi dari tanah, tanaman hanya menerima 1/5 dari zat yang diperlukan. Sisanya 4/5 mereka keluar dari udara tipis!
2. Tumbuhan menyerap karbon dioksida dari udara. Karbon dioksida yang sama yang kita hembuskan setiap detik. Tumbuhan menghirup karbon dioksida seperti Anda dan saya menghirup oksigen. Tapi ini tidak cukup.
3. Komponen yang sangat diperlukan dalam laboratorium alam adalah sinar matahari. Sinar matahari di daun tanaman membangkitkan reaksi kimia yang luar biasa. Bagaimana ini terjadi?
4. Ada zat yang menakjubkan di daun tanaman - klorofil... Klorofil mampu menangkap aliran sinar matahari dan tanpa lelah mengubah air yang dihasilkan, elemen jejak, karbon dioksida menjadi bahan organik yang diperlukan untuk setiap makhluk hidup di planet kita. Pada saat ini, tanaman melepaskan oksigen ke atmosfer! Karya klorofil inilah yang oleh para ilmuwan disebut sebagai kata kompleks - fotosintesis.
Presentasi tentang topik Fotosintesis dapat diunduh di portal pendidikan
Jadi kenapa rumputnya hijau?
Sekarang kita tahu bahwa sel tumbuhan mengandung klorofil, pertanyaan ini sangat mudah dijawab. Bukan tanpa alasan klorofil diterjemahkan dari bahasa Yunani kuno sebagai "daun hijau". Klorofil menggunakan semua sinar matahari kecuali hijau untuk fotosintesis. Kita lihat rerumputan, tumbuhan berdaun hijau justru karena klorofil ternyata berwarna hijau.
Pentingnya fotosintesis.
Pentingnya fotosintesis tidak dapat ditaksir terlalu tinggi - tanpa fotosintesis, terlalu banyak karbon dioksida akan terakumulasi di atmosfer planet kita, sebagian besar organisme hidup tidak akan bisa bernapas dan mati. Bumi kita akan berubah menjadi planet tak bernyawa. Untuk mencegah hal ini terjadi, setiap orang di planet Bumi harus ingat bahwa kita berhutang banyak pada tanaman.
Itulah mengapa sangat penting bagi kota untuk membuat taman dan ruang hijau sebanyak mungkin. Lindungi taiga dan hutan dari kehancuran. Atau hanya menanam pohon di sebelah rumah Anda. Atau tidak untuk mematahkan cabang. Hanya partisipasi setiap orang di planet Bumi yang akan membantu melestarikan kehidupan di planet asal.
Tetapi pentingnya fotosintesis tidak terbatas pada konversi karbon dioksida menjadi oksigen. Sebagai hasil fotosintesis, lapisan ozon terbentuk di atmosfer, yang melindungi planet ini dari sinar radiasi ultraviolet yang berbahaya. Tumbuhan adalah makanan bagi sebagian besar makhluk hidup di Bumi. Makanan yang diperlukan dan sehat. Nilai gizi tanaman juga merupakan jasa fotosintesis.
Baru-baru ini, klorofil telah aktif digunakan dalam pengobatan. Manusia telah lama mengetahui bahwa hewan yang sakit secara naluriah memakan daun hijau untuk menyembuhkan. Para ilmuwan telah menemukan bahwa klorofil mirip dengan zat dalam sel darah manusia dan mampu melakukan keajaiban.
Tanaman mendapatkan semua yang mereka butuhkan untuk pertumbuhan dan perkembangan dari lingkungan. Ini adalah bagaimana mereka berbeda dari organisme hidup lainnya. Agar mereka berkembang dengan baik, diperlukan tanah yang subur, irigasi alami atau buatan, dan penerangan yang baik. Tidak ada yang akan tumbuh dalam kegelapan.
Tanah adalah sumber air dan senyawa organik nutrisi, elemen jejak. Tapi pohon, bunga, rerumputan juga membutuhkan energi matahari. Di bawah pengaruh sinar matahari, reaksi tertentu terjadi, akibatnya karbon dioksida, yang diserap dari udara, diubah menjadi oksigen. Proses ini disebut fotosintesis. Reaksi kimia yang terjadi saat terkena sinar matahari juga menghasilkan glukosa dan air. Zat-zat ini sangat penting bagi tanaman untuk berkembang.
Dalam bahasa kimiawan, reaksinya seperti ini: 6CO2 + 12H2O + cahaya = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. Bentuk persamaan yang disederhanakan: karbon dioksida + air + cahaya = glukosa + oksigen + air.
Secara harfiah "fotosintesis" diterjemahkan sebagai "bersama dengan cahaya." Kata ini terdiri dari dua kata sederhana "foto" dan "sintesis". Matahari adalah sumber energi yang sangat kuat. Orang menggunakannya untuk menghasilkan listrik, mengisolasi rumah, dan memanaskan air. Tumbuhan juga membutuhkan energi dari matahari untuk menopang kehidupan. Glukosa dari fotosintesis adalah gula sederhana yang merupakan salah satu nutrisi terpenting. Tanaman menggunakannya untuk pertumbuhan dan perkembangan, dan kelebihannya disimpan di daun, biji, buah. Tidak semua glukosa tetap tidak berubah di bagian hijau tanaman dan buah-buahan. Gula sederhana cenderung berubah menjadi gula yang lebih kompleks, termasuk pati. Cadangan tanaman seperti itu dikonsumsi selama periode kekurangan nutrisi. Merekalah yang menentukan nilai gizi tumbuh-tumbuhan, buah-buahan, bunga, daun untuk hewan dan orang yang makan makanan nabati.
Bagaimana tumbuhan menyerap cahaya
Proses fotosintesis cukup kompleks, namun dapat diuraikan secara singkat sehingga dapat dipahami bahkan oleh anak usia sekolah. Salah satu pertanyaan paling umum menyangkut mekanisme penyerapan cahaya. Bagaimana energi cahaya masuk ke tumbuhan? Proses fotosintesis terjadi di daun. Daun semua tanaman mengandung sel hijau - kloroplas. Mereka mengandung zat yang disebut klorofil. Klorofil adalah pigmen yang memberi warna hijau pada daun dan bertanggung jawab untuk menyerap energi cahaya. Banyak orang belum memikirkan mengapa daun kebanyakan tumbuhan lebar dan rata. Ternyata alam menyediakan ini karena suatu alasan. Permukaan yang lebar memungkinkan Anda menyerap lebih banyak sinar matahari. Untuk alasan yang sama, panel surya dibuat lebar dan datar.
Bagian atas daun dilindungi oleh lapisan lilin (kutikula) dari kehilangan air dan pengaruh buruk cuaca dan hama. Ini disebut palisade. Jika Anda melihat lebih dekat pada lembaran, Anda dapat melihat bahwa sisi atas lebih cerah dan halus. Warna yang kaya diperoleh karena fakta bahwa ada lebih banyak kloroplas di bagian ini. Cahaya yang berlebihan dapat mengurangi kemampuan tanaman untuk menghasilkan oksigen dan glukosa. Klorofil rusak oleh paparan sinar matahari yang cerah dan ini memperlambat fotosintesis. Perlambatan juga terjadi dengan datangnya musim gugur, ketika cahaya menjadi kurang, dan daun mulai menguning karena penghancuran kloroplas di dalamnya.
Peran air dalam fotosintesis dan kehidupan tanaman tidak bisa dipandang sebelah mata. Air dibutuhkan untuk:
- menyediakan tanaman dengan mineral terlarut di dalamnya;
- mempertahankan nada;
- pendinginan;
- kemungkinan reaksi kimia dan fisika.
Pohon, semak, bunga menyerap air dari tanah oleh akar, dan kemudian kelembaban naik di sepanjang batang, masuk ke daun di sepanjang urat, yang terlihat bahkan dengan mata telanjang.
Karbon dioksida masuk melalui lubang kecil di bagian bawah daun - stomata. Di bagian bawah daun, sel-selnya tersusun sedemikian rupa sehingga karbon dioksida dapat menembus lebih dalam. Ini juga memungkinkan oksigen yang dihasilkan selama fotosintesis dengan mudah meninggalkan daun. Seperti semua organisme hidup, tumbuhan diberkahi dengan kemampuan untuk bernapas. Selain itu, tidak seperti hewan dan manusia, mereka menyerap karbon dioksida dan mengeluarkan oksigen, dan bukan sebaliknya. Dimana terdapat banyak tanaman, udaranya sangat bersih dan segar. Itulah mengapa sangat penting untuk merawat pohon, semak, meletakkan alun-alun dan taman di kota-kota besar.
Fase terang dan fase gelap fotosintesis
Proses fotosintesis itu kompleks dan terdiri dari dua fase - terang dan gelap. Fase cahaya hanya mungkin dengan adanya sinar matahari. Di bawah pengaruh cahaya, molekul klorofil terionisasi, menghasilkan pembentukan energi, yang berfungsi sebagai katalis untuk reaksi kimia. Urutan acara dalam fase ini terlihat seperti ini:
- molekul klorofil menerima cahaya, yang diserap oleh pigmen hijau dan mengubahnya menjadi keadaan tereksitasi;
- terjadi pemisahan air;
- ATP disintesis, yang merupakan akumulator energi.
Fase gelap fotosintesis berlangsung tanpa partisipasi energi cahaya. Pada tahap ini, glukosa dan oksigen terbentuk. Penting untuk dipahami bahwa pembentukan glukosa dan oksigen terjadi sepanjang waktu, dan tidak hanya pada malam hari. Disebut fase gelap karena kehadiran cahaya tidak lagi diperlukan untuk alirannya. Katalisnya adalah ATP, yang disintesis sebelumnya.
Pentingnya fotosintesis di alam
Fotosintesis adalah salah satu proses alami yang paling signifikan. Hal ini diperlukan tidak hanya untuk mendukung kehidupan tanaman, tetapi juga untuk semua kehidupan di planet ini. Fotosintesis diperlukan untuk:
- menyediakan makanan bagi hewan dan manusia;
- penghapusan karbon dioksida dan oksigenasi udara;
- mempertahankan siklus nutrisi.
Semua tumbuhan bergantung pada laju fotosintesis. Energi matahari dapat dilihat sebagai faktor yang memprovokasi atau menghambat pertumbuhan. Misalnya, di daerah selatan dan daerah matahari banyak tumbuh dan tanaman dapat tumbuh cukup tinggi. Jika kita mempertimbangkan bagaimana proses berlangsung di ekosistem perairan, di permukaan laut, lautan tidak ada kekurangan sinar matahari dan pertumbuhan alga yang melimpah diamati di lapisan ini. Di lapisan air yang lebih dalam, ada kekurangan energi matahari, yang mempengaruhi laju pertumbuhan flora air.
Proses fotosintesis berkontribusi pada pembentukan lapisan ozon di atmosfer. Ini sangat penting, karena membantu melindungi semua kehidupan di planet ini dari efek berbahaya sinar ultraviolet.
Fotosintesis adalah sintesis senyawa organik dalam daun tanaman hijau dari air dan karbon dioksida dari atmosfer menggunakan energi matahari (cahaya), diadsorpsi oleh klorofil dalam kloroplas.
Berkat fotosintesis, energi cahaya tampak ditangkap dan diubah menjadi energi kimia, yang disimpan (disimpan) dalam zat organik yang terbentuk selama fotosintesis.
Tanggal penemuan proses fotosintesis dapat dianggap 1771. Ilmuwan Inggris J. Priestley menarik perhatian pada perubahan komposisi udara karena aktivitas vital hewan. Dengan adanya tanaman hijau, udara kembali menjadi cocok untuk bernafas dan untuk terbakar. Kemudian, karya sejumlah ilmuwan (J. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J. B. Boussingault) menemukan bahwa tanaman hijau menyerap CO2 dari udara, dari mana bahan organik terbentuk dengan partisipasi air dalam cahaya. Proses inilah pada tahun 1877 yang oleh ilmuwan Jerman W. Pfeffer disebut fotosintesis. Hukum kekekalan energi yang dirumuskan oleh R. Mayer sangat penting untuk pengungkapan esensi fotosintesis. Pada tahun 1845, R. Mayer mengajukan asumsi bahwa energi yang digunakan oleh tumbuhan adalah energi Matahari, yang diubah tumbuhan menjadi energi kimia selama fotosintesis. Posisi ini dikembangkan dan dikonfirmasi secara eksperimental dalam studi ilmuwan Rusia yang luar biasa K.A. Timiryazev.
Peran utama organisme fotosintesis:
1) transformasi energi sinar matahari menjadi energi ikatan kimia senyawa organik;
2) saturasi atmosfer dengan oksigen;
Sebagai hasil fotosintesis di Bumi, 150 miliar ton bahan organik terbentuk dan sekitar 200 miliar ton oksigen bebas dilepaskan per tahun. Ini mencegah peningkatan konsentrasi CO2 di atmosfer, mencegah panas berlebih di Bumi (efek rumah kaca).
Atmosfer yang diciptakan oleh fotosintesis melindungi makhluk hidup dari radiasi UV gelombang pendek yang merusak (lapisan oksigen-ozon atmosfer).
Hanya 1-2% energi matahari yang ditransfer ke tanaman pertanian; kerugian disebabkan oleh penyerapan cahaya yang tidak sempurna. Oleh karena itu, ada prospek besar untuk meningkatkan hasil karena pemilihan varietas dengan efisiensi fotosintesis yang tinggi, penciptaan struktur tanaman yang menguntungkan untuk penyerapan cahaya. Dalam hal ini, pengembangan landasan teoretis pengendalian fotosintesis menjadi sangat mendesak.
Pentingnya fotosintesis sangat besar. Mari kita perhatikan bahwa ia memasok bahan bakar (energi) dan oksigen atmosfer, yang diperlukan untuk keberadaan semua makhluk hidup. Oleh karena itu, peran fotosintesis adalah planet.
Sifat planet fotosintesis juga ditentukan oleh fakta bahwa berkat sirkulasi oksigen dan karbon (terutama) komposisi atmosfer modern dipertahankan, yang pada gilirannya menentukan pemeliharaan lebih lanjut kehidupan di Bumi. Kita dapat mengatakan lebih jauh bahwa energi yang tersimpan dalam produk fotosintesis pada dasarnya adalah sumber energi utama yang dimiliki umat manusia sekarang.
Reaksi total fotosintesis
BERSAMA 2 + H 2 O = (CH 2 O) + O 2 .
Kimia fotosintesis dijelaskan oleh persamaan berikut:
Fotosintesis - 2 kelompok reaksi:
panggung cahaya (tergantung pada penerangan)
panggung gelap (tergantung suhu).
Kedua kelompok reaksi berlangsung secara bersamaan
Fotosintesis terjadi di kloroplas tumbuhan hijau.
Fotosintesis dimulai dengan penangkapan dan penyerapan cahaya oleh pigmen klorofil, yang terkandung dalam kloroplas sel tumbuhan hijau.
Ini cukup untuk menggeser spektrum penyerapan molekul. 
Molekul klorofil menyerap foton di bagian ungu dan biru, dan kemudian di bagian merah spektrum, dan tidak berinteraksi dengan foton di bagian hijau dan kuning spektrum.
Oleh karena itu, klorofil dan tanaman terlihat hijau - mereka tidak dapat mengambil keuntungan dari sinar hijau dan membiarkannya berjalan di dunia (sehingga membuatnya lebih hijau).
Pigmen fotosintesis terletak di sisi dalam membran tilakoid.
Pigmen diatur dalam sistem foto(bidang antena untuk menangkap cahaya) - mengandung 250-400 molekul pigmen yang berbeda.
Sistem foto terdiri dari:
pusat reaksi fotosistem (molekul klorofil) sebuah),
molekul antena
Semua pigmen dalam fotosistem mampu mentransfer energi keadaan tereksitasi satu sama lain. Energi foton yang diserap oleh satu atau lain molekul pigmen ditransfer ke molekul tetangga sampai mencapai pusat reaksi. Ketika sistem resonansi pusat reaksi masuk ke keadaan tereksitasi, ia mentransfer dua elektron tereksitasi ke molekul akseptor dan dengan demikian mengoksidasi dan memperoleh muatan positif.
Pada tumbuhan:
fotosistem 1(penyerapan cahaya maksimum pada panjang gelombang 700 nm - P700)
fotosistem 2(penyerapan cahaya maksimum pada panjang gelombang 680 nm - P680
Perbedaan penyerapan optima disebabkan oleh perbedaan kecil dalam struktur pigmen.
Kedua sistem bekerja bersama, seperti konveyor dua bagian yang disebut fotofosforilasi non-siklik .
Persamaan ringkasan untuk fotofosforilasi non-siklik:
- penunjukan simbolis dari residu asam fosfat
Siklus dimulai dengan fotosistem 2.
1) molekul antena menangkap foton dan mentransfer eksitasi ke molekul pusat aktif P680;
2) molekul P680 yang tereksitasi melepaskan dua elektron ke kofaktor Q, sementara itu teroksidasi dan memperoleh muatan positif;
kofaktor(kofaktor). Koenzim atau zat lain yang diperlukan agar enzim berfungsi dengan baik
Koenzim (koenzim)[dari lat. co (cum) - bersama-sama dan enzim], senyawa organik yang bersifat non-protein, berpartisipasi dalam reaksi enzimatik sebagai akseptor atom individu atau kelompok atom, dipecah oleh enzim dari molekul substrat, mis. untuk implementasi aksi katalitik enzim. Zat-zat ini, berbeda dengan komponen protein enzim (apoenzim), memiliki berat molekul yang relatif rendah dan, sebagai suatu peraturan, bersifat termostabil. Kadang-kadang koenzim berarti zat bermolekul rendah apa pun, yang partisipasinya diperlukan untuk manifestasi aksi katalitik enzim, termasuk ion, misalnya. K+, Mg2+ dan Mn2+. Penawaran berada. di pusat aktif enzim dan bersama-sama dengan substrat dan gugus fungsi dari pusat aktif membentuk kompleks teraktivasi.
Untuk manifestasi aktivitas katalitik, sebagian besar enzim memerlukan keberadaan koenzim. Pengecualian adalah enzim hidrolitik (misalnya, protease, lipase, ribonuklease), yang menjalankan fungsinya tanpa adanya koenzim.
Molekul direduksi oleh P680 (oleh aksi enzim). Dalam hal ini, air berdisosiasi menjadi proton dan oksigen molekuler, itu. air adalah donor elektron yang menyediakan pengisian elektron di P 680.
FOTOLISIS AIR- pemecahan molekul air, khususnya selama fotosintesis. Sebagai hasil fotolisis air, oksigen terbentuk, yang dilepaskan oleh tanaman hijau dalam cahaya.
Memuat ...