Fotosyntese er en prosess som brukes av planter, alger og noen bakterier for å utnytte energien fra sollys og omdanne den til kjemisk energi. Denne artikkelen beskriver de generelle prinsippene for fotosyntese og anvendelse av fotosyntese for å utvikle rent drivstoff og fornybare energikilder.
Det er to typer fotosyntetiske prosesser: oksygenisk fotosyntese og anoksygenisk fotosyntese... De generelle prinsippene for anoksygen og oksygenisk fotosyntese er veldig like, men den vanligste er oksygenisk fotosyntese, som observeres hos planter, alger og cyanobakterier.
Under oksygenisk fotosyntese letter lysenergi overføringen av elektroner fra vann (H20) til karbondioksid (CO 2). Reaksjonen produserer oksygen og hydrokarboner.
Oksygenisk fotosyntese kan kalles en prosess motsatt av å puste, der det er en absorpsjon av karbondioksid produsert av alle pustende organismer, og frigjøring av oksygen til atmosfæren.
På den annen side brukes ikke vann som elektrondonor i anoksygen fotosyntese. Denne prosessen er ofte sett hos bakterier som lilla bakterier og grønne svovelbakterier, som hovedsakelig finnes i forskjellige vannmiljøer.
Med anoksygen fotosyntese produseres ikke oksygen, derav navnet. Resultatet av reaksjonen avhenger av elektrondonoren. For eksempel bruker mange bakterier hydrogensulfid som donor, og som et resultat av denne fotosyntesen dannes fast svovel.
Selv om begge typer fotosyntese er komplekse og flerstegsprosesser, kan de grovt representeres i form av de kjemiske ligningene nedenfor.
Oksygenisk fotosyntese er skrevet slik:
6CO 2 + 12H 2 O + Lysenergi → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O
Her kombinerer seks molekyler karbondioksid (CO2) med 12 molekyler vann (H2O) ved bruk av lysenergi. Som et resultat av reaksjonen dannes ett karbohydratmolekyl (C6H12O6 eller glukose) og seks oksygenmolekyler og seks vannmolekyler.
Tilsvarende forskjellige reaksjoner anoksygen fotosyntese kan presenteres i form av en generalisert formel:
CO 2 + 2H 2 A + Lysenergi → + 2A + H 2 O
Bokstaven A i ligningen er en variabel og H 2 A representerer en potensiell elektrondonor. For eksempel kan A være svovel i hydrogensulfid (H2S).
Fotosyntetisk apparat
Nedenfor er de cellulære komponentene som kreves for fotosyntese.
Pigmenter
Pigmenter Er molekyler som gir farge til planter, alger og bakterier, men de er også ansvarlige for effektivt å fange sollys. Pigmenter i forskjellige farger absorberer forskjellige lysbølgelengder. Tre hovedgrupper presenteres nedenfor.
- Klorofyller Er grønne pigmenter i stand til å fange blått og rødt lys. Klorofyll har tre undertyper som kalles klorofyll a, klorofyll b og klorofyll c. Klorofyll a finnes i alle fotosyntetiske planter. Det er også en bakteriell variant, bakterioklorofyll, som absorberer infrarødt lys. Dette pigmentet finnes hovedsakelig i lilla og grønne svovelbakterier, som utfører anoksygen fotosyntese.
- Karotenoider Er røde, oransje eller gule pigmenter som absorberer blågrønt lys. Eksempler på karotenoider er xantofyll (gul) og karoten (oransje), som gir gulrøtter sin farge.
- Phycobilins Er røde eller blå pigmenter som absorberer lange bølgelengder av lys som ikke absorberes så godt av klorofyll og karotenoider. De kan sees i cyanobakterier og rødalger.
Plastid
Fotosyntetiske eukaryote organismer inneholder organeller i cytoplasma som kalles plastider... Plastider med to membraner i planter og alger regnes som primære plastider, og plastider med flere membraner som finnes i plankton kalles sekundære plastider, ifølge en Nature Education -artikkel av forfatterne Chong Xin Chan og Debashish Bhattacharya, forskere ved Rutgers University i New Jersey.
Plastider inneholder vanligvis pigmenter eller kan lagre næringsstoffer. Fargeløse og upigmenterte leukoplaster lagrer fett og stivelse, mens kromoplaster inneholder karotenoider og kloroplaster inneholder klorofyll.
Fotosyntesen finner sted i kloroplaster; spesielt på områdene grana og stroma. Grana er stablet flate vesikler eller membraner kalt thylakoids. Alle fotosyntetiske strukturer finnes i granulat. Det er her overføringen av elektroner skjer. De tomme mellomrommene mellom kolonnene i grana utgjør stroma.
Kloroplaster er som mitokondrier, energisentrene til celler, ved at de har sitt eget genom, eller en samling gener som finnes i syklisk DNA. Disse genene koder for proteiner som kreves for organellen og fotosyntesen. Som mitokondrier antas det at kloroplaster har utviklet seg fra primitive bakterieceller gjennom endosymbiose.
Antenner
Pigmentmolekyler binder seg til proteiner, som lar dem bevege seg i lysets retning og mot hverandre. Ifølge en publikasjon av Wim Vermaas, professor ved Arizona State University, er et sett med 100-5000 pigmentmolekyler " antenner". Disse strukturene fanger opp lysenergi fra solen i form av fotoner.
Til syvende og sist må lysenergien overføres til pigment-proteinkomplekset, som kan omdanne det til kjemisk energi i form av elektroner. I planter overføres for eksempel lysenergi til klorofyllpigmenter. Overgangen til kjemisk energi skjer når klorofyllpigmentet forskyver et elektron, som deretter kan overføres til riktig mottaker.
Reaksjonssentre
Pigmenter og proteiner som konverterer lysenergi til kjemisk energi og starter elektronoverføringsprosessen er kjent som reaksjonssentre.
Fotosynteseprosess
Reaksjonene ved fotosyntese av planter er delt inn i de som krever tilstedeværelse av sollys, og ikke krever det. Begge typer reaksjoner finner sted i kloroplaster: lysavhengige reaksjoner i thylakoids og lysuavhengige reaksjoner i stroma.
Lysavhengige reaksjoner (lysreaksjoner) når et foton av lys treffer reaksjonssenteret og et pigmentmolekyl som klorofyll frigjør et elektron. I dette tilfellet bør ikke elektronet gå tilbake til sin opprinnelige posisjon, og dette er ikke lett å unngå, siden nå har klorofyll et "elektronhull" som tiltrekker seg elektroner i nærheten.
Det frigjorte elektronet klarer å "unnslippe" ved å bevege seg langs den elektroniske transportkjeden, som genererer energien som er nødvendig for å skaffe ATP (adenosintrifosfat, en kilde til kjemisk energi for celler) og NADP. "Elektronhullet" i det opprinnelige klorofyllpigmentet er fylt med elektroner fra vannet. Som et resultat slippes oksygen ut i atmosfæren.
Mørke reaksjoner(som er uavhengige av tilstedeværelsen av lys og også er kjent som Calvin -syklusen). Under de mørke reaksjonene produseres ATP og NADP, som er energikilder. Calvinsyklusen består av tre stadier av en kjemisk reaksjon: karbonfiksering, reduksjon og regenerering. Disse reaksjonene bruker vann og katalysatorer. Karbonatomer fra karbondioksid blir "fikset" når de blir inkorporert i organiske molekyler, som til slutt danner tre-karbon-karbohydrater (lette sukkerarter). Disse sukkerene brukes deretter til å lage glukose eller resirkuleres for å starte Calvin-syklusen på nytt.
Fotosyntese i fremtiden. Bruk av fotosyntese
Fotosyntetiske organismer er et potensielt middel til å produsere rent drivstoff som hydrogen eller til og med metan. Nylig brukte en forskergruppe ved University of Turku i Finland muligheten til grønne alger til å produsere hydrogen. Grønne alger kan produsere hydrogen i løpet av sekunder hvis de først utsettes for fravær av lys og oksygen og deretter utsettes for lys. Teamet har utviklet en måte å forlenge hydrogenproduksjonen av alger med opptil tre dager, som rapportert i en publikasjon fra 2018 i tidsskriftet Energy & Environmental Science.
Forskere har også gjort fremskritt i kunstig fotosyntese. For eksempel har en gruppe forskere fra University of California, Berkeley utviklet et kunstig system for å fange karbondioksid ved hjelp av halvleder nanotråder og bakterier. Kombinasjonen av et sett med biokompatible lysabsorberende nanotråder med en bestemt populasjon av bakterier, som bruker energien fra sollys, omdanner karbondioksid til drivstoff eller polymerer. Et team av forskere publiserte prosjektet sitt i 2015 i tidsskriftet Nano Letters.
I 2016 publiserte forskere fra samme gruppe en studie i tidsskriftet Science, som beskrev et annet kunstig fotosyntesesystem der spesialopprettede bakterier ble brukt til å produsere flytende drivstoff ved bruk av sollys, vann og karbondioksid. Generelt kan planter bare bruke 1% av solens energi og bruke den under fotosyntesen til å produsere organiske forbindelser. I kontrast var det kunstige fotosyntesesystemet i stand til å bruke 10% av solenergien til å produsere organiske forbindelser.
Forskning på naturlige prosesser som fotosyntese hjelper forskere med å utvikle nye måter å utnytte ulike fornybare energikilder på. Sollys brukes mye av planter og bakterier i fotosyntese, så kunstig fotosyntese er et logisk skritt for å skape et miljøvennlig drivstoff.
Artikkelen brukte materialer fra livescience.com
(Sett 1663 | Sett i dag 1)
De beste innendørs plantene som renser luften
Fotosyntese er en synteseprosess av organiske stoffer fra uorganiske stoffer på grunn av lysets energi. I det overveldende flertallet av tilfellene utføres fotosyntesen av planter som bruker slike celleorganeller som kloroplaster som inneholder grønt pigment klorofyll.
Hvis planter ikke var i stand til å syntetisere organisk materiale, ville nesten alle andre organismer på jorden ikke ha noe å spise av, siden dyr, sopp og mange bakterier ikke kan syntetisere organiske stoffer fra uorganiske. De absorberer bare de ferdige, deler dem i enklere, hvorfra de igjen setter sammen komplekse, men allerede karakteristiske for kroppen deres.
Dette er tilfellet hvis vi snakker om fotosyntese og dens rolle veldig kort. For å forstå fotosyntesen må du si mer: hvilke spesifikke uorganiske stoffer brukes, hvordan foregår syntesen?
Fotosyntese krever to uorganiske stoffer - karbondioksid (CO 2) og vann (H20). Den første absorberes fra luften av luftdeler av planter hovedsakelig gjennom stomata. Vann - fra jorda, hvorfra det blir levert til fotosyntetiske celler av plantens ledende system. Fotosyntese krever også energien til fotoner (hν), men de kan ikke tilskrives materie.
Totalt produserer fotosyntese organisk materiale og oksygen (O 2). Vanligvis blir organisk materiale vanligvis referert til som glukose (C6H12O6).
Organiske forbindelser består for det meste av karbon-, hydrogen- og oksygenatomer. Det er de som finnes i karbondioksid og vann. Imidlertid frigjøres oksygen under fotosyntesen. Atomene er hentet fra vann.
Kort og generelt er ligningen for fotosyntesens reaksjon vanligvis skrevet som følger:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Men denne ligningen gjenspeiler ikke essensen av fotosyntese, gjør den ikke forståelig. Se, selv om ligningen er balansert, har den totalt 12 atomer i fritt oksygen. Men vi sa at de kommer fra vann, og det er bare 6 av dem.
Faktisk foregår fotosyntesen i to faser. Den første heter lys, den andre er mørk... Slike navn skyldes at lys bare er nødvendig for lysfasen, den mørke fasen er uavhengig av dens tilstedeværelse, men dette betyr ikke at det går i mørket. Den lyse fasen skjer på kloroplastthylakoidmembranene, den mørke fasen - i kloroplaststroma.
I lysfasen forekommer ingen CO 2 -binding. Det er bare fangst av solenergi av klorofyllkomplekser, lagring i ATP, bruk av energi for reduksjon av NADP til NADP * H 2. Energistrømmen fra klorofyll eksitert av lys tilføres av elektroner som overføres langs elektrontransportkjeden av enzymer bygget inn i thylakoidmembranene.
Hydrogen for NADP tas fra vann, som under påvirkning av sollys brytes ned til oksygenatomer, hydrogenprotoner og elektroner. Denne prosessen kalles fotolyse... Oksygen fra vann er ikke nødvendig for fotosyntese. Oksygenatomer fra to vannmolekyler kombineres for å danne molekylært oksygen. Reaksjonsligningen for lysfasen i fotosyntesen er kort som følger:
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½ O 2
Dermed frigjøres oksygen under lysfasen av fotosyntesen. Antall ATP -molekyler syntetisert fra ADP og fosforsyre per fotolyse av ett vannmolekyl kan være forskjellige: ett eller to.
Så ATP og NADP * H 2 går inn i den mørke fasen fra lysfasen. Her blir energien til den første og den reduserende kraften til den andre brukt på binding av karbondioksid. Dette stadiet av fotosyntese kan ikke forklares enkelt og kortfattet, fordi det ikke fortsetter på den måten at seks CO 2 -molekyler kombineres med hydrogen frigjort fra NADP * H 2 -molekylene for å danne glukose:
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reaksjonen fortsetter med energiforbruket til ATP, som brytes ned til ADP og fosforsyre).
Reaksjonen ovenfor er bare en forenkling for å lette forståelsen. Faktisk binder karbondioksidmolekylene ett om gangen, fester seg til det ferdige organiske stoffet med fem karbon. Et ustabilt seks-karbon organisk materiale dannes, som brytes ned til tre-karbon-karbohydratmolekyler. Noen av disse molekylene brukes til resyntese av det opprinnelige femkarbonstoffet for binding av CO 2. Slik resyntese tilbys Calvin syklus... Et mindretall av karbonhydratmolekylene med tre karbon forlater syklusen. Alle andre organiske stoffer (karbohydrater, fett, proteiner) syntetiseres fra dem og andre stoffer.
Det vil si at tre karbonsukker, ikke glukose, frigjøres fra fotosyntesens mørke fase.
Menneskeliv, som alt liv på jorden, er umulig uten å puste. Vi puster inn oksygen fra luften og puster ut karbondioksid. Men hvorfor går ikke oksygenet tomt? Det viser seg at luften i atmosfæren kontinuerlig mates med oksygen. Og denne metningen skjer nettopp på grunn av fotosyntese.
Fotosyntesen er enkel og grei!
Alle er forpliktet til å forstå hva fotosyntese er. For å gjøre dette trenger du ikke å skrive komplekse formler i det hele tatt, det er nok å forstå viktigheten og magien til denne prosessen.
Planter spiller hovedrollen i prosessen med fotosyntese - gress, trær, busker. Det er i plantens blader at det i millioner av år har vært en fantastisk transformasjon av karbondioksid til oksygen, som er så nødvendig for livet for de som liker å puste. La oss prøve å demontere hele prosessen med fotosyntese i rekkefølge.
1. Planter tar vann fra jorden med mineraler oppløst i det - nitrogen, fosfor, mangan, kalium, forskjellige salter - mer enn 50 forskjellige kjemiske elementer totalt. Planter trenger det for ernæring. Men fra bakken mottar planter bare 1/5 av de nødvendige stoffene. Resten 4/5 kommer de ut av luften!
2. Planter absorberer karbondioksid fra luften. Det samme karbondioksid som vi puster ut hvert sekund. Planter puster karbondioksid akkurat som deg og jeg puster oksygen. Men dette er ikke nok.
3. En uunnværlig komponent i et naturlig laboratorium er sollys. Solstrålene i plantens blader fremkaller en ekstraordinær kjemisk reaksjon. Hvordan skjer dette?
4. Det er et fantastisk stoff i plantens blader - klorofyll... Klorofyll er i stand til å fange solstrømmer og utrettelig behandle det resulterende vannet, sporstoffene, karbondioksid til organisk materiale som er nødvendig for hver levende skapning på planeten vår. I dette øyeblikket frigjør plantene oksygen i atmosfæren! Det er dette arbeidet med klorofyll som forskere kaller et komplekst ord - fotosyntese.
En presentasjon om temaet fotosyntese kan lastes ned på utdanningsportalen
Så hvorfor er gresset grønt?
Nå som vi vet at planteceller inneholder klorofyll, er dette spørsmålet veldig enkelt å svare på. Det er ikke uten grunn at klorofyll er oversatt fra det gamle greske språket som "grønt blad". For fotosyntese bruker klorofyll alle solstråler bortsett fra grønt. Vi ser gress, plantebladene grønne nettopp fordi klorofyll viser seg å være grønt.
Viktigheten av fotosyntese.
Betydningen av fotosyntese kan ikke overvurderes - uten fotosyntese ville for mye karbondioksid akkumuleres i atmosfæren på planeten vår, de fleste levende organismer ville ganske enkelt ikke kunne puste og ville dø. Jorden vår ville bli til en livløs planet. For å forhindre at dette skjer, må hver person på planeten Jorden huske at vi er veldig takknemlige for planter.
Derfor er det så viktig å lage så mange parker og grønne områder i byer som mulig. Beskytt taiga og jungel mot ødeleggelse. Eller bare plant et tre ved siden av huset ditt. Eller ikke å bryte grenene. Bare deltakelsen til hver person på planeten Jorden vil bidra til å bevare livet på hjemmeplanen.
Men fotosyntesens betydning er ikke begrenset til konvertering av karbondioksid til oksygen. Det var et resultat av fotosyntese at ozonlaget ble dannet i atmosfæren, som beskytter planeten mot de skadelige strålene av ultrafiolett stråling. Planter er mat for de fleste levende ting på jorden. Nødvendig og sunn mat. Næringsverdien til planter er også en fordel ved fotosyntese.
Nylig har klorofyll blitt aktivt brukt i medisin. Mennesker har lenge visst at syke dyr instinktivt spiser grønne blader for å helbrede. Forskere har funnet ut at klorofyll ligner et stoff i menneskelige blodceller og er i stand til å utføre mirakler.
Planter får alt de trenger for vekst og utvikling fra miljøet. Slik skiller de seg fra andre levende organismer. For at de skal utvikle seg godt, trenger du fruktbar jord, naturlig eller kunstig vanning og god belysning. Ingenting vil vokse i mørket.
Jordsmonnet er en kilde til vann og næringsstoffer, organiske forbindelser, sporstoffer. Men trær, blomster, gress trenger også solenergi. Det er under påvirkning av sollys at visse reaksjoner oppstår, som følge av at karbondioksid, absorbert fra luften, blir til oksygen. Denne prosessen kalles fotosyntese. Den kjemiske reaksjonen som oppstår når den utsettes for sollys, produserer også glukose og vann. Disse stoffene er avgjørende for at planten skal utvikle seg.
På språket til kjemikere ser reaksjonen slik ut: 6CO2 + 12H2O + lys = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. En forenklet form for ligningen: karbondioksid + vann + lys = glukose + oksygen + vann.
Bokstavelig talt blir "fotosyntese" oversatt som "sammen med lys." Dette ordet består av to enkle ord "foto" og "syntese". Solen er en veldig kraftig energikilde. Folk bruker den til å generere elektrisitet, isolere hus og varme vann. Planter trenger også energi fra solen for å opprettholde livet. Glukose fra fotosyntese er et enkelt sukker som er et av de viktigste næringsstoffene. Planter bruker den til vekst og utvikling, og overskuddet avsettes i blader, frø, frukt. Ikke all glukose forblir uendret i de grønne delene av planter og frukt. Enkle sukkerarter har en tendens til å bli til mer komplekse sukkerarter, som inkluderer stivelse. Slike reserver av planter forbrukes i perioder med mangel på næringsstoffer. Det er de som bestemmer næringsverdien av urter, frukt, blomster, blader til dyr og mennesker som spiser plantemat.
Hvordan planter absorberer lys
Fotosynteseprosessen er ganske kompleks, men den kan beskrives kort slik at den blir forståelig selv for barn i skolealder. Et av de vanligste spørsmålene gjelder mekanismen for lysabsorpsjon. Hvordan kommer lysenergi inn i planter? Fotosynteseprosessen foregår i bladene. På bladene på alle planter er det grønne celler - kloroplaster. De inneholder et stoff som kalles klorofyll. Klorofyll er pigmentet som gir bladene sin grønne farge og er ansvarlig for å absorbere lysenergi. Mange mennesker har ikke tenkt på hvorfor bladene på de fleste plantene er brede og flate. Det viser seg at naturen har gitt dette av en grunn. Den brede overflaten lar deg absorbere mer sollys. Av samme grunn er solpaneler laget brede og flate.
Den øvre delen av bladene er beskyttet av et voksaktig lag (kutikula) mot vanntap og ugunstige effekter av vær, skadedyr. Det kalles palisade. Hvis du ser nøye på arket, kan du se at oversiden er lysere og jevnere. En rik farge oppnås på grunn av det faktum at det er flere kloroplaster i denne delen. Overflødig lys kan redusere plantens evne til å produsere oksygen og glukose. Klorofyll blir skadet av eksponering for den lyse solen, og dette bremser fotosyntesen. Nedgangen skjer også med høstens ankomst, når lyset blir mindre, og bladene begynner å bli gule på grunn av ødeleggelsen av kloroplaster i dem.
Vannets rolle i fotosyntese og planteliv kan ikke undervurderes. Vann er nødvendig for:
- gi planter mineraler oppløst i den;
- opprettholde tonen;
- kjøling;
- muligheten for kjemiske og fysiske reaksjoner.
Trær, busker, blomster absorberer vann fra jorda ved røttene, og deretter stiger fuktighet langs stammen, passerer inn i bladene langs venene, som er synlige selv for det blotte øye.
Karbondioksid kommer inn gjennom små hull i bladets nedre del - stomata. I den nedre delen av bladet er cellene ordnet slik at karbondioksid kan trenge dypere ned. Det lar også oksygenet som produseres under fotosyntesen lett forlate bladet. Som alle levende organismer er planter utstyrt med evnen til å puste. I motsetning til dyr og mennesker absorberer de dessuten karbondioksid og avgir oksygen, og ikke omvendt. Der det er mange planter, er luften veldig ren og frisk. Derfor er det så viktig å ta vare på trær, busker, å legge ut torg og parker i store byer.
Lyse og mørke faser av fotosyntesen
Fotosynteseprosessen er kompleks og består av to faser - lys og mørk. Lysfasen er bare mulig i nærvær av sollys. Under påvirkning av lys ioniserer klorofyllmolekyler, noe som resulterer i dannelse av energi, som fungerer som en katalysator for en kjemisk reaksjon. Hendelsesrekkefølgen i denne fasen ser slik ut:
- lys treffer klorofyllmolekylet, som absorberes av det grønne pigmentet og forvandler det til en opphisset tilstand;
- splitting av vann oppstår;
- ATP er syntetisert, som er en energiakkumulator.
Den mørke fasen i fotosyntesen foregår uten deltagelse av lysenergi. På dette stadiet dannes glukose og oksygen. Samtidig er det viktig å forstå at dannelsen av glukose og oksygen skjer døgnet rundt, og ikke bare om natten. Den mørke fasen kalles fordi tilstedeværelsen av lys ikke lenger er nødvendig for strømmen. Katalysatoren er ATP, som ble syntetisert tidligere.
Betydningen av fotosyntese i naturen
Fotosyntese er en av de viktigste naturlige prosessene. Det er nødvendig ikke bare å støtte plantelivet, men også for alt liv på planeten. Fotosyntese er nødvendig for:
- å gi dyr og mennesker mat;
- fjerning av karbondioksid og oksygenering av luften;
- opprettholde næringssyklusen.
Alle planter er avhengig av fotosyntesens hastighet. Solenergi kan sees på som en faktor som provoserer eller hemmer vekst. For eksempel er det mye i de sørlige områdene og solområdene, og planter kan vokse ganske høye. Hvis vi vurderer hvordan prosessen foregår i akvatiske økosystemer, på overflaten av havene og havene, er det ingen mangel på sollys, og det er observert rikelig vekst av alger i disse lagene. I dypere vannlag er det mangel på solenergi, noe som påvirker veksthastigheten for vannflora.
Fotosynteseprosessen bidrar til dannelsen av ozonlaget i atmosfæren. Dette er veldig viktig, ettersom det bidrar til å beskytte alt liv på planeten mot de skadelige effektene av ultrafiolette stråler.
Fotosyntese er syntesen av organiske forbindelser i bladene på grønne planter fra vann og karbondioksid i atmosfæren ved hjelp av solenergi (lys) energi adsorbert av klorofyll i kloroplaster.
Takket være fotosyntesen blir energien fra synlig lys fanget opp og omdannet til kjemisk energi, lagret (lagret) i organiske stoffer som dannes under fotosyntesen.
Datoen for oppdagelsen av fotosynteseprosessen kan betraktes som 1771. Den engelske forskeren J. Priestley gjorde oppmerksom på endringen i luftens sammensetning på grunn av dyrenes vitale aktivitet. I nærvær av grønne planter ble luften igjen egnet både for å puste og for å brenne. Deretter fant arbeidet til en rekke forskere (J. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J. B. Boussingault) at grønne planter absorberer CO2 fra luften, hvorfra organisk materiale dannes med deltakelse av vann i lyset. Det var denne prosessen i 1877 som den tyske forskeren W. Pfeffer kalte fotosyntese. Loven om bevaring av energi, formulert av R. Mayer, var av stor betydning for avsløring av essensen av fotosyntese. I 1845 la R. Mayer til grunn antagelsen om at energien som brukes av planter er solenergien, som planter omdanner til kjemisk energi under fotosyntesen. Denne posisjonen ble utviklet og eksperimentelt bekreftet i studiene til den bemerkelsesverdige russiske forskeren K.A. Timiryazev.
Hovedrollen til fotosyntetiske organismer:
1) transformasjon av sollysets energi til energien til kjemiske bindinger av organiske forbindelser;
2) metning av atmosfæren med oksygen;
Som et resultat av fotosyntese dannes 150 milliarder tonn organisk materiale på jorden og det frigjøres omtrent 200 milliarder tonn gratis oksygen per år. Det forhindrer en økning i konsentrasjonen av CO2 i atmosfæren, og forhindrer overoppheting av jorden (drivhuseffekt).
Atmosfæren skapt ved fotosyntese beskytter levende ting mot destruktiv kortbølget UV-stråling (oksygen-ozonskjerm i atmosfæren).
Bare 1-2% av solenergien overføres til avlingen av jordbruksplanter; tap skyldes ufullstendig absorpsjon av lys. Derfor er det store muligheter for å øke avlingene på grunn av valg av varianter med høy fotosyntetisk effektivitet, opprettelsen av en avlingsstruktur som er gunstig for lysabsorpsjon. I denne forbindelse blir utviklingen av teoretiske grunnlag for fotosyntesekontroll spesielt presserende.
Betydningen av fotosyntese er enorm. La oss bare merke at den leverer drivstoff (energi) og atmosfærisk oksygen som er nødvendig for eksistensen av alle levende ting. Derfor er fotosyntesens rolle planetarisk.
Fotosyntesens planetariske natur bestemmes også av det faktum at takket være sirkulasjonen av oksygen og karbon (hovedsakelig) opprettholdes den moderne sammensetningen av atmosfæren, som igjen bestemmer det videre vedlikeholdet av livet på jorden. Det kan videre sies at energien som er lagret i fotosyntesens produkter, i hovedsak er den viktigste energikilden som menneskeheten nå har.
Total reaksjon av fotosyntese
CO 2 + H 2 O = (CH 2 O) + O. 2 .
Fotosyntesens kjemi er beskrevet av følgende ligninger:
Fotosyntese - 2 grupper av reaksjoner:
lys scene (kommer an på belysning)
mørkt stadium (avhenger av temperatur).
Begge grupper av reaksjoner forløper samtidig
Fotosyntesen finner sted i kloroplastene til grønne planter.
Fotosyntesen begynner med fangst og absorpsjon av lys av pigmentet klorofyll, som finnes i kloroplastene til grønne planteceller.
Dette er nok til å forskyve absorpsjonsspekteret til molekylet. 
Klorofyllmolekylet absorberer fotoner i det fiolette og blå, og deretter i den røde delen av spekteret, og samhandler ikke med fotoner i den grønne og gule delen av spekteret.
Derfor ser klorofyll og planter grønne ut - de kan ganske enkelt ikke bruke de grønne strålene på noen måte og la dem gå i verden (og dermed gjøre den grønnere).
Fotosyntetiske pigmenter er plassert på innsiden av thylakoidmembranen.
Pigmentene er organisert i fotosystemer(antennefelt for å fange lys) - som inneholder 250-400 molekyler av forskjellige pigmenter.
Fotosystemet består av:
reaksjonssenter fotosystemer (klorofyllmolekyl en),
antennemolekyler
Alle pigmenter i fotosystemet er i stand til å overføre opphisset tilstandsenergi til hverandre. Fotonenergien som absorberes av et eller annet pigmentmolekyl overføres til et nabomolekyl til det når reaksjonssenteret. Når resonanssystemet til reaksjonssenteret blir eksitert, overfører det to eksiterte elektroner til akseptormolekylet og oksiderer og får derved en positiv ladning.
I planter:
fotosystem 1(maksimal lysabsorpsjon ved en bølgelengde på 700 nm - P700)
fotosystem 2(maksimal absorpsjon av lys ved en bølgelengde på 680 nm - P680
Forskjellene i absorpsjon optima skyldes små forskjeller i pigmentenes struktur.
De to systemene fungerer sammen, som en todelt transportør kalt ikke-syklisk fotofosforylering .
Oppsummeringsligningen for ikke-syklisk fotofosforylering:
Ф - symbolsk betegnelse for fosforsyreresidoen
Syklusen begynner med fotosystem 2.
1) antennemolekyler fanger et foton og overfører eksitasjon til et molekyl i det aktive senteret P680;
2) det opphissede P680 -molekylet gir fra seg to elektroner til kofaktoren Q, mens det oksideres og får en positiv ladning;
Kofaktor(kofaktor). Koenzym eller annet stoff som kreves for at et enzym skal fungere
Koenzymer (koenzymer)[fra lat. co (cum) - sammen og enzymer], organiske forbindelser av ikke -proteinaktig natur, som deltar i den enzymatiske reaksjonen som akseptorer for individuelle atomer eller atomgrupper, spaltet av enzymet fra substratmolekylet, dvs. for implementering av den katalytiske virkningen av enzymer. Disse stoffene, i motsetning til proteinkomponenten i enzymet (apoenzym), har en relativt lav molekylvekt og er som regel termostabile. Noen ganger betyr koenzymer alle lavmolekylære stoffer, hvis deltakelse er nødvendig for manifestasjonen av enzymets katalytiske virkning, inkludert ioner. K+, Mg 2+ og Mn 2+. Tilbudene ligger. i enzymets aktive sentrum og sammen med substratet og funksjonelle grupper i det aktive senteret danne et aktivert kompleks.
For manifestasjon av katalytisk aktivitet krever de fleste enzymer tilstedeværelse av et koenzym. Unntaket er hydrolytiske enzymer (for eksempel proteaser, lipaser, ribonuklease), som utfører sin funksjon i fravær av et koenzym.
Molekylet reduseres med P680 (ved virkning av enzymer). I dette tilfellet dissosierer vann til protoner og molekylært oksygen, de. vann er en elektrondonor som gir elektronpåfylling i P 680.
FOTOLYSE VANN- splitting av et vannmolekyl, spesielt under fotosyntese. På grunn av fotolysen av vann dannes oksygen, som frigjøres av grønne planter i lyset.
Laster inn ...