Образува се по време на светлинната фаза на фотосинтезата. Фотосинтезата и нейните фази (светла и тъмна)

Фотосинтезата е много сложен биологичен процес. Той се изучава от науката биология в продължение на много години, но, както показва историята на изучаването на фотосинтезата, някои етапи все още са неясни. В научните справочници последователното описание на този процес отнема няколко страници. Целта на тази статия е да опише явлението фотосинтеза, кратко и ясно за деца, под формата на диаграми и обяснения.

Научна дефиниция

Първо, важно е да знаете какво представлява фотосинтезата. В биологията определението е следното: това е процесът на образуване на органични вещества (храна) от неорганични вещества (от въглероден диоксид и вода) в хлоропласти с помощта на светлинна енергия.

За да разберем това определение, можем да си представим перфектна фабрика – всяко зелено растение, което е фотосинтезиращо. „Горивото“ за тази фабрика е слънчевата светлина, растенията използват вода, въглероден диоксид и минералида произвежда храна за почти всички форми на живот на земята. Тази „фабрика“ е идеална, защото, за разлика от други фабрики, не причинява вреда, а напротив, по време на производството отделя кислород в атмосферата и абсорбира въглероден диоксид. Както можете да видите, за фотосинтезата са необходими определени условия.

Този уникален процес може да бъде представен като формула или уравнение:

слънце + вода + въглероден диоксид = глюкоза + вода + кислород

Структура на листата на растението

За да се характеризира същността на процеса на фотосинтеза, е необходимо да се разгледа структурата на листата. Ако погледнете под микроскоп, можете да видите прозрачни клетки, съдържащи от 50 до 100 зелени петна. Това са хлоропласти, където се намира хлорофилът, основният фотосинтетичен пигмент, и в който протича фотосинтезата.

Хлоропластът е като малка торбичка, а вътре в нея има още по-малки торбички. Те се наричат ​​тилакоиди. Молекулите на хлорофила се намират на повърхността на тилакоидите.и са подредени в групи, наречени фотосистеми. Повечето растения имат два вида фотосистеми (PS): фотосистема I и фотосистема II. Само клетки, които имат хлоропласт, са способни на фотосинтеза.

Описание на светлинната фаза

Какви реакции протичат по време на светлинната фаза на фотосинтезата? В групата PSII енергията на слънчевата светлина се прехвърля към електроните на молекулата на хлорофила, в резултат на което електронът се зарежда, т.е. „развълнуван толкова много“, че изскача от групата на фотосистемата и се „вдига“ ” от молекулата носител в тилакоидната мембрана. Този електрон се движи от носител на носител, докато не се разреди. След това може да се използва в друга PSI група за заместване на електрон.

Фотосистема II група липсва електрон и сега е положително зареденаи изисква нов електрон. Но откъде може да се получи такъв електрон? Област в групата, известна като кислородно отделящ комплекс, очаква безгрижната водна молекула, която се „разхожда“ наоколо.

Водната молекула съдържа един кислороден атом и два водородни атома. Комплексът за отделяне на кислород в PSII има четири манганови йона, които отнемат електрони от водородните атоми. В резултат водната молекула се разделя на два положителни водородни йона, два електрона и един кислороден атом. Молекулите на водата се разделят, а кислородните атоми се разпределят по двойки, образувайки молекули кислороден газ, който връща растението във въздуха. Водородните йони започват да се събират в тилакоидната торба, оттук растението може да ги използва и с помощта на електрони се решава проблемът със загубата в комплекса PS II, който е готов да повтори този цикъл много пъти в секунда.

Водородните йони се натрупват в тилакоидната торбичка и те започват да търсят изход. Два водородни йона, които винаги се образуват по време на разпадането на водна молекула, не са всички: преминавайки от комплекса PS II към комплекса PS I, електроните привличат други водородни йони в торбата. След това тези йони се натрупват в тилакоида. Как могат да излязат от там?

Оказва се, че те имат "турникет" с един изход - ензим, който се използва в производството на клетъчно "гориво", наречено АТФ (аденозин трифосфат). Преминавайки през този "турникет", водородните йони осигуряват енергията, необходима за презареждане на вече използвани ATP молекули. Молекулите на АТФ са клетъчни „батерии“. Те осигуряват енергия за реакции вътре в клетката.

При събиране на захар е необходима още една молекула. Нарича се NADP (никотинамид аденин динуклеотид фосфат). NADP молекулите са "камиони", всеки от тях доставя водороден атом на ензима на захарната молекула. Образуването на NADP се извършва в комплекса PS I. Докато фотосистемата (PSII) разгражда водните молекулии създава ATP от тях, фотосистемата (PS I) абсорбира светлина и освобождава електрони, които по-късно ще бъдат необходими при образуването на NADP. Молекулите ATP и NADP се съхраняват в стромата и по-късно ще бъдат използвани за образуване на захар.

Продукти от светлинната фаза на фотосинтезата:

• кислород
• NADP*H 2

Схема за нощна фаза

След светлата фаза настъпва тъмният етап на фотосинтезата. Тази фаза е открита за първи път от Калвин. Впоследствие това откритие е наречено c3 - фотосинтеза. При някои видове растения се наблюдава вид фотосинтеза – с4.

По време на светлинната фаза на фотосинтезата не се произвежда захар. При излагане на светлина се произвеждат само АТФ и НАДФ. Ензимите се използват в стромата (пространството извън тилакоида)за производство на захар. Хлоропластът може да се сравни с фабрика, в която екипи (PS I и PS II) вътре в тилакоида произвеждат камиони и батерии (NADP и ATP) за работата на третия екип (специални ензими) на стромата.

Този екип образува захар чрез добавяне на водородни атоми и молекули въглероден диоксид чрез химични реакции, използвайки ензими, разположени в стромата. И трите екипа работят през деня, а "захарният" работи и денем, и нощем, докато се изчерпят ATP и NADP, които остават след дневната смяна.

В стромата много атоми и молекули се комбинират с помощта на ензими. Някои ензими са протеинови молекули, които имат специална форма, която им позволява да поемат атомите или молекулите, които са им необходими за специфична реакция. След възниква връзка, ензимът освобождавановообразувана молекула и този процес се повтаря постоянно. В стромата ензимите предават захарните молекули, които са събрали, пренареждат ги, зареждат ги с АТФ, добавят въглероден диоксид, добавят водород, след което изпращат тривъглеродната захар в друга част на клетката, където се превръща в глюкоза и различни други вещества.

И така, тъмната фаза се характеризира с образуването на глюкозни молекули. А въглехидратите се синтезират от глюкоза.

Светли и тъмни фази на фотосинтеза (таблица)

Роля в природата

Какво е значението на фотосинтезата в природата? Спокойно можем да кажем, че животът на Земята зависи от фотосинтезата.

• С негова помощ растенията произвеждат кислород, който е толкова необходим за дишането.
• По време на дишането се отделя въглероден диоксид. Ако растенията не го абсорбират, в атмосферата ще възникне парников ефект. С появата на парниковия ефект климатът може да се промени, ледниците да се стопят и в резултат на това много земни площи могат да бъдат наводнени.
• Процесът на фотосинтеза помага за захранването на всички живи същества и също така осигурява гориво за човечеството.
• Благодарение на кислорода, освободен чрез фотосинтезата под формата на кислородно-озонов екран на атмосферата, всички живи същества са защитени от ултравиолетовото лъчение.

По-добре е да обясните такъв обемен материал като фотосинтезата в два сдвоени урока - тогава целостта на възприемането на темата не се губи. Урокът трябва да започне с историята на изследването на фотосинтезата, структурата на хлоропластите и лабораторната работа по изучаването на листните хлоропласти. След това е необходимо да се премине към изследване на светлите и тъмните фази на фотосинтезата. Когато се обясняват реакциите, протичащи в тези фази, е необходимо да се състави обща диаграма:

Докато обяснявате, трябва да рисувате диаграма на светлинната фаза на фотосинтезата.

1. Поглъщането на квант светлина от молекула хлорофил, която се намира в мембраните на грана тилакоид, води до загуба на един електрон и го превежда във възбудено състояние. Електроните се прехвърлят по електронната транспортна верига, което води до редукция на NADP + до NADP H.

2. Мястото на освободените електрони в молекулите на хлорофила се заема от електроните на водните молекули - така водата се разлага (фотолиза) под въздействието на светлината. Получените хидроксилни OH– стават радикали и се свързват в реакцията 4 OH – → 2 H 2 O +O 2, което води до освобождаване на свободен кислород в атмосферата.

3. Водородните йони H+ не проникват през тилакоидната мембрана и се натрупват вътре, като я зареждат положително, което води до увеличаване на разликата в електрическия потенциал (EPD) през тилакоидната мембрана.

4. Когато се достигне критичната REF, протоните изтичат през протонния канал. Този поток от положително заредени частици се използва за производство на химическа енергия с помощта на специален ензимен комплекс. Получените ATP молекули се придвижват в стромата, където участват в реакциите на въглеродна фиксация.

5. Водородните йони, освободени на повърхността на тилакоидната мембрана, се комбинират с електрони, образувайки атомен водород, който се използва за възстановяване на NADP + транспортера.

Спонсор на статията е групата компании Aris. Производство, продажба и отдаване под наем на скелета (рамкова фасада LRSP, рамка високоетажна A-48 и др.) И кули (PSRV "Aris", PSRV "Aris compact" и "Aris-dacha", платформи). Скоби за скелета, строителни огради, опори за колела за вишки. Можете да научите повече за компанията, да видите продуктовия каталог и цени, контакти на уебсайта, който се намира на адрес: http://www.scaffolder.ru/.

След като разгледахме този въпрос, анализирайки го отново според диаграмата, каним учениците да попълнят таблицата.

Таблица. Реакции на светлата и тъмната фаза на фотосинтезата

След като попълните първата част на таблицата, можете да продължите към анализа тъмна фаза на фотосинтезата.

В стромата на хлоропласта постоянно присъстват пентози - въглехидрати, които са пет въглеродни съединения, които се образуват в цикъла на Калвин (цикъл на фиксиране на въглероден диоксид).

1. Въглеродният диоксид се добавя към пентозата, образувайки нестабилно съединение с шест въглерода, което се разпада на две молекули 3-фосфоглицеринова киселина (PGA).

2. PGA молекулите приемат една фосфатна група от ATP и се обогатяват с енергия.

3. Всяка от FHA свързва един водороден атом от два носителя, превръщайки се в триоза. Триозите се комбинират, за да образуват глюкоза и след това нишесте.

4. Триозните молекули, комбинирайки се в различни комбинации, образуват пентози и отново се включват в цикъла.

Обща реакция на фотосинтеза:

Схема. Процес на фотосинтеза

Тест

1. Фотосинтезата се извършва в органели:

а) митохондрии;
б) рибозоми;
в) хлоропласти;
г) хромопласти.

2. Пигментът хлорофил е концентриран в:

а) хлоропластна мембрана;
б) строма;
в) зърна.

3. Хлорофилът абсорбира светлината в областта на спектъра:

а) червено;
б) зелено;
в) лилаво;
г) в целия регион.

4. Свободният кислород по време на фотосинтезата се освобождава по време на разграждането на:

а) въглероден диоксид;
б) АТФ;
в) NADP;
г) вода.

5. Свободният кислород се образува в:

а) тъмна фаза;
б) светлинна фаза.

6. В светлинната фаза на фотосинтезата АТФ:

а) синтезиран;
б) разделя се.

7. В хлоропласта първичният въглехидрат се образува в:

а) светлинна фаза;
б) тъмна фаза.

8. NADP е необходим в хлоропласта:

1) като капан за електрони;
2) като ензим за образуване на нишесте;
3) като неразделна част от мембраната на хлоропласта;
4) като ензим за фотолиза на вода.

9. Фотолизата на водата е:

1) натрупване на вода под въздействието на светлина;
2) дисоциация на водата в йони под въздействието на светлина;
3) освобождаване на водна пара през устицата;
4) инжектиране на вода в листата под въздействието на светлина.

10. Под въздействието на светлинни кванти:

1) хлорофилът се превръща в NADP;
2) електрон напуска молекулата на хлорофила;
3) хлоропластът се увеличава по обем;
4) хлорофилът се превръща в АТФ.

ЛИТЕРАТУРА

Богданова Т.П., Солодова Е.А.Биология. Наръчник за гимназисти и кандидат-студенти. – М .: LLC “AST-Press School”, 2007.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Фотосинтезата е процес на образуване на органични вещества от въглероден диоксид и вода, на светлина, с отделяне на кислород.

Процесът на фотосинтеза включва:

1) хлоропласти,

3) въглероден диоксид,

5) температура.

При висшите растения фотосинтезата се извършва в хлоропласти - пластиди с овална форма (полуавтономни органели), съдържащи пигмента хлорофил, благодарение на зеления цвят на който части от растението също имат зелен цвят.

При водораслите хлорофилът се съдържа в хроматофорите (клетки, съдържащи пигмент и отразяващи светлината). Кафявите и червените водорасли, които живеят на значителни дълбочини, където слънчевата светлина не достига добре, имат други пигменти.

Ако погледнете хранителната пирамида на всички живи същества, фотосинтезиращите организми са най-отдолу, сред автотрофите (организми, които синтезират органични вещества от неорганични). Следователно те са източник на храна за целия живот на планетата.

По време на фотосинтезата в атмосферата се отделя кислород. В горните слоеве на атмосферата от него се образува озон. Озоновият щит предпазва земната повърхност от силното ултравиолетово лъчение, което позволява на живота да излезе от морето на сушата.

Кислородът е необходим за дишането на растенията и животните. Когато глюкозата се окислява с участието на кислород, митохондриите съхраняват почти 20 пъти повече енергия, отколкото без нея. Това прави използването на храната много по-ефективно, което е довело до високи нива на метаболизма при птици и бозайници.

По-подробно описание на процеса на фотосинтеза в растенията

Напредък на фотосинтезата:

Процесът на фотосинтеза започва със светлинен удар върху хлоропластите - вътреклетъчни полуавтономни органели, съдържащи зелен пигмент. Под въздействието на светлината хлоропластите започват да консумират вода от почвата, като я разделят на водород и кислород.

Част от кислорода се освобождава в атмосферата, другата част отива за окислителни процеси в растението.

Захарта се свързва с азота, сярата и фосфора, идващи от почвата, по този начин зелените растения произвеждат нишесте, мазнини, протеини, витамини и други сложни съединения, необходими за живота им.

Фотосинтезата протича най-добре под въздействието на слънчева светлина, но някои растения могат да се задоволят с изкуствено осветление.

Комплексно описание на механизмите на фотосинтезата за напреднал читател

До 60-те години на 20-ти век учените познават само един механизъм за фиксиране на въглеродния диоксид - чрез C3-пентозния фосфатен път. Наскоро обаче група австралийски учени успя да докаже, че в някои растения намаляването на въглеродния диоксид става чрез цикъла на C4-дикарбоксилната киселина.

При растенията с реакция С3 фотосинтезата протича най-активно при условия на умерена температура и светлина, главно в гори и тъмни места. Такива растения включват почти всички културни растения и повечето зеленчуци. Те са в основата на човешката диета.

В растенията с реакция С4 фотосинтезата протича най-активно при условия на висока температура и светлина. Такива растения включват например царевица, сорго и захарна тръстика, които растат в топъл и тропически климат.

Самият растителен метаболизъм беше открит съвсем наскоро, когато беше открито, че в някои растения, които имат специални тъкани за съхранение на вода, въглеродният диоксид се натрупва под формата на органични киселини и се фиксира във въглехидрати само след един ден. Този механизъм помага на растенията да пестят вода.

Как протича процесът на фотосинтеза?

Растението абсорбира светлина с помощта на зелено вещество, наречено хлорофил. Хлорофилът се намира в хлоропластите, които се намират в стъблата или плодовете. Има особено голямо количество от тях в листата, тъй като поради много плоската си структура, листът може да привлече много светлина и следователно да получи много повече енергия за процеса на фотосинтеза.

След абсорбцията хлорофилът е във възбудено състояние и предава енергия на други молекули на растителното тяло, особено на тези, които са пряко включени във фотосинтезата. Вторият етап от процеса на фотосинтеза протича без задължителното участие на светлина и се състои в получаване на химическа връзка с участието на въглероден диоксид, получен от въздух и вода. На този етап се синтезират различни много полезни за живота вещества, като нишесте и глюкоза.

Тези органични вещества се използват от самите растения за подхранване на различните му части, както и за поддържане на нормални жизнени функции. Освен това тези вещества се набавят и от животните чрез ядене на растения. Хората си набавят тези вещества и чрез консумация на храни от животински и растителен произход.

Условия за фотосинтеза

Фотосинтезата може да се осъществи както под въздействието на изкуствена светлина, така и на слънчева светлина. По правило в природата растенията „работят“ интензивно през пролетта и лятото, когато има много необходима слънчева светлина. През есента има по-малко светлина, дните са скъсени, листата първо пожълтяват и след това падат. Но веднага щом се появи топлото пролетно слънце, зелената зеленина се появява отново и зелените „фабрики“ ще възобновят работата си, за да осигурят така необходимия за живота кислород, както и много други хранителни вещества.

Алтернативно определение на фотосинтезата

Фотосинтезата (от старогръцки photo-светлина и synthesis - свързване, нагъване, свързване, синтез) е процесът на преобразуване на светлинната енергия в енергията на химичните връзки на органичните вещества в светлината от фотоавтотрофи с участието на фотосинтетични пигменти (хлорофил в растенията , бактериохлорофил и бактериородопсин в бактерии). В съвременната физиология на растенията фотосинтезата по-често се разбира като фотоавтотрофна функция - набор от процеси на абсорбция, трансформация и използване на енергията на светлинните кванти в различни ендергонични реакции, включително превръщането на въглеродния диоксид в органични вещества.

Фази на фотосинтезата

Фотосинтезата е доста сложен процес и включва две фази: светлина, която винаги се случва изключително на светлина, и тъмнина. Всички процеси протичат вътре в хлоропластите на специални малки органи - тилакодии. По време на светлинната фаза, квант светлина се абсорбира от хлорофила, което води до образуването на ATP и NADPH молекули. След това водата се разпада, образувайки водородни йони и освобождавайки молекула кислород. Възниква въпросът какви са тези неразбираеми мистериозни вещества: ATP и NADH?

АТФ е специална органична молекула, намираща се във всички живи организми и често се нарича "енергийна" валута. Именно тези молекули съдържат високоенергийни връзки и са източник на енергия при всеки органичен синтез и химични процеси в тялото. Е, NADPH всъщност е източник на водород, той се използва директно в синтеза на високомолекулни органични вещества - въглехидрати, което се случва във втората, тъмна фаза на фотосинтезата с помощта на въглероден диоксид.

Светлинна фаза на фотосинтезата

Хлоропластите съдържат много хлорофилни молекули и всички те абсорбират слънчевата светлина. В същото време светлината се абсорбира от други пигменти, но те не могат да извършват фотосинтеза. Самият процес протича само в някои хлорофилни молекули, които са много малко. Други молекули на хлорофил, каротеноиди и други вещества образуват специални антени и комплекси за събиране на светлина (LHC). Те, подобно на антените, абсорбират светлинни кванти и предават възбуждане на специални реакционни центрове или капани. Тези центрове са разположени във фотосистеми, от които растенията имат две: фотосистема II и фотосистема I. Те съдържат специални хлорофилни молекули: съответно във фотосистема II - P680 и във фотосистема I - P700. Те абсорбират светлина с точно тази дължина на вълната (680 и 700 nm).

Диаграмата прави по-ясно как всичко изглежда и се случва по време на светлинната фаза на фотосинтезата.

На фигурата виждаме две фотосистеми с хлорофили P680 и P700. Фигурата също така показва носителите, през които се осъществява транспортирането на електрони.

И така: двете молекули на хлорофила на две фотосистеми поглъщат светлинен квант и се възбуждат. Електронът e- (червен на фигурата) преминава на по-високо енергийно ниво.

Възбудените електрони имат много висока енергия, те се откъсват и влизат в специална верига от транспортери, която се намира в мембраните на тилакоидите - вътрешните структури на хлоропластите. Фигурата показва, че от фотосистема II от хлорофил P680 един електрон отива към пластохинон, а от фотосистема I от хлорофил P700 към фередоксин. В самите молекули на хлорофила на мястото на електроните след отстраняването им се образуват сини дупки с положителен заряд. Какво да правя?

За да компенсира липсата на електрон, молекулата на хлорофила P680 на фотосистема II приема електрони от водата и се образуват водородни йони. В допълнение, поради разграждането на водата се отделя кислород в атмосферата. А молекулата на хлорофил P700, както се вижда от фигурата, компенсира липсата на електрони чрез система от носители от фотосистема II.

Като цяло, колкото и да е трудно, точно така протича светлинната фаза на фотосинтезата, нейната основна същност е преносът на електрони. Можете също така да видите от фигурата, че успоредно с транспорта на електрони, водородните йони Н+ се движат през мембраната и се натрупват вътре в тилакоида. Тъй като там има много, те се движат навън с помощта на специален свързващ фактор, който е оранжев на снимката, показана вдясно и прилича на гъба.

И накрая, виждаме последната стъпка на електронен транспорт, която води до образуването на гореспоменатото NADH съединение. И поради преноса на H+ йони се синтезира енергийна валута - АТФ (вижда се вдясно на фигурата).

И така, светлинната фаза на фотосинтезата е завършена, кислородът се отделя в атмосферата, образуват се ATP и NADH. Какво следва? Къде е обещаната органична материя? И тогава идва тъмният етап, който се състои главно от химически процеси.

Тъмна фаза на фотосинтезата

За тъмната фаза на фотосинтезата въглеродният диоксид – CO2 – е основен компонент. Следователно растението трябва постоянно да го абсорбира от атмосферата. За тази цел на повърхността на листа има специални структури - устицата. Когато се отворят, CO2 навлиза в листата, разтваря се във вода и реагира със светлинната фаза на фотосинтезата.

По време на светлинната фаза в повечето растения CO2 се свързва с органично съединение с пет въглерода (което е верига от пет въглеродни молекули), което води до образуването на две молекули на съединение с три въглерода (3-фосфоглицеринова киселина). защото Първичният резултат са именно тези тривъглеродни съединения; растенията с този тип фотосинтеза се наричат ​​С3 растения.

По-нататъшният синтез в хлоропластите се извършва доста сложно. В крайна сметка той образува съединение с шест въглерода, от което впоследствие могат да се синтезират глюкоза, захароза или нишесте. Под формата на тези органични вещества растението натрупва енергия. В този случай само малка част от тях остава в листата, която се използва за неговите нужди, докато останалите въглехидрати пътуват из цялото растение, пристигайки там, където енергията е най-необходима - например в точките на растеж.

Най-важният органичен процес, без който съществуването на всички живи същества на нашата планета би било под въпрос, е фотосинтезата. Какво е фотосинтеза? Всеки го знае от училище. Грубо казано, това е процесът на образуване на органични вещества от въглероден диоксид и вода, който протича на светлина и е придружен от отделяне на кислород. По-сложно определение е следното: фотосинтезата е процесът на преобразуване на светлинната енергия в енергията на химичните връзки на вещества от органичен произход с участието на фотосинтетични пигменти. В съвременната практика фотосинтезата обикновено се разбира като набор от процеси на абсорбция, синтез и използване на светлина в поредица от ендергонични реакции, една от които е превръщането на въглеродния диоксид в органични вещества. Сега нека разберем по-подробно как протича фотосинтезата и на какви фази е разделен този процес!

основни характеристики

Хлоропластите, които има всяко растение, са отговорни за фотосинтезата. Какво представляват хлоропластите? Това са овални пластиди, които съдържат пигмент като хлорофил. Именно хлорофилът определя зеления цвят на растенията. Във водораслите този пигмент е представен в състава на хроматофори - съдържащи пигмент светлоотразителни клетки с различна форма. Кафявите и червените водорасли, които живеят на значителни дълбочини, където слънчевата светлина не достига добре, имат различни пигменти.

Веществата на фотосинтезата са част от автотрофите - организми, способни да синтезират органични вещества от неорганични вещества. Те са най-ниското ниво на хранителната пирамида, поради което са включени в диетата на всички живи организми на планетата Земя.

Ползи от фотосинтезата

Защо е необходима фотосинтезата? Кислородът, отделен от растенията по време на фотосинтезата, навлиза в атмосферата. Издигайки се до горните си слоеве, той образува озон, който предпазва земната повърхност от силната слънчева радиация. Благодарение на озоновия екран живите организми могат да останат удобно на сушата. Освен това, както знаете, кислородът е необходим за дишането на живите организми.

Напредък на процеса

Всичко започва с навлизането на светлина в хлоропластите. Под негово влияние органелите извличат вода от почвата и също я разделят на водород и кислород. Така протичат два процеса. Фотосинтезата на растенията започва в момента, когато листата вече са абсорбирали вода и въглероден диоксид. Светлинната енергия се натрупва в тилакоидите - специални отделения на хлоропластите, и разделя водната молекула на два компонента. Част от кислорода отива в дишането на растенията, а останалата част отива в атмосферата.

След това въглеродният диоксид навлиза в пиреноидите - протеинови гранули, заобиколени от нишесте. Водородът също идва тук. Смесени едно с друго, тези вещества образуват захар. Тази реакция протича и с отделянето на кислород. Когато захарта (общото наименование на прости въглехидрати) се смеси с азот, сяра и фосфор, които влизат в растението от почвата, се образуват нишесте (сложен въглехидрат), протеини, мазнини, витамини и други вещества, необходими за живота на растенията. В по-голямата част от случаите фотосинтезата протича при условия на естествено осветление. В него обаче може да участва и изкуствено осветление.

До 60-те години на ХХ век науката познаваше един механизъм за редуциране на въглеродния диоксид - по C3-пентозния фосфатен път. Наскоро австралийски учени доказаха, че при някои растителни видове този процес може да се случи чрез цикъла на С4-дикарбоксилната киселина.

В растенията, които намаляват въглеродния диоксид чрез C3 пътя, фотосинтезата протича най-добре при умерени температури и слаба светлина, в гори или тъмни места. Тези растения включват лъвския дял от култивираните растения и почти всички зеленчуци, които са в основата на нашата диета.

Във втория клас растения фотосинтезата протича най-активно при условия на висока температура и силна светлина. Тази група включва растения, които растат в тропически и топъл климат, като царевица, захарна тръстика, сорго и т.н.

Метаболизмът на растенията, между другото, беше открит съвсем наскоро. Учените са успели да открият, че някои растения имат специални тъкани за запазване на водните запаси. Въглеродният диоксид се натрупва в тях под формата на органични киселини и се превръща във въглехидрати само след 24 часа. Този механизъм позволява на растенията да пестят вода.

Как протича процесът?

Вече знаем в общи линии как протича процесът на фотосинтеза и какъв вид фотосинтеза се случва, сега нека го опознаем по-задълбочено.

Всичко започва с това, че растението абсорбира светлина. В това й помага хлорофилът, който под формата на хлоропласти се намира в листата, стъблата и плодовете на растението. Основното количество от това вещество е концентрирано в листата. Работата е там, че благодарение на плоската си структура, листът привлича много светлина. И колкото повече светлина, толкова повече енергия за фотосинтеза. Така листата в растението действат като вид локатори, които улавят светлината.

Когато светлината се абсорбира, хлорофилът е във възбудено състояние. Той пренася енергия към други растителни органи, които участват в следващия етап на фотосинтезата. Вторият етап от процеса протича без участието на светлина и се състои от химическа реакция, включваща вода, получена от почвата, и въглероден диоксид, получен от въздуха. На този етап се синтезират въглехидрати, които са от съществено значение за живота на всеки организъм. В този случай те не само подхранват самото растение, но се предават и на животните, които го ядат. Хората също си набавят тези вещества, като консумират растителни или животински продукти.

Фази на процеса

Като доста сложен процес, фотосинтезата се разделя на две фази: светла и тъмна. Както подсказва името, първата фаза изисква наличието на слънчева радиация, но втората не. По време на светлинната фаза хлорофилът абсорбира квант светлина, образувайки ATP и NADH молекули, без които фотосинтезата е невъзможна. Какво представляват ATP и NADH?

АТФ (аденозитрифосфат) е нуклеинов коензим, който съдържа високоенергийни връзки и служи като източник на енергия при всяка органична трансформация. Съвпадът често се нарича енергийна спирала.

NADH (никотинамид аденин динуклеотид) е източник на водород, който се използва за синтезиране на въглехидрати с участието на въглероден диоксид във втората фаза на процес като фотосинтезата.

Светлинна фаза

Хлоропластите съдържат много молекули хлорофил, всяка от които абсорбира светлина. Други пигменти също го абсорбират, но те не са способни на фотосинтеза. Процесът протича само в част от хлорофилните молекули. Останалите молекули образуват антени и комплекси за събиране на светлина (LHC). Те натрупват кванти светлинно лъчение и ги пренасят в реакционни центрове, които също се наричат ​​капани. Реакционните центрове са разположени във фотосистеми, от които едно фотосинтезиращо растение има две. Първият съдържа молекула хлорофил, способна да абсорбира светлина с дължина на вълната 700 nm, а вторият - 680 nm.

И така, два вида хлорофилни молекули абсорбират светлина и се възбуждат, което кара електроните да се преместят на по-високо енергийно ниво. Възбудените електрони, които имат голямо количество енергия, се откъсват и влизат в транспортната верига, разположена в тилакоидните мембрани (вътрешни структури на хлоропластите).

Електронен преход

Електрон от първата фотосистема преминава от хлорофил P680 към пластохинон, а електрон от втората система отива към фередоксин. В този случай на мястото, където се отстраняват електроните, се образува свободно пространство в молекулата на хлорофила.

За да компенсира дефицита, молекулата на хлорофила P680 приема електрони от водата, образувайки водородни йони. А втората хлорофилна молекула компенсира недостига чрез система от носители от първата фотосистема.

Така протича светлинната фаза на фотосинтезата, чиято същност е преносът на електрони. Паралелно с електронния транспорт е движението на водородни йони през мембраната. Това води до натрупването им вътре в тилакоида. Натрупвайки се в големи количества, те се освобождават навън с помощта на конюгиращ фактор. Резултатът от електронния транспорт е образуването на съединението NADH. А преносът на водородни йони води до образуването на енергийната валута АТФ.

В края на светлинната фаза кислородът навлиза в атмосферата и вътре в венчелистчето се образуват ATP и NADH. Тогава започва тъмната фаза на фотосинтезата.

Тъмна фаза

Тази фаза на фотосинтезата изисква въглероден диоксид. Растението постоянно го абсорбира от въздуха. За тази цел на повърхността на листа има устица - специални структури, които при отваряне абсорбират въглероден диоксид. Попадайки в листата, той се разтваря във вода и участва в процесите на светлинната фаза.

По време на светлинната фаза в повечето растения въглеродният диоксид се свързва с органично съединение, което съдържа 5 въглеродни атома. Резултатът е двойка молекули от тривъглеродно съединение, наречено 3-фосфоглицеринова киселина. Именно защото това съединение е първичният резултат от процеса, растенията с този тип фотосинтеза се наричат ​​С 3 растения.

По-нататъшните процеси, протичащи в хлоропластите, са много сложни за неопитни хора. Крайният резултат е съединение с шест въглерода, което синтезира прости или сложни въглехидрати. Именно под формата на въглехидрати растението натрупва енергия. Малка част от веществата остават в листата и задоволяват нуждите му. Останалите въглехидрати циркулират в растението и се доставят до местата, където са най-необходими.

Фотосинтеза през зимата

Много хора са се чудили поне веднъж в живота си откъде идва кислородът през студения сезон. Първо, кислородът се произвежда не само от широколистни растения, но и от иглолистни и морски растения. И ако широколистните растения замръзват през зимата, иглолистните продължават да дишат, макар и по-малко интензивно. Второ, съдържанието на кислород в атмосферата не зависи от това дали дърветата са се разлистили. Кислородът заема 21% от атмосферата навсякъде на нашата планета по всяко време на годината. Тази стойност не се променя, тъй като въздушните маси се движат много бързо и зимата не настъпва едновременно във всички страни. Е, и трето, през зимата в долните слоеве на въздуха, които вдишваме, съдържанието на кислород е дори по-високо, отколкото през лятото. Причината за това явление е ниската температура, поради която кислородът става по-плътен.

Заключение

Днес си припомнихме какво е фотосинтеза, какво е хлорофил и как растенията отделят кислород чрез абсорбиране на въглероден диоксид. Разбира се, фотосинтезата е най-важният процес в нашия живот. Напомня ни за необходимостта да се грижим за природата.

Фотосинтезата е сложен процес, който включва цяла система от химични реакции. Продължава във времето и се състои от две фази. Първата фаза протича само на светлина и се нарича светла фаза. Втората, тъмна, фаза не зависи от светлинната енергия и се среща както на светлина, така и в тъмнина.

В светлината

Светлинната фаза започва със светлинни кванти, удрящи молекулите на хлорофила, които се намират вътре в тилакоидите - плоски, дисковидни мембранни цистерни.

Ориз. 1. Строежът на хлоропласта.

В този случай молекулите на хлорофила преминават във възбудено състояние и губят електрони. Вместо изгубените електрони, те получават електрони от H₂O молекули или OH¯ йони.

Настъпва разлагането на водата (фотолиза) и освобождаването на кислород, инициирано от хлорофила. Една молекула кислород се образува от две водни молекули.

2Н₂О → 4Н⁺ + 4е¯ + О₂

ТОП 4 статиикоито четат заедно с това

Свободните електрони и водородът преминават през сложна верига от носители и се фиксират в молекулите NADPH₂.

Ориз. 2. Схема на светлинната фаза на фотосинтезата.

Благодарение на енергията на възбудените електрони се получава и синтеза на АТФ молекули от АДФ и фосфорна киселина.

Ако кислородът се счита за страничен продукт на светлинната фаза, тогава ATP може да се счита за основен, тъй като неговата енергия ще се изразходва за образуването на органични вещества от CO₂ в тъмната фаза.

Така енергията на светлината става енергията на химичните връзки на АТФ.

На светло и на тъмно

Реакциите на тъмната фаза протичат извън тилакоидите, в стромата на хлоропласта, който е биоколоид по своите свойства.

Същността на процесите на тази фаза е превръщането на атмосферния въглероден диоксид в различни органични вещества.

C₃ и C₄ растения

Съществуват два пътя на фотосинтеза, характерни за различните видове растения. Повечето видове принадлежат към C₃ растения. Това означава, че на първия етап от тъмната фаза се образуват триатомни въглеводороди:

CO₂ + рибулоза дифосфат (RDP) + H₂O → 2 молекули фосфоглицеринова киселина (PGA).

RDF: 5 атома C. FGK: 3 атома C.

Органичните вещества се образуват не чрез добавяне на CO₂ молекули, а чрез добавяне на CO₂ към съществуващите въглехидрати.

По този начин CO₂ участва във вътрешноклетъчния метаболизъм на растението.

В C₄ растенията се образуват четириатомни киселини:

• ябълка;
• оксалацетна;
• аспарагин.

С₄ – растенията са с тропически произход и са много светлолюбиви. Това са сорго, просо, царевица, захарна тръстика и др.

Продуктите от първия етап претърпяват цикъл от реакции, образувайки много вещества, използвани от клетката.

Във всички растения тъмната фаза завършва с образуването на глюкоза, фруктоза и други шестатомни въглехидрати.

Доказано е, че фотосинтезата също така синтезира протеини и други продукти.

Ориз. 3. Схема на тъмната фаза на фотосинтезата.

Признаците на фазите на фотосинтезата, както и резултатите от процесите, протичащи в двете фази, са представени в таблицата:

Какво научихме?

След сравнително характеризиране на двете фази на фотосинтезата, установихме, че светлинната фаза е подготвителна. По време на светлинната фаза: образува се кислород, съхранява се енергия под формата на АТФ, натрупва се водород. Тъмната фаза използва ресурсите, получени по време на светлата фаза и завършва с образуването на различни органични съединения.

Тест по темата

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.6. Общо получени оценки: 102.