Fotosinteza - ce este? Etape de fotosinteză. Condiții de fotosinteză

V-ați întrebat vreodată câte organisme vii de pe planetă? Și, la urma urmei, toți trebuie să respire oxigenul pentru a genera energie și a elimina dioxidul de carbon. A fost dioxid de carbon

Având în vedere cele de mai sus, apare o întrebare destul de logică: cum de nu suntem încă sufocați dacă toate lucrurile vii sunt o sursă de dioxid de carbon toxic? Salvatorul tuturor ființelor vii în această situație este fotosinteza. Care este acest proces și care este necesitatea acestuia?

Rezultatul său este ajustarea echilibrului dioxidului de carbon și a saturației aerului cu oxigen. Un astfel de proces este cunoscut numai reprezentanților lumii florei, adică plantelor, deoarece acestea apar numai în celulele lor.

În sine, fotosinteza este o procedură extrem de complexă, în funcție de anumite condiții și care are loc în mai multe etape.

Definiția concept

Conform definiției științifice, Materie organică în procesul de fotosinteză transformate în celule organice la nivel celular organisme autotrofice datorită influenței soarelui.

Într-un limbaj mai ușor de înțeles, fotosinteza este un proces în care apar următoarele:

1. Planta este saturata de umezeala. Sursa de umiditate poate fi apa din sol sau aerul tropical umed.
2. Există o reacție a clorofilei (o substanță specială care este conținută în plantă) la efectul energiei solare.
3. Mâncarea necesară pentru reprezentanții florei, pe care ei nu o pot produce în mod independent, este heterotrofică, iar ei înșiși sunt producătorii ei. Cu alte cuvinte, plantele mănâncă ceea ce ei înșiși produc. Acesta este rezultatul fotosintezei.

Etapa unu

Practic, fiecare plantă conține o substanță verde, prin care poate absorbi lumina. Această substanță nu este altceva decât clorofila. Locul unde se află sunt cloroplastele. Dar cloroplastele sunt localizate in partea de tulpina a plantei si a fructelor sale. Dar fotosinteza frunzei este în mod special obișnuită în natură. Deoarece acesta din urmă este destul de simplu în structura sa și are o suprafață relativ mare, ceea ce înseamnă că cantitatea de energie necesară procesului de salvare pentru a continua va fi mult mai mare.

Când lumina este absorbită de clorofila, aceasta din urmă se află într-o stare de excitație și transmite mesajele energetice către alte molecule organice ale plantei. Cea mai mare cantitate de astfel de energie ajunge la participanții la procesul de fotosinteză.

Etapa a doua

Formarea fotosintezei în a doua etapă nu necesită participarea obligatorie a luminii. Aceasta constă în formarea de legături chimice utilizând dioxid de carbon otrăvitor, format din mase de aer și apă. De asemenea, sunt sintetizate o serie de substanțe care asigură activitatea vitală a reprezentanților florei. Acestea sunt amidon, glucoză.

În plante, elementele organice acționează ca o sursă de nutriție pentru părțile individuale ale plantei, asigurând în același timp procesele normale de viață. Astfel de substanțe sunt obținute și reprezentanți ai faunei care consumă plante pentru alimente. Corpul uman este saturat de aceste substante prin alimente, care este inclus in dieta zilnica.

Ce? Unde? Când?

Pentru substanțele organice transformate în organice, este necesar să se asigure condiții adecvate pentru fotosinteză. Pentru procesul în cauză, este necesar mai întâi lumina. E vorba de artificial și de lumina soarelui. Natura, de obicei, activitatea de plante se caracterizează prin intensitatea primăvara și vara, adică, atunci când există o nevoie de a primi o cantitate mare de energie solară. Ceea ce nu se poate spune despre porii de toamnă, când este mai puțină lumină, ziua este mai scurtă. Ca urmare, frunzele devin galbene și apoi cade complet. Dar, de îndată ce primele raze Shine primăvară ale soarelui, se ridica iarba verde relua imediat clorofilă sale activități, și va începe dezvoltarea activă a oxigenului și a altor elemente nutritive, care sunt de natură vitală.

Condițiile de fotosinteză includ nu numai prezența iluminării. De asemenea, umiditatea ar trebui să fie suficientă. La urma urmei, planta absoarbe mai întâi umiditatea și apoi reacția începe cu participarea energiei solare. Rezultatul acestui proces sunt produsele alimentare ale plantelor.

Numai în prezența unei substanțe verzi se produce fotosinteza. Ce este clorofila, am spus deja mai sus. Acestea acționează ca un fel de dirijor între lumina sau energia solară și planta însăși, asigurând fluxul adecvat al vieții și activității lor. Substanțele verzi au capacitatea de a absorbi multă lumină solară.

Oxigenul joacă un rol important. Pentru a face procesul de fotosinteză cu succes, plantele au nevoie de o mulțime de ea, deoarece conține doar 0,03% acid carbonic. Prin urmare, din 20 000 m³ aerul poate fi obținut 6 m³ Acid. Aceasta este ultima substanță - principala sursă de glucoză, care, la rândul său, este o substanță necesară pentru viață.

Există două etape ale fotosintezei. Primul se numește lumină, al doilea este întunecat.

Care este mecanismul fluxului stadiului luminii

Etapa ușoară a fotosintezei are un alt nume - fotochimic. Principalii participanți în această etapă sunt:

• energia soarelui;
• o varietate de pigmenți.

Cu prima componentă totul este clar, aceasta este lumina soarelui. Și asta sunt pigmenții, nu toată lumea știe. Acestea sunt verzi, galbene, roșii sau albastre. Pentru verde sunt clorofilele din grupurile "A" și "B", respectiv galben și roșu / albastru - fitoclinici. Activitatea fotochimică în rândul participanților la această etapă a procesului se manifestă numai prin clorofila "A". Restul aparține unui rol complementar, esența căruia este colecția de canale luminoase și transportul lor către centrul fotochimic.

Deoarece clorofila este dotată cu capacitatea de a absorbi eficient energia solară cu o anumită lungime de undă, au fost identificate următoarele sisteme fotochimice:

- Centrul fotochimic 1 (substanțe verzi din grupa "A") - compoziția include pigmentul 700, care absorb radiații luminoase, lungimea căreia este de aproximativ 700 nm. Acest pigment are un rol fundamental în crearea produselor din faza ușoară a fotosintezei.

- Centrul fotochimic 2 (substanțe verzi din grupa "B") - compoziția include pigmentul 680, absorbi razele luminoase, lungimea căruia este de 680 nm. El deține rolul celui de-al doilea plan, constând în funcția de reumplere a electronilor pierduți de centrul fotochimic 1. Se realizează datorită hidrolizei lichidului.

La 350- 400 molecule de pigmenți care o fluxuri luminoase concentrate din photosystem 1 și 2 au o singură moleculă de pigment, care este fotochimic activ - grupa clorofilei „A“.

Ce se întâmplă?

1. Energia luminoasă absorbită de către planta afectează pigmentul 700 conținut în ea, care trece de la starea normală la starea de excitație. Pigmentul pierde un electron, ceea ce duce la formarea unei așa-numite gauri de electroni. Apoi, molecula de pigment, care a pierdut electronul, poate acționa ca acceptor, adică partea care primește electronul și își readuce forma.

2. Procesul de descompunere fotochimica a lichidului din centrul absorbant pigment 680 photosystem 2. La descompunerea electronilor formate de apă, care inițial sunt acceptate material cum ar fi C550 citocrom și identificate prin litera Q. Apoi lumina, de electronii citocrom intră purtătorii de circuit și sunt transportate la centrul 1 pentru fotochimică umple găurile e, care este rezultatul pătrunderii cuante de lumină și procesul de recuperare a pigmentului 700.

Există cazuri când o astfel de moleculă readuce un electron identic cu cel anterior. Aceasta va duce la eliberarea energiei de lumină sub formă de căldură. Dar aproape întotdeauna un electron are o sarcină negativă, cuplat cu proteine ​​speciale fier-sulf și se desfășoară pe unul dintre lanțurile sau pigmentul 700 se încadrează într-un alt circuit vectorial și reunit cu acceptor constant.

În prima variantă are loc transportul ciclic al unui electron de tip închis, în timp ce în al doilea caz are loc un transport non-ciclic.

Ambele procese se încadrează în prima etapă a fotosintezei sub catalizeze același lanț de purtători de electroni. Dar trebuie remarcat faptul că, pentru tipul de photophosphorylation ciclic începe și se termină în același timp transportă un punct Chl, în timp ce în cazul în care tranziția ciclică implică transportul de substanță verde grupa „B“ clorofilă „A“.

Caracteristicile transportului ciclic

Fosforilarea ciclicilor se mai numeste fotosintetice. Ca rezultat al acestui proces, se formează molecule ATP. Baza acestei este transportul de întoarcere, după câteva etape succesive în starea excitată de electroni pe pigment 700, prin care se eliberează energie, partea receptoare din sistemul enzimatic fosforilare acumulare suplimentară în legăturile fosfat ale ATP. Asta înseamnă că energia nu se risipește.

Fosforilarea ciclic este reacția primară a fotosintezei, bazată pe formarea energiei chimice tehnologie pe cloroplastidiană tilaktoidov suprafețe ale membranei folosind energia solara.

Fără fosforilarea fotosintetică a reacției de asimilare în faza întunecată a fotosintezei sunt imposibile.

Nuanțe de transport de tip non-ciclic

Procesul constă în restabilirea NADP + și formarea NADP * H. Mecanismul se bazează pe transferul de electroni feredoxin reacția de reducere și trecerea ulterioară la NADP + cu reducerea în continuare a NADP * H.

Drept urmare, electronii care au pierdut pigmentul 700 sunt alimentați de electronii de apă, care se descompun sub razele de lumină din sistemul fotosisteme.

Calea non-ciclică a electronilor, a cărei curgere implică și fotosinteza ușoară, se realizează prin interacțiunea ambelor sisteme fotosime între ele, iar lanțurile electronice de transport le conectează. Energia luminoasă direcționează fluxul de electroni înapoi. În timpul transportului de la centrul fotochimic 1 spre centrul 2, electronii își pierd o parte din energia lor datorită acumulării ca potențial proton pe suprafața membranei tilactoidului.

În faza întunecată a procesului de fotosinteză de creare a unui potențial de tip proton în lanț de transport de electroni și operațiuni pentru formarea de ATP în cloroplaste este aproape identic cu același proces în mitocondrii. Dar caracteristicile sunt încă prezente. Tylactoidele în această situație sunt mitocondriile întoarse pe partea greșită. Acesta este principalul motiv pentru care electronii și protonii se deplaseze prin membrană în direcția opusă în raport cu fluxul de transfer în membrana mitocondrială. Electronii sunt transportați spre exterior, iar protonii se acumulează în partea interioară a matricei tilactoide. Acesta din urmă are doar o sarcină pozitivă, iar membrana exterioară a tilactoidului este negativă. Rezultă că calea gradientului de tip proton este opusul căii sale în mitocondrii.

Următoarea caracteristică este un nivel ridicat al pH-ului în potențialul protonilor.

A treia caracteristică este prezența a doar două lanțuri tilaktoidnoy de conjugare și ca urmare raportul dintre molecule de ATP la protoni egal cu 1: 3.

producție

În prima etapă, fotosinteza este interacțiunea energiei luminoase (artificială și ne-artificială) cu planta. Reacționează la razele de substanțe verzi - clorofila, cea mai mare parte din care este conținută în frunze.

Formarea ATP și NADP * H este rezultatul acestei reacții. Aceste produse sunt necesare pentru trecerea reacțiilor întunecate. În consecință, stadiul luminii este un proces obligatoriu, fără de care nu va avea loc a doua etapă - cea întunecată.

Stadiul întunecat: esența și caracteristicile

Fotosinteza întunecată și reacțiile sale sunt o procedură de dioxid de carbon în substanțe de origine organică, cu producția de carbohidrați. Punerea în aplicare a acestor reacții apar în stroma cloroplastidiană și participarea activă a produselor să ia primul pas al fotosintezei - lumină.

Mecanismul fazei întunecate a fotosintezei se bazează pe procesul de asimilare dioxid de carbon (numită și carboxilarea fotochimică, ciclul Calvin), care se caracterizează prin ciclicitate. Se compune din trei faze:

1. Carboxilarea - adăugare de CO₂.
2. Faza de recuperare.
3. Faza de regenerare a ribulosodifosfatului.

Ribulofosfat - zaharuri cu cinci atomi de carbon, - care pot fi supuse procedurii de fosforilare datorită ATP, prin care un ribulozodifosfat care este supus în continuare la carboxilarea prin conectarea la CO₂ produs cu șase atomi de carbon, care se descompun instantaneu prin reacția cu molecula de apă, creând două specii moleculare de acid phosphoglyceric. Apoi acidul curs de restaurare completă în realizarea reacțiilor enzimatice pentru care a necesitat prezența ATP și NADP pentru a forma un zahăr la trei atomi de carbon - zahăr din trei carbon, triose sau fosfogliceraldehid aldehidă. Când se obține două astfel de molecule hexoze condensat triose, care poate fi o parte a moleculei de amidon și rezervei depanat.

Această fază este completată de faptul că în timpul procesului de fotosinteză, o moleculă de CO este absorbită₂ și utilizarea a trei și patru molecule de atomi ATP H Geksozofosfat cedat la reacțiile ciclului fosfat pentozo, rezultând în ribulozofosfata regenerare care pot fi reuniti cu o altă moleculă de acid carbonic.

Reacțiile de carboxilare, reducere, regenerare nu pot fi numite specifice numai pentru celula în care are loc fotosinteza. Care este fluxul "uniform" al proceselor, de asemenea, nu se poate spune, deoarece diferența există încă - în procesul de recuperare se utilizează NADP * H și nu NAD * N.

Aderarea CO₂ ribulozodifosfat supus catalizeze care oferă ribulozodifosfatkarboksilaza. Produsul de reacție este 3-fosfoglicerat, recuperarea în detrimentul NADPH * H2 și ATP la gliceraldehid-3-fosfat. Procesul de reducere este catalizat de gliceraldehidă-3-fosfat dehidrogenază. Acesta din urmă este ușor convertit în fosfat de dihidroxiacetonă. Fructoza-bisfosfat se formează. O parte din moleculele sale este implicată în ribulozodifosfat proces de regenerare, de închidere a ciclului, iar a doua parte este operat pentru a crea un carbohidrat de rezervă în celule fotosintetice, adică are fotosinteza carbohidrați.

este necesară energia luminii pentru fosforilarea și sinteza substanțelor organice și este necesară energia de oxidare a substanțelor organice pentru fosforilarea oxidativă. Acesta este motivul pentru care vegetația oferă viață animalelor și altor organisme heterotrofice.

Substanțele de tip organo-azot sunt asimilate în organismele fotosintetice datorită reducerii nitraților anorganici și a sulfului - datorită reducerii sulfatelor la grupările sulfhidril ale aminoacizilor. Oferă formarea de proteine, acizi nucleici, lipide, carbohidrați, cofactori și anume fotosinteza. Ce sunt substanțele "asortate"? Este vital pentru plante, a fost deja subliniat, dar pe produsele de sinteză secundare care sunt substanțe medicamentoase valoroase (flavonoide, alcaloizi, terpene, polifenoli, steroizi, orgkisloty și altele), a fost spus nu un cuvânt. Prin urmare, fără exagerare, putem spune că fotosinteza este garanția vieții plantelor, a animalelor și a oamenilor.