Fotoszintézis folyamata. A fotoszintézis könnyű fázisa

Hogyan lehet röviden és világosan megmagyarázni egy ilyen összetett folyamatot, mint a fotoszintézis? A növények az egyetlen élő szervezet, amely képes saját táplálékot előállítani. Hogyan csinálják? A növekedéshez és megkapja az összes szükséges anyagot környezet: szén-dioxid - a levegőből, vízből és - a talajból. Energiára is szükségük van, amit a napsugarakból nyernek. Ez az energia bizonyos kémiai reakciókat indít el, amelyek során a szén-dioxid és a víz glükózzá (élelmiszerré) alakul, és ez a fotoszintézis. A folyamat lényege röviden és érthetően elmagyarázható még az iskoláskorú gyerekeknek is.

"A Fénnyel együtt"

A "fotoszintézis" szó két görög szóból származik - "fotó" és "szintézis", amelyek kombinációja azt jelenti, hogy "együtt a fénnyel". A napenergia kémiai energiává alakul. Kémiai egyenlet fotoszintézis:

6CO 2 + 12H 2 O + könnyű = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

Ez azt jelenti, hogy 6 molekula szén-dioxidés tizenkét vízmolekulát használnak (a napfénnyel együtt) glükóz előállítására, ami hat oxigénmolekulát és hat vízmolekulát eredményez. Ha ezt verbális egyenletként ábrázolja, a következőket kapja:

Víz + nap => glükóz + oxigén + víz.

A nap nagyon erős energiaforrás. Az emberek mindig megpróbálják felhasználni áramtermelésre, házak szigetelésére, vízmelegítésre stb. A növények évmilliókkal ezelőtt rájöttek, hogyan használják fel a napenergiát, mert ez szükséges volt a túlélésükhöz. A fotoszintézis röviden és érthetően így magyarázható: a növények a napból származó fényenergiát felhasználva kémiai energiává alakítják át, aminek eredménye a cukor (glükóz), melynek feleslegét keményítőként raktározzák a levelek, gyökerek, szárak, ill. a növény magjai. A nap energiája átkerül a növényekhez, valamint az állatokhoz, amelyek megeszik ezeket a növényeket. Amikor egy növénynek tápanyagra van szüksége a növekedéshez és más életfolyamatokhoz, ezek a tartalékok nagyon hasznosak.

Hogyan veszik fel a növények a nap energiáját?

Ha röviden és világosan beszélünk a fotoszintézisről, érdemes foglalkozni azzal a kérdéssel, hogy a növények hogyan képesek felvenni a napenergiát. Ez a levelek speciális szerkezetének köszönhető, amely zöld sejteket - kloroplasztokat - tartalmaz, amelyek egy speciális, klorofill nevű anyagot tartalmaznak. Ez adja a leveleket zöldés felelős az energiaelnyelésért napfény.

Miért széles és lapos a legtöbb levél?

A fotoszintézis a növények leveleiben megy végbe. Elképesztő tény az, hogy a növények nagyon jól alkalmazkodnak a napfény megkötéséhez és a szén-dioxid elnyeléséhez. A széles felületnek köszönhetően sokkal több fény fogható meg. Ez az oka annak napelemek, amelyeket esetenként házak tetejére szerelnek fel, szintén szélesek és laposak. Minél nagyobb a felület, annál jobb a felszívódás.

Mi még fontos a növények számára?

Az emberekhez hasonlóan a növényeknek is jótékony tápanyagokra van szükségük ahhoz, hogy egészségesek maradjanak, növekedjenek és jól végezzék létfontosságú funkcióikat. A vízben oldott ásványi anyagokat a talajból nyerik a gyökereiken keresztül. Ha a talajban hiányoznak az ásványi tápanyagok, a növény nem fejlődik normálisan. A gazdálkodók gyakran tesztelik a talajt, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy elegendő tápanyaggal rendelkezik a növények növekedéséhez. Ellenkező esetben használjon olyan műtrágyákat, amelyek alapvető ásványi anyagokat tartalmaznak a növények táplálkozásához és növekedéséhez.

Miért olyan fontos a fotoszintézis?

Ahhoz, hogy a fotoszintézist röviden és érthetően elmagyarázzuk a gyerekeknek, érdemes elmondani, hogy ez a folyamat a világ egyik legfontosabb kémiai reakciója. Milyen okai vannak egy ilyen hangos kijelentésnek? Először is, a fotoszintézis táplálja a növényeket, amelyek viszont minden más élőlényt táplálnak a bolygón, beleértve az állatokat és az embereket is. Másodszor, a fotoszintézis eredményeként a légzéshez szükséges oxigén kerül a légkörbe. Minden élőlény belélegzi az oxigént és kilélegzi a szén-dioxidot. Szerencsére a növények ennek az ellenkezőjét teszik, ezért nagyon fontosak az emberek és az állatok számára, hiszen képesek lélegezni.

Csodálatos folyamat

Kiderült, hogy a növények is tudnak lélegezni, de az emberekkel és az állatokkal ellentétben szén-dioxidot szívnak fel a levegőből, nem oxigént. A növények is isznak. Ezért meg kell itatni őket, különben elpusztulnak. A gyökérrendszer segítségével a víz és a tápanyagok a növény minden részébe eljutnak, a szén-dioxid pedig a leveleken lévő apró lyukakon keresztül szívódik fel. A kémiai reakció elindításának kiváltó oka a napfény. Az összes nyert anyagcsereterméket a növények táplálkozásra használják fel, oxigén kerül a légkörbe. Így röviden és érthetően elmagyarázhatja, hogyan megy végbe a fotoszintézis folyamata.

Fotoszintézis: a fotoszintézis világos és sötét fázisai

A vizsgált folyamat két fő részből áll. A fotoszintézisnek két fázisa van (az alábbi leírás és táblázat). Az elsőt fényfázisnak nevezik. Csak fény jelenlétében fordul elő tilakoid membránokban, klorofill, elektrontranszport fehérjék és az ATP szintetáz enzim részvételével. Mit rejt még a fotoszintézis? Világítsd meg és cseréld ki egymást a nappal és az éjszaka előrehaladtával (Calvin ciklusok). A sötét fázisban ugyanez a glükóz, a növények tápláléka termelődik. Ezt a folyamatot fényfüggetlen reakciónak is nevezik.

Fény fázis

Sötét fázis

1. A kloroplasztiszokban lejátszódó reakciók csak fény jelenlétében lehetségesek. Ezekben a reakciókban a fényenergia kémiai energiává alakul 2. A klorofill és más pigmentek elnyelik a napfény energiáját. Ez az energia a fotoszintézisért felelős fotorendszerekbe kerül 3. A vizet elektronokhoz és hidrogénionokhoz használják, és részt vesz az oxigéntermelésben is 4. Az elektronok és hidrogénionok ATP (energiatároló molekula) létrehozására szolgálnak, amelyre a fotoszintézis következő fázisában van szükség

1. A kloroplasztiszok strómájában extra könnyű ciklus reakciók mennek végbe 2. A szén-dioxidot és az ATP-ből származó energiát glükóz formájában használják fel

Következtetés

A fentiek mindegyikéből a következő következtetések vonhatók le:

• A fotoszintézis egy folyamat, amely energiát állít elő a napból.
• A napból származó fényenergiát a klorofill kémiai energiává alakítja.
• A klorofill adja a növények zöld színét.
• A fotoszintézis a növényi levélsejtek kloroplasztiszában megy végbe.
• A fotoszintézishez szén-dioxid és víz szükséges.
• A szén-dioxid apró lyukakon, sztómákon keresztül jut be a növénybe, és azokon keresztül távozik az oxigén.
• A víz a gyökerein keresztül szívódik fel a növénybe.
• Fotoszintézis nélkül nem lenne élelmiszer a világon.

A bolygón minden élőlénynek szüksége van táplálékra vagy energiára a túléléshez. Egyes szervezetek más élőlényekkel táplálkoznak, míg mások saját tápanyagaikat képesek előállítani. Saját táplálékukat, a glükózt állítják elő a fotoszintézisnek nevezett folyamat során.

A fotoszintézis és a légzés összefügg. A fotoszintézis eredménye a glükóz, amely kémiai energiaként raktározódik el. Ez a tárolt kémiai energia a szervetlen szén (szén-dioxid) szerves szénné való átalakulásának eredménye. A légzés folyamata felszabadítja a tárolt kémiai energiát.

A növényeknek az általuk előállított termékeken kívül szénre, hidrogénre és oxigénre is szükségük van a túléléshez. A talajból felszívott víz hidrogént és oxigént biztosít. A fotoszintézis során a szén és a víz az élelmiszerek szintetizálására szolgál. A növényeknek nitrátokra is szükségük van az aminosavak előállításához (az aminosav a fehérje előállításának egyik összetevője). Ezen kívül magnéziumra van szükségük a klorofill előállításához.

Jegyzet: A más élelmiszerektől függő élőlényeket ún. A növényevők, például a tehenek és a rovarokat fogyasztó növények a heterotrófok példái. Azokat az élőlényeket, amelyek maguk állítják elő táplálékukat, úgy hívják. A zöld növények és algák az autotrófok példái.

Ebben a cikkben többet megtudhat arról, hogyan megy végbe a fotoszintézis a növényekben, és milyen körülmények között zajlik a folyamat.

A fotoszintézis definíciója

A fotoszintézis az a kémiai folyamat, amelynek során a növények, egyes algák glükózt és oxigént állítanak elő szén-dioxidból és vízből, energiaforrásként csak fényt használva.

Ez a folyamat rendkívül fontos a földi élet számára, mert oxigén szabadul fel, amelytől minden élet függ.

Miért van szükségük a növényeknek glükózra (táplálékra)?

Az emberekhez és más élőlényekhez hasonlóan a növényeknek is tápanyagra van szükségük a túléléshez. A glükóz jelentősége a növények számára a következő:

• A fotoszintézis által termelt glükózt a légzés során használják fel energia felszabadítására, amelyre a növénynek más létfontosságú folyamatokhoz szüksége van.
• A növényi sejtek a glükóz egy részét keményítővé is alakítják, amelyet szükség szerint felhasználnak. Emiatt az elhalt növényeket biomasszaként használják fel, mert kémiai energiát tárolnak.
• A glükózra más vegyi anyagok, például fehérjék, zsírok és növényi cukrok előállításához is szükség van, amelyek a növekedéshez és más fontos folyamatokhoz szükségesek.

A fotoszintézis fázisai

A fotoszintézis folyamata két szakaszra oszlik: világos és sötét fázisra.

A fotoszintézis könnyű fázisa

Ahogy a neve is sugallja, a világos fázisokhoz napfényre van szükség. Fényfüggő reakciókban a napfény energiáját a klorofill elnyeli és tárolt kémiai energiává alakítja NADPH elektronhordozó molekula (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) és ATP (adenozin-trifoszfát) energiamolekula formájában. A kloroplaszton belüli tilakoid membránokban könnyű fázisok fordulnak elő.

A fotoszintézis vagy a Calvin-ciklus sötét fázisa

A sötét fázisban vagy a Calvin-ciklusban a világos fázisból származó gerjesztett elektronok energiát adnak a szén-dioxid-molekulákból szénhidrátok képződéséhez. A fénytől független fázisokat a folyamat ciklikussága miatt néha Calvin-ciklusnak is nevezik.

Bár a sötét fázisok nem használnak fényt reagensként (és ennek eredményeként előfordulhatnak nappal vagy éjszaka), működésükhöz fényfüggő reakciók termékei szükségesek. A fénytől független molekulák az ATP és NADPH energiahordozó molekuláktól függenek, hogy új szénhidrátmolekulákat hozzanak létre. Az energia átvitele után az energiahordozó molekulák visszatérnek a fényfázisokba, hogy több energikus elektront termeljenek. Ezenkívül számos sötét fázisú enzim aktiválódik a fény hatására.

A fotoszintézis fázisainak diagramja

Jegyzet: Ez azt jelenti, hogy a sötét fázisok nem folytatódnak, ha a növények túl sokáig nem jutnak fényhez, mivel a világos fázis termékeit használják fel.

A növényi levelek szerkezete

Nem tudjuk teljes mértékben tanulmányozni a fotoszintézist anélkül, hogy többet nem ismernénk a levél szerkezetéről. A levél létfontosságú szerepet játszik a fotoszintézis folyamatában.

A levelek külső szerkezete

• Négyzet

A növények egyik legfontosabb jellemzője a leveleik nagy felülete. A legtöbb zöld növénynek széles, lapos és nyitott levelei vannak, amelyek annyi napenergiát (napfényt) képesek felvenni, amennyi a fotoszintézishez szükséges.

• Központi véna és levélnyél

A központi ér és a levélnyél összekapcsolódik, és a levél alapját képezi. A levélnyél úgy helyezi el a levelet, hogy az a lehető legtöbb fényt kapja.

• Levéllemez

Az egyszerű leveleknek egy levéllemezük van, míg az összetett leveleknek több. A levéllemez a levél egyik legfontosabb összetevője, amely közvetlenül részt vesz a fotoszintézis folyamatában.

• Vénák

A levelekben található erek hálózata szállítja a vizet a szárakról a levelekre. A felszabaduló glükózt a levelekből az ereken keresztül a növény más részeibe is eljuttatják. Ezenkívül ezek a levélrészek megtámasztják és laposan tartják a levéllemezt, hogy jobban elnyeljék a napfényt. Az erek elrendezése (ventáció) a növény típusától függ.

• Levél alap

A levél alapja a legalsó része, amely a szárral tagolódik. A levél tövében gyakran egy pár szál van.

• Levél széle

A növény típusától függően a levél széle különböző formájú lehet: egész, szaggatott, fogazott, rovátkolt, recézett stb.

• Levélvég

Mint a levél széle, a teteje az különféle formák, beleértve: éles, kerek, tompa, hosszúkás, kihúzott stb.

A levelek belső szerkezete

Az alábbiakban egy közeli diagram látható belső szerkezet levélszövetek:

• Kutikula

A kutikula a fő, védőrétegként működik a növény felszínén. Általában a levél felső részén vastagabb. A kutikulát viaszszerű anyag borítja, amely megvédi a növényt a víztől.

• Felhám

Az epidermisz egy sejtréteg, amely a levél fedőszövete. Fő feladata, hogy megvédje a levél belső szöveteit a kiszáradástól, a mechanikai sérülésektől és a fertőzésektől. Szabályozza a gázcsere és a transzspiráció folyamatát is.

• Mezofill

A mezofil a növény fő szövete. Itt megy végbe a fotoszintézis folyamata. A legtöbb növényben a mezofill két rétegre oszlik: a felső palánk, az alsó pedig szivacsos.

• Védelmi ketrecek

A védősejtek a levelek epidermiszében található speciális sejtek, amelyeket a gázcsere szabályozására használnak. Védő funkciót látnak el a sztómák számára. A sztóma pórusai kitágulnak, ha a víz szabadon hozzáférhető, ellenkező esetben a védősejtek lomhavá válnak.

• Sztóma

A fotoszintézis attól függ, hogy a levegőből a sztómákon keresztül a szén-dioxid (CO2) behatol a mezofil szövetbe. A fotoszintézis melléktermékeként keletkező oxigén (O2) a sztómán keresztül távozik a növényből. Amikor a sztómák nyitva vannak, a párolgás következtében a víz elvész, és a párologtató áramon keresztül a gyökerek által felszívott vízzel kell helyettesíteni. A növények kénytelenek egyensúlyba hozni a levegőből felszívódó CO2 mennyiségét és a sztómapórusokon keresztüli vízveszteséget.

A fotoszintézishez szükséges feltételek

A növényeknek a következő feltételekkel kell végrehajtaniuk a fotoszintézis folyamatát:

• szén-dioxid. Színtelen, szagtalan, a levegőben található földgáz, amelynek tudományos neve CO2. A szén elégetésével keletkezik és szerves vegyületek, és a légzési folyamat során is előfordul.
• Víz. Átlátszó folyadék vegyi anyag szagtalan és íztelen (normál körülmények között).
• Fény. Bár a mesterséges fény is megfelelő a növények számára, a természetes napfény hajlamos létrehozni legjobb körülmények között fotoszintézishez, mert természetes ultraibolya sugárzás, amely pozitív hatással van a növényekre.
• Klorofill. Ez egy zöld pigment, amely a növények leveleiben található.
• Tápanyagok és ásványi anyagok. A növényi gyökerek által a talajból felszívódó vegyszerek és szerves vegyületek.

Mi keletkezik a fotoszintézis eredményeként?

• Szőlőcukor;
• Oxigén.

(A fényenergia zárójelben van feltüntetve, mert nem anyag)

Jegyzet: A növények a CO2-t a levegőből a leveleiken keresztül, a vizet pedig a talajból a gyökereiken keresztül nyerik. A fényenergia a Napból származik. A keletkező oxigén a levelekből a levegőbe kerül. A keletkező glükóz más anyagokká, például keményítővé alakítható, amelyet energiatartalékként használnak fel.

Ha a fotoszintézist elősegítő tényezők hiányoznak vagy nem megfelelő mennyiségben vannak jelen, akkor a növényt negatívan érintheti. Például a kevesebb fény kedvező feltételeket teremt a rovarok számára, amelyek megeszik a növény leveleit, a vízhiány pedig lelassítja.

Hol történik a fotoszintézis?

A fotoszintézis a növényi sejtekben, kis plasztidokban, az úgynevezett kloroplasztiszokban megy végbe. A kloroplasztok (leginkább a mezofil rétegben találhatók) tartalmaznak egy klorofill nevű zöld anyagot. Az alábbiakban a sejt más részei láthatók, amelyek a kloroplasztiszokkal működnek együtt a fotoszintézis végrehajtásában.

A növényi sejt felépítése

A növényi sejtrészek funkciói

• : szerkezeti és mechanikai támaszt nyújt, megvédi a sejteket a sejtektől, rögzíti és meghatározza a sejt alakját, szabályozza a növekedés sebességét és irányát, és formát ad a növényeknek.
• : platformot biztosít a legtöbb számára kémiai folyamatok enzimek szabályozzák.
• : gátként működik, szabályozza az anyagok sejtbe és onnan történő mozgását.
• : a fent leírtak szerint klorofillt tartalmaznak, egy zöld anyagot, amely a fotoszintézis folyamata révén elnyeli a fényenergiát.
• : egy üreg a sejt citoplazmájában, amely vizet tárol.
• : genetikai jelet (DNS) tartalmaz, amely szabályozza a sejt tevékenységét.

A klorofill elnyeli a fotoszintézishez szükséges fényenergiát. Fontos megjegyezni, hogy a fény nem minden színhullámhossza nyelődik el. A növények elsősorban a vörös és kék hullámhosszokat nyelik el – a zöld tartományban nem nyelnek el fényt.

Szén-dioxid a fotoszintézis során

A növények a szén-dioxidot a levegőből veszik fel a leveleiken keresztül. A szén-dioxid a levél alján lévő kis lyukon keresztül szivárog - a sztómán.

A levél alsó részén lazán elhelyezkedő sejtek találhatók, hogy a szén-dioxid elérje a levelek más sejtjeit. Ez azt is lehetővé teszi, hogy a fotoszintézis által termelt oxigén könnyen elhagyja a levelet.

A szén-dioxid nagyon alacsony koncentrációban van jelen a levegőben, amelyet belélegzünk, és szükséges tényező a fotoszintézis sötét fázisában.

Fény a fotoszintézis során

A levél általában nagy felülettel rendelkezik, így sok fényt képes elnyelni. Felső felületét viaszos réteg (kutikula) védi a vízveszteségtől, a betegségektől és az időjárás viszontagságaitól. A lap teteje az, ahol a fény megüti. Ezt a mezofil réteget palisádnak nevezik. Felszívódásra alkalmas nagy mennyiségben könnyű, mert sok kloroplasztot tartalmaz.

A fényfázisokban a fotoszintézis folyamata több fény hatására fokozódik. Több klorofillmolekula ionizálódik, és több ATP és NADPH keletkezik, ha fényfotonok koncentrálódnak egy zöld levélen. Bár a fény rendkívül fontos a fotofázisokban, meg kell jegyezni, hogy a túlzott mennyiség károsíthatja a klorofillt és csökkentheti a fotoszintézis folyamatát.

A fényfázisok nem nagyon függnek a hőmérséklettől, a víztől vagy a szén-dioxidtól, bár ezek mind szükségesek a fotoszintézis folyamatának befejezéséhez.

Víz a fotoszintézis során

A növények a fotoszintézishez szükséges vizet a gyökereiken keresztül szerzik be. Gyökérszőrük van, amely a talajban nő. A gyökereket nagy felület és vékony falak jellemzik, így a víz könnyen áthatol rajtuk.

A képen a növények és sejtjeik láthatók elegendő vízzel (balra) és annak hiányával (jobbra).

Jegyzet: A gyökérsejtek nem tartalmaznak kloroplasztokat, mert általában sötétben vannak, és nem tudnak fotoszintetizálni.

Ha a növény nem vesz fel elegendő vizet, kiszárad. Víz nélkül a növény nem lesz képes elég gyorsan fotoszintetizálni, és akár el is pusztulhat.

Mi a víz jelentősége a növények számára?

• Oldott ásványi anyagokat biztosít, amelyek támogatják a növény egészségét;
• Közlekedési eszköz;
• Megőrzi a stabilitást és az állóképességet;
• Lehűti és nedvességgel telíti;
• Lehetővé teszi különféle kémiai reakciók végrehajtását a növényi sejtekben.

A fotoszintézis jelentősége a természetben

A fotoszintézis biokémiai folyamata a napfényből származó energiát használja fel a víz és a szén-dioxid oxigénné és glükózzá történő átalakítására. A glükózt építőelemként használják a növényekben a szövetek növekedéséhez. Így a fotoszintézis az a módszer, amellyel gyökerek, szárak, levelek, virágok és termések keletkeznek. A fotoszintézis folyamata nélkül a növények nem lesznek képesek növekedni vagy szaporodni.

• Producerek

Fotoszintetikus képességüknek köszönhetően a növényeket termelőként ismerik, és szinte mindegyik alapjául szolgálnak tápláléklánc a Földön. (Az algák a növények megfelelői). Minden táplálék, amit megeszünk, fotoszintetikus szervezetektől származik. Közvetlenül fogyasztjuk ezeket a növényeket, vagy olyan állatokat eszünk, mint például tehenek vagy sertések, amelyek növényi táplálékot fogyasztanak.

• A tápláléklánc alapja

A vízi rendszereken belül a növények és az algák képezik a tápláléklánc alapját is. Az algák táplálékul szolgálnak, amelyek viszont táplálékforrásként szolgálnak a nagyobb szervezetek számára. Fotoszintézis nélkül vízi környezet az élet lehetetlen lenne.

• Szén-dioxid eltávolítás

A fotoszintézis a szén-dioxidot oxigénné alakítja. A fotoszintézis során a légkörből származó szén-dioxid belép a növénybe, majd oxigénként szabadul fel. A mai világban, ahol a szén-dioxid szintje riasztó ütemben növekszik, minden olyan folyamat, amely eltávolítja a szén-dioxidot a légkörből, környezetvédelmi szempontból fontos.

• Tápanyag kerékpározás

A növények és más fotoszintetikus organizmusok létfontosságú szerepet játszanak a tápanyag-ciklusban. A levegőben lévő nitrogén megkötődik a növényi szövetekben, és elérhetővé válik fehérjék előállításához. A talajban található mikroelemek a növényi szövetekbe is beépülhetnek, és a táplálékláncban feljebb elérhetővé válnak a növényevők számára.

• Fotoszintetikus függőség

A fotoszintézis a fény intenzitásától és minőségétől függ. Az Egyenlítőn, ahol egész évben bőséges a napfény, és a víz nem korlátozó tényező, a növények gyorsan növekednek, és meglehetősen nagyra nőhetnek. Ezzel szemben az óceán mélyebb részein a fotoszintézis ritkábban megy végbe, mivel a fény nem hatol át ezekbe a rétegekbe, ami egy kopárabb ökoszisztémát eredményez.

Fotoszintézis- szerves vegyületek szintézise szervetlenekből fényenergia (hv) felhasználásával. Összefoglaló egyenlet fotoszintézis:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

A fotoszintézis fotoszintetikus pigmentek részvételével történik, amelyek egyedülálló tulajdonsággal rendelkeznek, hogy a napfény energiáját kémiai kötésenergiává alakítják ATP formájában. A fotoszintetikus pigmentek fehérjeszerű anyagok. Közülük a legfontosabb a klorofill pigment. Az eukariótákban a fotoszintetikus pigmentek a plasztiszok belső membránjába ágyazódnak be, a citoplazma membránjába.

A kloroplaszt szerkezete nagyon hasonló a mitokondrium szerkezetéhez. A grana tilakoidok belső membránja fotoszintetikus pigmenteket, valamint elektrontranszport lánc fehérjéket és ATP szintetáz enzimmolekulákat tartalmaz.

A fotoszintézis folyamata két fázisból áll: világos és sötét.

Fény fázis A fotoszintézis csak fényben megy végbe a grana tilakoid membránban. Ebben a fázisban a klorofill elnyeli a fénykvantumokat, ATP-molekulát termel, és a víz fotolízisét végzi.

A fénykvantum (hv) hatására a klorofill elektronokat veszít, és gerjesztett állapotba kerül:

Chl → Chl + e -

Ezeket az elektronokat a hordozók továbbítják a kifelé, azaz. a tilakoid membrán mátrix felé eső felülete, ahol felhalmozódnak.

Ugyanakkor a tilakoidokon belül a víz fotolízise megy végbe, azaz. lebomlása fény hatására

2H 2O → O 2 +4H + + 4e —

A keletkező elektronokat a hordozók a klorofillmolekulákba juttatják és visszaállítják: a klorofillmolekulák stabil állapotba kerülnek.

A víz fotolízise során keletkező hidrogén protonok felhalmozódnak a tilakoid belsejében, H + tartályt hozva létre. Ennek eredményeként a tilakoid membrán belső felülete pozitívan (a H + miatt), a külső felülete negatívan (e - miatt) töltődik. Ahogy a membrán mindkét oldalán ellentétes töltésű részecskék halmozódnak fel, a potenciálkülönbség nő. A potenciálkülönbség kritikus értékének elérésekor az erő elektromos mező elkezdi átnyomni a protonokat az ATP szintetáz csatornán. Az ebben az esetben felszabaduló energiát az ADP molekulák foszforilálására használják fel:

ADP + P → ATP

Az ATP képződését a fotoszintézis során fényenergia hatására ún fotofoszforiláció.

A tilakoid membrán külső felületén a hidrogénionok ott találkoznak az elektronokkal, és atomos hidrogént képeznek, amely a NADP (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) hidrogénhordozó molekulához kötődik:

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

Így a fotoszintézis fényfázisában három folyamat játszódik le: a víz bomlása következtében oxigén képződése, ATP szintézise, ​​valamint hidrogénatomok képződése NADP H2 formájában. Az oxigén a légkörbe diffundál, az ATP és a NADP H2 részt vesz a sötét fázis folyamataiban.

Sötét fázis A fotoszintézis a kloroplasztisz mátrixában mind világosban, mind sötétben megtörténik, és a levegőből származó CO 2 szekvenciális átalakulását jelenti a Calvin-ciklusban. A sötét fázisú reakciókat az ATP energiájával hajtják végre. A Calvin-ciklusban a CO 2 a NADP H 2-ből származó hidrogénhez kötve glükózt képez.

A fotoszintézis folyamatában a monoszacharidokon (glükóz stb.) kívül más szerves vegyületek monomerei is szintetizálódnak - aminosavak, glicerin és zsírsavak. Így a fotoszintézisnek köszönhetően a növények önmagukat és a Föld minden élőlényét ellátják a szükséges szerves anyagokkal és oxigénnel.

Az eukarióták fotoszintézisének és légzésének összehasonlító jellemzőit a táblázat tartalmazza:

Az eukarióták fotoszintézisének és légzésének összehasonlító jellemzői

Jel	Fotoszintézis	Lehelet
Reakcióegyenlet	6CO 2 + 6H 2 O + Fényenergia → C 6 H 12 O 6 + 6O 2	C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6H 2 O + energia (ATP)
Kiindulási anyagok	Szén-dioxid, víz
Reakciótermékek	Szerves anyag, oxigén	Szén-dioxid, víz
Fontosság az anyagok körforgásában	Szintézis szerves anyag szervetlenből	Szerves anyagok bomlása szervetlenné
Az energia átalakítása	Fényenergia energiává alakítása kémiai kötések szerves anyag	A szerves anyagok kémiai kötéseinek energiájának átalakítása az ATP nagyenergiájú kötéseinek energiájává
Kulcs szakaszok	Világos és sötét fázis (beleértve a Calvin-ciklust)	Nem teljes oxidáció (glikolízis) és teljes oxidáció (beleértve a Krebs-ciklust is)
A folyamat helye	Chloroplast	Hialoplazma (tökéletlen oxidáció) és mitokondriumok (teljes oxidáció)

Hogyan alakul át a napfény energiája a fotoszintézis világos és sötét fázisában a glükóz kémiai kötéseinek energiájává? Magyarázza meg válaszát.

Válasz

A fotoszintézis fényfázisában a napfény energiája a gerjesztett elektronok energiájává alakul, majd a gerjesztett elektronok energiája az ATP és a NADP-H2 energiájává alakul. A fotoszintézis sötét fázisában az ATP és a NADP-H2 energiája a glükóz kémiai kötéseinek energiájává alakul.

Mi történik a fotoszintézis fényfázisában?

Válasz

A fényenergiával gerjesztett klorofill elektronok elektronszállító láncok mentén haladnak, energiájuk az ATP-ben és a NADP-H2-ben raktározódik. Megtörténik a víz fotolízise és oxigén szabadul fel.

Milyen fő folyamatok játszódnak le a fotoszintézis sötét fázisában?

Válasz

A légkörből nyert szén-dioxidból és a könnyű fázisban nyert hidrogénből a könnyű fázisban nyert ATP energiája miatt glükóz képződik.

Mi a klorofill funkciója egy növényi sejtben?

Válasz

A klorofil részt vesz a fotoszintézis folyamatában: a fényfázisban a klorofill elnyeli a fényt, a klorofill elektron fényenergiát kap, leszakad és végigmegy az elektrontranszport láncon.

Milyen szerepet játszanak a klorofillmolekulák elektronjai a fotoszintézisben?

Válasz

A napfény által gerjesztett klorofill elektronok elektronszállító láncokon haladnak keresztül, és energiájukat ATP és NADP-H2 képződésére adják át.

A fotoszintézis melyik szakaszában jön létre? szabad oxigén?

Válasz

Világos fázisban, a víz fotolízise során.

A fotoszintézis melyik fázisában történik ATP szintézis?

Válasz

Elővilágítási fázis.

Melyik anyag szolgál oxigénforrásként a fotoszintézis során?

Válasz

Víz (a víz fotolízise során oxigén szabadul fel).

A fotoszintézis sebessége korlátozó tényezőktől függ, beleértve a fényt, a szén-dioxid-koncentrációt és a hőmérsékletet. Miért korlátozzák ezek a tényezők a fotoszintézis reakcióit?

Válasz

Fény szükséges a klorofill gerjesztéséhez, energiával látja el a fotoszintézis folyamatát. A fotoszintézis sötét fázisában szén-dioxidra van szükség, amelyből glükóz szintetizálódik. A hőmérséklet változása az enzimek denaturálódásához vezet, és a fotoszintetikus reakciók lelassulnak.

Milyen metabolikus reakciókban a növényekben a szén-dioxid a szénhidrátok szintézisének kiindulási anyaga?

Válasz

A fotoszintézis reakcióiban.

A fotoszintézis folyamata intenzíven megy végbe a növények leveleiben. Érett és éretlen gyümölcsökben is előfordul? Magyarázza meg válaszát.

Válasz

A fotoszintézis a növények zöld részein megy végbe fényben. Így a zöld gyümölcsök héjában fotoszintézis megy végbe. A fotoszintézis nem megy végbe a gyümölcs belsejében vagy az érett (nem zöld) gyümölcsök héjában.

Ahogy a neve is sugallja, a fotoszintézis lényegében szerves anyagok természetes szintézise, ​​amely során a légkörből és a vízből származó CO2 glükózzá és szabad oxigénné alakul.

Ehhez a napenergia jelenléte szükséges.

A fotoszintézis folyamatának kémiai egyenlete általában a következőképpen ábrázolható:

A fotoszintézisnek két fázisa van: sötét és világos. Kémiai reakciók A fotoszintézis sötét fázisai jelentősen eltérnek a világos fázis reakcióitól, de a fotoszintézis sötét és világos fázisa egymástól függ.

A világos fázis a növényi levelekben kizárólag napfényben fordulhat elő. A sötétséghez szén-dioxid jelenléte szükséges, ezért a növénynek folyamatosan fel kell vennie a légkörből. Minden összehasonlító jellemzők Az alábbiakban bemutatjuk a fotoszintézis sötét és világos fázisait. Ebből a célból egy összehasonlító táblázatot készítettek „Fotószintézis fázisai”.

A fotoszintézis könnyű fázisa

A fotoszintézis fényfázisának fő folyamatai a tilakoid membránokban játszódnak le. Ez magában foglalja a klorofillt, az elektrontranszport fehérjéket, az ATP-szintetázt (egy enzim, amely felgyorsítja a reakciót) és a napfényt.

Továbbá a reakciómechanizmus a következőképpen írható le: amikor napfény éri a növények zöld leveleit, szerkezetükben klorofill-elektronok (negatív töltés) gerjesztődnek, amelyek aktív állapotba kerülve elhagyják a pigmentmolekulát és a növényre jutnak. a tilakoidon kívül, melynek membránja is negatív töltésű. Ugyanakkor a klorofill molekulák oxidálódnak, a már oxidált molekulák pedig redukálódnak, így a levélszerkezetben lévő vízből elektronokat vesznek el.

Ez a folyamat oda vezet, hogy a vízmolekulák szétesnek, és a víz fotolízise során keletkező ionok feladják elektronjaikat és OH gyökökké alakulnak, amelyek képesek további reakciókat lefolytatni. Ezek a reaktív OH-gyökök azután egyesülve teljes értékű vízmolekulákat és oxigént hoznak létre. Ebben az esetben a szabad oxigén a külső környezetbe kerül.

Mindezen reakciók és átalakulások eredményeként a levél tilakoid membránja az egyik oldalon pozitívan töltődik (a H+ ion miatt), a másik oldalon pedig negatívan (elektronok miatt). Amikor a töltések közötti különbség a membrán két oldalán meghaladja a 200 mV-ot, a protonok az ATP szintetáz enzim speciális csatornáin haladnak át, és ennek köszönhetően az ADP ATP-vé alakul (a foszforilációs folyamat eredményeként). A vízből felszabaduló atomi hidrogén pedig visszaállítja a NADP+ specifikus hordozót NADP H2-vé. Amint látjuk, a fotoszintézis fényfázisának eredményeként három fő folyamat megy végbe:

1. ATP szintézis;
2. NADP H2 létrehozása;
3. szabad oxigén képződése.

Ez utóbbi a légkörbe kerül, a NADP H2 és az ATP pedig részt vesz a fotoszintézis sötét fázisában.

A fotoszintézis sötét fázisa

A fotoszintézis sötét és világos fázisára a növény nagy energiaráfordítása jellemző, de a sötét fázis gyorsabban halad és kevesebb energiát igényel. A sötét fázis reakcióihoz nincs szükség napfényre, így nappal és éjszaka is előfordulhatnak.

Ennek a fázisnak az összes fő folyamata a növényi kloroplasztisz strómájában játszódik le, és a légkörből származó szén-dioxid egymást követő átalakulásának egyedülálló láncát képviseli. Az első reakció egy ilyen láncban a szén-dioxid rögzítése. A zökkenőmentes és gyorsabb megvalósítás érdekében a természet biztosította a RiBP-karboxiláz enzimet, amely katalizálja a CO2 rögzítését.

Ezután egy teljes reakcióciklus megy végbe, amelynek befejeződése a foszfoglicerinsav glükózzá (természetes cukorrá) történő átalakulása. Mindezek a reakciók az ATP és a NADP H2 energiáját használják fel, amelyek a fotoszintézis fényfázisában jöttek létre. A fotoszintézis a glükózon kívül más anyagokat is termel. Ezek közé tartoznak a különböző aminosavak, zsírsavak, glicerin és nukleotidok.

A fotoszintézis fázisai: összehasonlító táblázat

Összehasonlítási kritériumok	Fény fázis	Sötét fázis
Napfény	Kívánt	Választható
A reakció helye	Chloroplast grana	Chloroplast stroma
Energiaforrástól való függés	Napfénytől függ	A fényfázisban képződő ATP-től és NADP-től, valamint a légkörből származó CO2 mennyiségétől függ
Kiindulási anyagok	Klorofil, elektrontranszport fehérjék, ATP szintetáz	szén-dioxid
A fázis lényege és ami kialakul	Szabad O2 szabadul fel, ATP és NADP H2 képződik	Természetes cukor (glükóz) képződése és CO2 felszívódása a légkörből

Fotoszintézis - videó