Procesul de fotosinteză. Faza ușoară a fotosintezei

Cum să explic pe scurt și clar un proces atât de complex precum fotosinteza? Plantele sunt singurele organisme vii care își pot produce propria hrană. Cum o fac? Pentru creștere și primiți toate substanțele necesare de la mediu: dioxid de carbon - din aer, apa si - din sol. Au nevoie și de energie, pe care o primesc din razele soarelui. Această energie declanșează anumite reacții chimice în timpul cărora dioxidul de carbon și apa sunt transformate în glucoză (hrană) și este fotosinteză. Esența procesului poate fi explicată pe scurt și clar chiar și copiilor de vârstă școlară.

„Împreună cu Lumina”

Cuvântul „fotosinteză” provine din două cuvinte grecești – „foto” și „sinteză”, a căror combinație înseamnă „împreună cu lumina”. Energia solară este transformată în energie chimică. Ecuație chimică fotosinteză:

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

Aceasta înseamnă că 6 molecule dioxid de carbonși douăsprezece molecule de apă sunt folosite (împreună cu lumina soarelui) pentru a produce glucoză, rezultând șase molecule de oxigen și șase molecule de apă. Dacă reprezentați aceasta ca o ecuație verbală, obțineți următoarele:

Apa + soare => glucoza + oxigen + apa.

Soarele este o sursă foarte puternică de energie. Oamenii încearcă întotdeauna să-l folosească pentru a genera electricitate, a izola casele, a încălzi apa și așa mai departe. Plantele și-au dat seama cum să folosească energia solară cu milioane de ani în urmă, deoarece aceasta era necesară pentru supraviețuirea lor. Fotosinteza poate fi explicată pe scurt și clar astfel: plantele folosesc energia luminoasă de la soare și o transformă în energie chimică, al cărei rezultat este zahărul (glucoza), al cărui exces este stocat sub formă de amidon în frunze, rădăcini, tulpini și semințele plantei. Energia soarelui este transferată plantelor, precum și animalelor care mănâncă aceste plante. Atunci când o plantă are nevoie de nutrienți pentru creștere și alte procese de viață, aceste rezerve sunt foarte utile.

Cum absorb plantele energia de la soare?

Vorbind despre fotosinteză pe scurt și clar, merită să abordăm întrebarea cum reușesc plantele să absoarbă energia solară. Acest lucru se întâmplă datorită structurii speciale a frunzelor, care include celule verzi - cloroplaste, care conțin o substanță specială numită clorofilă. Aceasta este ceea ce dă frunzele verdeși este responsabil pentru absorbția energiei lumina soarelui.

De ce majoritatea frunzelor sunt late și plate?

Fotosinteza are loc în frunzele plantelor. Fapt uimitor este că plantele sunt foarte bine adaptate să capteze lumina soarelui și să absoarbă dioxidul de carbon. Datorită suprafeței largi, va fi captată mult mai multă lumină. Este din acest motiv panouri solare, care sunt uneori instalate pe acoperișurile caselor, sunt de asemenea largi și plate. Cu cât suprafața este mai mare, cu atât este mai bună absorbția.

Ce altceva este important pentru plante?

La fel ca oamenii, plantele au nevoie de nutrienți benefici pentru a rămâne sănătoase, pentru a crește și pentru a-și îndeplini bine funcțiile vitale. Ei obțin minerale dizolvate în apă din sol prin rădăcini. Dacă solului îi lipsesc substanțele nutritive minerale, planta nu se va dezvolta normal. Fermierii testează adesea solul pentru a se asigura că are suficienți nutrienți pentru ca culturile să crească. În caz contrar, recurge la utilizarea îngrășămintelor care conțin minerale esențiale pentru nutriția și creșterea plantelor.

De ce este atât de importantă fotosinteza?

Pentru a explica fotosinteza pe scurt și clar pentru copii, merită să spunem că acest proces este una dintre cele mai importante reacții chimice din lume. Ce motive există pentru o declarație atât de tare? În primul rând, fotosinteza hrănește plantele, care, la rândul lor, hrănesc toate celelalte ființe vii de pe planetă, inclusiv animale și oameni. În al doilea rând, ca rezultat al fotosintezei, oxigenul necesar respirației este eliberat în atmosferă. Toate ființele vii inspiră oxigen și expiră dioxid de carbon. Din fericire, plantele fac opusul, așa că sunt foarte importante pentru oameni și animale, deoarece le oferă capacitatea de a respira.

Proces uimitor

Se pare că plantele știu și să respire, dar, spre deosebire de oameni și animale, ele absorb dioxidul de carbon din aer, nu oxigenul. Plantele beau și ele. De aceea trebuie să le udați, altfel vor muri. Cu ajutorul sistemului radicular, apa și nutrienții sunt transportate în toate părțile corpului plantei, iar dioxidul de carbon este absorbit prin mici găuri de pe frunze. Declanșatorul pentru începerea unei reacții chimice este lumina soarelui. Toate produsele metabolice obținute sunt folosite de plante pentru nutriție, oxigenul este eliberat în atmosferă. Acesta este modul în care puteți explica pe scurt și clar cum are loc procesul de fotosinteză.

Fotosinteza: fazele luminoase și întunecate ale fotosintezei

Procesul luat în considerare constă din două părți principale. Există două faze ale fotosintezei (descriere și tabel de mai jos). Prima se numește faza luminoasă. Apare numai în prezența luminii în membranele tilacoide cu participarea clorofilei, a proteinelor de transport de electroni și a enzimei ATP sintetaza. Ce altceva ascunde fotosinteza? Iluminați și înlocuiți-vă reciproc pe măsură ce ziua și noaptea progresează (ciclurile Calvin). În timpul fazei întunecate, are loc producerea aceleiași glucoze, hrană pentru plante. Acest proces se mai numește și reacție independentă de lumină.

Faza de lumină

Faza intunecata

1. Reacțiile care apar în cloroplaste sunt posibile numai în prezența luminii. În aceste reacții, energia luminii este transformată în energie chimică 2. Clorofila și alți pigmenți absorb energie din lumina soarelui. Această energie este transferată către fotosistemele responsabile de fotosinteză 3. Apa este folosită pentru electroni și ioni de hidrogen și este, de asemenea, implicată în producerea de oxigen 4. Electronii și ionii de hidrogen sunt folosiți pentru a crea ATP (moleculă de stocare a energiei), care este necesar în următoarea fază a fotosintezei

1. În stroma cloroplastelor apar reacții de ciclu extraluminos 2. Dioxidul de carbon și energia din ATP sunt folosite sub formă de glucoză

Concluzie

Din toate cele de mai sus se pot trage următoarele concluzii:

• Fotosinteza este un proces care produce energie din soare.
• Energia luminii de la soare este transformată în energie chimică de către clorofilă.
• Clorofila dă plantelor culoarea lor verde.
• Fotosinteza are loc în cloroplastele celulelor frunzelor plantei.
• Dioxidul de carbon și apa sunt necesare pentru fotosinteză.
• Dioxidul de carbon intră în plantă prin găuri minuscule, stomate și oxigenul iese prin ele.
• Apa este absorbită în plantă prin rădăcini.
• Fără fotosinteză nu ar exista hrană în lume.

Fiecare ființă vie de pe planetă are nevoie de hrană sau energie pentru a supraviețui. Unele organisme se hrănesc cu alte creaturi, în timp ce altele își pot produce propriile nutrienți. Ei își produc propria hrană, glucoza, într-un proces numit fotosinteză.

Fotosinteza și respirația sunt interconectate. Rezultatul fotosintezei este glucoza, care este stocată ca energie chimică în. Această energie chimică stocată rezultă din conversia carbonului anorganic (dioxid de carbon) în carbon organic. Procesul de respirație eliberează energia chimică stocată.

Pe lângă produsele pe care le produc, plantele au nevoie și de carbon, hidrogen și oxigen pentru a supraviețui. Apa absorbită din sol oferă hidrogen și oxigen. În timpul fotosintezei, carbonul și apa sunt folosite pentru a sintetiza alimentele. Plantele au nevoie și de nitrați pentru a produce aminoacizi (un aminoacid este un ingredient pentru producerea proteinelor). În plus, au nevoie de magneziu pentru a produce clorofilă.

Nota: Ființe vii care depind de alte alimente se numesc . Erbivorele, cum ar fi vacile, precum și plantele care mănâncă insecte, sunt exemple de heterotrofe. Se numesc viețuitoare care își produc propria hrană. Plantele verzi și algele sunt exemple de autotrofe.

În acest articol veți afla mai multe despre cum are loc fotosinteza la plante și despre condițiile necesare pentru acest proces.

Definiţia photosynthesis

Fotosinteza este procesul chimic prin care plantele, unele alge, produc glucoză și oxigen din dioxid de carbon și apă, folosind doar lumina ca sursă de energie.

Acest proces este extrem de important pentru viața de pe Pământ deoarece eliberează oxigen, de care depinde toată viața.

De ce plantele au nevoie de glucoză (hrană)?

La fel ca oamenii și alte viețuitoare, plantele au nevoie de hrană pentru a supraviețui. Importanța glucozei pentru plante este următoarea:

• Glucoza produsă prin fotosinteză este folosită în timpul respirației pentru a elibera energia de care planta are nevoie pentru alte procese vitale.
• Celulele vegetale transformă, de asemenea, o parte din glucoză în amidon, care este utilizat după cum este necesar. Din acest motiv, plantele moarte sunt folosite ca biomasă deoarece stochează energie chimică.
• Glucoza este, de asemenea, necesară pentru a produce alte substanțe chimice, cum ar fi proteinele, grăsimile și zaharurile din plante, necesare pentru a susține creșterea și alte procese importante.

Fazele fotosintezei

Procesul de fotosinteză este împărțit în două faze: lumină și întuneric.

Faza ușoară a fotosintezei

După cum sugerează și numele, fazele de lumină necesită lumină solară. În reacțiile dependente de lumină, energia din lumina soarelui este absorbită de clorofilă și transformată în energie chimică stocată sub forma moleculei purtătoare de electroni NADPH (nicotinamidă adenin dinucleotide fosfat) și a moleculei energetice ATP (adenozin trifosfat). Fazele de lumină apar în membranele tilacoide din cloroplast.

Faza întunecată a fotosintezei sau ciclul Calvin

În faza întunecată sau ciclul Calvin, electronii excitați din faza luminoasă furnizează energie pentru formarea carbohidraților din moleculele de dioxid de carbon. Fazele independente de lumină sunt uneori numite ciclu Calvin datorită naturii ciclice a procesului.

Deși fazele întunecate nu folosesc lumina ca reactant (și, ca rezultat, pot apărea în timpul zilei sau nopții), ele necesită produsele reacțiilor dependente de lumină pentru a funcționa. Moleculele independente de lumină depind de moleculele purtătoare de energie ATP și NADPH pentru a crea noi molecule de carbohidrați. Odată ce energia este transferată, moleculele purtătoare de energie revin la fazele de lumină pentru a produce electroni mai energici. În plus, mai multe enzime în fază întunecată sunt activate de lumină.

Diagrama fazelor fotosintezei

Nota: Aceasta înseamnă că fazele întunecate nu vor continua dacă plantele sunt lipsite de lumină prea mult timp, deoarece folosesc produsele fazelor luminoase.

Structura frunzelor plantelor

Nu putem studia pe deplin fotosinteza fără a ști mai multe despre structura frunzei. Frunza este adaptată să joace un rol vital în procesul de fotosinteză.

Structura externă a frunzelor

• Pătrat

Una dintre cele mai importante caracteristici ale plantelor este suprafața mare a frunzelor lor. Majoritatea plantelor verzi au frunze largi, plate și deschise care sunt capabile să capteze atâta energie solară (lumina solară) cât este necesară pentru fotosinteză.

• Vena centrală și pețiol

Nea centrală și pețiolul se unesc și formează baza frunzei. Pețiolul poziționează frunza astfel încât să primească cât mai multă lumină.

• Lama frunzelor

Frunzele simple au un singur limb, în ​​timp ce frunzele complexe au mai multe. Lama frunzei este una dintre cele mai importante componente ale frunzei, care este direct implicată în procesul de fotosinteză.

• Venele

O rețea de vene din frunze transportă apa de la tulpini la frunze. Glucoza eliberată este trimisă și în alte părți ale plantei din frunze prin vene. În plus, aceste părți ale frunzei susțin și țin lama frunzei plat pentru o captare mai bună a luminii solare. Dispunerea nervurilor (venația) depinde de tipul de plantă.

• Baza frunzei

Baza frunzei este partea sa cea mai inferioară, care este articulată cu tulpina. Adesea, la baza frunzei există o pereche de stipule.

• Marginea frunzei

În funcție de tipul de plantă, marginea frunzei poate avea diferite forme, printre care: întreg, zimțat, zimțat, crestat, crenat etc.

• Vârful frunzei

Ca și marginea unei frunze, vârful este diverse forme, inclusiv: ascuțit, rotund, tocit, alungit, întins etc.

Structura internă a frunzelor

Mai jos este o diagramă apropiată structura internățesuturi de frunze:

• Cuticulă

Cuticula acționează ca principalul strat protector pe suprafața plantei. De regulă, este mai gros în vârful frunzei. Cuticula este acoperită cu o substanță asemănătoare ceară care protejează planta de apă.

• Epidermă

Epiderma este un strat de celule care este țesutul de acoperire al frunzei. Funcția sa principală este de a proteja țesuturile interne ale frunzei de deshidratare, deteriorări mecanice și infecții. De asemenea, reglează procesul de schimb de gaze și transpirație.

• Mezofila

Mezofila este țesutul principal al unei plante. Aici are loc procesul de fotosinteză. La majoritatea plantelor, mezofila este împărțită în două straturi: cel superior este palisat și cel inferior este spongios.

• Cuști de apărare

Celulele de gardă sunt celule specializate din epiderma frunzelor care sunt folosite pentru a controla schimbul de gaze. Ele îndeplinesc o funcție de protecție a stomatelor. Porii stomatici devin mari atunci când apa este disponibilă în mod liber, altfel celulele protectoare devin lente.

• Stoma

Fotosinteza depinde de pătrunderea dioxidului de carbon (CO2) din aer prin stomate în țesutul mezofil. Oxigenul (O2), produs ca produs secundar al fotosintezei, părăsește planta prin stomate. Când stomatele sunt deschise, apa se pierde prin evaporare și trebuie înlocuită prin fluxul de transpirație cu apă absorbită de rădăcini. Plantele sunt nevoite să echilibreze cantitatea de CO2 absorbită din aer și pierderea de apă prin porii stomatici.

Condiții necesare pentru fotosinteză

Următoarele sunt condițiile de care plantele au nevoie pentru a efectua procesul de fotosinteză:

• dioxid de carbon. Un gaz natural incolor, inodor, care se găsește în aer și poartă denumirea științifică CO2. Se formează prin arderea carbonului și compuși organiciși apare și în timpul procesului de respirație.
• Apă. Lichid transparent substanta chimica inodor și fără gust (în condiții normale).
• Aprinde. Deși lumina artificială este potrivită și pentru plante, lumina naturală a soarelui tinde să creeze cele mai bune conditii pentru fotosinteză, deoarece conține natural radiații ultraviolete, care are un efect pozitiv asupra plantelor.
• Clorofilă. Este un pigment verde care se găsește în frunzele plantelor.
• Nutrienți și minerale. Produse chimice și compuși organici pe care rădăcinile plantelor îi absorb din sol.

Ce se produce ca rezultat al fotosintezei?

• Glucoză;
• Oxigen.

(Energia luminoasă este afișată în paranteze pentru că nu este materie)

Nota: Plantele obțin CO2 din aer prin frunze și apă din sol prin rădăcini. Energia luminii vine de la Soare. Oxigenul rezultat este eliberat în aer din frunze. Glucoza rezultată poate fi transformată în alte substanțe, cum ar fi amidonul, care este folosit ca depozit de energie.

Dacă factorii care favorizează fotosinteza sunt absenți sau prezenți în cantități insuficiente, planta poate fi afectată negativ. De exemplu, mai puțină lumină creează condiții favorabile pentru insectele care mănâncă frunzele plantei, iar lipsa apei o încetinește.

Unde are loc fotosinteza?

Fotosinteza are loc în interiorul celulelor plantelor, în plastide mici numite cloroplaste. Cloroplastele (se găsesc mai ales în stratul mezofil) conțin o substanță verde numită clorofilă. Mai jos sunt alte părți ale celulei care lucrează cu cloroplastul pentru a efectua fotosinteza.

Structura unei celule vegetale

Funcțiile părților celulelor vegetale

• : oferă suport structural și mecanic, protejează celulele de, fixează și determină forma celulelor, controlează rata și direcția de creștere și dă formă plantelor.
• : oferă o platformă pentru majoritatea procese chimice controlat de enzime.
• : acționează ca o barieră, controlând mișcarea substanțelor în și în afara celulei.
• : așa cum este descris mai sus, ele conțin clorofilă, o substanță verde care absoarbe energia luminoasă prin procesul de fotosinteză.
• : o cavitate din citoplasma celulară care stochează apă.
• : conține o marcă genetică (ADN) care controlează activitățile celulei.

Clorofila absoarbe energia luminoasă necesară pentru fotosinteză. Este important de reținut că nu toate lungimile de undă de culoare ale luminii sunt absorbite. Plantele absorb în primul rând lungimile de undă roșii și albastre - nu absorb lumina în intervalul verde.

Dioxid de carbon în timpul fotosintezei

Plantele iau dioxid de carbon din aer prin frunzele lor. Dioxidul de carbon se scurge printr-o mică gaură din partea inferioară a frunzei - stomatele.

Partea inferioară a frunzei are celule puțin distanțate pentru a permite dioxidului de carbon să ajungă la alte celule din frunze. Acest lucru permite, de asemenea, oxigenului produs prin fotosinteză să părăsească cu ușurință frunza.

Dioxidul de carbon este prezent în aerul pe care îl respirăm în concentrații foarte scăzute și este un factor necesar în faza întunecată a fotosintezei.

Lumină în timpul fotosintezei

Frunza are de obicei o suprafață mare, astfel încât poate absorbi multă lumină. Suprafața sa superioară este protejată de pierderea apei, boli și intemperii printr-un strat ceros (cuticulă). Partea de sus a foii este locul unde se lovește lumina. Acest strat mezofil se numește palisadă. Este adaptat să absoarbă cantitate mare ușoară, deoarece conține multe cloroplaste.

În fazele de lumină, procesul de fotosinteză crește cu mai multă lumină. Mai multe molecule de clorofilă sunt ionizate și se generează mai mult ATP și NADPH dacă fotonii de lumină sunt concentrați pe o frunză verde. Deși lumina este extrem de importantă în fotofaze, trebuie menționat că cantitățile excesive pot deteriora clorofila și pot reduce procesul de fotosinteză.

Fazele de lumină nu depind foarte mult de temperatură, apă sau dioxid de carbon, deși toate sunt necesare pentru a finaliza procesul de fotosinteză.

Apa în timpul fotosintezei

Plantele obțin prin rădăcini apa de care au nevoie pentru fotosinteză. Au fire de păr de rădăcină care cresc în sol. Rădăcinile se caracterizează printr-o suprafață mare și pereți subțiri, permițând apei să treacă ușor prin ele.

Imaginea prezintă plante și celulele lor cu suficientă apă (stânga) și lipsă (dreapta).

Nota: Celulele radiculare nu conțin cloroplaste, deoarece sunt de obicei în întuneric și nu pot fotosintetiza.

Dacă planta nu absoarbe suficientă apă, se ofilește. Fără apă, planta nu va putea fotosintetiza suficient de repede și poate chiar să moară.

Care este importanța apei pentru plante?

• Oferă minerale dizolvate care susțin sănătatea plantelor;
• Este un mijloc de transport;
• Menține stabilitatea și verticalitatea;
• Se răcește și se saturează cu umiditate;
• Face posibilă desfășurarea diferitelor reacții chimice în celulele vegetale.

Importanța fotosintezei în natură

Procesul biochimic al fotosintezei folosește energia din lumina soarelui pentru a transforma apa și dioxidul de carbon în oxigen și glucoză. Glucoza este folosită ca elemente de bază în plante pentru creșterea țesuturilor. Astfel, fotosinteza este metoda prin care se formează rădăcinile, tulpinile, frunzele, florile și fructele. Fără procesul de fotosinteză, plantele nu vor putea să crească sau să se reproducă.

• Producătorii

Datorită capacității lor de fotosinteză, plantele sunt cunoscute ca producători și servesc drept bază pentru aproape fiecare lanțul trofic pe Pământ. (Algele sunt echivalentul plantelor din). Toate alimentele pe care le consumăm provin de la organisme care sunt fotosintetice. Mâncăm aceste plante direct sau mâncăm animale precum vacile sau porcii care consumă alimente vegetale.

• Baza lanțului trofic

În cadrul sistemelor acvatice, plantele și algele formează, de asemenea, baza lanțului trofic. Algele servesc drept hrană pentru care, la rândul lor, acționează ca o sursă de nutriție pentru organismele mai mari. Fără fotosinteză în mediu acvatic viata ar fi imposibila.

• Eliminarea dioxidului de carbon

Fotosinteza transformă dioxidul de carbon în oxigen. În timpul fotosintezei, dioxidul de carbon din atmosferă intră în plantă și apoi este eliberat sub formă de oxigen. În lumea de astăzi, unde nivelurile de dioxid de carbon cresc cu ritmuri alarmante, orice proces care elimină dioxidul de carbon din atmosferă este important din punct de vedere al mediului.

• Ciclul nutrienților

Plantele și alte organisme fotosintetice joacă un rol vital în ciclul nutrienților. Azotul din aer este fixat în țesutul vegetal și devine disponibil pentru crearea de proteine. Micronutrienții găsiți în sol pot fi, de asemenea, încorporați în țesutul plantei și devin disponibili pentru ierbivorele mai în sus în lanțul trofic.

• Dependența fotosintetică

Fotosinteza depinde de intensitatea și calitatea luminii. La ecuator, unde lumina soarelui este din belșug pe tot parcursul anului, iar apa nu este un factor limitativ, plantele au rate mari de creștere și pot deveni destul de mari. În schimb, fotosinteza are loc mai rar în părțile mai adânci ale oceanului, deoarece lumina nu pătrunde în aceste straturi, rezultând un ecosistem mai steril.

Fotosinteză- sinteza compușilor organici din cei anorganici folosind energia luminoasă (hv). Ecuație sumară fotosinteză:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Fotosinteza are loc cu participarea pigmenților fotosintetici, care au proprietatea unică de a transforma energia luminii solare în energie de legătură chimică sub formă de ATP. Pigmenții fotosintetici sunt substanțe asemănătoare proteinelor. Cel mai important dintre ele este pigmentul clorofila. La eucariote, pigmenții fotosintetici sunt încorporați în membrana interioară a plastidelor, la procariote, sunt încorporați în invaginările membranei citoplasmatice.

Structura cloroplastei este foarte asemănătoare cu structura mitocondriei. Membrana interioară a tilacoizilor grana conține pigmenți fotosintetici, precum și proteine ​​​​lanțului de transport de electroni și molecule de enzimă ATP sintetază.

Procesul de fotosinteză constă în două faze: lumină și întuneric.

Faza de lumină Fotosinteza are loc numai în lumină în membrana tilacoidă grana. În această fază, clorofila absoarbe cuante de lumină, produce o moleculă de ATP și fotoliza apei.

Sub influența unui cuantum de lumină (hv), clorofila pierde electroni, trecând într-o stare excitată:

Chl → Chl + e -

Acești electroni sunt transferați de către purtători în exterior, adică. suprafața membranei tilacoide orientată spre matrice, unde se acumulează.

În același timp, fotoliza apei are loc în interiorul tilacoizilor, adică. descompunerea lui sub influența luminii

2H 2 O → O 2 +4H + + 4e —

Electronii rezultați sunt transferați de către purtători către moleculele de clorofilă și le restaurează: moleculele de clorofilă revin la o stare stabilă.

Protonii de hidrogen formați în timpul fotolizei apei se acumulează în interiorul tilacoidului, creând un rezervor de H +. Ca urmare, suprafața interioară a membranei tilacoide este încărcată pozitiv (datorită H +), iar suprafața exterioară este încărcată negativ (datorită e -). Pe măsură ce particulele încărcate opus se acumulează pe ambele părți ale membranei, diferența de potențial crește. Când se atinge valoarea critică a diferenței de potențial, forța câmp electricîncepe să împingă protonii prin canalul ATP sintetazei. Energia eliberată în acest caz este folosită pentru fosforilarea moleculelor de ADP:

ADP + P → ATP

Formarea de ATP în timpul fotosintezei sub influența energiei luminoase se numește fotofosforilarea.

Ionii de hidrogen, odată aflați pe suprafața exterioară a membranei tilacoide, întâlnesc electronii acolo și formează hidrogen atomic, care se leagă de molecula purtătoare de hidrogen NADP (nicotinamidă adenin dinucleotid fosfat):

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

Astfel, în timpul fazei ușoare a fotosintezei, au loc trei procese: formarea oxigenului prin descompunerea apei, sinteza ATP și formarea atomilor de hidrogen sub formă de NADP H2. Oxigenul difuzează în atmosferă, ATP și NADP H2 participă la procesele fazei întunecate.

Faza intunecata fotosinteza are loc în matricea cloroplastică atât la lumină cât și la întuneric și reprezintă o serie de transformări secvențiale ale CO 2 provenind din aer în ciclul Calvin. Reacțiile în fază întunecată sunt efectuate folosind energia ATP. În ciclul Calvin, CO 2 se leagă de hidrogenul din NADP H 2 pentru a forma glucoză.

În procesul de fotosinteză, pe lângă monozaharide (glucoză etc.), sunt sintetizați monomeri ai altor compuși organici - aminoacizi, glicerol și acizi grași. Astfel, datorită fotosintezei, plantele se asigură ele însele și tuturor viețuitoarelor de pe Pământ cu substanțele organice și oxigenul necesar.

Caracteristicile comparative ale fotosintezei și respirației eucariotelor sunt prezentate în tabel:

Caracteristici comparative ale fotosintezei și respirației eucariotelor

Semn	Fotosinteză	Suflare
Ecuația reacției	6CO 2 + 6H 2 O + Energie luminoasă → C 6 H 12 O 6 + 6O 2	C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6H 2 O + Energie (ATP)
Materiale de pornire	Dioxid de carbon, apă
Produse de reacție	Materie organică, oxigen	Dioxid de carbon, apă
Importanța în ciclul substanțelor	Sinteză materie organică din anorganic	Descompunerea substanţelor organice în cele anorganice
Conversia energiei	Transformarea energiei luminoase în energie legături chimice materie organică	Conversia energiei legăturilor chimice ale substanțelor organice în energia legăturilor de mare energie ale ATP
Etape cheie	Faza de lumină și întuneric (inclusiv ciclul Calvin)	Oxidare incompletă (glicoliză) și oxidare completă (inclusiv ciclul Krebs)
Locația procesului	cloroplast	Hialoplasma (oxidare incompletă) și mitocondriile (oxidare completă)

Cum se transformă energia luminii solare în fazele luminoase și întunecate ale fotosintezei în energia legăturilor chimice ale glucozei? Explicați răspunsul dvs.

Răspuns

În faza de lumină a fotosintezei, energia luminii solare este convertită în energia electronilor excitați, iar apoi energia electronilor excitați este transformată în energia ATP și NADP-H2. În faza întunecată a fotosintezei, energia ATP și NADP-H2 este transformată în energia legăturilor chimice ale glucozei.

Ce se întâmplă în timpul fazei de lumină a fotosintezei?

Răspuns

Electronii clorofilei, excitați de energia luminii, călătoresc de-a lungul lanțurilor de transport de electroni, energia lor este stocată în ATP și NADP-H2. Are loc fotoliza apei și se eliberează oxigen.

Ce procese principale au loc în timpul fazei întunecate a fotosintezei?

Răspuns

Din dioxidul de carbon obtinut din atmosfera si hidrogenul obtinut in faza usoara se formeaza glucoza datorita energiei ATP obtinuta in faza usoara.

Care este funcția clorofilei într-o celulă vegetală?

Răspuns

Clorofila este implicată în procesul de fotosinteză: în faza de lumină, clorofila absoarbe lumina, electronul clorofilei primește energie luminoasă, se rupe și merge de-a lungul lanțului de transport de electroni.

Ce rol joacă electronii moleculelor de clorofilă în fotosinteză?

Răspuns

Electronii clorofilei, excitați de lumina soarelui, trec prin lanțuri de transport de electroni și renunță la energia lor pentru formarea de ATP și NADP-H2.

În ce stadiu al fotosintezei se formează? oxigen liber?

Răspuns

În faza de lumină, în timpul fotolizei apei.

În ce fază a fotosintezei are loc sinteza ATP?

Răspuns

Faza de pre-lumină.

Ce substanță servește ca sursă de oxigen în timpul fotosintezei?

Răspuns

Apă (oxigenul este eliberat în timpul fotolizei apei).

Viteza fotosintezei depinde de factori limitatori, inclusiv lumina, concentrația de dioxid de carbon și temperatura. De ce sunt acești factori limitanți pentru reacțiile de fotosinteză?

Răspuns

Lumina este necesară pentru a excita clorofila, furnizează energie pentru procesul de fotosinteză. Dioxidul de carbon este necesar în faza întunecată a fotosintezei; Schimbările de temperatură duc la denaturarea enzimelor, iar reacțiile fotosintetice încetinesc.

În ce reacții metabolice la plante este dioxidul de carbon materia primă pentru sinteza carbohidraților?

Răspuns

În reacțiile de fotosinteză.

Procesul de fotosinteză are loc intens în frunzele plantelor. Apare în fructele coapte și necoapte? Explicați răspunsul dvs.

Răspuns

Fotosinteza are loc în părțile verzi ale plantelor în lumină. Astfel, fotosinteza are loc în coaja fructelor verzi. Fotosinteza nu are loc în interiorul fructului sau în coaja fructelor coapte (nu verzi).

După cum sugerează și numele, fotosinteza este în esență sinteza naturală a substanțelor organice, transformând CO2 din atmosferă și apă în glucoză și oxigen liber.

Acest lucru necesită prezența energiei solare.

Ecuația chimică pentru procesul de fotosinteză poate fi, în general, reprezentată după cum urmează:

Fotosinteza are două faze: întuneric și lumină. Reacții chimice Fazele întunecate ale fotosintezei diferă semnificativ de reacțiile fazei luminoase, dar fazele întunecate și luminoase ale fotosintezei depind una de cealaltă.

Faza de lumină poate apărea în frunzele plantelor exclusiv în lumina soarelui. Pentru întuneric este necesară prezența dioxidului de carbon, motiv pentru care planta trebuie să-l absoarbă în mod constant din atmosferă. Toate caracteristici comparative Fazele întunecate și luminoase ale fotosintezei vor fi prezentate mai jos. În acest scop, a fost creat un tabel comparativ „Fazele fotosintezei”.

Faza ușoară a fotosintezei

Principalele procese din faza ușoară a fotosintezei au loc în membranele tilacoide. Acesta implică clorofilă, proteine ​​de transport de electroni, ATP sintetaza (o enzimă care accelerează reacția) și lumina solară.

În plus, mecanismul de reacție poate fi descris după cum urmează: atunci când lumina soarelui lovește frunzele verzi ale plantelor, electronii clorofilei (sarcina negativă) sunt excitați în structura lor, care, trecând în stare activă, părăsesc molecula de pigment și ajung pe în afara tilacoidului, a cărui membrană este, de asemenea, încărcată negativ. În același timp, moleculele de clorofilă sunt oxidate și cele deja oxidate sunt reduse, luând astfel electroni din apa care se află în structura frunzei.

Acest proces duce la faptul că moleculele de apă se dezintegrează, iar ionii creați ca urmare a fotolizei apei renunță la electroni și se transformă în radicali OH capabili să desfășoare reacții ulterioare. Acești radicali OH reactivi se combină apoi pentru a crea molecule de apă cu drepturi depline și oxigen. În acest caz, oxigenul liber scapă în mediul extern.

Ca urmare a tuturor acestor reacții și transformări, membrana tilacoidă a frunzei pe o parte este încărcată pozitiv (datorită ionului H+), iar pe de altă parte - negativ (datorită electronilor). Când diferența dintre aceste sarcini de pe cele două părți ale membranei ajunge la mai mult de 200 mV, protonii trec prin canale speciale ale enzimei ATP sintetaza și datorită acestui fapt, ADP este convertit în ATP (ca urmare a procesului de fosforilare). Iar hidrogenul atomic, care este eliberat din apă, restabilește purtătorul specific NADP + la NADP H2. După cum putem vedea, ca rezultat al fazei luminoase a fotosintezei, au loc trei procese principale:

1. sinteza ATP;
2. crearea NADP H2;
3. formarea oxigenului liber.

Acesta din urmă este eliberat în atmosferă, iar NADP H2 și ATP participă la faza întunecată a fotosintezei.

Faza întunecată a fotosintezei

Fazele întunecate și luminoase ale fotosintezei sunt caracterizate de cheltuieli mari de energie din partea plantei, dar faza întunecată se desfășoară mai repede și necesită mai puțină energie. Reacțiile în fază întunecată nu necesită lumină solară, așa că pot apărea atât ziua, cât și noaptea.

Toate procesele principale ale acestei faze au loc în stroma cloroplastei vegetale și reprezintă un lanț unic de transformări succesive ale dioxidului de carbon din atmosferă. Prima reacție dintr-un astfel de lanț este fixarea dioxidului de carbon. Pentru ca acest lucru să se întâmple mai ușor și mai rapid, natura a furnizat enzima RiBP-carboxilază, care catalizează fixarea CO2.

În continuare, are loc un întreg ciclu de reacții, a cărui finalizare este conversia acidului fosfogliceric în glucoză (zahăr natural). Toate aceste reacții folosesc energia ATP și NADP H2, care au fost create în faza luminoasă a fotosintezei. Pe lângă glucoză, fotosinteza produce și alte substanțe. Printre aceștia se numără diverși aminoacizi, acizi grași, glicerol și nucleotide.

Fazele fotosintezei: tabel de comparație

Criterii de comparare	Faza de lumină	Faza intunecata
Lumina soarelui	Necesar	Opțional
Locul de reacție	Cloroplast grana	Stroma de cloroplast
Dependența de sursa de energie	Depinde de lumina soarelui	Depinde de ATP și NADP H2 format în faza de lumină și de cantitatea de CO2 din atmosferă
Materiale de pornire	Clorofila, proteine ​​de transport de electroni, ATP sintetaza	dioxid de carbon
Esența fazei și ceea ce se formează	Se eliberează O2 liber, se formează ATP și NADP H2	Formarea zahărului natural (glucoză) și absorbția CO2 din atmosferă

Fotosinteza - video