• Kaj je fotosinteza?
• Vrste fotosinteze
• Značilnosti fotosinteze
• Enačba fotosinteze
• Faze fotosinteze
• Pomen fotosinteze

Pojasnimo, kaj je fotosinteza, njene značilnosti, enačba in faze. Tudi zakaj je pomemben za svetovne ekosisteme.

Fotosinteza je glavni prehranski mehanizem rastlin in drugih avtotrofnih bitij.

Kaj je fotosinteza?

Fotosinteza je biokemični proces, s katerim rastline, alge in bakterije fotosintetični pretvornik anorganski material (ogljikov dioksid in voda) v organski material (sladkorji), izkoriščanje Energija ki prihajajo iz sončna svetloba. To je glavni mehanizem prehrana od vseh avtotrofnih organizmov ki vsebujejo klorofil, ki je bistveni pigment za proces fotosinteze.

Fotosinteza je eden najpomembnejših biokemičnih mehanizmov na planetu, saj vključuje proizvodnjo organskih hranil, ki hranijo svetlobna energija prihajajo iz sonce enak molekule koristno (ogljikovi hidrati). Pravzaprav ime tega procesa izvira iz grških glasov Fotografija, "svetloba in sinteza, "Sestava".

Po fotosintezi lahko sintetizirane organske molekule uporabimo kot vir kemična energija za podporo vitalnih procesov, kot je celično dihanje in druge reakcije, ki so del metabolizem od živa bitja.

Za izvedbo fotosinteze je potrebna prisotnost klorofila, pigmenta, ki je občutljiv na sončno svetlobo, ki daje rastlinam in algam značilno zeleno obarvanje. Ta pigment najdemo v kloroplastih, celičnih organelah različnih velikosti, ki so značilne za zelenjavne celice, zlasti foliarne celice (listov). Kloroplasti vsebujejo niz beljakovine Y encimi ki omogočajo razvoj kompleksnih reakcij, ki so del fotosintetskega procesa.

Proces fotosinteze je bistven za ekosistemu in za življenje kot jih poznamo, saj omogoča ustvarjanje in kroženje organske snovi ter fiksacijo anorganske snovi. Poleg tega se med fotosintezo s kisikom proizvaja kisik, ki ga večina živih bitij potrebuje za svojo proizvodnjo. dihanje.

Vrste fotosinteze

Glede na snovi, ki jih telo uporablja za izvedbo reakcije, lahko ločimo dve vrsti fotosinteze:

• Fotosinteza kisika. Zanj je značilna uporaba Voda (H2O) za zmanjšanje ogljikov dioksid (CO2) porabljen. Pri tej vrsti fotosinteze ne nastajajo le koristni sladkorji za telo, temveč se kot produkt reakcije pridobiva tudi kisik (O2). Rastline, alge in cianobakterije izvajajo kisikovo fotosintezo.
• Anoksigena fotosinteza. Telo ne uporablja vode za zmanjšanje ogljikovega dioksida (CO2), ampak namesto tega uporablja sončno svetlobo za razgradnjo molekul vodikovega sulfida (H2S) ali vodikovega plina (H2). Ta vrsta fotosinteze ne proizvaja kisika (O2) in namesto tega sprošča žveplo kot produkt reakcije. Anoksigensko fotosintezo izvajajo tako imenovane zelene in vijolične žveplove bakterije, ki vsebujejo fotosintetske pigmente, združene pod imenom bakterioklorofili, ki se razlikujejo od klorofila rastlin.

Značilnosti fotosinteze

V rastlinah in algah fotosinteza poteka v organelah, imenovanih kloroplasti.

Na splošno je za fotosintezo značilno naslednje:

• Gre za biokemični proces izkoriščanja sončne svetlobe za pridobivanje organskih spojin, to je sinteza hranil iz anorganskih elementov, kot sta voda (H2O) in ogljikov dioksid (CO2).
• Izvajajo jo lahko različni avtotrofnih organizmov, dokler imajo fotosintetske pigmente (najpomembnejši je klorofil). Gre za proces prehranjevanja rastlin (tako kopenskih kot vodnih), alg, fitoplankton, fotosintetske bakterije. Nekaj ​​malo živali so sposobni fotosinteze, vključno z morskim polžem Elysia chlorotica in pegasti salamander Ambystoma maculatum (slednji to stori zahvaljujoč simbioza z morsko algo).
• V rastlinah in algah fotosinteza poteka v specializiranih organelah, imenovanih kloroplasti, v katerih se nahaja klorofil. Fotosintetske bakterije imajo tudi klorofil (ali druge podobne pigmente), vendar nimajo kloroplastov.
• Obstajata dve vrsti fotosinteze, odvisno od snovi, ki se uporablja za fiksiranje ogljika iz ogljikovega dioksida (CO2). Pri fotosintezi s kisikom se uporablja voda (H2O) in proizvaja kisik (O2), ki se sprošča v okoliško okolje. Anoksigena fotosinteza uporablja vodikov sulfid (H2S) ali vodikov plin (H2) in ne proizvaja kisika, temveč sprošča žveplo.
• Že od antične Grčije je bil odnos med sončno svetlobo in rastlinami postuliran. Vendar pa je napredek pri preučevanju in razumevanju fotosinteze začel pridobivati ​​na pomenu zahvaljujoč prispevkom zaporednega niza znanstvenikov iz 18., 19. in 20. stoletja. Prvi, ki je na primer pokazal nastajanje kisika v rastlinah, je bil angleški duhovnik Joseph Priestley (1732-1804), prvi, ki je oblikoval osnovno enačbo fotosinteze, pa je bil nemški botanik Ferdinand Sachs (1832-1897). Kasneje, biokemični Američan Melvin Calvin (1911-1997) je naredil še en ogromen prispevek, ki je razjasnil Calvinov cikel (eno od faz fotosinteze), ki mu je prinesel Nobelovo nagrado za Kemija leta 1961.

Enačba fotosinteze

Splošna enačba za kisikovo fotosintezo je naslednja:

Pravilen način kemične formulacije te enačbe, torej uravnotežene enačbe za to reakcijo, je naslednji:

Faze fotosinteze

Fotokemična faza fotosinteze se pojavi v prisotnosti sončne svetlobe.

Fotosinteza kot kemični proces poteka v dveh različnih fazah: svetlobni (ali svetlobni) fazi in temni fazi, tako imenovani, ker je samo prva neposredno vključena v prisotnost sončne svetlobe (kar pa ne pomeni, da se druga nujno pojavi v temi). ).

• Svetlobna ali fotokemična faza. V tej fazi se v rastlini odvijajo svetlobno odvisne reakcije, torej rastlina zajame sončna energija s pomočjo klorofila in ga uporablja za proizvodnjo ATP in NADPH. Vse se začne, ko pride molekula klorofila v stik s sončnim sevanjem in elektronov njegovih zunanjih lupin se vzbudi, kar generira transportno verigo elektronov (podobno kot pri elektrika), ki se uporablja za sintezo ATP (adenozin trifosfat) in NADPH (nikotin adenin dinukleotid fosfat). Razpad molekule vode v procesu, imenovanem "fotoliza", omogoča molekuli klorofila, da ponovno pridobi elektron, ki ga je izgubila pri vzbujanju (za izvedbo svetlobne faze je potrebno vzbujanje več molekul klorofila). Kot rezultat fotolize dveh molekul vode nastane molekula kisika, ki se sprosti v vzdušje kot stranski produkt te faze fotosinteze.
• Temna ali sintetična faza. V tej fazi, ki poteka v matriksu ali stromi kloroplastov, rastlina uporablja ogljikov dioksid in izkoristi molekule, nastale v prejšnji fazi (kemična energija), za sintezo snovi organske snovi skozi vezje zelo zapletenih kemičnih reakcij, znanih kot Calvin-Bensonov cikel. V tem ciklu in s posredovanjem različnih encimov, predhodno tvorjenih ATP in NADPH, se glukoza sintetizira iz ogljikovega dioksida, ki ga rastlina vzame iz ozračja. Vgradnja ogljikovega dioksida v spojine organski je znan kot fiksacija ogljika.

Pomen fotosinteze

Fotosinteza sprošča kisik v ozračje in v vodo.

Fotosinteza je pomemben in osrednji proces v biosferi iz več razlogov. Prvi in ​​najbolj očiten je, da proizvaja kisik (O2), esencialni plin za dihanje tako v vodi kot v vodi. zrak. Brez rastlin je večina živih bitij (vključno z človeško bitje) preprosto niso mogli preživeti.

Po drugi strani pa rastline z absorpcijo iz okolice fiksirajo ogljikov dioksid (CO2) in ga pretvorijo v organsko snov. Ta plin, ki ga izdihnemo, ko dihamo, je potencialno strupen, če ga ne vzdržujemo v določenih mejah.

Ker rastline uporabljajo ogljikov dioksid, da ga naredijo sami hrano, zmanjšanje rastlinskega življenja na planetu vpliva na povečanje tega plina v ozračju, kjer deluje kot povzročitelj globalno segrevanje. CO2 na primer deluje kot plin Učinek tople grede, preprečuje presežek toplote ki doseže Zemlja seva iz ozračja. Ocenjuje se, da vsako leto fotosintetski organizmi v organske snovi vnesejo okoli 100.000 milijonov ton ogljika.