Фотосинтеза: какво е, дефиниция, фаза

Най-важният органичен процес, без който съществува въпросът за съществуването на всички живи същества на нашата планета, е фотосинтезата. Какво е фотосинтеза? познат на всички от училище. Грубо казано, това е процесът на образуване на органични вещества от въглероден диоксид и вода, който се среща в светлината и е съпроводен с освобождаване на кислород. По-сложна дефиниция е следната: фотосинтеза - процесът на преобразуване на светлинна енергия в енергия на химични връзки на органични вещества с участието на фотосинтетични пигменти. В съвременната практика фотосинтезата обикновено се разбира като съвкупност от процеси на абсорбция, синтез и използване на светлина в редица ендергонични реакции, една от които е превръщането на въглеродния диоксид в органична материя. А сега да разберем по-подробно как фотосинтезата продължава и в кои фази този процес е разделен!

Общи характеристики

Хлоропластите, които всяко растение има, са отговорни за фотосинтезата. Какво представляват хлоропластите? Това са овални пластиди, съдържащи пигмент, като хлорофил. Зеленият цвят на растенията е хлорофил. В водораслите този пигмент присъства в състава на хроматофора - пигмент, съдържащ светлоотразителни клетки с различни форми. Кафяви и червени водорасли, които живеят на значителни дълбочини, където слънчевата светлина не се оправя, имат други пигменти.

Фотосинтезните вещества са част от автотрофните организми, от които може да се синтезира неорганичните вещества са органични. Те са най-ниското ниво на хранителната пирамида, затова са включени в диетата на всички живи организми на планетата Земя.

Ползите от фотосинтезата

Защо имаме нужда от фотосинтеза? Кислородът, който се освобождава от растенията по време на фотосинтезата, навлиза в атмосферата. Нараствайки в горните си слоеве, образува озон, който предпазва земната повърхност от силна слънчева радиация. Благодарение на озоновия екран живите организми могат удобно да бъдат на сушата. Освен това, както знаете, кислородът е необходим за дишането на живите организми.

Процесът

Всичко започва с факта, че светлината навлиза в хлоропластите. Под неговото влияние органелите изтеглят вода от почвата и я разделят на водород и кислород. По този начин има два процеса. Фотосинтезата на растенията започва в момента, в който листата вече са абсорбирали вода и въглероден диоксид. Светлинната енергия се натрупва в тилакоиди - специални отделения на хлоропластите и разделя водната молекула на два компонента. Част от кислорода отива за дишането на растението, а останалата част в атмосферата.

след това въглероден диоксид влиза в пиреноиди - протеинови гранули, заобиколени от нишесте. Тук идва водородът. Смесвайки се помежду си, тези вещества образуват захар. Тази реакция се осъществява и с отделянето на кислород. Когато захар (родово име прости въглехидрати) смесени с азот, сяра и фосфор, влизащи в растението от почвата, се образуват скорбяла (сложни въглехидрати), протеини, мазнини, витамини и други вещества, необходими за растителния живот. В повечето случаи фотосинтезата се проявява при условия на естествена светлина. В него може да участва и изкуствено осветление.

Класове на фотосинтеза

До 60-те години на ХХ век на науката е известен един механизъм за намаляване на въглеродния диоксид - по пътя на С ₃ -пентозофосфата. Наскоро австралийски учени са показали, че при някои видове растения този процес може да продължи през цикъла на С4-дикарбоксилните киселини.

При растенията, които намаляват въглеродния диоксид по С ₃ пътища, най-доброто от фотосинтезата се извършва при умерени температури и слаба светлина, в гори или тъмни места. Тези растения включват лъвския дял на култивираните растения и почти всички зеленчуци, които са в основата на нашата диета.

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

Метаболизмът на растенията между другото е открит съвсем наскоро. Учените установили, че някои растения имат специални тъкани за опазване на водата. Въглеродният диоксид от тях се натрупва под формата на органични киселини и преминава в въглехидрати едва след 24 часа. Този механизъм дава възможност на растенията да пестят вода.

Как протича процесът?

Вече знаем по принцип как протича процесът на фотосинтезата и какъв вид фотосинтеза се случва, сега нека погледнем по-дълбоко на него.

Всичко започва с факта, че растението абсорбира светлината. Тя се подпомага от това от хлорофил, който под формата на хлоропласти се намира в листата, стъблата и плодовете на растението. Основното количество от това вещество е концентрирано в листата. Факт е, че поради плоската си структура, листът привлича много светлина. И колкото повече светлина, толкова повече енергия за фотосинтеза. По този начин листата в растението действат като вид локатори, които улавят светлината.

Когато светлината се абсорбира, хлорофилът е в възбудено състояние. Той предава енергия на други растителни органи, които участват в следващия етап на фотосинтезата. Вторият етап на процеса протича без участието на светлина и се състои от химическа реакция с участието на 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 хранят растението, но и се предават на животните, които ядат. Хората получават тези вещества и чрез консумация на продукти от растителен или животински произход.

Фази на процеса

Като доста сложен процес, фотосинтезата се разделя на две фази: светла и тъмна. Както подсказва името, за първата фаза присъствието на слънчева радиация е задължително, а за второто - не. По време на леката фаза, хлорофилът абсорбира квантова светлина, образувайки АТР и NADH молекули, без които фотосинтезата е невъзможна. Какво е ATP и NADH?

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

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

Светлинна фаза

Хлоропластите съдържат много молекули хлорофил, всяка от които абсорбира светлината. Други пигменти го абсорбират, но не са способни на фотосинтеза. Процесът протича само в част от молекулите на хлорофила. Останалите молекули образуват антенни и светлосъбиращи комплекси (SSC). Те акумулират квантите на светлинното излъчване и ги прехвърлят в реакционни центрове, които също се наричат ​​капани. Реакционните центрове са разположени в фотосистеми, които са две в фотосинтетично растение. Първият съдържа молекула хлорофил, способна да абсорбира светлина с дължина на вълната 700 nm, а втората - 680 nm.

Така два вида молекули хлорофил абсорбират светлината и се възбуждат, което допринася за прехода на електрони до по-високо енергийно ниво. Възбудените електрони с голямо количество енергия се откъсват и влизат в носещата верига, разположена в тилакоидните мембрани (вътрешни структури на хлоропластите).

Електронен преход

Електрон от първата фотосистема преминава от хлорофил Р680 към пластохинон, а електрон от втората система преминава към фередоксин. В този случай на мястото на отделяне на електроните в молекулата на хлорофила се образува празно пространство.

За да компенсира недостига, молекулата P680 хлорофил отнема електрони от вода, образувайки водородни йони. А втората молекула на хлорофила компенсира недостига чрез носещата система от първата фотосистема.

Така продължава светлинната фаза на фотосинтезата, чиято същност се състои в пренасянето на електрони. Паралелно с електронен транспорт, движението на водородните йони преминава през мембраната. Това води до тяхното натрупване вътре в тилакоида. Натрупвайки се в големи количества, те се освобождават извън конюгиращия фактор. Резултатът от транспорта на електрони е образуването на съединението NADH. И прехвърлянето на водородните йони води до формирането на енергийната валута на АТФ.

В края на светлинната фаза кислородът постъпва в атмосферата и АТФ и NADH се образуват във венчелистчето. След това започва тъмната фаза на фотосинтезата.

Тъмна фаза

Тази фаза на фотосинтеза изисква въглероден диоксид. Растението постоянно го поглъща от въздуха. За тази цел на повърхността на листа има стома - специални структури, които при отваряне засмукват въглероден диоксид. Действайки вътре в листата, той се разтваря във вода и участва в процесите на светлинната фаза.

По време на леката фаза в повечето растения се свързва въглероден диоксид органично съединение който съдържа 5 въглеродни атома. Резултатът е двойка молекули от три-въглеродно съединение, наречено 3-фосфоглицерова киселина. Именно защото това съединение е основният резултат от процеса, растенията с този вид фотосинтеза се наричат ​​C ₃ растения.

Допълнителни процеси, протичащи в хлоропластите, са много трудни за неопитни жители. Резултатът е шест въглеродно съединение, което синтезира просто или сложни въглехидрати. То е под формата на въглехидрати, които растението акумулира енергия. Малка част от веществата остават в листа и отговарят на нуждите му. Останалите въглехидрати циркулират по цялото растение и отиват до местата, където са най-необходими.

Фотосинтеза през зимата

Много от тях поне веднъж в живота си са се чудили откъде идва кислород през студения сезон. Първо, кислородът се произвежда не само от широколистни растения, но и от иглолистни растения, а също и от морски растения. И ако широколистните растения замръзнат през зимата, то иглолистните дървета продължават да дишат, макар и по-малко интензивно. Второ, съдържанието на кислород в атмосферата не зависи от това дали дърветата са изхвърлили листата си. Кислородът заема 21% от атмосферата навсякъде по света по всяко време на годината. Тази стойност не се променя, тъй като въздушните маси се движат много бързо, а зимата не се появява едновременно във всички страни. И трето, през зимата в по-ниските въздушни нива, които дишаме, съдържанието на кислород е дори по-голямо, отколкото през лятото. Причината за това явление е ниската температура, поради която кислородът става по-гъст.

заключение

Днес си спомнихме какво е фотосинтезата, какво е хлорофилът и как растенията освобождават кислород чрез абсорбиране на въглероден диоксид. Разбира се, фотосинтезата е най-важният процес в нашия живот. Той ни напомня за необходимостта от уважение към природата.