fotosintezė

Suprasti chloroplastų, chlorofilo, granos, tilakoidinių membranų ir stromos svarbą ir vaidmenį fotosintezėje

Suprasti chloroplastų, chlorofilo, granos, tilakoidinių membranų ir stromos svarbą ir vaidmenį fotosintezėje. Fotosintezės vieta, svarba ir mechanizmai. Ištirkite chloroplastų, chlorofilo, granos, tilakoidinių membranų ir stromos vaidmenis fotosintezėje. „Encyclopædia Britannica, Inc.“ Peržiūrėkite visus šio straipsnio vaizdo įrašus

fotosintezė , procesas, kurio metu žalia augalų o tam tikri kiti organizmai šviesos energiją paverčia chemine energija. Žaliųjų augalų fotosintezės metu šviesos energija yra užfiksuota ir naudojama konversijai vandens , anglies dioksidas ir mineralai į deguonį ir daug energijos turinčius organinius junginiai .



fotosintezė

fotosintezė Fotosintezės schema, rodanti, kaip augalas absorbuoja vandenį, šviesą ir anglies dioksidą gamindamas deguonį, cukrų ir daugiau anglies dioksido. „Encyclopædia Britannica, Inc.“



Populiariausi klausimai

Kodėl fotosintezė yra svarbi?

Fotosintezė yra labai svarbi gyvybei didžioji dalis Žemėje. Tai yra būdas, kuriuo praktiškai visa energija biosferoje tampa prieinama gyviesiems. Kaip pirminiai gamintojai, fotosintetiniai organizmai sudaro Žemės maisto tinklų pagrindą ir juos tiesiogiai ar netiesiogiai vartoja visos aukštesnės gyvybės formos. Be to, beveik visas deguonis atmosferoje yra dėl fotosintezės proceso. Jei fotosintezė nutrūktų, netrukus Žemėje būtų mažai maisto ar kitų organinių medžiagų, dauguma organizmų išnyktų, o Žemės atmosferoje galų gale beveik nebūtų dujinio deguonies.

Kokia yra pagrindinė fotosintezės formulė?

Fotosintezės procesas paprastai rašomas taip: 6COdu+ 6HduO → C6H12ARBA6+ 6Odu. Tai reiškia, kad reagentai, šešios anglies dvideginio molekulės ir šešios vandens molekulės, naudojant šviesos energiją, užfiksuotą chlorofilo (kurį reiškia rodyklė), paverčiami cukraus molekule ir šešiomis deguonies molekulėmis - produktais. Cukrus naudojamas organizme, o deguonis išsiskiria kaip šalutinis produktas.



Skaitykite daugiau žemiau: Bendrosios savybės: Bendra fotosintezės reakcija Chlorofilas Sužinokite daugiau apie chlorofilą.

Kurie organizmai gali fotosintezuoti?

Gebėjimas fotosintezuoti yra abiejuose eukariotas ir prokariotiniai organizmai. Labiausiai žinomi augalai, nes visos, išskyrus labai mažai parazitinių ar mikoheterotrofinių rūšių, turi chlorofilo ir gamina savo maistą. Dumbliai yra kita dominuojanti eukariotų fotosintetinių organizmų grupė. Visi dumbliai, įskaitant masyvius rudadumblius ir mikroskopinius diatomus, yra svarbūs pirminiai gamintojai. Cianobakterijos o tam tikros sieros bakterijos yra fotosintetiniai prokariotai, kuriuose vystėsi fotosintezė. Manoma, kad nė vienas gyvūnas nesugeba savarankiškai fotosintezuoti, nors smaragdo žaliosios jūros šliužas gali laikinai į organizmą įtraukti dumblius chloroplastus maistui gaminti.

Eukariotas Sužinokite daugiau apie eukariotus. Prokariotas Sužinokite daugiau apie prokariotus.

Neįmanoma pervertinti fotosintezės svarbos palaikant gyvybę Žemėje. Jei fotosintezė nutrūktų, netrukus Žemėje būtų mažai maisto ar kitų organinių medžiagų. Dauguma organizmų išnyks, o laikui bėgant Žemės atmosferoje beveik nebus dujinio deguonies. Vieninteliai organizmai, galintys egzistuoti tokiomis sąlygomis, būtų chemosintetinės bakterijos, kurios gali panaudoti tam tikrų neorganinių junginių cheminę energiją ir todėl nėra priklausomos nuo šviesos energijos virsmo.

Prieš milijonus metų augalų fotosintezės metu pagaminta energija yra atsakinga už iškastinį kurą (t. Y. Anglį, Alyva ir dujos), kuri veikia pramoninę visuomenę. Praėjusiais amžiais žaliųjų augalų ir mažų organizmų, kurie maitinosi augalais, padaugėjo greičiau, nei jie buvo sunaudoti, o jų liekanos nusėdo Žemės plutoje nusėdimo ir kitų geologinių procesų dėka. Ten, apsaugotas nuo oksidacija , šie organiniai likučiai lėtai buvo paversti iškastiniu kuru. Šie degalai ne tik suteikia daug energijos, sunaudojamos gamyklose, namuose ir transporto srityje, bet ir yra plastiko ir kitų medžiagų žaliava. sintetinis Produktai. Deja, šiuolaikinė civilizacija per kelis šimtmečius sunaudoja fotosintetinės gamybos perteklių, sukauptą per milijonus metų. Todėl anglies dioksidas, kuris per milijonus metų fotosintezės metu buvo pašalintas iš oro, kad gautų angliavandenių, grąžinamas neįtikėtinai greitai. Anglies dvideginio koncentracija Žemės atmosferoje didėja sparčiausiai kada nors per visą istoriją. Tikimasi, kad šis reiškinys potekstės Žemėje klimatas .



Reikalavimai maistui, medžiagoms ir energijai pasaulyje, kuriame žmogus gyventojų skaičius sparčiai auga, todėl atsirado poreikis didinti fotosintezės ir fotosintezės kiekį efektyvumas konvertuoti fotosintetinę produkciją į žmonėms naudingus produktus. Vienas atsakas į tuos poreikius - vadinamasis Žalioji revoliucija , prasidėjęs 20-ojo amžiaus viduryje, pasiekė milžinišką žemės ūkio derlingumo pagerėjimą naudodamas chemines trąšas, kovodamas su kenkėjais ir augalų ligomis, augalų selekcija ir mechanizuotu žemės dirbimu, derliaus nuėmimu ir pasėlių perdirbimu. Nepaisant spartaus gyventojų skaičiaus augimo, šiomis pastangomis badas apsiribojo keliomis pasaulio vietomis, tačiau tai nepanaikino paplitusios nepakankamos mitybos. Be to, nuo dešimto dešimtmečio pradžios pagrindinių kultūrų derlingumas ėmė mažėti. Tai ypač pasakytina apie ryžius Azijoje. Didėjančios išlaidos, susijusios su aukšto lygio žemės ūkio produkcijos palaikymu, reikalaujančiu nuolat didėjančių trąšų ir pesticidų sąnaudų bei nuolatinio naujų augalų veislių kūrimo, taip pat tapo problematiškos daugelio šalių ūkininkams.

Antroji žemės ūkio revoliucija, pagrįsta augalais genetinė inžinerija buvo prognozuojama, kad tai padidins augalų produktyvumą, taigi ir iš dalies palengvinti nepakankama mityba. Nuo aštuntojo dešimtmečio molekuliniai biologai turėjo priemonių pakeisti augalo genetinę medžiagą (dezoksiribonukleino rūgštį arba DNR), siekdami pagerinti atsparumą ligoms ir sausroms, produktų derlingumą ir kokybę, atsparumą šalčiui ir kitas pageidaujamas savybes. Tačiau tokie bruožai iš prigimties yra sudėtingi, o pasėlių augalų pakeitimo procesas naudojant genų inžineriją pasirodė esąs sudėtingesnis nei tikėtasi. Ateityje tokia genetinė inžinerija gali pagerinti fotosintezės procesą, tačiau XXI amžiaus pirmaisiais dešimtmečiais ji dar neturėjo įrodyti, kad tai gali žymiai padidinti pasėlių derlingumą.

Kita intriguojanti fotosintezės tyrimo sritis buvo atradimas, kad tam tikri gyvūnai sugeba šviesos energiją paversti chemine energija. Smaragdo žalios jūros šliužas ( Elysia chlorotica ), pavyzdžiui, įgyja genų ir chloroplastų iš Vauchena žvyringa , an dumbliai jis vartoja, suteikdamas ribotą galimybę gaminti chlorofilą. Kai chloroplastų yra pakankamai asimiliuotas , šliužas gali atsisakyti maisto. Žirnių amaras ( Acyrthosiphon pisum ) gali panaudoti šviesą, kad gautų daug energijos junginys adenozino trifosfatas (ATP); šis gebėjimas buvo susijęs su amarų karotinoidinių pigmentų gamyba.



Bendrosios charakteristikos

Idėjos plėtojimas

Fotosintezės tyrimas prasidėjo 1771 m., Stebint anglų dvasininkui ir mokslininkui Josephui Priestley. Priestley uždarytame inde degino žvakę, kol oras konteineryje nebepalaikė degimas . Tada jis padėjo šakelę kaip augalą konteineryje ir atrado, kad po kelių dienų mėtos pagamino tam tikrą medžiagą (vėliau pripažintą deguonimi), kuri uždarame ore vėl leido degti. 1779 m. Olandų gydytojas Janas Ingenhouszas išplėtė Priestley darbą ir parodė, kad augalas turėjo būti apšviestas, jei norima atkurti degias medžiagas (t. Y. Deguonį). Jis taip pat parodė, kad šiam procesui reikalingi augalo žalieji audiniai.

1782 m. Buvo įrodyta, kad degimą palaikančios dujos (deguonis) susidarė kitų dujų arba fiksuoto oro sąskaita, kuri prieš metus buvo nustatyta kaip anglies dioksidas. Dujų mainų eksperimentai 1804 m. Parodė, kad kruopščiai pasvertame puode auginto augalo svoris padidėjo dėl anglies įsisavinimo, kuris susidarė vien dėl absorbuoto anglies dioksido ir vandens, kurį pasisavino augalų šaknys; balansas yra deguonis, išleidžiamas atgal į atmosferą. Praėjo beveik pusšimtis metų, kol cheminės energijos samprata buvo pakankamai išplėtota, kad būtų galima atrasti (1845 m.), Kad saulės šviesos energija fotosintezės metu susidariusiuose produktuose kaupiama kaip cheminė energija.



kada buvo įkurta demokratinė partija

Bendra fotosintezės reakcija

Cheminiu požiūriu fotosintezė yra šviesos energija oksidacijos – redukcijos procesas . (Oksidacija reiškia elektronų pašalinimą iš molekulės; redukcija reiškia elektronų prieaugį, kurį sukelia molekulė.) Augalų fotosintezėje šviesos energija naudojama vandens oksidacijai (HduGamina deguonies dujas (Odu), vandenilio jonai (H+) ir elektronai. Dauguma pašalintų elektronų ir vandenilio jonų galiausiai perkeliami į anglies dioksidą (COdu), kuris yra tik ekologiški produktai. Kiti elektronai ir vandenilio jonai yra naudojami nitratams ir sulfatams redukuoti į amino ir sulfhidrilo grupes aminorūgštyse, kurios yra baltymų pagrindas. Daugumoje žaliųjų ląstelių yra angliavandenių, ypač krakmolo ir cukraus sacharozė - pagrindiniai tiesioginiai organiniai fotosintezės produktai. Bendra angliavandenių reakcija, išreikšta bendrąja formule (CHduO) - susidaro augalų fotosintezės metu, galima nurodyti šia lygtimi:

Cheminė lygtis.



Ši lygtis yra tik apibendrintas teiginys, nes fotosintezės procesas iš tikrųjų apima daugybę reakcijų, kurias katalizuoja fermentai (organiniai katalizatoriai). Šios reakcijos vyksta dviem etapais: šviesos stadija, susidedanti iš fotocheminių (t. Y. Šviesą fiksuojančių) reakcijų; ir tamsioji scena, apimanti fermentų valdomos cheminės reakcijos. Pirmojo etapo metu šviesos energija absorbuojama ir naudojama elektronų pernašų serijai valdyti, o tai lemia ATP ir elektronų-donorų redukuotas nikotino adenino dinukleotido fosfatas (NADPH). Tamsiuoju etapu šviesos sulaikymo reakcijose susidarę ATP ir NADPH naudojami anglies dioksidui redukuoti iki organinių anglies junginių. Šis neorganinės anglies įsisavinimas į organinius junginius vadinamas anglies fiksavimu.

XX a. Palyginus žaliųjų augalų fotosintezės procesus ir tam tikras fotosintetines sieros bakterijas, buvo suteikta svarbios informacijos apie fotosintezės mechanizmą. Sieros bakterijose naudojamas sieros vandenilis (HduS) kaip vandenilio atomų šaltinis ir fotosintezės metu vietoj deguonies gamina sierą. Bendra reakcija yra



Cheminė lygtis.

4-ajame dešimtmetyje olandų biologas Cornelis van Nielas pripažino, kad anglies dioksido panaudojimas organiniams junginiams sudaryti buvo panašus abiejų tipų fotosintezės organizmuose. Siūlydamas, kad egzistuoja skirtumai nuo šviesos priklausomoje stadijoje ir junginių, naudojamų kaip vandenilio atomų šaltinis, pobūdyje, jis pasiūlė vandenilį iš vandenilio sulfido (bakterijose) arba vandens (žaliuose augaluose) perduoti nežinomam akceptoriui ( vadinamas A), kuris buvo sumažintas iki HduA. Tamsių reakcijų metu, kurios yra panašios tiek bakterijose, tiek žaliuose augaluose, redukuotas akceptorius (HduA) reagavo su anglies dioksidu (COdu), kad susidarytų angliavandeniai (CHduO) ir oksiduoti nežinomą akceptorių į A. Tai tariamas reakcija gali būti pavaizduota taip:

Cheminė lygtis.

Van Nielio pasiūlymas buvo svarbus, nes populiari (bet neteisinga) teorija buvo ta, kad deguonis buvo pašalinamas iš anglies dioksido (o ne iš vandenilio iš vandens, išskiriant deguonį), o tada anglis kartu su vandeniu sudarė angliavandenius (o ne vandenilį iš vandens su COdususidaryti CHduARBA).

Iki 1940 m. Chemikai naudojo sunkiuosius izotopus, kad stebėtų fotosintezės reakcijas. Deguonies izotopu pažymėtas vanduo (18O) buvo naudojamas ankstyvuose eksperimentuose. Augalai, kurie fotosintezuojami esant vandeniui, kuriame yra Hdu18O susidarė deguonies dujos, kuriose yra18O; fotosintezavusios esant normaliam vandeniui, susidarė normalios deguonies dujos. Šie rezultatai galutinai patvirtino van Nielo teoriją, kad fotosintezės metu susidarančios deguonies dujos yra gaunamos iš vandens.