Как протича фотосинтезата. фотосинтеза

При растенията (главно в листата) фотосинтезата протича на светлина. Това е процес, при който органичното вещество глюкоза (вид захар) се образува от въглероден диоксид и вода. Освен това глюкозата в клетките се превръща в по-сложно вещество, нишесте. И глюкозата, и нишестето са въглехидрати.

В процеса на фотосинтеза се произвежда не само органична материя, но и кислород се отделя като страничен продукт.

Въглеродният диоксид и водата са неорганични вещества, докато глюкозата и нишестето са органични. Поради това често се казва, че фотосинтезата е процес на образуване на органични вещества от неорганични вещества на светлина. Само растенията, някои едноклетъчни еукариоти и някои бактерии са способни на фотосинтеза. В клетките на животните и гъбите няма такъв процес, така че те са принудени да абсорбират органични вещества от околната среда. В тази връзка растенията се наричат ​​автотрофи, а животните и гъбите - хетеротрофи.

Процесът на фотосинтеза в растенията протича в хлоропласти, които съдържат зеления пигмент хлорофил.

И така, за да се осъществи фотосинтезата, имате нужда от:

хлорофил,

въглероден двуокис.

Процесът на фотосинтеза произвежда:

органична материя,

кислород.

Растенията са приспособени да улавят светлина.При много тревисти растения листата са събрани в така наречената базална розетка, когато листата не се засенчват един друг. Дърветата се характеризират с листна мозайка, при която листата растат по такъв начин, че да се засенчват възможно най-малко. При растенията листните остриета могат да се обърнат към светлината поради огъването на листните дръжки. С всичко това има сенчести растения, които могат да растат само на сянка.

Водата за фотосинтеза навлиза в листата от корените по стъблото.Ето защо е важно растението да получава достатъчно влага. При липса на вода и определени минерали процесът на фотосинтеза се инхибира.

Въглеродният диоксид за фотосинтезата се взема директно от въздуха от листата.Кислородът, който се произвежда от растението по време на фотосинтезата, напротив, се отделя във въздуха. Обменът на газ се улеснява от междуклетъчните пространства (между клетките).

Органичните вещества, образувани в процеса на фотосинтезата, се използват частично в самите листа, но основно се вливат във всички други органи и се превръщат в други органични вещества, използват се в енергийния метаболизъм и се превръщат в резервни хранителни вещества.

Както подсказва името, фотосинтезата е по същество естествен синтез на органични вещества, превръщайки CO2 от атмосферата и водата в глюкоза и свободен кислород.

Това изисква наличието на слънчева енергия.

Химичното уравнение на процеса на фотосинтеза може да бъде представено най-общо, както следва:

Фотосинтезата има две фази: тъмна и светла. Химичните реакции на тъмната фаза на фотосинтезата се различават значително от реакциите на светлата фаза, но тъмната и светлата фаза на фотосинтезата зависят една от друга.

Светлинната фаза може да се появи в листата на растенията изключително на слънчева светлина. За тъмната е необходимо наличието на въглероден диоксид, поради което растението трябва да го абсорбира от атмосферата през цялото време. Всички сравнителни характеристики на тъмната и светлата фаза на фотосинтезата ще бъдат дадени по-долу. За това е създадена сравнителна таблица "Фази на фотосинтезата".

Светлинна фаза на фотосинтезата

Основните процеси в светлинната фаза на фотосинтезата протичат в тилакоидните мембрани. Той включва хлорофил, протеини носители на електрони, АТФ синтетаза (ензим, който ускорява реакцията) и слънчева светлина.

По-нататък механизмът на реакцията може да се опише по следния начин: когато слънчевата светлина удари зелените листа на растенията, в тяхната структура се възбуждат електрони на хлорофила (отрицателен заряд), които, преминавайки в активно състояние, напускат молекулата на пигмента и се озовават на външната страна на тилакоида, чиято мембрана също е отрицателно заредена. В същото време молекулите на хлорофила се окисляват и вече окислени се възстановяват, като по този начин отнемат електрони от водата, която е в структурата на листата.

Този процес води до факта, че водните молекули се разлагат и йоните, създадени в резултат на фотолизата на водата, даряват своите електрони и се превръщат в такива ОН радикали, които могат да извършват по-нататъшни реакции. Освен това тези реактивни ОН радикали се комбинират, създавайки пълноценни водни молекули и кислород. В този случай свободният кислород се освобождава във външната среда.

В резултат на всички тези реакции и трансформации тилакоидната мембрана на листа е положително заредена от една страна (поради Н + йон), а от друга страна, отрицателно (поради електрони). Когато разликата между тези заряди в двете страни на мембраната достигне повече от 200 mV, протоните преминават през специални канали на ензима АТФ синтетаза и поради това АДФ се превръща в АТФ (в резултат на процеса на фосфорилиране). А атомният водород, който се отделя от водата, възстановява специфичния носител NADP + до NADP H2. Както можете да видите, в резултат на светлинната фаза на фотосинтезата протичат три основни процеса:

1. синтез на АТФ;
2. създаване на NADP H2;
3. образуване на свободен кислород.

Последният се отделя в атмосферата, а NADP H2 и ATP участват в тъмната фаза на фотосинтезата.

Тъмна фаза на фотосинтезата

Тъмната и светлата фаза на фотосинтезата се характеризират с голям разход на енергия от страна на растението, но тъмната фаза протича по-бързо и изисква по-малко енергия. Реакциите на тъмната фаза не изискват слънчева светлина, така че могат да се появят денем или нощем.

Всички основни процеси на тази фаза протичат в стромата на растителния хлоропласт и представляват своеобразна верига от последователни трансформации на въглероден диоксид от атмосферата. Първата реакция в такава верига е фиксирането на въглероден диоксид. За да работи по-плавно и по-бързо, природата предостави ензима RiBP-карбоксилаза, който катализира фиксирането на CO2.

След това възниква цял цикъл от реакции, чието завършване е превръщането на фосфоглицериновата киселина в глюкоза (естествена захар). Всички тези реакции използват енергията на ATP и NADP H2, които са създадени в светлинната фаза на фотосинтезата. Освен глюкоза, в резултат на фотосинтезата се образуват и други вещества. Сред тях са различни аминокиселини, мастни киселини, глицерол, както и нуклеотиди.

Фази на фотосинтеза: сравнителна таблица

Фотосинтеза - видео

Има три вида пластиди:

• хлоропласти- зелено, функция - фотосинтеза
• хромопласти- червени и жълти, са разрушени хлоропласти, могат да дадат ярък цвят на венчелистчетата и плодовете.
• левкопласти- безцветен, функция - запас от вещества.

Структурата на хлоропластите

покрити с две мембрани. Външната мембрана е гладка, вътрешната има израстъци вътре - тилакоиди. Купчините от къси тилакоиди се наричат зърна, те увеличават площта на вътрешната мембрана, за да поемат възможно най-много ензими за фотосинтеза върху нея.

Вътрешната среда на хлоропласта се нарича строма. Съдържа кръгова ДНК и рибозоми, поради което хлоропластите самостоятелно правят част от протеините за себе си, поради което се наричат ​​полуавтономни органели. (Смята се, че по-ранните пластиди са били свободни бактерии, които са били абсорбирани от голяма клетка, но не са били усвоени.)

Фотосинтеза (проста)

В зелени листа на светло
В хлоропластите с хлорофил
От въглероден диоксид и вода
Синтезират се глюкоза и кислород.

Фотосинтеза (средна трудност)

1. Светлинна фаза.
Среща се на светлина в зърната на хлоропластите. Под действието на светлината се получава разлагане (фотолиза) на водата, получава се кислород, който се отделя, както и водородни атоми (NADP-H) и АТФ енергия, които се използват в следващия етап.

2. Тъмна фаза.
Среща се както на светло, така и на тъмно (светлина не е необходима), в стромата на хлоропластите. От въглероден диоксид, получен от околната среда, и водородни атоми, получени в предишния етап, се синтезира глюкоза поради енергията на АТФ, получена в предишния етап.

Изберете една, най-правилната опция. Клетъчен органел, съдържащ ДНК молекула
1) рибозома
2) хлоропласт
3) клетъчен център
4) Комплекс Голджи

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. В синтеза на какво вещество участват водородните атоми в тъмната фаза на фотосинтезата?
1) NADF-2N
2) глюкоза
3) АТФ
4) вода

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Кой клетъчен органел съдържа ДНК
1) вакуола
2) рибозома
3) хлоропласт
4) лизозома

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. В клетките първичният синтез на глюкоза се осъществява в
1) митохондрии
2) ендоплазмен ретикулум
3) Комплекс Голджи
4) хлоропласти

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Молекулите на кислорода в процеса на фотосинтеза се образуват поради разлагането на молекулите
1) въглероден диоксид
2) глюкоза
3) АТФ
4) вода

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Процесът на фотосинтеза трябва да се разглежда като една от важните връзки в кръговрата на въглерода в биосферата, тъй като по време на
1) растенията включват въглерод от неживата природа в живата
2) растенията отделят кислород в атмосферата
3) организмите отделят въглероден диоксид по време на дишането
4) промишленото производство допълва атмосферата с въглероден диоксид

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Верни ли са следните твърдения за фотосинтезата? А) В светлинната фаза енергията на светлината се преобразува в енергията на химичните връзки на глюкозата. Б) Реакциите на тъмната фаза протичат върху тилакоидните мембрани, в които влизат молекулите на въглеродния диоксид.
1) само А е вярно
2) само B е вярно
3) и двете твърдения са верни
4) и двете преценки са грешни

Отговор

ХЛОРОПЛАСТ
1. Всички знаци по-долу, с изключение на два, могат да се използват за описание на структурата и функциите на хлоропласта. Идентифицирайте два знака, които „изпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени.
1) е двумембранен органоид
2) има собствена затворена ДНК молекула
3) е полуавтономен органоид
4) образува делително вретено
5), изпълнен с клетъчен сок със захароза

Отговор

2. Изберете три характеристики на структурата и функциите на хлоропластите
1) вътрешните мембрани образуват кристи
2) много реакции протичат в зърната
3) в тях се извършва синтез на глюкоза
4) са мястото на липидния синтез
5) се състои от две различни частици
6) двумембранни органели

Отговор

3. Изберете три верни отговора от шест и запишете числата, под които са посочени. В хлоропластите на растителните клетки протичат следните процеси:
1) хидролиза на полизахариди
2) разграждане на пирогроздена киселина
3) фотолиза на вода
4) разграждането на мазнините до мастни киселини и глицерол
5) синтез на въглехидрати
6) Синтез на АТФ

Отговор

ХЛОРОПЛАСТИТЕ ОСВЕН
1. Термините, изброени по-долу, с изключение на два, се използват за описание на пластиди. Определете два термина, които „изпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени в таблицата.
1) пигмент
2) гликокаликс
3) грана
4) Криста
5) тилакоид

Отговор

2. Всички характеристики, изброени по-долу, с изключение на две, могат да се използват за описание на хлоропластите. Идентифицирайте два знака, които „изпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени.
1) двумембранни органели
2) използват енергията на светлината за създаване на органични вещества
3) вътрешните мембрани образуват кристи
4) върху мембраните на кристалите се синтезира глюкоза
5) изходните материали за синтеза на въглехидрати са въглероден диоксид и вода

Отговор

СТРОМА - ТИЛАКОИД
Установете съответствие между процесите и тяхната локализация в хлоропластите: 1) строма, 2) тилакоид. Запишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) използването на АТФ
Б) фотолиза на вода
Б) възбуждане на хлорофила
Г) образуване на пентоза
Г) пренос на електрони по веригата от ензими

Отговор

1. Изброените по-долу знаци, с изключение на два, се използват за описание на структурата и функциите на изобразения клетъчен органоид. Идентифицирайте два знака, които „изпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени.

2) натрупва ATP молекули
3) осигурява фотосинтеза

5) има полуавтономия

Отговор

2. Всички знаци, изброени по-долу, с изключение на два, могат да се използват за описание на клетъчния органоид, показан на фигурата. Идентифицирайте два знака, които „изпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени.
1) едномембранен органоид
2) се състои от кристи и хроматин
3) съдържа кръгова ДНК
4) синтезира собствен протеин
5) способен на разделяне

Отговор

Изброените по-долу знаци, с изключение на два, се използват за описание на структурата и функциите на изобразения клетъчен органоид. Идентифицирайте два знака, които „изпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени.
1) разделя биополимерите на мономери
2) натрупва ATP молекули
3) осигурява фотосинтеза
4) се отнася до двумембранни органели
5) има полуавтономия

Отговор

СВЕТЛИНА
1. Изберете два верни отговора от пет и запишете числата, под които са посочени. В светлинната фаза на фотосинтезата в клетката
1) кислородът се образува в резултат на разлагането на водните молекули
2) въглехидратите се синтезират от въглероден диоксид и вода
3) полимеризацията на глюкозните молекули възниква с образуването на нишесте
4) Синтезират се АТФ молекули
5) енергията на молекулите на АТФ се изразходва за синтеза на въглехидрати

Отговор

2. Определете три верни твърдения от общия списък и запишете в таблицата номерата, под които са посочени. По време на светлинната фаза на фотосинтезата,
1) фотолиза на вода


4) комбинацията от водород с носител NADP +

Отговор

СВЕТЛИНА ОСВЕН
1. Всички знаци по-долу, с изключение на два, могат да се използват за определяне на процесите на светлинната фаза на фотосинтезата. Идентифицирайте два знака, които „изпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени.
1) фотолиза на вода
2) редукция на въглеродния диоксид до глюкоза
3) синтеза на АТФ молекули поради енергията на слънчевата светлина
4) образуване на молекулярен кислород
5) използването на енергията на молекулите на АТФ за синтеза на въглехидрати

Отговор

2. Всички признаци, изброени по-долу, с изключение на два, могат да се използват за описание на светлинната фаза на фотосинтезата. Идентифицирайте два знака, които „изпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени.
1) се образува страничен продукт - кислород
2) се среща в стромата на хлоропласта
3) свързване на въглероден диоксид
4) Синтез на АТФ
5) фотолиза на вода

Отговор

3. Всички знаци, изброени по-долу, с изключение на два, се използват за описание на етапа на фотосинтезата, изобразен на фигурата. Идентифицирайте два знака, които „изпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени. На този етап
1) възниква синтез на глюкоза
2) започва цикълът на Калвин
3) Синтезира се АТФ
4) настъпва фотолиза на водата
5) водородът се свързва с NADP

Отговор

ТЪМНО
Изберете три опции. Тъмната фаза на фотосинтезата се характеризира с
1) хода на процесите върху вътрешните мембрани на хлоропластите
2) синтез на глюкоза
3) фиксиране на въглероден диоксид
4) хода на процесите в стромата на хлоропластите
5) наличието на фотолиза на водата
6) образуването на АТФ

Отговор

ТЪМНО ОСВЕН
1. Понятията, изброени по-долу, с изключение на две, се използват за описание на тъмната фаза на фотосинтезата. Идентифицирайте две концепции, които „изпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени.

2) фотолиза
3) окисление на NADP 2H
4) грана
5) строма

Отговор

2. Всички знаци, изброени по-долу, с изключение на два, се използват за описание на тъмната фаза на фотосинтезата. Идентифицирайте два знака, които „изпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени.
1) образуване на кислород
2) фиксиране на въглероден диоксид
3) използване на АТФ енергия
4) синтез на глюкоза
5) възбуждане на хлорофила

Отговор

СВЕТЛО ТЪМНО
1. Установете съответствие между процеса на фотосинтеза и фазата, в която се случва: 1) светлина, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) образуването на NADP-2H молекули
Б) отделяне на кислород
В) синтез на монозахарид
Г) синтез на АТФ молекули
Г) добавяне на въглероден диоксид към въглехидрат

Отговор

2. Установете съответствие между характеристиката и фазата на фотосинтезата: 1) светлина, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) фотолиза на вода
Б) фиксиране на въглероден диоксид
В) разделяне на АТФ молекули
Г) възбуждане на хлорофила от светлинни кванти
Г) синтез на глюкоза

Отговор

3. Установете съответствие между процеса на фотосинтеза и фазата, в която протича: 1) светло, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в правилната последователност.
А) образуването на NADP * 2H молекули
Б) отделяне на кислород
Б) синтез на глюкоза
Г) синтез на АТФ молекули
D) възстановяване на въглероден диоксид

Отговор

4. Установете съответствие между процесите и фазата на фотосинтезата: 1) светло, 2) тъмно. Запишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) полимеризация на глюкоза
B) свързване на въглероден диоксид
Б) Синтез на АТФ
Г) фотолиза на вода
Д) образуването на водородни атоми
Д) синтез на глюкоза

Отговор

5. Установете съответствие между фазите на фотосинтезата и техните характеристики: 1) светло, 2) тъмно. Запишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) Извършва се фотолиза на водата
Б) Образува се АТФ
Б) в атмосферата се отделя кислород
Г) протича с разхода на АТФ енергия
Г) Реакциите могат да протичат както на светло, така и на тъмно.

Отговор

6 сб. Установете съответствие между фазите на фотосинтезата и техните характеристики: 1) светлина, 2) тъмнина. Запишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) възстановяване на NADP +
Б) транспорт на водородни йони през мембраната
Б) се намира в зърната на хлоропластите
Г) синтезират се въглехидратни молекули
Г) електроните на хлорофила се преместват на по-високо енергийно ниво
E) Консумира се ATP енергия

Отговор

ОФОРМЯНЕ 7:
А) движение на възбудени електрони
B) превръщане на NADP-2R в NADP+
В) окисляване на NADP H
Г) образува се молекулярен кислород
Г) протичат процеси в стромата на хлоропласта

ПОСЛЕДВАНЕ
1. Задайте правилната последователност от процеси, протичащи по време на фотосинтезата. Запишете номерата, под които са посочени в таблицата.
1) Използване на въглероден диоксид
2) Образуване на кислород
3) Синтез на въглехидрати
4) Синтез на АТФ молекули
5) Възбуждане на хлорофила

Отговор

2. Задайте правилната последователност на процесите на фотосинтеза.
1) преобразуване на слънчевата енергия в ATP енергия
2) образуването на възбудени хлорофилни електрони
3) фиксиране на въглероден диоксид
4) образуване на нишесте
5) превръщане на енергията на АТФ в енергия на глюкозата

Отговор

3. Задайте последователността на процесите, протичащи по време на фотосинтезата. Запишете съответната последователност от числа.
1) фиксиране на въглероден диоксид
2) Разграждане на АТФ и освобождаване на енергия
3) синтез на глюкоза
4) синтез на АТФ молекули
5) възбуждане на хлорофила

Отговор

ФОТОСИНТЕЗА
Изберете клетъчните органели и техните структури, участващи в процеса на фотосинтеза.
1) лизозоми
2) хлоропласти
3) тилакоиди
4) зърна
5) вакуоли
6) рибозоми

Отговор

ФОТОСИНТЕЗА ОСВЕН
Всички от следните характеристики, с изключение на две, могат да се използват за описание на процеса на фотосинтеза. Идентифицирайте две характеристики, които „изпадат“ от общия списък, и запишете в отговор номерата, под които са посочени.
1) За осъществяване на процеса се използва светлинна енергия.
2) Процесът протича в присъствието на ензими.
3) Централна роля в процеса принадлежи на молекулата на хлорофила.
4) Процесът е придружен от разпадане на молекулата на глюкозата.
5) Процесът не може да се случи в прокариотни клетки.

Отговор

Анализирайте таблицата. Попълнете празните клетки в таблицата, като използвате дадените в списъка понятия и термини. За всяка клетка с букви изберете подходящия термин от предоставения списък.
1) тилакоидни мембрани
2) светлинна фаза
3) фиксиране на неорганичен въглерод
4) фотосинтеза на водата
5) тъмна фаза
6) клетъчна цитоплазма

Отговор

Анализирайте таблицата "Реакции на фотосинтезата". За всяка буква изберете подходящия термин от предоставения списък.
1) окислително фосфорилиране
2) окисление на NADP-2H
3) тилакоидни мембрани
4) гликолиза
5) добавяне на въглероден диоксид към пентозата
6) образуване на кислород
7) образуването на рибулозодифосфат и глюкоза
8) синтез на 38 АТФ

Отговор

Вмъкнете в текста „Синтез на органични вещества в растение“ липсващите термини от предложения списък, като използвате цифрови символи за това. Запишете избраните числа в реда, съответстващ на буквите. Растенията съхраняват енергията, от която се нуждаят, за да оцелеят, под формата на органична материя. Тези вещества се синтезират по време на __________ (A). Този процес протича в клетките на листата в __________ (B) - специални зелени пластиди. Те съдържат специално зелено вещество - __________ (B). Предпоставка за образуването на органични вещества в допълнение към водата и въглеродния диоксид е __________ (D).
Списък с термини:
1) дишане
2) изпаряване
3) левкопласт
4) храна
5) светлина
6) фотосинтеза
7) хлоропласт
8) хлорофил

Отговор

Установете съответствие между етапите на процеса и процесите: 1) фотосинтеза, 2) биосинтеза на протеини. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) освобождаване на свободен кислород
Б) образуване на пептидни връзки между аминокиселините
В) Синтез на иРНК върху ДНК
Г) процес на превод
Г) възстановяване на въглехидратите
E) превръщане на NADP+ в NADP 2H

Отговор

© Д. В. Поздняков, 2009-2019

Растенията получават вода и минерали от корените си. Листата осигуряват органично хранене на растенията. За разлика от корените, те не са в почвата, а във въздуха, поради което извършват не почвено, а въздушно хранене.

От историята на изучаването на въздушното хранене на растенията

Знанията за храненето на растенията се натрупват постепенно. Преди около 350 години холандският учен Ян Хелмонт за първи път постави експеримент за изследване на храненето на растенията. В глинен съд с пръст той отгледа върба, като добави само вода там. Ученият внимателно претегли падналите листа. Пет години по-късно масата на върбата, заедно с падналите листа, се увеличава със 74,5 кг, а масата на почвата намалява само с 57 г. Въз основа на това Хелмонт стига до извода, че всички вещества в растението се образуват не от почвата , но от вода. Мнението, че растението се увеличава само благодарение на водата, продължава до края на 18 век.

През 1771 г. английският химик Джоузеф Пристли изследва въглеродния диоксид или „разваления въздух“, както го нарича, и прави забележително откритие. Ако запалите свещ и я покриете със стъклена капачка, след като изгори малко, тя ще изгасне. Мишка под такава шапка започва да се задушава. Но ако под капачката заедно с мишката се постави ментова клонка, тогава мишката не се задушава и продължава да живее. Това означава, че растенията "коригират" въздуха, развален от дъха на животните, тоест превръщат въглеродния диоксид в кислород.

През 1862 г. немският ботаник Юлиус Сакс доказва чрез опити, че зелените растения не само отделят кислород, но и създават органични вещества, които служат за храна на всички други организми.

фотосинтеза

Основната разлика между зелените растения и другите живи организми е наличието в техните клетки на хлоропласти, съдържащи хлорофил. Хлорофилът има способността да улавя слънчевите лъчи, чиято енергия е необходима за създаване на органични вещества. Процесът на образуване на органична материя от въглероден диоксид и вода с помощта на слънчева енергия се нарича фотосинтеза (на гръцки: pholos светлина). В процеса на фотосинтеза се образуват не само органични вещества - захари, но и се отделя кислород.

Схематично процесът на фотосинтеза може да се изобрази по следния начин:

Водата се абсорбира от корените и се придвижва през проводящата система на корените и стъблото към листата. Въглеродният диоксид е съставна част на въздуха. Навлиза в листата през отворени устицата. Структурата на листата допринася за абсорбирането на въглероден диоксид: плоската повърхност на листните остриета, което увеличава площта на контакт с въздуха и наличието на голям брой устица в кожата.

Захарите, образувани в резултат на фотосинтезата, се превръщат в нишесте. Нишестето е органично вещество, което не се разтваря във вода. Който лесно се открива с йоден разтвор.

Доказателство за образуване на нишесте в листа, изложени на светлина

Нека докажем, че в зелените листа на растенията нишестето се образува от въглероден диоксид и вода. За да направите това, помислете за експеримента, който по едно време беше организиран от Юлиус Сакс.

Стайно растение (гераниум или иглика) се държи два дни на тъмно, така че цялото нишесте да се използва за жизненоважни процеси. След това няколко листа се покриват от двете страни с черна хартия, така че да е покрита само част от тях. През деня растението се излага на светлина, а през нощта се осветява допълнително с настолна лампа.

След един ден изследваните листа се отрязват. За да се установи в коя част на листата се е образувало нишесте, листата се варят на воля (за да набъбнат зърната на нишестето) и след това се държат в горещ спирт (хлорофилът се разтваря и листът се обезцветява). След това листата се измиват с вода и се третират със слаб разтвор на йод. Tc части от листата, които са били на светлина, придобиват син цвят от действието на йода. Това означава, че нишестето се е образувало в клетките на осветената част на листа. Следователно фотосинтезата се извършва само при наличие на светлина.

Доказателство за необходимостта от въглероден диоксид за фотосинтезата

За да се докаже, че въглеродният диоксид е необходим за образуването на нишесте в листата, стайното растение също предварително се държи на тъмно. След това едно от листата се поставя в колба с малко количество варна вода. Колбата се затваря с памучен тампон. Растението е изложено. Въглеродният диоксид се абсорбира от варовита вода, така че няма да бъде в колбата. Листът се отрязва и, както в предишния опит, се изследва за наличие на нишесте. Отлежава в гореща вода и спирт, третиран с йоден разтвор. В този случай обаче резултатът от експеримента ще бъде различен: листът не става син, защото. не съдържа нишесте. Следователно, за образуването на нишесте, освен светлина и вода, е необходим въглероден диоксид.

Така отговорихме на въпроса каква храна получава растението от въздуха. Опитът показва, че това е въглероден диоксид. Необходим е за образуването на органични вещества.

Организмите, които самостоятелно създават органични вещества за изграждане на тялото си, се наричат ​​автотрофи (гръцки autos - себе си, trofe - храна).

Доказателство за образуването на кислород по време на фотосинтеза

За да докажете, че по време на фотосинтезата растенията отделят кислород във външната среда, разгледайте експеримента с водното растение Elodea. Издънките на Elodea се спускат в съд с вода и се покриват с фуния отгоре. Поставете епруветка, пълна с вода, в края на фунията. Растението се излага на светлина за два до три дни. Elodea отделя газови мехурчета, когато е изложена на светлина. Те се натрупват в горната част на тръбата, измествайки водата. За да се установи какъв е газът, епруветката се изважда внимателно и в нея се вкарва тлееща треска. Факелът пламва ярко. Това означава, че в колбата се е натрупал кислород, който поддържа горенето.

Космическа роля на растенията

Растенията, съдържащи хлорофил, могат да абсорбират слънчевата енергия. Следователно К.А. Тимирязев нарече тяхната роля на Земята космическа. Част от слънчевата енергия, съхранявана в органични вещества, може да се съхранява дълго време. Въглища, торф, нефт се образуват от вещества, които са създадени от зелени растения в древни геоложки времена и са погълнали енергията на Слънцето. Изгаряйки естествени горими материали, човек освобождава енергията, съхранявана преди милиони години от зелените растения.

Фотосинтеза без хлорофил

Пространствена локализация

Фотосинтезата на растенията се извършва в хлоропласти: изолирани двумембранни клетъчни органели. Хлоропластите могат да бъдат в клетките на плодовете, стъблата, но основният орган на фотосинтезата, анатомично адаптиран за нейното управление, е листът. В листа най-богата на хлоропласти е тъканта на палисадния паренхим. При някои сукуленти с изродени листа (като кактуси) основната фотосинтетична активност е свързана със стъблото.

Светлината за фотосинтезата се улавя по-пълно благодарение на плоската форма на листа, осигуряваща голямо съотношение повърхност към обем. Водата се доставя от корена чрез развита мрежа от съдове (листни вени). Въглеродният диоксид навлиза частично чрез дифузия през кутикулата и епидермиса, но по-голямата част от него дифундира в листата през устицата и през листата през междуклетъчното пространство. Растенията, които извършват CAM фотосинтеза, са формирали специални механизми за активно усвояване на въглероден диоксид.

Вътрешното пространство на хлоропласта е изпълнено с безцветно съдържание (строма) и е проникнато с мембрани (ламели), които, когато се комбинират помежду си, образуват тилакоиди, които от своя страна са групирани в купчини, наречени грана. Интратилакоидното пространство е отделено и не комуникира с останалата част от стромата, също така се предполага, че вътрешното пространство на всички тилакоиди комуникира помежду си. Светлинните етапи на фотосинтезата са ограничени до мембраните; автотрофното фиксиране на CO 2 се извършва в стромата.

Хлоропластите имат собствена ДНК, РНК, рибозоми (тип 70s), протеиновият синтез е в ход (въпреки че този процес се контролира от ядрото). Те не се синтезират отново, а се образуват чрез разделяне на предишните. Всичко това позволява да се считат за потомци на свободни цианобактерии, които са включени в състава на еукариотната клетка в процеса на симбиогенеза.

Фотосистема I

Светлосъбиращ комплекс I съдържа приблизително 200 молекули хлорофил.

Реакционният център на първата фотосистема съдържа хлорофил а димер с максимум на абсорбция при 700 nm (P700). След възбуждане от квант светлина възстановява първичния акцептор - хлорофил а, който е вторичен (витамин K 1 или филохинон), след което електронът се прехвърля към фередоксин, който възстановява НАДФ с помощта на ензима фередоксин-НАДФ-редуктаза.

Протеинът пластоцианин, редуциран в b 6 f комплекса, се транспортира до реакционния център на първата фотосистема от страната на интратилакоидното пространство и прехвърля електрон към окисления P700.

Цикличен и псевдоцикличен електронен транспорт

В допълнение към пълния нецикличен електронен път, описан по-горе, са открити циклични и псевдоциклични пътища.

Същността на цикличния път е, че фередоксинът вместо NADP възстановява пластохинона, който го прехвърля обратно към b 6 f комплекса. Резултатът е по-голям протонен градиент и повече АТФ, но не и NADPH.

В псевдоцикличния път фередоксинът редуцира кислорода, който допълнително се превръща във вода и може да се използва във фотосистема II. Освен това не произвежда NADPH.

тъмен етап

В тъмния стадий, с участието на ATP и NADPH, CO 2 се редуцира до глюкоза (C 6 H 12 O 6). Въпреки че светлината не е необходима за този процес, тя участва в регулирането му.

С 3 -фотосинтеза, цикъл на Калвин

В третия етап участват 5 PHA молекули, които чрез образуването на 4-, 5-, 6- и 7-въглеродни съединения се комбинират в 3 5-въглероден рибулоза-1,5-бифосфат, който изисква 3ATP .

И накрая, две PHA са необходими за синтеза на глюкоза. За образуването на една от неговите молекули са необходими 6 оборота на цикъла, 6 CO 2, 12 NADPH и 18 ATP.

С 4 -фотосинтеза

Основни статии: Цикъл на Хеч-Слак-Карпилов, C4 фотосинтеза

При ниска концентрация на CO 2, разтворен в стромата, рибулоза бифосфат карбоксилазата катализира реакцията на окисление на рибулоза-1,5-бифосфат и разлагането му на 3-фосфоглицеринова киселина и фосфогликолова киселина, която се използва принудително в процеса на фотодишане.

За да се увеличи концентрацията на CO 2 C 4 растенията са променили анатомията на листата. Цикълът на Калвин при тях е локализиран в клетките на обвивката на проводящия сноп, докато в клетките на мезофила под действието на PEP-карбоксилазата фосфоенолпируватът се карбоксилира до оксалооцетна киселина, която се превръща в малат или аспартат и се се транспортира до клетките на обвивката, където се декарбоксилира с образуването на пируват, който се връща в клетките на мезофила.

С 4 фотосинтезата практически не е придружена от загуби на рибулоза-1,5-бисфосфат от цикъла на Калвин, следователно е по-ефективна. Той обаче изисква не 18, а 30 ATP за синтеза на 1 молекула глюкоза. Това се отплаща в тропиците, където горещият климат изисква устицата да се държат затворени, предотвратявайки навлизането на CO2 в листата, а също и при рудерална жизнена стратегия.

CAM фотосинтеза

По-късно беше установено, че освен че отделят кислород, растенията абсорбират въглероден диоксид и с участието на вода синтезират органични вещества на светлина. В Робърт Майер, въз основа на закона за запазване на енергията, той постулира, че растенията преобразуват енергията на слънчевата светлина в енергията на химическите връзки. В W. Pfeffer нарича този процес фотосинтеза.

Хлорофилите са изолирани за първи път в P. J. Peltier и J. Cavent. М. С. Цвет успява да раздели пигментите и да ги изследва поотделно чрез създадения от него хроматографски метод. Абсорбционните спектри на хлорофила са изследвани от К. А. Тимирязев, който, развивайки разпоредбите на Майер, показа, че абсорбираните лъчи правят възможно увеличаването на енергията на системата чрез създаване на високоенергийни C-C вместо слаби C-O и O-H връзки (преди това се смяташе, че във фотосинтезата се използват жълти лъчи, които не се абсорбират от пигментите на листата). Това беше направено благодарение на създадения от него метод за отчитане на фотосинтезата чрез абсорбиран CO 2: в хода на експерименти за осветяване на растение със светлина с различни дължини на вълната (с различни цветове) се оказа, че интензивността на фотосинтезата съвпада с абсорбционен спектър на хлорофил.

Редокс същността на фотосинтезата (както кислородна, така и аноксигенна) е постулирана от Корнелис ван Ниел. Това означаваше, че кислородът при фотосинтезата се образува изцяло от вода, което беше експериментално потвърдено от А. П. Виноградов в експерименти с изотопно маркиране. Г-н Робърт Хил установи, че процесът на окисление на водата (и освобождаване на кислород), както и асимилацията на CO 2 могат да бъдат отделени. В. Д. Арнон установява механизма на светлинните етапи на фотосинтезата, а същността на процеса на асимилация на CO 2 е разкрита от Мелвин Калвин с помощта на въглеродни изотопи в края на 40-те години, за тази работа той е удостоен с Нобелова награда.

Други факти

Вижте също

Литература

• Хол Д., Рао К.Фотосинтеза: Пер. от английски. - М.: Мир, 1983.
• Физиология на растенията / изд. проф. Ермакова И. П. - М .: Академия, 2007
• Молекулярна биология на клетката / Албертис Б., Брей Д. и др. В 3 тома. - М.: Мир, 1994
• Рубин А. Б.Биофизика. В 2 т. - М.: Изд. Московски университет и наука, 2004 г.
• Чернавская Н. М.,