Kako nastaje fotosinteza. fotosinteza

Fotosinteza se događa u biljkama (uglavnom u njihovim listovima) na svjetlu. Ovo je proces u kojem se iz ugljičnog dioksida i vode formira organska tvar glukoza (jedna od vrsta šećera). Zatim se glukoza u stanicama pretvara u složeniju supstancu, škrob. I glukoza i skrob su ugljikohidrati.

Proces fotosinteze ne samo da proizvodi organsku materiju, već proizvodi i kiseonik kao nusproizvod.

Ugljični dioksid i voda su neorganske tvari, dok su glukoza i škrob organski. Stoga se često kaže da je fotosinteza proces stvaranja organskih tvari iz neorganskih tvari na svjetlu. Samo biljke, neki jednoćelijski eukarioti i neke bakterije su sposobne za fotosintezu. U ćelijama životinja i gljiva nema takvog procesa, pa su one prisiljene da apsorbiraju organske tvari iz okoline. U tom smislu, biljke se nazivaju autotrofi, a životinje i gljive heterotrofi.

Proces fotosinteze u biljkama odvija se u hloroplastima, koji sadrže zeleni pigment hlorofil.

Dakle, da bi došlo do fotosinteze potrebno je:

hlorofil,

ugljen-dioksid.

Tokom procesa fotosinteze formiraju se:

organska materija,

kiseonik.

Biljke su prilagođene da hvataju svjetlost. Kod mnogih zeljastih biljaka listovi se skupljaju u takozvanu bazalnu rozetu, kada listovi ne zasjenjuju jedni druge. Drveće karakterizira mozaik lišća, u kojem listovi rastu tako da se što manje zasjenjuju. Kod biljaka se listovi mogu okrenuti prema svjetlosti zbog savijanja lisnih peteljki. Uz sve to, postoje biljke koje vole sjenu koje mogu rasti samo u sjeni.

Voda za fotosintezu ulazi u listove iz korijena duž stabljike. Stoga je važno da biljka dobije dovoljno vlage. Uz nedostatak vode i određenih minerala, proces fotosinteze je inhibiran.

Ugljični dioksid za fotosintezu uzima se direktno iz zraka lišćem. Kiseonik, koji biljka proizvodi tokom fotosinteze, naprotiv, ispušta se u vazduh. Razmjenu plinova olakšavaju međućelijski prostori (prostori između ćelija).

Organske tvari nastale u procesu fotosinteze dijelom se koriste u samim listovima, ali uglavnom teku u sve ostale organe i pretvaraju se u druge organske tvari, koriste se u energetskom metabolizmu i pretvaraju u rezervne hranjive tvari.

Kao što naziv implicira, fotosinteza je u suštini prirodna sinteza organskih tvari, pretvarajući CO2 iz atmosfere i vode u glukozu i slobodni kisik.

Za to je potrebno prisustvo sunčeve energije.

Hemijska jednadžba za proces fotosinteze općenito se može predstaviti na sljedeći način:

Fotosinteza ima dvije faze: tamnu i svijetlu. Hemijske reakcije tamne faze fotosinteze značajno se razlikuju od reakcija svjetlosne faze, ali tamna i svijetla faza fotosinteze zavise jedna od druge.

Svjetlosna faza se može pojaviti u listovima biljaka isključivo na sunčevoj svjetlosti. Za mrak je neophodno prisustvo ugljičnog dioksida, zbog čega ga biljka mora stalno apsorbirati iz atmosfere. Sve uporedne karakteristike tamne i svijetle faze fotosinteze bit će date u nastavku. U tu svrhu napravljena je uporedna tabela “Faze fotosinteze”.

Svetlosna faza fotosinteze

Glavni procesi u svjetlosnoj fazi fotosinteze odvijaju se u tilakoidnim membranama. Uključuje hlorofil, proteine ​​za transport elektrona, ATP sintetazu (enzim koji ubrzava reakciju) i sunčevu svjetlost.

Nadalje, mehanizam reakcije se može opisati na sljedeći način: kada sunčeva svjetlost udari u zeleno lišće biljaka, u njihovoj strukturi se pobuđuju elektroni klorofila (negativni naboj), koji, prešavši u aktivno stanje, napuštaju molekulu pigmenta i završavaju na izvan tilakoida, čija je membrana također negativno nabijena. Istovremeno se oksidiraju molekule klorofila i redukuju oni već oksidirani, uzimajući tako elektrone iz vode koja se nalazi u strukturi lista.

Ovaj proces dovodi do toga da se molekule vode raspadaju, a ioni nastali kao rezultat fotolize vode odustaju od svojih elektrona i pretvaraju se u OH radikale koji su sposobni za daljnje reakcije. Ovi reaktivni OH radikali se zatim kombinuju da bi stvorili potpune molekule vode i kiseonika. U tom slučaju slobodni kisik izlazi u vanjsko okruženje.

Kao rezultat svih ovih reakcija i transformacija, tilakoidna membrana lista s jedne strane je nabijena pozitivno (zbog H+ jona), a s druge - negativno (zbog elektrona). Kada razlika između ovih naboja na dvije strane membrane dostigne više od 200 mV, protoni prolaze kroz posebne kanale enzima ATP sintetaze i zbog toga se ADP pretvara u ATP (kao rezultat procesa fosforilacije). A atomski vodonik, koji se oslobađa iz vode, vraća specifični nosač NADP+ u NADP·H2. Kao što vidimo, kao rezultat svjetlosne faze fotosinteze, javljaju se tri glavna procesa:

1. ATP sinteza;
2. stvaranje NADP-a H2;
3. stvaranje slobodnog kiseonika.

Potonji se oslobađa u atmosferu, a NADP H2 i ATP učestvuju u tamnoj fazi fotosinteze.

Tamna faza fotosinteze

Tamnu i svijetlu fazu fotosinteze karakteriziraju veliki utrošaci energije od strane biljke, ali tamna faza teče brže i zahtijeva manje energije. Reakcije tamne faze ne zahtijevaju sunčevu svjetlost, tako da se mogu javiti i danju i noću.

Svi glavni procesi ove faze odvijaju se u stromi biljnog hloroplasta i predstavljaju jedinstveni lanac uzastopnih transformacija ugljičnog dioksida iz atmosfere. Prva reakcija u takvom lancu je fiksacija ugljičnog dioksida. Kako bi se to odvijalo lakše i brže, priroda je obezbijedila enzim RiBP-karboksilazu, koji katalizira fiksaciju CO2.

Zatim se događa cijeli ciklus reakcija, čiji završetak je pretvaranje fosfoglicerinske kiseline u glukozu (prirodni šećer). Sve ove reakcije koriste energiju ATP-a i NADP-a H2, koji su nastali u svjetlosnoj fazi fotosinteze. Osim glukoze, fotosinteza proizvodi i druge tvari. Među njima su razne aminokiseline, masne kiseline, glicerol i nukleotidi.

Faze fotosinteze: uporedna tabela

Fotosinteza - video

Postoje tri vrste plastida:

• hloroplasti- zelena, funkcija - fotosinteza
• hromoplasti- crvena i žuta, su oronuli hloroplasti, mogu dati jarke boje laticama i plodovima.
• leukoplasti- bezbojno, funkcija - skladištenje tvari.

Struktura hloroplasta

Pokriven sa dvije membrane. Vanjska membrana je glatka, unutrašnja ima izrasline prema unutra - tilakoide. Zovu se nizovi kratkih tilakoida zrna, povećavaju površinu unutrašnje membrane kako bi primili što više fotosintetskih enzima.

Unutrašnja sredina hloroplasta naziva se stroma. Sadrži kružnu DNK i ribozome, zbog kojih hloroplasti samostalno čine dio svojih proteina, zbog čega se nazivaju poluautonomne organele. (Vjeruje se da su plastidi ranije bile slobodne bakterije koje je apsorbirala velika stanica, ali nisu probavljena.)

fotosinteza (jednostavna)

U zelenom lišću na svjetlu
U hloroplastima se koristi hlorofil
Od ugljičnog dioksida i vode
Sintetiziraju se glukoza i kisik.

fotosinteza (srednje težine)

1. Svetlosna faza.
Javlja se na svjetlosti u grani hloroplasta. Pod uticajem svetlosti dolazi do razgradnje (fotolize) vode pri čemu se proizvodi kiseonik koji se oslobađa, kao i atomi vodonika (NADP-H) i energija ATP, koji se koriste u sledećoj fazi.

2. Tamna faza.
Javlja se i na svjetlu i u tami (svjetlo nije potrebno), u stromi hloroplasta. Od ugljičnog dioksida dobivenog iz okoline i atoma vodika dobivenih u prethodnoj fazi, glukoza se sintetizira pomoću energije ATP dobivene u prethodnoj fazi.

Odaberite jednu, najispravniju opciju. Ćelijska organela koja sadrži molekul DNK
1) ribosom
2) hloroplast
3) ćelijski centar
4) Golgijev kompleks

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. U sintezi koje tvari sudjeluju atomi vodika u tamnoj fazi fotosinteze?
1) NADP-2H
2) glukoza
3) ATP
4) voda

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. Koja ćelijska organela sadrži DNK?
1) vakuola
2) ribosom
3) hloroplast
4) lizozom

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. U ćelijama dolazi do primarne sinteze glukoze
1) mitohondrije
2) endoplazmatski retikulum
3) Golgijev kompleks
4) hloroplasti

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. Molekuli kiseonika tokom fotosinteze nastaju usled razgradnje molekula
1) ugljični dioksid
2) glukoza
3) ATP
4) voda

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. Proces fotosinteze treba posmatrati kao jednu od važnih karika u ciklusu ugljika u biosferi, budući da je tokom njegovog
1) biljke apsorbuju ugljenik iz nežive prirode u živu materiju
2) biljke ispuštaju kiseonik u atmosferu
3) organizmi oslobađaju ugljični dioksid tokom disanja
4) industrijska proizvodnja nadopunjuje atmosferu ugljičnim dioksidom

Odgovori

Odaberite jednu, najispravniju opciju. Da li su sljedeće tvrdnje o fotosintezi tačne? A) U svjetlosnoj fazi, energija svjetlosti se pretvara u energiju hemijskih veza glukoze. B) Reakcije tamne faze nastaju na tilakoidnim membranama u koje ulaze molekuli ugljičnog dioksida.
1) samo A je tačno
2) samo B je tačno
3) obe presude su tačne
4) obje presude su netačne

Odgovori

CHLOROPLAST
1. Sve sljedeće karakteristike, osim dvije, mogu se koristiti za opisivanje strukture i funkcija hloroplasta. Identifikujte dvije karakteristike koje „ispadaju“ sa opće liste i zapišite brojeve pod kojima su označene.
1) je organela sa dvostrukom membranom
2) ima svoj zatvoreni molekul DNK
3) je poluautonomna organela
4) formira vreteno
5) ispunjen ćelijskim sokom sa saharozom

Odgovori

2. Odaberite tri karakteristike strukture i funkcije hloroplasta
1) unutrašnje membrane formiraju kriste
2) mnoge reakcije se javljaju u žitaricama
3) u njima se odvija sinteza glukoze
4) su mjesto sinteze lipida
5) sastoje se od dvije različite čestice
6) dvomembranske organele

Odgovori

3. Odaberite tri tačna odgovora od šest i zapišite brojeve pod kojima su označeni. U hloroplastima biljnih stanica odvijaju se sljedeći procesi:
1) hidroliza polisaharida
2) razgradnju pirogrožđane kiseline
3) fotoliza vode
4) razlaganje masti na masne kiseline i glicerol
5) sinteza ugljenih hidrata
6) ATP sinteza

Odgovori

HLOROPLASTI OSIM
1. Sljedeći termini, osim dva, koriste se za opisivanje plastida. Identifikujte dva pojma koja „ispadaju“ sa opšte liste i zapišite brojeve pod kojima su navedeni u tabeli.
1) pigment
2) glikokaliks
3) grana
4) crista
5) tilakoid

Odgovori

2. Sve osim dvije sljedeće karakteristike mogu se koristiti za opisivanje hloroplasta. Identifikujte dvije karakteristike koje “ispadaju” sa opće liste i zapišite brojeve pod kojima su označene.
1) dvomembranske organele
2) koristiti svjetlosnu energiju za stvaranje organskih tvari
3) unutrašnje membrane formiraju kriste
4) sinteza glukoze se odvija na membranama krista
5) polazni materijali za sintezu ugljikohidrata su ugljični dioksid i voda

Odgovori

STROMA - TILAKOID
Uspostaviti korespondenciju između procesa i njihove lokalizacije u hloroplastima: 1) stroma, 2) tilakoid. Napišite brojeve 1 i 2 redoslijedom koji odgovara slovima.
A) upotreba ATP-a
B) fotoliza vode
B) stimulacija hlorofila
D) formiranje pentoze
D) prijenos elektrona duž lanca enzima

Odgovori

1. Dolje navedene karakteristike, osim dvije, koriste se za opisivanje strukture i funkcija prikazane ćelijske organele. Identifikujte dvije karakteristike koje “ispadaju” sa opće liste i zapišite brojeve pod kojima su označene.

2) akumulira ATP molekule
3) obezbeđuje fotosintezu

5) ima poluautonomiju

Odgovori

2. Sve dolje navedene karakteristike, osim dvije, mogu se koristiti za opisivanje ćelijske organele prikazane na slici. Identifikujte dvije karakteristike koje „ispadaju“ sa opće liste i zapišite brojeve pod kojima su označene.
1) jednomembranska organela
2) sastoji se od krista i hromatina
3) sadrži kružnu DNK
4) sintetiše sopstveni protein
5) sposoban za podjelu

Odgovori

Dolje navedene karakteristike, osim dvije, koriste se za opisivanje strukture i funkcija prikazane ćelijske organele. Identifikujte dvije karakteristike koje “ispadaju” sa opće liste i zapišite brojeve pod kojima su označene.
1) razgrađuje biopolimere u monomere
2) akumulira ATP molekule
3) obezbeđuje fotosintezu
4) odnosi se na dvomembranske organele
5) ima poluautonomiju

Odgovori

LIGHT
1. Odaberite dva tačna odgovora od pet i zapišite brojeve pod kojima su naznačeni. Tokom svjetlosne faze fotosinteze u ćeliji
1) kisik nastaje kao rezultat razgradnje molekula vode
2) ugljikohidrati se sintetiziraju iz ugljičnog dioksida i vode
3) polimerizacija molekula glukoze dolazi do stvaranja škroba
4) Sintetiziraju se ATP molekuli
5) energija molekula ATP-a se troši na sintezu ugljikohidrata

Odgovori

2. Identifikujte tri tačne tvrdnje sa opšte liste i zapišite brojeve pod kojima su one naznačene u tabeli. Tokom svjetlosne faze dolazi do fotosinteze
1) fotoliza vode


4) veza vodonika sa NADP+ transporterom

Odgovori

SVJETLO OSIM
1. Svi dolje navedeni znakovi, osim dva, mogu se koristiti za određivanje procesa svjetlosne faze fotosinteze. Identifikujte dvije karakteristike koje „ispadaju“ sa opće liste i zapišite brojeve pod kojima su označene.
1) fotoliza vode
2) redukcija ugljičnog dioksida u glukozu
3) sinteza molekula ATP-a koristeći energiju sunčeve svjetlosti
4) formiranje molekularnog kiseonika
5) korišćenje energije molekula ATP-a za sintezu ugljenih hidrata

Odgovori

2. Sve dolje navedene karakteristike, osim dvije, mogu se koristiti za opisivanje svjetlosne faze fotosinteze. Identifikujte dvije karakteristike koje „ispadaju“ sa opće liste i zapišite brojeve pod kojima su označene.
1) nastaje nusproizvod - kiseonik
2) javlja se u stromi hloroplasta
3) vezivanje ugljen-dioksida
4) ATP sinteza
5) fotoliza vode

Odgovori

3. Sve dolje navedene karakteristike, osim dvije, koriste se za opisivanje faze fotosinteze prikazane na slici. Identifikujte dvije karakteristike koje “ispadaju” sa opće liste i zapišite brojeve pod kojima su označene. U ovoj fazi
1) dolazi do sinteze glukoze
2) Calvinov ciklus počinje
3) ATP se sintetiše
4) dolazi do fotolize vode
5) vodonik se kombinuje sa NADP

Odgovori

DARK
Odaberite tri opcije. Tamnu fazu fotosinteze karakteriše
1) pojava procesa na unutrašnjim membranama hloroplasta
2) sinteza glukoze
3) fiksacija ugljičnog dioksida
4) tok procesa u stromi hloroplasta
5) prisustvo fotolize vode
6) Formiranje ATP-a

Odgovori

DARK EXCEPT
1. Dolje navedeni koncepti, osim dva, koriste se za opisivanje tamne faze fotosinteze. Identifikujte dva pojma koja „ispadaju“ sa opšte liste i zapišite brojeve pod kojima su označeni.

2) fotoliza
3) oksidacija NADP 2H
4) grana
5) stroma

Odgovori

2. Sve dolje navedene karakteristike, osim dvije, koriste se za opisivanje tamne faze fotosinteze. Identifikujte dvije karakteristike koje „ispadaju“ sa opće liste i zapišite brojeve pod kojima su označene.
1) formiranje kiseonika
2) fiksacija ugljen-dioksida
3) korišćenje ATP energije
4) sinteza glukoze
5) stimulacija hlorofila

Odgovori

SVJETLO - MAMNO
1. Uspostavite korespondenciju između procesa fotosinteze i faze u kojoj se odvija: 1) svijetlo, 2) tamno. Napišite brojeve 1 i 2 ispravnim redoslijedom.
A) formiranje NADP-2H molekula
B) oslobađanje kiseonika
B) sinteza monosaharida
D) sinteza ATP molekula
D) dodavanje ugljičnog dioksida ugljikohidratima

Odgovori

2. Uspostavite korespondenciju između karakteristike i faze fotosinteze: 1) svijetlo, 2) tamno. Napišite brojeve 1 i 2 ispravnim redoslijedom.
A) fotoliza vode
B) fiksacija ugljičnog dioksida
B) cijepanje ATP molekula
D) ekscitacija hlorofila svetlosnim kvantima
D) sinteza glukoze

Odgovori

3. Uspostavite korespondenciju između procesa fotosinteze i faze u kojoj se odvija: 1) svijetlo, 2) tamno. Napišite brojeve 1 i 2 ispravnim redoslijedom.
A) formiranje NADP*2H molekula
B) oslobađanje kiseonika
B) sinteza glukoze
D) sinteza ATP molekula
D) smanjenje ugljičnog dioksida

Odgovori

4. Uspostavite korespondenciju između procesa i faze fotosinteze: 1) svijetlo, 2) tamno. Napišite brojeve 1 i 2 redoslijedom koji odgovara slovima.
A) polimerizacija glukoze
B) vezivanje ugljen-dioksida
B) ATP sinteza
D) fotoliza vode
D) formiranje atoma vodonika
E) sinteza glukoze

Odgovori

5. Uspostavite korespondenciju između faza fotosinteze i njihovih karakteristika: 1) svijetlo, 2) tamno. Napišite brojeve 1 i 2 redoslijedom koji odgovara slovima.
A) dolazi do fotolize vode
B) Formira se ATP
B) kiseonik se oslobađa u atmosferu
D) nastavlja sa trošenjem ATP energije
D) reakcije se mogu javiti i na svjetlu i u mraku

Odgovori

6 sub. Uspostavite korespondenciju između faza fotosinteze i njihovih karakteristika: 1) svijetlo, 2) tamno. Napišite brojeve 1 i 2 redoslijedom koji odgovara slovima.
A) restauracija NADP+
B) transport vodonikovih jona kroz membranu
B) javlja se u grani hloroplasta
D) sintetiziraju se molekuli ugljikohidrata
D) elektroni hlorofila prelaze na viši energetski nivo
E) ATP energija se troši

Odgovori

FORMIRANJE 7:
A) kretanje pobuđenih elektrona
B) konverzija NADP-2R u NADP+
B) oksidacija NADPH
D) nastaje molekularni kiseonik
D) procesi se javljaju u stromi hloroplasta

SUBSEQUENCE
1. Uspostavite ispravan slijed procesa koji se odvijaju tokom fotosinteze. Zapišite brojeve pod kojima su naznačeni u tabeli.
1) Upotreba ugljičnog dioksida
2) Formiranje kiseonika
3) Sinteza ugljikohidrata
4) Sinteza ATP molekula
5) Ekscitacija hlorofila

Odgovori

2. Uspostavite ispravan slijed procesa fotosinteze.
1) pretvaranje sunčeve energije u ATP energiju
2) formiranje pobuđenih elektrona hlorofila
3) fiksacija ugljen-dioksida
4) formiranje skroba
5) pretvaranje ATP energije u energiju glukoze

Odgovori

3. Uspostaviti redoslijed procesa koji se odvijaju tokom fotosinteze. Zapišite odgovarajući niz brojeva.
1) fiksacija ugljen-dioksida
2) Raspad ATP-a i oslobađanje energije
3) sinteza glukoze
4) sinteza ATP molekula
5) stimulacija hlorofila

Odgovori

FOTOSINTEZA
Odaberite ćelijske organele i njihove strukture uključene u proces fotosinteze.
1) lizozomi
2) hloroplasti
3) tilakoidi
4) žitarice
5) vakuole
6) ribozomi

Odgovori

OSIM FOTOSINTEZE
Sve osim dvije sljedeće karakteristike mogu se koristiti za opisivanje procesa fotosinteze. Identifikujte dvije karakteristike koje “ispadaju” sa opće liste i zapišite brojeve pod kojima su navedene u vašem odgovoru.
1) Svetlosna energija se koristi za izvođenje procesa.
2) Proces se odvija u prisustvu enzima.
3) Centralnu ulogu u procesu ima molekul hlorofila.
4) Proces je praćen razgradnjom molekula glukoze.
5) Proces se ne može dogoditi u prokariotskim ćelijama.

Odgovori

Analizirajte tabelu. Popunite prazne ćelije u tabeli koristeći pojmove i pojmove date na listi. Za svaku ćeliju označenu slovima odaberite odgovarajući termin sa ponuđene liste.
1) tilakoidne membrane
2) svetlosna faza
3) fiksacija neorganskog ugljenika
4) fotosinteza vode
5) tamna faza
6) ćelijska citoplazma

Odgovori

Analizirajte tabelu “Reakcije fotosinteze”. Za svako slovo izaberite odgovarajući termin sa ponuđene liste.
1) oksidativna fosforilacija
2) oksidacija NADP-2H
3) tilakoidne membrane
4) glikoliza
5) dodavanje ugljen-dioksida pentozi
6) formiranje kiseonika
7) formiranje ribuloza difosfata i glukoze
8) sinteza 38 ATP

Odgovori

U tekst „Sinteza organskih supstanci u biljci” uneti termine koji nedostaju sa predložene liste, koristeći numeričke oznake. Zapišite odabrane brojeve redoslijedom koji odgovara slovima. Biljke pohranjuju energiju potrebnu za njihovo postojanje u obliku organskih tvari. Ove supstance se sintetišu tokom __________ (A). Ovaj proces se dešava u ćelijama lista u __________ (B) - posebnim zelenim plastidama. Sadrže posebnu zelenu supstancu – __________ (B). Preduvjet za stvaranje organskih tvari pored vode i ugljičnog dioksida je __________ (D).
Lista pojmova:
1) disanje
2) isparavanje
3) leukoplast
4) hranu
5) svetlost
6) fotosinteza
7) hloroplast
8) hlorofil

Odgovori

Uspostavite korespondenciju između faza procesa i procesa: 1) fotosinteze, 2) biosinteze proteina. Napišite brojeve 1 i 2 ispravnim redoslijedom.
A) oslobađanje slobodnog kiseonika
B) stvaranje peptidnih veza između aminokiselina
B) sinteza mRNA na DNK
D) proces prevođenja
D) obnavljanje ugljikohidrata
E) konverzija NADP+ u NADP 2H

Odgovori

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

Biljke dobijaju vodu i minerale iz svog korena. Listovi pružaju organsku ishranu biljkama. Za razliku od korijena, oni se ne nalaze u tlu, već u zraku, stoga ne pružaju tlo, već zračnu ishranu.

Iz istorije proučavanja ishrane biljaka iz vazduha

Znanje o ishrani biljaka gomilalo se postepeno. Prije oko 350 godina, holandski naučnik Jan Helmont prvi je eksperimentirao sa proučavanjem ishrane biljaka. Uzgajao je vrbu u glinenoj posudi napunjenoj zemljom, dodajući samo vodu. Naučnik je pažljivo odmerio opalo lišće. Nakon pet godina, masa vrbe zajedno sa otpalim lišćem porasla je za 74,5 kg, a masa tla se smanjila za samo 57 g. Na osnovu toga Helmont je došao do zaključka da sve tvari u biljci nastaju ne iz tla. , ali iz vode. Mišljenje da se biljka povećava samo zbog vode zadržalo se do kraja 18. stoljeća.

Godine 1771., engleski hemičar Joseph Priestley proučavao je ugljični dioksid, ili, kako ga je on nazvao, "pokvareni zrak" i napravio izvanredno otkriće. Ako upalite svijeću i pokrijete je staklenim poklopcem, onda će se, nakon što malo izgori, ugasiti. Miš pod takvom haubom počinje da se guši. Međutim, ako mišem stavite granu mente ispod kape, miš se ne uguši i nastavlja da živi. To znači da biljke "ispravljaju" zrak pokvaren disanjem životinja, odnosno pretvaraju ugljični dioksid u kisik.

Godine 1862. njemački botaničar Julius Sachs je eksperimentima dokazao da zelene biljke ne samo da proizvode kisik, već stvaraju i organske tvari koje služe kao hrana svim drugim organizmima.

fotosinteza

Glavna razlika između zelenih biljaka i drugih živih organizama je prisustvo hloroplasta koji sadrže hlorofil u njihovim ćelijama. Klorofil ima svojstvo hvatanja sunčevih zraka čija je energija neophodna za stvaranje organskih tvari. Proces stvaranja organske tvari iz ugljičnog dioksida i vode pomoću sunčeve energije naziva se fotosinteza (grčki pbo1os svjetlost). U procesu fotosinteze ne nastaju samo organske tvari - šećeri, već se i oslobađa kisik.

Šematski se proces fotosinteze može prikazati na sljedeći način:

Vodu apsorbira korijenje i kreće se kroz provodni sistem korijena i stabljike do listova. Ugljični dioksid je sastavni dio zraka. U listove ulazi kroz otvorene stomate. Apsorpciju ugljičnog dioksida olakšava struktura lista: ravna površina listova, što povećava površinu kontakta sa zrakom, i prisutnost velikog broja stomata u koži.

Šećeri nastali kao rezultat fotosinteze pretvaraju se u škrob. Škrob je organska tvar koja se ne otapa u vodi. Kgo se lako može otkriti pomoću jodnog rastvora.

Dokaz stvaranja škroba u listovima izloženim svjetlosti

Dokažimo da se u zelenim listovima biljaka škrob formira iz ugljičnog dioksida i vode. Da biste to učinili, razmotrite eksperiment koji je jednom izveo Julius Sachs.

Sobna biljka (geranijum ili jaglac) drži se u mraku dva dana kako bi se sav skrob potrošio za vitalne procese. Zatim se nekoliko listova s ​​obje strane prekrije crnim papirom tako da se samo dio njih prekriva. Tokom dana biljka je izložena svjetlu, a noću se dodatno osvjetljava stolnom lampom.

Nakon jednog dana, listovi koji se proučavaju se odrežu. Da bi se saznalo u kojem dijelu lista nastaje škrob, listovi se prokuvaju u vodi (da nabubre zrnca škroba), a zatim drže u vrućem alkoholu (hlorofil se rastvara i list gubi boju). Zatim se listovi isperu u vodi i tretiraju slabom otopinom joda. Tako delovi listova koji su bili izloženi svetlosti dobijaju plavu boju usled delovanja joda. To znači da je skrob nastao u ćelijama osvijetljenog dijela lista. Stoga se fotosinteza odvija samo na svjetlosti.

Dokazi za potrebu za ugljičnim dioksidom za fotosintezu

Kako bi se dokazalo da je ugljični dioksid neophodan za stvaranje škroba u listovima, sobna biljka se također prvo drži u mraku. Jedan od listova se zatim stavlja u tikvicu sa malom količinom krečne vode. Boca se zatvori pamučnim štapićem. Biljka je izložena svetlosti. Ugljični dioksid apsorbira krečna voda, tako da ga neće biti u tikvici. List se odsiječe i, kao iu prethodnom eksperimentu, ispituje na prisustvo škroba. Drži se u vrućoj vodi i alkoholu i tretira rastvorom joda. Međutim, u ovom slučaju, rezultat eksperimenta će biti drugačiji: list ne postaje plav, jer ne sadrži skrob. Stoga je za stvaranje škroba, osim svjetlosti i vode, potreban ugljični dioksid.

Tako smo odgovorili na pitanje koju hranu biljka dobija iz vazduha. Iskustvo je pokazalo da se radi o ugljičnom dioksidu. Neophodan je za stvaranje organske materije.

Organizmi koji samostalno stvaraju organske tvari za izgradnju svog tijela nazivaju se autotrofami (grčki autos - sam, trofe - hrana).

Dokaz proizvodnje kiseonika tokom fotosinteze

Da biste dokazali da tokom fotosinteze biljke oslobađaju kisik u vanjsko okruženje, razmotrite eksperiment s vodenom biljkom Elodea. Izbojci Elodea se umoče u posudu s vodom i na vrhu prekrivaju lijevom. Stavite epruvetu napunjenu vodom na kraj lijevka. Biljka se izlaže svetlosti dva do tri dana. Na svjetlu, elodea proizvodi mjehuriće plina. Akumuliraju se na vrhu epruvete, istiskujući vodu. Kako bi se saznalo o kakvom je plinu riječ, epruveta se pažljivo izvadi i u nju se unese krhotina koja tinja. Komad blistavo treperi. To znači da se kiseonik nakupio u tikvici, podržavajući sagorevanje.

Kosmička uloga biljaka

Biljke koje sadrže hlorofil su u stanju da apsorbuju sunčevu energiju. Stoga K.A. Timirjazev je njihovu ulogu na Zemlji nazvao kosmičkom. Dio sunčeve energije pohranjene u organskoj tvari može se pohraniti dugo vremena. Ugalj, treset, naftu formiraju supstance koje su u davna geološka vremena stvarale zelene biljke i apsorbovale energiju Sunca. Spaljivanjem prirodnih zapaljivih materijala, osoba oslobađa energiju koju su prije milionima godina pohranile zelene biljke.

Fotosinteza bez hlorofila

Prostorna lokalizacija

Fotosinteza biljaka odvija se u hloroplastima: izolovanim dvomembranskim organelama ćelije. Kloroplasti se mogu naći u ćelijama plodova i stabljika, ali glavni organ fotosinteze, anatomski prilagođen za njeno odvijanje, je list. U listu je tkivo palisadnog parenhima najbogatije hloroplastima. Kod nekih sukulenta sa degenerisanim listovima (kao što su kaktusi), glavna fotosintetska aktivnost povezana je sa stabljikom.

Svetlost za fotosintezu se potpunije hvata zbog ravnog oblika lista, koji obezbeđuje visok odnos površine i zapremine. Voda se isporučuje iz korijena kroz razvijenu mrežu žila (lisnih žila). Ugljični dioksid dijelom ulazi difuzijom kroz kutikulu i epidermu, ali najveći dio difundira u list kroz stomate i kroz list kroz međućelijski prostor. Biljke koje provode CAM fotosintezu razvile su posebne mehanizme za aktivnu asimilaciju ugljičnog dioksida.

Unutrašnji prostor hloroplasta ispunjen je bezbojnim sadržajem (stroma) i prodiru ga membrane (lamele), koje, kada su međusobno povezane, formiraju tilakoide, koji se grupišu u hrpe zvane grana. Intratilakoidni prostor je odvojen i ne komunicira sa ostatkom strome; takođe se pretpostavlja da unutrašnji prostor svih tilakoida međusobno komunicira. Svjetlosne faze fotosinteze su ograničene na membrane; autotrofna fiksacija CO 2 se događa u stromi.

Kloroplasti imaju svoju DNK, RNK, ribozome (tip 70-ih) i dolazi do sinteze proteina (iako se ovaj proces kontrolira iz jezgre). Ne sintetiziraju se ponovo, već nastaju dijeljenjem prethodnih. Sve je to omogućilo da se smatraju potomcima slobodnih cijanobakterija koje su postale dio eukariotske ćelije tokom procesa simbiogeneze.

Fotosistem I

Kompleks za sakupljanje svjetlosti I sadrži približno 200 molekula hlorofila.

U reakcionom centru prvog fotosistema nalazi se dimer hlorofila a sa maksimumom apsorpcije na 700 nm (P700). Nakon ekscitacije svjetlosnim kvantom, obnavlja primarni akceptor - hlorofil a, koji obnavlja sekundarni akceptor (vitamin K 1 ili filokinon), nakon čega se elektron prenosi na feredoksin, koji reducira NADP pomoću enzima feredoksin-NADP reduktaze.

Protein plastocijanin, redukovan u kompleksu b 6 f, transportuje se u reakcioni centar prvog fotosistema sa strane intratilakoidnog prostora i prenosi elektron na oksidovani P700.

Ciklični i pseudociklički transport elektrona

Pored gore opisane kompletne neciklične putanje elektrona, otkrivena je ciklična i pseudociklična putanja.

Suština cikličnog puta je da feredoksin, umjesto NADP-a, reducira plastokinon, koji ga vraća nazad u b 6 f kompleks. Ovo rezultira većim gradijentom protona i više ATP-a, ali ne i NADPH.

Na pseudocikličnom putu, feredoksin redukuje kiseonik, koji se dalje pretvara u vodu i može se koristiti u fotosistemu II. U ovom slučaju, NADPH se također ne formira.

Mračna pozornica

U tamnoj fazi, uz učešće ATP-a i NADPH, CO 2 se redukuje u glukozu (C 6 H 12 O 6). Iako svjetlo nije potrebno za ovaj proces, ono je uključeno u njegovu regulaciju.

C 3 fotosinteza, Calvinov ciklus

Treća faza uključuje 5 PHA molekula, koji se formiranjem jedinjenja 4-, 5-, 6- i 7-ugljika spajaju u 3 5-ugljik ribuloza-1,5-bifosfat, za koji je potreban 3ATP.

Konačno, dva PHA su potrebna za sintezu glukoze. Za formiranje jednog od njegovih molekula potrebno je 6 ciklusnih okretaja, 6 CO 2, 12 NADPH i 18 ATP.

C 4 fotosinteza

Glavni članci: Hatch-Slack-Karpilov ciklus, C4 fotosinteza

Pri niskoj koncentraciji CO 2 otopljenog u stromi, ribuloza bifosfat karboksilaza katalizira reakciju oksidacije ribuloza-1,5-bifosfata i njegovu razgradnju na 3-fosfoglicerinsku kiselinu i fosfoglikolnu kiselinu, koja se prisilno koristi u procesu fotorespiracije. .

Kako bi povećale koncentraciju CO 2, biljke tipa 4 C promijenile su anatomiju lista. Calvinov ciklus je lokaliziran u stanicama ovojnice vaskularnog snopa; u stanicama mezofila, pod djelovanjem PEP karboksilaze, fosfoenolpiruvat se karboksilira u oksalooctenu kiselinu, koja se pretvara u malat ili aspartat i transportuje do stanica ovojnice, gdje se se dekarboksilira u piruvat, koji se vraća u ćelije mezofila.

Sa 4, fotosinteza praktično nije praćena gubicima ribuloza-1,5-bifosfata iz Calvinovog ciklusa, te je stoga efikasnija. Međutim, nije potrebno 18, već 30 ATP za sintezu 1 molekule glukoze. To je opravdano u tropima, gdje vruća klima zahtijeva držanje stomata zatvorenim, što sprječava ulazak CO 2 u list, kao i ruderalnom životnom strategijom.

sama fotosinteza

Kasnije je otkriveno da biljke osim što oslobađaju kisik, apsorbiraju ugljični dioksid i uz sudjelovanje vode sintetiziraju organsku tvar na svjetlu. Na osnovu zakona održanja energije, Robert Mayer je pretpostavio da biljke pretvaraju energiju sunčeve svjetlosti u energiju kemijskih veza. W. Pfeffer je ovaj proces nazvao fotosintezom.

Klorofile su prvi izolovali P. J. Peltier i J. Caventou. M. S. Tsvet je uspio odvojiti pigmente i zasebno ih proučavati koristeći metodu hromatografije koju je stvorio. Spektre apsorpcije hlorofila proučavao je K. A. Timiryazev, koji je, razvijajući Mayerove principe, pokazao da upravo apsorbirani zraci omogućavaju povećanje energije sistema, stvarajući visokoenergetske C-C veze umjesto slabih C-O i O-H veza ( prije toga se vjerovalo da se u fotosintezi koriste žute zrake koje ne apsorbiraju pigmenti lista). To je učinjeno zahvaljujući metodi koju je stvorio za obračun fotosinteze zasnovane na apsorbovanom CO 2: tokom eksperimenata na osvetljavanju biljke svetlošću različitih talasnih dužina (različite boje), pokazalo se da se intenzitet fotosinteze poklapa sa spektrom apsorpcije hlorofila. .

Kornelis van Niel je pretpostavio da je redoks priroda fotosinteze (i kiseonika i anoksigena). To je značilo da se kisik u fotosintezi u potpunosti formira iz vode, što je eksperimentalno potvrdio A.P. Vinogradov u eksperimentima s oznakom izotopa. Robert Hill je otkrio da se proces oksidacije vode (i oslobađanja kisika) i asimilacije CO 2 može razdvojiti. W. D. Arnon je uspostavio mehanizam svjetlosnih faza fotosinteze, a suštinu procesa asimilacije CO 2 otkrio je Melvin Calvin koristeći izotope ugljika kasnih 1940-ih, za što je dobio Nobelovu nagradu.

Druge činjenice

vidi takođe

Književnost

• Hall D., Rao K. Fotosinteza: Transl. sa engleskog - M.: Mir, 1983.
• Fiziologija biljaka / ur. prof. Ermakova I. P. - M.: Akademija, 2007
• Molekularna biologija ćelija / Albertis B., Bray D. et al. U 3 sv. - M.: Mir, 1994
• Rubin A. B. Biofizika. U 2 tom. - M.: Izdavačka kuća. Moskovski univerzitet i nauka, 2004.
• Chernavskaya N. M.,