Jak probíhá fotosyntéza. Fotosyntéza

U rostlin (hlavně v jejich listech) probíhá fotosyntéza na světle. Jedná se o proces, při kterém organická látka glukóza (druh cukru) vzniká z oxidu uhličitého a vody. Dále se glukóza v buňkách přeměňuje na složitější látku, škrob. Glukóza i škrob jsou sacharidy.

V procesu fotosyntézy vzniká nejen organická hmota, ale jako vedlejší produkt se uvolňuje i kyslík.

Oxid uhličitý a voda jsou anorganické látky, zatímco glukóza a škrob jsou organické. Proto se často říká, že fotosyntéza je proces tvorby organických látek z anorganických látek ve světle. Fotosyntézy jsou schopny pouze rostliny, některá jednobuněčná eukaryota a některé bakterie. V buňkách živočichů a hub k takovému procesu nedochází, takže jsou nuceny přijímat organické látky z prostředí. V tomto ohledu se rostliny nazývají autotrofy a zvířata a houby se nazývají heterotrofy.

Proces fotosyntézy u rostlin probíhá v chloroplastech, které obsahují zelené barvivo chlorofyl.

Aby tedy mohla probíhat fotosyntéza, potřebujete:

chlorofyl,

oxid uhličitý.

Proces fotosyntézy produkuje:

organická hmota,

kyslík.

Rostliny jsou přizpůsobeny k zachycení světla. U mnoha bylinných rostlin se listy sbírají v tzv. bazální růžici, kdy si listy vzájemně nestíní. Pro stromy je charakteristická listová mozaika, ve které listy rostou tak, aby se navzájem co nejméně zakrývaly. U rostlin se listové čepele mohou otáčet směrem ke světlu v důsledku ohýbání listových řapíků. S tím vším existují stínomilné rostliny, které mohou růst pouze ve stínu.

Voda pro fotosyntézu vstupuje do listů z kořenů podél stonku. Proto je důležité, aby rostlina dostávala dostatek vláhy. Při nedostatku vody a některých minerálů je proces fotosyntézy brzděn.

Oxid uhličitý pro fotosyntézu je přijímán přímo ze vzduchu listy. Kyslík, který rostlina produkuje při fotosyntéze, se naopak uvolňuje do ovzduší. Výměnu plynů usnadňují mezibuněčné prostory (mezery mezi buňkami).

Organické látky vznikající v procesu fotosyntézy se částečně využívají v samotných listech, ale hlavně proudí do všech ostatních orgánů a mění se v další organické látky, využívají se v energetickém metabolismu a přeměňují se na rezervní živiny.

Jak název napovídá, fotosyntéza je v podstatě přirozená syntéza organických látek, přeměna CO2 z atmosféry a vody na glukózu a volný kyslík.

To vyžaduje přítomnost sluneční energie.

Chemická rovnice procesu fotosyntézy může být obecně reprezentována takto:

Fotosyntéza má dvě fáze: tmu a světlo. Chemické reakce temné fáze fotosyntézy se výrazně liší od reakcí světlé fáze, ale tmavá a světlá fáze fotosyntézy na sobě závisí.

Světelná fáze se může vyskytovat v listech rostlin výhradně na slunečním světle. U tmavého je přítomnost oxidu uhličitého nezbytná, a proto jej rostlina musí neustále absorbovat z atmosféry. Všechny srovnávací charakteristiky temné a světlé fáze fotosyntézy budou uvedeny níže. K tomu byla vytvořena srovnávací tabulka „Fáze fotosyntézy“.

Světelná fáze fotosyntézy

Hlavní procesy ve světelné fázi fotosyntézy probíhají v thylakoidních membránách. Zahrnuje chlorofyl, proteiny nosiče elektronů, ATP syntetázu (enzym, který urychluje reakci) a sluneční světlo.

Dále lze reakční mechanismus popsat následovně: když sluneční světlo dopadá na zelené listy rostlin, jsou v jejich struktuře excitovány elektrony chlorofylu (negativní náboj), které po přechodu do aktivního stavu opouštějí molekulu pigmentu a končí na vnější straně thylakoidu, jehož membrána je také negativně nabitá. Molekuly chlorofylu jsou přitom oxidovány a již zoxidované jsou obnovovány, čímž se odebírají elektrony z vody, která je ve struktuře listu.

Tento proces vede k tomu, že se molekuly vody rozkládají a ionty vzniklé v důsledku fotolýzy vody darují své elektrony a mění se na takové OH radikály, které jsou schopny provádět další reakce. Dále se tyto reaktivní OH radikály spojují a vytvářejí plnohodnotné molekuly vody a kyslíku. V tomto případě se volný kyslík uvolňuje do vnějšího prostředí.

V důsledku všech těchto reakcí a přeměn je listová thylakoidní membrána nabita na jedné straně kladně (díky iontu H +) a na druhé straně záporně (díky elektronům). Když rozdíl mezi těmito náboji na obou stranách membrány dosáhne více než 200 mV, projdou protony speciálními kanály enzymu ATP syntetázy a díky tomu se ADP přemění na ATP (jako výsledek fosforylačního procesu). A atomární vodík, který se uvolňuje z vody, obnovuje specifický nosič NADP + na NADP H2. Jak vidíte, v důsledku světelné fáze fotosyntézy probíhají tři hlavní procesy:

1. syntéza ATP;
2. vytvoření NADP H2;
3. tvorba volného kyslíku.

Ten se uvolňuje do atmosféry a NADP H2 a ATP se účastní temné fáze fotosyntézy.

Temná fáze fotosyntézy

Tmavá a světlá fáze fotosyntézy se vyznačuje velkým výdejem energie ze strany rostliny, ale tmavá fáze probíhá rychleji a vyžaduje méně energie. Reakce v temné fázi nevyžadují sluneční světlo, takže k nim může docházet ve dne i v noci.

Všechny hlavní procesy této fáze probíhají ve stromatu rostlinného chloroplastu a představují jakýsi řetězec postupných přeměn oxidu uhličitého z atmosféry. První reakcí v takovém řetězci je fixace oxidu uhličitého. Aby probíhal plynuleji a rychleji, příroda poskytla enzym RiBP-karboxylázu, který katalyzuje fixaci CO2.

Poté nastává celý cyklus reakcí, jejichž dokončením je přeměna kyseliny fosfoglycerové na glukózu (přírodní cukr). Všechny tyto reakce využívají energii ATP a NADP H2, které vznikly ve světelné fázi fotosyntézy. Kromě glukózy vznikají v důsledku fotosyntézy i další látky. Mezi nimi jsou různé aminokyseliny, mastné kyseliny, glycerol a také nukleotidy.

Fáze fotosyntézy: srovnávací tabulka

Fotosyntéza - video

Existují tři typy plastidů:

• chloroplasty- zelená, funkce - fotosyntéza
• chromoplasty- červené a žluté, jsou zchátralé chloroplasty, mohou dát jasnou barvu okvětním lístkům a plodům.
• leukoplasty- bezbarvý, funkce - zásoba látek.

Struktura chloroplastů

pokrytý dvěma membránami. Vnější membrána je hladká, vnitřní má uvnitř výrůstky - tylakoidy. Stohy krátkých thylakoidů se nazývají zrna zvětšují plochu vnitřní membrány, aby se na ni vešlo co nejvíce enzymů fotosyntézy.

Vnitřní prostředí chloroplastu se nazývá stroma. Obsahuje kruhovou DNA a ribozomy, díky nimž si chloroplasty samostatně vytvářejí některé proteiny pro sebe, proto se nazývají semiautonomní organely. (Předpokládá se, že dřívější plastidy byly volné bakterie, které byly absorbovány velkou buňkou, ale nebyly tráveny.)

Fotosyntéza (jednoduchá)

V zelených listech na světle
V chloroplastech s chlorofylem
Z oxidu uhličitého a vody
Syntetizuje se glukóza a kyslík.

Fotosyntéza (střední obtížnost)

1. Světelná fáze.
Vyskytuje se na světle v zrnech chloroplastů. Působením světla dochází k rozkladu (fotolýze) vody, získává se kyslík, který je emitován, dále atomy vodíku (NADP-H) a energie ATP, které jsou využity v dalším stupni.

2. Temná fáze.
Vyskytuje se jak ve světle, tak ve tmě (světlo není potřeba), ve stromatu chloroplastů. Z oxidu uhličitého získaného z okolního prostředí a atomů vodíku získaných v předchozí fázi se syntetizuje glukóza díky energii ATP získané v předchozí fázi.

Vyberte jednu, nejsprávnější možnost. Buněčná organela obsahující molekulu DNA
1) ribozom
2) chloroplast
3) buněčné centrum
4) Golgiho komplex

Odpovědět

Vyberte jednu, nejsprávnější možnost. Při syntéze jaké látky se v temné fázi fotosyntézy účastní atomy vodíku?
1) NADF-2N
2) glukóza
3) ATP
4) voda

Odpovědět

Vyberte jednu, nejsprávnější možnost. Jaká buněčná organela obsahuje DNA
1) vakuola
2) ribozom
3) chloroplast
4) lysozom

Odpovědět

Vyberte jednu, nejsprávnější možnost. V buňkách probíhá primární syntéza glukózy v
1) mitochondrie
2) endoplazmatické retikulum
3) Golgiho komplex
4) chloroplasty

Odpovědět

Vyberte jednu, nejsprávnější možnost. Molekuly kyslíku v procesu fotosyntézy vznikají v důsledku rozkladu molekul
1) oxid uhličitý
2) glukóza
3) ATP
4) voda

Odpovědět

Vyberte jednu, nejsprávnější možnost. Proces fotosyntézy by měl být považován za jeden z důležitých článků uhlíkového cyklu v biosféře, protože v jeho průběhu
1) rostliny zahrnují uhlík z neživé přírody do života
2) rostliny uvolňují kyslík do atmosféry
3) organismy uvolňují oxid uhličitý při dýchání
4) průmyslová výroba doplňuje atmosféru oxidem uhličitým

Odpovědět

Vyberte jednu, nejsprávnější možnost. Jsou následující tvrzení o fotosyntéze správná? A) Ve světelné fázi se energie světla přeměňuje na energii chemických vazeb glukózy. B) Na membránách tylakoidů dochází k reakcím temné fáze, do kterých vstupují molekuly oxidu uhličitého.
1) pouze A je pravdivé
2) pouze B je pravdivé
3) obě tvrzení jsou správná
4) oba rozsudky jsou špatné

Odpovědět

CHLOROPLAST
1. Všechny níže uvedené znaky, kromě dvou, lze použít k popisu struktury a funkcí chloroplastu. Identifikujte dva znaky, které „vypadnou“ z obecného seznamu, a zapište si čísla, pod kterými jsou označeny.
1) je dvoumembránový organoid
2) má vlastní uzavřenou molekulu DNA
3) je semi-autonomní organoid
4) tvoří dělicí vřeteno
5) naplněné buněčnou mízou se sacharózou

Odpovědět

2. Vyberte tři znaky stavby a funkce chloroplastů
1) vnitřní membrány tvoří cristae
2) v zrnech probíhá mnoho reakcí
3) dochází v nich k syntéze glukózy
4) jsou místem syntézy lipidů
5) sestávají ze dvou různých částic
6) dvoumembránové organely

Odpovědět

3. Vyberte tři správné odpovědi ze šesti a zapište si čísla, pod kterými jsou uvedeny. V chloroplastech rostlinných buněk probíhají následující procesy:
1) hydrolýza polysacharidů
2) rozklad kyseliny pyrohroznové
3) fotolýza vody
4) štěpení tuků na mastné kyseliny a glycerol
5) syntéza sacharidů
6) Syntéza ATP

Odpovědět

CHLOROPLASTY KROMĚ
1. Termíny uvedené níže, kromě dvou, se používají k popisu plastidů. Identifikujte dva termíny, které „vypadnou“ z obecného seznamu, a zapište si čísla, pod kterými jsou v tabulce uvedeny.
1) pigment
2) glykokalyx
3) grana
4) krista
5) tylakoid

Odpovědět

2. Všechny níže uvedené znaky, kromě dvou, lze použít k popisu chloroplastů. Identifikujte dva znaky, které „vypadnou“ z obecného seznamu, a zapište si čísla, pod kterými jsou označeny.
1) dvoumembránové organely
2) využít energii světla k vytvoření organických látek
3) vnitřní membrány tvoří cristae
4) na membránách krist se syntetizuje glukóza
5) výchozími materiály pro syntézu sacharidů jsou oxid uhličitý a voda

Odpovědět

STROMA - TYLAKOID
Stanovte soulad mezi procesy a jejich lokalizací v chloroplastech: 1) stroma, 2) tylakoid. Zapište čísla 1 a 2 v pořadí odpovídajícím písmenům.
A) použití ATP
B) fotolýza vody
B) excitace chlorofylu
D) tvorba pentózy
D) přenos elektronů po řetězci enzymů

Odpovědět

1. Níže uvedené znaky, kromě dvou, se používají k popisu struktury a funkcí znázorněného buněčného organoidu. Identifikujte dva znaky, které „vypadnou“ z obecného seznamu, a zapište si čísla, pod kterými jsou označeny.

2) hromadí molekuly ATP
3) zajišťuje fotosyntézu

5) má částečnou autonomii

Odpovědět

2. Všechny níže uvedené znaky, kromě dvou, lze použít k popisu buněčného organoidu zobrazeného na obrázku. Identifikujte dva znaky, které „vypadnou“ z obecného seznamu, a zapište si čísla, pod kterými jsou označeny.
1) jednomembránový organoid
2) sestává z krist a chromatinu
3) obsahuje kruhovou DNA
4) syntetizuje svůj vlastní protein
5) schopný dělení

Odpovědět

Níže uvedené znaky, kromě dvou, se používají k popisu struktury a funkcí znázorněného buněčného organoidu. Identifikujte dva znaky, které „vypadnou“ z obecného seznamu, a zapište si čísla, pod kterými jsou označeny.
1) štěpí biopolymery na monomery
2) hromadí molekuly ATP
3) zajišťuje fotosyntézu
4) označuje dvoumembránové organely
5) má částečnou autonomii

Odpovědět

SVĚTLO
1. Vyberte dvě správné odpovědi z pěti a zapište čísla, pod kterými jsou uvedeny. Ve světelné fázi fotosyntézy v buňce
1) kyslík vzniká v důsledku rozkladu molekul vody
2) sacharidy jsou syntetizovány z oxidu uhličitého a vody
3) dochází k polymeraci molekul glukózy za vzniku škrobu
4) Molekuly ATP jsou syntetizovány
5) energie molekul ATP se vynakládá na syntézu sacharidů

Odpovědět

2. Určete tři pravdivá tvrzení z obecného seznamu a zapište do tabulky čísla, pod kterými jsou uvedena. Během světelné fáze fotosyntézy
1) fotolýza vody


4) kombinace vodíku s nosičem NADP+

Odpovědět

SVĚTLO KROMĚ
1. Všechny níže uvedené znaky, kromě dvou, lze použít k určení procesů světelné fáze fotosyntézy. Identifikujte dva znaky, které „vypadnou“ z obecného seznamu, a zapište si čísla, pod kterými jsou označeny.
1) fotolýza vody
2) redukce oxidu uhličitého na glukózu
3) syntéza molekul ATP díky energii slunečního světla
4) tvorba molekulárního kyslíku
5) využití energie molekul ATP pro syntézu sacharidů

Odpovědět

2. Všechny níže uvedené znaky, kromě dvou, lze použít k popisu světelné fáze fotosyntézy. Identifikujte dva znaky, které „vypadnou“ z obecného seznamu, a zapište si čísla, pod kterými jsou označeny.
1) vzniká vedlejší produkt – kyslík
2) se vyskytuje ve stromatu chloroplastu
3) vazba oxidu uhličitého
4) Syntéza ATP
5) fotolýza vody

Odpovědět

3. Všechny níže uvedené znaky, kromě dvou, se používají k popisu fáze fotosyntézy znázorněné na obrázku. Identifikujte dva znaky, které „vypadnou“ z obecného seznamu, a zapište si čísla, pod kterými jsou označeny. V tomto stádiu
1) dochází k syntéze glukózy
2) začíná Calvinův cyklus
3) ATP je syntetizován
4) dochází k fotolýze vody
5) vodík se slučuje s NADP

Odpovědět

TEMNÝ
Vyberte tři možnosti. Temná fáze fotosyntézy se vyznačuje
1) průběh procesů na vnitřních membránách chloroplastů
2) syntéza glukózy
3) fixace oxidu uhličitého
4) průběh procesů ve stromatu chloroplastů
5) přítomnost vodní fotolýzy
6) tvorba ATP

Odpovědět

TMA KROMĚ
1. Níže uvedené pojmy, kromě dvou, se používají k popisu temné fáze fotosyntézy. Identifikujte dva pojmy, které „vypadnou“ z obecného seznamu, a zapište si čísla, pod kterými jsou označeny.

2) fotolýza
3) oxidace NADP 2H
4) grana
5) stroma

Odpovědět

2. Všechny níže uvedené znaky, kromě dvou, se používají k popisu temné fáze fotosyntézy. Identifikujte dva znaky, které „vypadnou“ z obecného seznamu, a zapište si čísla, pod kterými jsou označeny.
1) tvorba kyslíku
2) fixace oxidu uhličitého
3) využití energie ATP
4) syntéza glukózy
5) excitace chlorofylu

Odpovědět

SVĚTLÁ – TMAVÁ
1. Stanovte soulad mezi procesem fotosyntézy a fází, ve které probíhá: 1) světlo, 2) tma. Napište čísla 1 a 2 ve správném pořadí.
A) tvorba molekul NADP-2H
B) uvolňování kyslíku
C) syntéza monosacharidu
D) syntéza molekul ATP
D) přidání oxidu uhličitého k uhlohydrátu

Odpovědět

2. Stanovte soulad mezi charakteristikou a fází fotosyntézy: 1) světlá, 2) tma. Napište čísla 1 a 2 ve správném pořadí.
A) fotolýza vody
B) fixace oxidu uhličitého
C) štěpení molekul ATP
D) excitace chlorofylu světelnými kvanty
D) syntéza glukózy

Odpovědět

3. Stanovte soulad mezi procesem fotosyntézy a fází, ve které probíhá: 1) světlo, 2) tma. Napište čísla 1 a 2 ve správném pořadí.
A) tvorba molekul NADP * 2H
B) uvolňování kyslíku
B) syntéza glukózy
D) syntéza molekul ATP
D) regenerace oxidu uhličitého

Odpovědět

4. Stanovte soulad mezi procesy a fází fotosyntézy: 1) světlo, 2) tma. Zapište čísla 1 a 2 v pořadí odpovídajícím písmenům.
A) polymerace glukózy
B) vazba oxidu uhličitého
B) Syntéza ATP
D) fotolýza vody
E) tvorba atomů vodíku
E) syntéza glukózy

Odpovědět

5. Stanovte soulad mezi fázemi fotosyntézy a jejich charakteristikami: 1) světlá, 2) tma. Zapište čísla 1 a 2 v pořadí odpovídajícím písmenům.
A) Provádí se fotolýza vody
B) Tvoří se ATP
B) kyslík se uvolňuje do atmosféry
D) pokračuje s výdejem energie ATP
D) Reakce mohou probíhat jak ve světle, tak ve tmě.

Odpovědět

6 sobota Stanovte soulad mezi fázemi fotosyntézy a jejich charakteristikami: 1) světlá, 2) tma. Zapište čísla 1 a 2 v pořadí odpovídajícím písmenům.
A) obnovení NADP+
B) transport vodíkových iontů přes membránu
B) probíhá v zrnech chloroplastů
D) syntetizují se molekuly sacharidů
D) elektrony chlorofylu se přesunou na vyšší energetickou hladinu
E) Spotřebovává se energie ATP

Odpovědět

TVAROVÁNÍ 7:
A) pohyb excitovaných elektronů
B) konverze NADP-2R na NADP+
C) oxidace NADP H
D) vzniká molekulární kyslík
D) procesy probíhají ve stromatu chloroplastu

SUBSEKVENCE
1. Nastavte správnou sekvenci procesů probíhajících během fotosyntézy. Zapište si čísla, pod kterými jsou v tabulce uvedeny.
1) Použití oxidu uhličitého
2) Tvorba kyslíku
3) Syntéza sacharidů
4) Syntéza molekul ATP
5) Excitace chlorofylu

Odpovědět

2. Nastavte správný sled procesů fotosyntézy.
1) přeměna sluneční energie na energii ATP
2) tvorba excitovaných elektronů chlorofylu
3) fixace oxidu uhličitého
4) tvorba škrobu
5) přeměna energie ATP na energii glukózy

Odpovědět

3. Nastavte sled procesů probíhajících během fotosyntézy. Zapište si odpovídající posloupnost čísel.
1) fixace oxidu uhličitého
2) Rozklad ATP a uvolňování energie
3) syntéza glukózy
4) syntéza molekul ATP
5) excitace chlorofylu

Odpovědět

FOTOSYNTÉZA
Vyberte buněčné organely a jejich struktury zapojené do procesu fotosyntézy.
1) lysozomy
2) chloroplasty
3) tylakoidy
4) zrna
5) vakuoly
6) ribozomy

Odpovědět

FOTOSYNTÉZA KROMĚ
Všechny následující znaky, kromě dvou, lze použít k popisu procesu fotosyntézy. Identifikujte dva znaky, které „vypadnou“ z obecného seznamu, a jako odpověď zapište čísla, pod kterými jsou označeny.
1) K provedení procesu se používá světelná energie.
2) Proces probíhá za přítomnosti enzymů.
3) Ústřední roli v procesu má molekula chlorofylu.
4) Proces je doprovázen rozpadem molekuly glukózy.
5) Proces nemůže nastat v prokaryotických buňkách.

Odpovědět

Analyzujte tabulku. Vyplňte prázdné buňky tabulky pomocí pojmů a termínů uvedených v seznamu. Pro každou buňku s písmeny vyberte příslušný výraz z poskytnutého seznamu.
1) tylakoidní membrány
2) světelná fáze
3) fixace anorganického uhlíku
4) vodní fotosyntéza
5) temná fáze
6) buněčná cytoplazma

Odpovědět

Analyzujte tabulku "Reakce fotosyntézy". Pro každé písmeno vyberte vhodný termín z poskytnutého seznamu.
1) oxidativní fosforylace
2) oxidace NADP-2H
3) tylakoidní membrány
4) glykolýza
5) přídavek oxidu uhličitého k pentóze
6) tvorba kyslíku
7) tvorba ribulóza difosfátu a glukózy
8) syntéza 38 ATP

Odpovědět

Do textu "Syntéza organických látek v rostlině" vložte chybějící termíny z navrhovaného seznamu, k tomu použijte digitální symboly. Zapište vybraná čísla v pořadí odpovídajícím písmenům. Rostliny ukládají energii, kterou potřebují k přežití, ve formě organické hmoty. Tyto látky jsou syntetizovány během __________ (A). Tento proces probíhá v buňkách listů v __________ (B) - speciálních zelených plastidech. Obsahují speciální zelenou látku - __________ (B). Předpokladem pro tvorbu organických látek kromě vody a oxidu uhličitého je __________ (D).
Seznam termínů:
1) dýchání
2) odpařování
3) leukoplast
4) jídlo
5) světlo
6) fotosyntéza
7) chloroplast
8) chlorofyl

Odpovědět

Stanovte soulad mezi fázemi procesu a procesy: 1) fotosyntéza, 2) biosyntéza proteinů. Napište čísla 1 a 2 ve správném pořadí.
A) uvolnění volného kyslíku
B) tvorba peptidových vazeb mezi aminokyselinami
C) syntéza mRNA na DNA
D) proces překladu
D) obnova sacharidů
E) konverze NADP+ na NADP 2H

Odpovědět

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

Rostliny získávají vodu a minerály ze svých kořenů. Listy poskytují rostlinám organickou výživu. Na rozdíl od kořenů nejsou v půdě, ale ve vzduchu, proto nevyživují půdu, ale vzduch.

Z historie studia vzdušné výživy rostlin

Poznatky o výživě rostlin se postupně hromadily. Přibližně před 350 lety zahájil holandský vědec Jan Helmont poprvé experiment o studiu výživy rostlin. V hliněném květináči se zeminou vypěstoval vrbu a přidal tam jen vodu. Vědec pečlivě zvážil spadané listí. O pět let později se hmota vrby spolu se spadaným listím zvýšila o 74,5 kg a hmota půdy klesla pouze o 57 g. Na základě toho Helmont dospěl k závěru, že všechny látky v rostlině nevznikají z půdy, ale z vody. Názor, že rostlina se zvětšuje jen díky vodě, přetrvával až do konce 18. století.

V roce 1771 anglický chemik Joseph Priestley studoval oxid uhličitý neboli „zkažený vzduch“, jak to nazýval, a učinil pozoruhodný objev. Pokud zapálíte svíčku a zakryjete ji skleněným uzávěrem, po malém dohoření zhasne. Myš pod takovou čepicí se začne dusit. Pokud je však pod uzávěrem spolu s myší umístěna větev máty, myš se neudusí a žije dál. To znamená, že rostliny „opravují“ vzduch zkažený dechem zvířat, tedy přeměňují oxid uhličitý na kyslík.

Německý botanik Julius Sachs v roce 1862 experimenty dokázal, že zelené rostliny nejen uvolňují kyslík, ale také vytvářejí organické látky, které slouží jako potrava pro všechny ostatní organismy.

Fotosyntéza

Hlavním rozdílem mezi zelenými rostlinami a jinými živými organismy je přítomnost chloroplastů obsahujících chlorofyl v jejich buňkách. Chlorofyl má schopnost zachycovat sluneční paprsky, jejichž energie je nezbytná pro tvorbu organických látek. Proces vzniku organické hmoty z oxidu uhličitého a vody za pomoci sluneční energie se nazývá fotosyntéza (řecky: světlo pholos). V procesu fotosyntézy se tvoří nejen organické látky – cukry, ale uvolňuje se i kyslík.

Schematicky lze proces fotosyntézy znázornit takto:

Voda je absorbována kořeny a pohybuje se přes vodivý systém kořenů a stonku k listům. Oxid uhličitý je složkou vzduchu. Do listů se dostává otevřenými průduchy. Struktura listu přispívá k absorpci oxidu uhličitého: plochý povrch listových čepelí, což zvyšuje oblast kontaktu se vzduchem, a přítomnost velkého počtu průduchů v kůži.

Cukry vzniklé v důsledku fotosyntézy se přeměňují na škrob. Škrob je organická látka, která se nerozpouští ve vodě. Kdo je snadno zjistitelný roztokem jódu.

Důkaz tvorby škrobu v listech vystavených světlu

Dokažme, že v zelených listech rostlin se z oxidu uhličitého a vody tvoří škrob. Za tímto účelem zvažte experiment, který svého času zinscenoval Julius Sachs.

Pokojová rostlina (pelargónie nebo prvosenka) se uchovává dva dny ve tmě, aby se veškerý škrob spotřeboval pro životně důležité procesy. Poté se několik listů pokryje z obou stran černým papírem tak, aby byla pokryta pouze část z nich. Přes den je rostlina vystavena světlu a v noci je navíc osvětlena stolní lampou.

Po dni jsou studované listy odříznuty. Aby se zjistilo, ve které části listového škrobu se vytvořil škrob, listy se ve vůli povaří (aby škrobová zrna nabobtnaly), a poté se uchovávají v horkém lihu (chlorofyl se rozpustí a list se zbarví). Poté se listy promyjí vodou a ošetří slabým roztokem jódu. Tc části listů, které byly na světle, získávají působením jódu modrou barvu. To znamená, že škrob vznikl v buňkách osvětlené části listu. Proto k fotosyntéze dochází pouze za přítomnosti světla.

Důkazy o potřebě oxidu uhličitého pro fotosyntézu

Aby se prokázalo, že oxid uhličitý je nezbytný pro tvorbu škrobu v listech, je pokojová rostlina také předtím udržována ve tmě. Poté se jeden z listů vloží do baňky s malým množstvím vápenné vody. Baňka se uzavře vatovým tamponem. Rostlina je vystavena. Oxid uhličitý je absorbován vápennou vodou, takže nebude v baňce. List se odřízne a stejně jako v předchozím pokusu se vyšetří na přítomnost škrobu. Zraje v horké vodě a lihu, upravuje se roztokem jódu. V tomto případě však bude výsledek experimentu jiný: list nezmodrá, protože. neobsahuje škrob. Pro tvorbu škrobu je tedy kromě světla a vody potřeba oxid uhličitý.

Odpověděli jsme tak na otázku, jakou potravu rostlina přijímá ze vzduchu. Zkušenosti ukázaly, že jde o oxid uhličitý. Je nezbytný pro tvorbu organické hmoty.

Organismy, které samostatně vytvářejí organické látky ke stavbě svého těla, se nazývají autotrofy (řec. autos - self, trofe - jídlo).

Důkazy o vzniku kyslíku při fotosyntéze

Chcete-li dokázat, že během fotosyntézy rostliny uvolňují kyslík do vnějšího prostředí, zvažte experiment s vodní rostlinou Elodea. Výhonky Elodea se spustí do nádoby s vodou a shora se přikryjí nálevkou. Na konec nálevky umístěte zkumavku naplněnou vodou. Rostlina je vystavena světlu po dobu dvou až tří dnů. Elodea při vystavení světlu vyzařuje bublinky plynu. Hromadí se v horní části trubice a vytlačují vodu. Aby se zjistilo, o jaký plyn se jedná, opatrně se zkumavka vyjme a vloží se do ní doutnající tříska. Pochodeň jasně vzplane. To znamená, že se v baňce nahromadil kyslík, který podporuje hoření.

Prostorová role rostlin

Rostliny obsahující chlorofyl jsou schopny absorbovat sluneční energii. Proto K.A. Timiryazev nazval jejich roli na Zemi kosmickou. Část sluneční energie uložené v organické hmotě může být uložena po dlouhou dobu. Uhlí, rašelina, ropa jsou tvořeny látkami, které byly vytvořeny zelenými rostlinami v dávných geologických dobách a absorbovaly energii Slunce. Spalováním přírodních hořlavých materiálů člověk uvolňuje energii uloženou před miliony let zelenými rostlinami.

Fotosyntéza bez chlorofylu

Prostorová lokalizace

Fotosyntéza rostlin se provádí v chloroplastech: izolovaných dvoumembránových buněčných organelách. Chloroplasty mohou být v buňkách plodů, stoncích, ale hlavním orgánem fotosyntézy, anatomicky uzpůsobeným pro její řízení, je list. V listu je pletivo palisádového parenchymu nejbohatší na chloroplasty. U některých sukulentů s degenerovanými listy (jako jsou kaktusy) je hlavní fotosyntetická aktivita spojena se stonkem.

Světlo pro fotosyntézu je lépe zachyceno díky plochému tvaru listu, který poskytuje velký poměr povrchu k objemu. Voda je dodávána z kořene prostřednictvím vyvinuté sítě cév (listové žíly). Oxid uhličitý vstupuje částečně difúzí kutikulou a epidermis, ale většina difunduje do listu průduchy a listem mezibuněčným prostorem. Rostliny, které provádějí fotosyntézu CAM, vytvořily speciální mechanismy pro aktivní asimilaci oxidu uhličitého.

Vnitřní prostor chloroplastu je vyplněn bezbarvým obsahem (stroma) a prostoupen membránami (lamelami), které při vzájemném spojení tvoří tylakoidy, které se zase seskupují do hromádek zvaných grana. Intratylakoidní prostor je oddělen a nekomunikuje se zbytkem stromatu, dále se předpokládá, že vnitřní prostor všech thylakoidů spolu komunikuje. Světelná stadia fotosyntézy jsou omezena na membrány, ve stromatu dochází k autotrofní fixaci CO 2 .

Chloroplasty mají vlastní DNA, RNA, ribozomy (typ 70.), probíhá syntéza proteinů (i když tento proces je řízen z jádra). Nejsou znovu syntetizovány, ale vznikají dělením předchozích. To vše umožnilo považovat je za potomky volných sinic, které byly zahrnuty do složení eukaryotické buňky v procesu symbiogeneze.

Fotosystém I

Světelný komplex I obsahuje přibližně 200 molekul chlorofylu.

Reakční centrum prvního fotosystému obsahuje chlorofyl a dimer s absorpčním maximem při 700 nm (P700). Po excitaci kvantem světla obnoví primární akceptor - chlorofyl a, který je sekundární (vitamin K 1 nebo fylochinon), načež se elektron přenese na ferredoxin, který pomocí enzymu ferredoxin-NADP-reduktázy obnoví NADP.

Protein plastocyanin, redukovaný v komplexu b 6 f, je transportován do reakčního centra prvního fotosystému ze strany intratylakoidního prostoru a přenáší elektron na oxidovaný P700.

Cyklický a pseudocyklický transport elektronů

Kromě výše popsané kompletní necyklické elektronové dráhy byly nalezeny cyklické a pseudocyklické dráhy.

Podstatou cyklické dráhy je, že ferredoxin místo NADP obnovuje plastochinon, který jej přenáší zpět do komplexu b 6 f. Výsledkem je větší gradient protonů a více ATP, ale žádný NADPH.

V pseudocyklické dráze ferredoxin redukuje kyslík, který se dále přeměňuje na vodu a může být použit ve fotosystému II. Také neprodukuje NADPH.

temné jeviště

V temném stadiu za účasti ATP a NADPH dochází k redukci CO 2 na glukózu (C 6 H 12 O 6). Přestože světlo není pro tento proces potřeba, podílí se na jeho regulaci.

C 3 -fotosyntéza, Calvinův cyklus

Ve třetí fázi se účastní 5 molekul PHA, které se tvorbou 4-, 5-, 6- a 7-uhlíkových sloučenin spojí do 3 5-uhlíkových ribulóza-1,5-bifosfátů, což vyžaduje 3ATP.

Nakonec jsou pro syntézu glukózy zapotřebí dva PHA. Pro vznik jedné z jeho molekul je potřeba 6 otáček cyklu, 6 CO 2, 12 NADPH a 18 ATP.

C 4 -fotosyntéza

Hlavní články: Cyklus Hatch-Slack-Karpilov, C4 fotosyntéza

Při nízké koncentraci CO 2 rozpuštěného ve stromatu katalyzuje ribulózabisfosfátkarboxyláza oxidační reakci ribulóza-1,5-bisfosfátu a jeho rozklad na kyselinu 3-fosfoglycerovou a kyselinu fosfoglykolovou, která je nuceně využívána v procesu fotorespirace.

Pro zvýšení koncentrace CO 2 C 4 rostliny změnily anatomii listu. Calvinův cyklus je u nich lokalizován v buňkách pochvy vodivého svazku, zatímco v buňkách mezofylu dochází působením PEP-karboxylázy ke karboxylaci fosfoenolpyruvátu za vzniku kyseliny oxaloctové, která se mění na malát nebo aspartát a je transportována do buněk pochvy, kde se s tvorbou mesopyruvátu dekarboxyluje. .

Při 4 není fotosyntéza prakticky doprovázena ztrátami ribulóza-1,5-bisfosfátu z Calvinova cyklu, proto je efektivnější. Na syntézu 1 molekuly glukózy však potřebuje ne 18, ale 30 ATP. To se vyplácí v tropech, kde horké klima vyžaduje udržovat průduchy zavřené, bránit CO2 pronikání do listu, a také v ruderální životní strategii.

CAM fotosyntéza

Později se zjistilo, že rostliny kromě uvolňování kyslíku absorbují oxid uhličitý a za účasti vody na světle syntetizují organickou hmotu. V Robertu Mayerovi na základě zákona zachování energie postuloval, že rostliny přeměňují energii slunečního světla na energii chemických vazeb. W. Pfeffer nazval tento proces fotosyntézou.

Chlorofyly byly poprvé izolovány v P. J. Peltier a J. Cavent. MS Tsvetovi se podařilo oddělit pigmenty a studovat je samostatně pomocí chromatografické metody, kterou vytvořil. Absorpční spektra chlorofylu studoval K. A. Timiryazev, který při vývoji Mayerových ustanovení ukázal, že to byly absorbované paprsky, které umožnily zvýšit energii systému vytvořením vysokoenergetických C-C namísto slabých C-O a O-H vazeb (předtím se věřilo, že žluté paprsky nejsou absorbovány při fotosyntéze listů, pigmenty nejsou absorbovány). Stalo se tak díky metodě, kterou vytvořil pro zohlednění fotosyntézy absorbovaným CO2: v průběhu experimentů na osvětlení rostliny světlem různých vlnových délek (různých barev) se ukázalo, že intenzita fotosyntézy se shoduje s absorpčním spektrem chlorofylu.

Redoxní podstatu fotosyntézy (jak kyslíkové, tak anoxygenní) postuloval Cornelis van Niel. To znamenalo, že kyslík se při fotosyntéze tvoří výhradně z vody, což experimentálně potvrdil A.P. Vinogradov v experimentech s izotopovým značením. V panu Robert Hill zjistil, že proces oxidace vody (a uvolňování kyslíku), stejně jako asimilace CO 2 lze oddělit. V-D.Arnon stanovil mechanismus světelných fází fotosyntézy a podstatu procesu asimilace CO 2 odhalil Melvin Calvin pomocí izotopů uhlíku koncem 40. let, za tuto práci mu byla udělena Nobelova cena.

Další fakta

viz také

Literatura

• Hala D., Rao K. Fotosyntéza: Per. z angličtiny. - M.: Mir, 1983.
• Fyziologie rostlin / ed. prof. Ermakova I. P. - M .: Akademie, 2007
• Molekulární biologie buňky / Albertis B., Bray D. a kol., 3 sv. - M.: Mir, 1994
• Rubin A.B. Biofyzika. Ve 2 sv. - M.: Ed. Moskevská univerzita a věda, 2004.
• Chernavskaya N. M.,