Cómo ocurre la fotosíntesis. Fotosíntesis

La fotosíntesis ocurre en las plantas (principalmente en sus hojas) bajo la luz. Este es un proceso en el que la sustancia orgánica glucosa (uno de los tipos de azúcares) se forma a partir de dióxido de carbono y agua. Luego, la glucosa en las células se convierte en una sustancia más compleja: el almidón. Tanto la glucosa como el almidón son carbohidratos.

El proceso de fotosíntesis no sólo produce materia orgánica, sino que también produce oxígeno como subproducto.

El dióxido de carbono y el agua son sustancias inorgánicas, mientras que la glucosa y el almidón son orgánicos. Por eso, se suele decir que la fotosíntesis es el proceso de formación de sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas en la luz. Sólo las plantas, algunos eucariotas unicelulares y algunas bacterias son capaces de realizar la fotosíntesis. No existe tal proceso en las células de animales y hongos, por lo que se ven obligados a absorber sustancias orgánicas del medio ambiente. En este sentido, las plantas se denominan autótrofas y los animales y hongos, heterótrofos.

El proceso de fotosíntesis en las plantas ocurre en los cloroplastos, que contienen el pigmento verde clorofila.

Entonces, para que se produzca la fotosíntesis, se necesita:

clorofila,

dióxido de carbono.

Durante el proceso de fotosíntesis se forman:

materia orgánica,

oxígeno.

Las plantas están adaptadas para captar la luz. En muchas plantas herbáceas, las hojas se recogen en la llamada roseta basal, cuando las hojas no se dan sombra entre sí. Los árboles se caracterizan por un mosaico de hojas, en el que las hojas crecen de tal manera que se dan la menor sombra posible entre sí. En las plantas, las láminas de las hojas pueden girar hacia la luz debido a la curvatura de los pecíolos de las hojas. Con todo esto, hay plantas amantes de la sombra que sólo pueden crecer a la sombra.

El agua para la fotosíntesis ingresa a las hojas desde las raíces a lo largo del tallo. Por eso, es importante que la planta reciba suficiente humedad. Con falta de agua y ciertos minerales, se inhibe el proceso de fotosíntesis.

Las hojas toman el dióxido de carbono directamente del aire para la fotosíntesis. El oxígeno que produce la planta durante la fotosíntesis, por el contrario, se libera al aire. El intercambio de gases se ve facilitado por los espacios intercelulares (espacios entre células).

Las sustancias orgánicas formadas durante el proceso de fotosíntesis se utilizan en parte en las propias hojas, pero principalmente fluyen hacia todos los demás órganos y se convierten en otras sustancias orgánicas, se utilizan en el metabolismo energético y se convierten en nutrientes de reserva.

Como su nombre lo indica, la fotosíntesis es esencialmente la síntesis natural de sustancias orgánicas, que convierte el CO2 de la atmósfera y el agua en glucosa y oxígeno libre.

Esto requiere la presencia de energía solar.

La ecuación química para el proceso de la fotosíntesis generalmente se puede representar de la siguiente manera:

La fotosíntesis tiene dos fases: oscura y luminosa. Las reacciones químicas de la fase oscura de la fotosíntesis difieren significativamente de las reacciones de la fase luminosa, pero las fases oscura y clara de la fotosíntesis dependen una de otra.

La fase luminosa puede ocurrir en las hojas de las plantas exclusivamente bajo la luz solar. Para la oscuridad es necesaria la presencia de dióxido de carbono, por lo que la planta debe absorberlo constantemente de la atmósfera. Todas las características comparativas de las fases oscura y clara de la fotosíntesis se proporcionarán a continuación. Para ello se creó una tabla comparativa “Fases de la Fotosíntesis”.

Fase luminosa de la fotosíntesis.

Los principales procesos de la fase luminosa de la fotosíntesis ocurren en las membranas de tilacoides. Implica clorofila, proteínas transportadoras de electrones, ATP sintetasa (una enzima que acelera la reacción) y luz solar.

Además, el mecanismo de reacción se puede describir de la siguiente manera: cuando la luz del sol incide en las hojas verdes de las plantas, en su estructura se excitan los electrones de la clorofila (carga negativa), que, habiendo pasado a un estado activo, abandonan la molécula de pigmento y terminan en la fuera del tilacoide, cuya membrana también está cargada negativamente. Al mismo tiempo, las moléculas de clorofila se oxidan y las ya oxidadas se reducen, tomando así electrones del agua que se encuentra en la estructura de la hoja.

Este proceso conduce al hecho de que las moléculas de agua se desintegran y los iones creados como resultado de la fotólisis del agua ceden sus electrones y se convierten en radicales OH que son capaces de llevar a cabo reacciones adicionales. Estos radicales OH reactivos luego se combinan para crear moléculas de agua y oxígeno en toda regla. En este caso, el oxígeno libre se escapa al ambiente externo.

Como resultado de todas estas reacciones y transformaciones, la membrana tilacoide de la hoja se carga positivamente por un lado (debido al ion H+) y por el otro, negativamente (debido a los electrones). Cuando la diferencia entre estas cargas en ambos lados de la membrana alcanza más de 200 mV, los protones pasan a través de canales especiales de la enzima ATP sintetasa y, debido a esto, el ADP se convierte en ATP (como resultado del proceso de fosforilación). Y el hidrógeno atómico, que se libera del agua, restaura el portador específico NADP+ a NADP·H2. Como podemos ver, como resultado de la fase luminosa de la fotosíntesis se producen tres procesos principales:

1. Síntesis de ATP;
2. creación de NADP H2;
3. formación de oxígeno libre.

Este último se libera a la atmósfera y el NADP H2 y el ATP participan en la fase oscura de la fotosíntesis.

Fase oscura de la fotosíntesis.

Las fases oscura y clara de la fotosíntesis se caracterizan por un gran gasto de energía por parte de la planta, pero la fase oscura avanza más rápido y requiere menos energía. Las reacciones de fase oscura no requieren luz solar, por lo que pueden ocurrir tanto de día como de noche.

Todos los procesos principales de esta fase ocurren en el estroma del cloroplasto de la planta y representan una cadena única de transformaciones sucesivas del dióxido de carbono de la atmósfera. La primera reacción en tal cadena es la fijación de dióxido de carbono. Para que esto suceda más fácilmente y más rápido, la naturaleza proporcionó la enzima RiBP-carboxilasa, que cataliza la fijación de CO2.

A continuación, se produce todo un ciclo de reacciones, cuya finalización es la conversión del ácido fosfoglicérico en glucosa (azúcar natural). Todas estas reacciones utilizan la energía de ATP y NADP H2, que se crearon en la fase luminosa de la fotosíntesis. Además de la glucosa, la fotosíntesis también produce otras sustancias. Entre ellos se encuentran varios aminoácidos, ácidos grasos, glicerol y nucleótidos.

Fases de la fotosíntesis: tabla comparativa

Fotosíntesis - vídeo

Hay tres tipos de plastidios:

• cloroplastos- verde, función - fotosíntesis
• cromoplastos- rojo y amarillo, son cloroplastos deteriorados, pueden dar colores brillantes a pétalos y frutos.
• leucoplastos- incoloro, función - almacenamiento de sustancias.

La estructura de los cloroplastos.

Cubierto con dos membranas. La membrana exterior es lisa, la interior tiene excrecencias hacia el interior: tilacoides. Las pilas de tilacoides cortos se denominan granos, aumentan el área de la membrana interna para acomodar la mayor cantidad posible de enzimas fotosintéticas.

El ambiente interno del cloroplasto se llama estroma. Contiene ADN circular y ribosomas, por lo que los cloroplastos forman parte de forma independiente de sus proteínas, por lo que se les llama orgánulos semiautónomos. (Se cree que los plastidios anteriormente eran bacterias libres que eran absorbidas por una célula grande, pero no digeridas).

Fotosíntesis (simple)

En las hojas verdes a la luz.
En cloroplastos usando clorofila.
De dióxido de carbono y agua.
Se sintetizan glucosa y oxígeno.

Fotosíntesis (dificultad media)

1. Fase luminosa.
Ocurre a la luz en la grana de los cloroplastos. Bajo la influencia de la luz, se produce la descomposición (fotólisis) del agua, lo que produce oxígeno, que se libera, así como átomos de hidrógeno (NADP-H) y energía ATP, que se utilizan en la siguiente etapa.

2. Fase oscura.
Ocurre tanto en la luz como en la oscuridad (no se necesita luz), en el estroma de los cloroplastos. A partir del dióxido de carbono obtenido del medio ambiente y los átomos de hidrógeno obtenidos en la etapa anterior, se sintetiza glucosa utilizando la energía del ATP obtenido en la etapa anterior.

Elija una, la opción más correcta. Organelo celular que contiene una molécula de ADN.
1) ribosoma
2) cloroplasto
3) centro celular
4) complejo de Golgi

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. ¿En la síntesis de qué sustancia participan los átomos de hidrógeno en la fase oscura de la fotosíntesis?
1) NADP-2H
2) glucosa
3) ATP
4) agua

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. ¿Qué orgánulo celular contiene ADN?
1) vacuola
2) ribosoma
3) cloroplasto
4) lisosoma

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. En las células, la síntesis primaria de glucosa ocurre en
1) mitocondrias
2) retículo endoplásmico
3) complejo de Golgi
4) cloroplastos

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. Las moléculas de oxígeno durante la fotosíntesis se forman debido a la descomposición de moléculas.
1) dióxido de carbono
2) glucosa
3) ATP
4) agua

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. El proceso de fotosíntesis debe considerarse como uno de los eslabones importantes del ciclo del carbono en la biosfera, ya que durante su
1) las plantas absorben carbono de la naturaleza inanimada y lo convierten en materia viva
2) las plantas liberan oxígeno a la atmósfera
3) los organismos liberan dióxido de carbono durante la respiración
4) la producción industrial repone la atmósfera con dióxido de carbono

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. ¿Son correctas las siguientes afirmaciones sobre la fotosíntesis? A) En la fase luminosa, la energía de la luz se convierte en energía de los enlaces químicos de la glucosa. B) Las reacciones de fase oscura ocurren en las membranas de tilacoides, en las que entran las moléculas de dióxido de carbono.
1) sólo A es correcta
2) sólo B es correcto
3) ambos juicios son correctos
4) ambos juicios son incorrectos

Respuesta

CLOROPLASTO
1. Todas las características siguientes, excepto dos, se pueden utilizar para describir la estructura y funciones del cloroplasto. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) es un orgánulo de doble membrana
2) tiene su propia molécula de ADN cerrada
3) es un orgánulo semiautónomo
4) forma el huso
5) lleno de savia celular con sacarosa

Respuesta

2. Seleccione tres características de la estructura y funciones de los cloroplastos.
1) las membranas internas forman crestas
2) muchas reacciones ocurren en los granos
3) en ellos se produce la síntesis de glucosa
4) son el sitio de síntesis de lípidos
5) constan de dos partículas diferentes
6) orgánulos de doble membrana

Respuesta

3. Elija tres respuestas correctas de seis y escriba los números bajo los cuales se indican. En los cloroplastos de las células vegetales ocurren los siguientes procesos:
1) hidrólisis de polisacáridos
2) descomposición del ácido pirúvico
3) fotólisis del agua
4) descomposición de las grasas en ácidos grasos y glicerol
5) síntesis de carbohidratos
6) síntesis de ATP

Respuesta

CLOROPLASTOS EXCEPTO
1. Los siguientes términos, excepto dos, se utilizan para describir plastidios. Identifique dos términos que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican en la tabla.
1) pigmento
2) glicocálix
3) grana
4) crista
5) tilacoide

Respuesta

2. Todas menos dos de las siguientes características pueden usarse para describir los cloroplastos. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) orgánulos de doble membrana
2) utilizar energía luminosa para crear sustancias orgánicas
3) las membranas internas forman crestas
4) la síntesis de glucosa se produce en las membranas de las crestas
5) los materiales de partida para la síntesis de carbohidratos son dióxido de carbono y agua

Respuesta

ESTROMA - TILACOIDE
Establecer una correspondencia entre los procesos y su localización en los cloroplastos: 1) estroma, 2) tilacoide. Escribe los números 1 y 2 en el orden correspondiente a las letras.
a) uso de ATP
B) fotólisis del agua
B) estimulación de la clorofila
D) formación de pentosas
D) transferencia de electrones a lo largo de la cadena enzimática

Respuesta

1. Las características que se enumeran a continuación, excepto dos, se utilizan para describir la estructura y funciones del orgánulo celular representado. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.

2) acumula moléculas de ATP
3) proporciona fotosíntesis

5) tiene semiautonomía

Respuesta

2. Todas las características enumeradas a continuación, excepto dos, se pueden utilizar para describir el orgánulo celular que se muestra en la figura. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) orgánulo de membrana única
2) consta de crestas y cromatina
3) contiene ADN circular
4) sintetiza su propia proteína
5) capaz de dividirse

Respuesta

Las características que se enumeran a continuación, excepto dos, se utilizan para describir la estructura y funciones del orgánulo celular representado. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) descompone los biopolímeros en monómeros
2) acumula moléculas de ATP
3) proporciona fotosíntesis
4) se refiere a orgánulos de doble membrana
5) tiene semiautonomía

Respuesta

LUZ
1. Elija dos respuestas correctas de cinco y anote los números bajo los cuales se indican. Durante la fase luminosa de la fotosíntesis en la célula.
1) el oxígeno se forma como resultado de la descomposición de las moléculas de agua
2) los carbohidratos se sintetizan a partir de dióxido de carbono y agua
3) se produce la polimerización de moléculas de glucosa para formar almidón.
4) Se sintetizan moléculas de ATP.
5) la energía de las moléculas de ATP se gasta en la síntesis de carbohidratos

Respuesta

2. Identifique tres afirmaciones correctas de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican en la tabla. Durante la fase luminosa se produce la fotosíntesis.
1) fotólisis del agua


4) conexión de hidrógeno con el transportador NADP+

Respuesta

LUZ EXCEPTO
1. Todos los signos siguientes, excepto dos, se pueden utilizar para determinar los procesos de la fase luminosa de la fotosíntesis. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) fotólisis del agua
2) reducción de dióxido de carbono a glucosa
3) síntesis de moléculas de ATP utilizando la energía de la luz solar
4) formación de oxígeno molecular
5) uso de la energía de las moléculas de ATP para la síntesis de carbohidratos

Respuesta

2. Todas las características enumeradas a continuación, excepto dos, se pueden utilizar para describir la fase luminosa de la fotosíntesis. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) se forma un subproducto: oxígeno
2) ocurre en el estroma del cloroplasto
3) unión de dióxido de carbono
4) síntesis de ATP
5) fotólisis del agua

Respuesta

3. Todas las características enumeradas a continuación, excepto dos, se utilizan para describir la etapa de la fotosíntesis que se muestra en la figura. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican. En este punto
1) se produce la síntesis de glucosa
2) comienza el ciclo de Calvin
3) Se sintetiza ATP
4) se produce la fotólisis del agua
5) el hidrógeno se combina con NADP

Respuesta

OSCURO
Elija tres opciones. La fase oscura de la fotosíntesis se caracteriza por
1) la aparición de procesos en las membranas internas de los cloroplastos
2) síntesis de glucosa
3) fijación de dióxido de carbono
4) el curso de los procesos en el estroma de los cloroplastos
5) la presencia de fotólisis del agua
6) formación de ATP

Respuesta

OSCURO EXCEPTO
1. Los conceptos enumerados a continuación, excepto dos, se utilizan para describir la fase oscura de la fotosíntesis. Identifique dos conceptos que “se caen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.

2) fotólisis
3) oxidación de NADP 2H
4) grana
5) estroma

Respuesta

2. Todas las características enumeradas a continuación, excepto dos, se utilizan para describir la fase oscura de la fotosíntesis. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) formación de oxígeno
2) fijación de dióxido de carbono
3) uso de energía ATP
4) síntesis de glucosa
5) estimulación de la clorofila

Respuesta

OSCURA LUZ
1. Establecer una correspondencia entre el proceso de fotosíntesis y la fase en la que se produce: 1) clara, 2) oscura. Escribe los números 1 y 2 en el orden correcto.
A) formación de moléculas NADP-2H
B) liberación de oxígeno
B) síntesis de monosacáridos
D) síntesis de moléculas de ATP
D) adición de dióxido de carbono a los carbohidratos

Respuesta

2. Establecer una correspondencia entre la característica y la fase de la fotosíntesis: 1) clara, 2) oscura. Escribe los números 1 y 2 en el orden correcto.
A) fotólisis del agua
B) fijación de dióxido de carbono
B) división de moléculas de ATP
D) excitación de la clorofila por cuantos de luz
D) síntesis de glucosa

Respuesta

3. Establecer una correspondencia entre el proceso de fotosíntesis y la fase en la que se produce: 1) clara, 2) oscura. Escribe los números 1 y 2 en el orden correcto.
A) formación de moléculas NADP*2H
B) liberación de oxígeno
B) síntesis de glucosa
D) síntesis de moléculas de ATP
D) reducción de dióxido de carbono

Respuesta

4. Establecer una correspondencia entre los procesos y la fase de la fotosíntesis: 1) clara, 2) oscura. Escribe los números 1 y 2 en el orden correspondiente a las letras.
A) polimerización de la glucosa
B) unión de dióxido de carbono
B) síntesis de ATP
D) fotólisis del agua
D) formación de átomos de hidrógeno
E) síntesis de glucosa

Respuesta

5. Establecer una correspondencia entre las fases de la fotosíntesis y sus características: 1) clara, 2) oscura. Escribe los números 1 y 2 en el orden correspondiente a las letras.
A) se produce la fotólisis del agua.
B) Se forma ATP
B) el oxígeno se libera a la atmósfera
D) procede con el gasto de energía ATP
D) las reacciones pueden ocurrir tanto en la luz como en la oscuridad

Respuesta

6 sáb. Establecer una correspondencia entre las fases de la fotosíntesis y sus características: 1) clara, 2) oscura. Escribe los números 1 y 2 en el orden correspondiente a las letras.
A) restauración de NADP+
B) transporte de iones de hidrógeno a través de la membrana
B) ocurre en la grana de los cloroplastos
D) se sintetizan moléculas de carbohidratos
D) los electrones de la clorofila se mueven a un nivel de energía más alto
E) Se consume energía ATP.

Respuesta

FORMACIÓN 7:
A) movimiento de electrones excitados
B) conversión de NADP-2R a NADP+
B) oxidación de NADPH
D) se forma oxígeno molecular
D) los procesos ocurren en el estroma del cloroplasto

SUBSECUENCIA
1. Establecer la secuencia correcta de procesos que ocurren durante la fotosíntesis. Anota los números bajo los cuales se indican en la tabla.
1) Uso de dióxido de carbono
2) Formación de oxígeno
3) Síntesis de carbohidratos
4) Síntesis de moléculas de ATP
5) Excitación de la clorofila.

Respuesta

2. Establecer la secuencia correcta de los procesos de fotosíntesis.
1) conversión de energía solar en energía ATP
2) formación de electrones excitados de clorofila
3) fijación de dióxido de carbono
4) formación de almidón
5) conversión de energía ATP en energía glucosa

Respuesta

3. Establecer la secuencia de procesos que ocurren durante la fotosíntesis. Escribe la secuencia de números correspondiente.
1) fijación de dióxido de carbono
2) Descomposición del ATP y liberación de energía.
3) síntesis de glucosa
4) síntesis de moléculas de ATP
5) estimulación de la clorofila

Respuesta

FOTOSÍNTESIS
Seleccionar los orgánulos celulares y sus estructuras implicadas en el proceso de fotosíntesis.
1) lisosomas
2) cloroplastos
3) tilacoides
4) granos
5) vacuolas
6) ribosomas

Respuesta

FOTOSÍNTESIS EXCEPTO
Todas menos dos de las siguientes características se pueden utilizar para describir el proceso de la fotosíntesis. Identifique dos características que “salen” de la lista general y escriba los números bajo los cuales se indican en su respuesta.
1) Se utiliza energía luminosa para realizar el proceso.
2) El proceso ocurre en presencia de enzimas.
3) El papel central en el proceso pertenece a la molécula de clorofila.
4) El proceso va acompañado de la descomposición de la molécula de glucosa.
5) El proceso no puede ocurrir en células procarióticas.

Respuesta

Analiza la tabla. Complete las celdas en blanco de la tabla utilizando los conceptos y términos que figuran en la lista. Para cada celda con letras, seleccione el término apropiado de la lista proporcionada.
1) membranas tilacoides
2) fase ligera
3) fijación de carbono inorgánico
4) fotosíntesis del agua
5) fase oscura
6) citoplasma celular

Respuesta

Analiza la tabla “Reacciones de la fotosíntesis”. Para cada letra, seleccione el término correspondiente de la lista proporcionada.
1) fosforilación oxidativa
2) oxidación de NADP-2H
3) membranas tilacoides
4) glucólisis
5) adición de dióxido de carbono a las pentosas
6) formación de oxígeno
7) formación de ribulosa difosfato y glucosa
8) síntesis de 38 ATP

Respuesta

Insertar en el texto “Síntesis de sustancias orgánicas en una planta” los términos que faltan en la lista propuesta, utilizando notaciones numéricas. Anota los números seleccionados en el orden correspondiente a las letras. Las plantas almacenan la energía necesaria para su existencia en forma de sustancias orgánicas. Estas sustancias se sintetizan durante __________ (A). Este proceso ocurre en las células de las hojas en __________ (B), plastidios verdes especiales. Contienen una sustancia verde especial: __________ (B). Un requisito previo para la formación de sustancias orgánicas además del agua y el dióxido de carbono es __________ (D).
Lista de términos:
1) respirar
2) evaporación
3) leucoplasto
4) comida
5) luz
6) fotosíntesis
7) cloroplasto
8) clorofila

Respuesta

Establecer una correspondencia entre las etapas del proceso y los procesos: 1) fotosíntesis, 2) biosíntesis de proteínas. Escribe los números 1 y 2 en el orden correcto.
A) liberación de oxígeno libre
B) formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos
B) síntesis de ARNm en ADN
D) proceso de traducción
D) restauración de carbohidratos
E) conversión de NADP+ a NADP 2H

Respuesta

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

Las plantas obtienen agua y minerales de sus raíces. Las hojas proporcionan nutrición orgánica a las plantas. A diferencia de las raíces, no están en el suelo, sino en el aire, por lo que no proporcionan nutrición al suelo, sino al aire.

De la historia del estudio de la nutrición aérea de las plantas.

El conocimiento sobre nutrición vegetal se acumuló gradualmente. Hace unos 350 años, el científico holandés Jan Helmont experimentó por primera vez con el estudio de la nutrición vegetal. Cultivó sauces en una vasija de barro llena de tierra, añadiendo sólo agua. El científico pesó cuidadosamente las hojas caídas. Después de cinco años, la masa del sauce junto con las hojas caídas aumentó en 74,5 kg y la masa del suelo disminuyó en solo 57 g. En base a esto, Helmont llegó a la conclusión de que todas las sustancias de la planta no se forman a partir del suelo. , pero del agua. La opinión de que la planta aumenta de tamaño sólo gracias al agua persistió hasta finales del siglo XVIII.

En 1771, el químico inglés Joseph Priestley estudió el dióxido de carbono o, como él lo llamó, "aire contaminado" e hizo un descubrimiento notable. Si enciendes una vela y la cubres con una tapa de vidrio, después de que se queme un poco, se apagará. Un ratón debajo de esa capucha comienza a asfixiarse. Sin embargo, si colocas una rama de menta debajo de la tapa con el ratón, el ratón no se asfixia y sigue viviendo. Esto significa que las plantas “corrigen” el aire contaminado por la respiración de los animales, es decir, convierten el dióxido de carbono en oxígeno.

En 1862, el botánico alemán Julius Sachs demostró mediante experimentos que las plantas verdes no sólo producen oxígeno, sino que también crean sustancias orgánicas que sirven de alimento a todos los demás organismos.

Fotosíntesis

La principal diferencia entre las plantas verdes y otros organismos vivos es la presencia en sus células de cloroplastos que contienen clorofila. La clorofila tiene la propiedad de captar los rayos solares, cuya energía es necesaria para la creación de sustancias orgánicas. El proceso de formación de materia orgánica a partir de dióxido de carbono y agua utilizando energía solar se llama fotosíntesis (luz del griego pbo1os). Durante el proceso de fotosíntesis, no solo se forman sustancias orgánicas (azúcares), sino que también se libera oxígeno.

Esquemáticamente, el proceso de fotosíntesis se puede representar de la siguiente manera:

El agua es absorbida por las raíces y se mueve a través del sistema conductor de las raíces y el tallo hasta las hojas. El dióxido de carbono es un componente del aire. Entra en las hojas a través de estomas abiertos. La absorción de dióxido de carbono se ve facilitada por la estructura de la hoja: la superficie plana de las láminas foliares, que aumenta el área de contacto con el aire, y la presencia de una gran cantidad de estomas en la piel.

Los azúcares formados como resultado de la fotosíntesis se convierten en almidón. El almidón es una sustancia orgánica que no se disuelve en agua. Kgo se puede detectar fácilmente utilizando una solución de yodo.

Evidencia de formación de almidón en hojas expuestas a la luz.

Demostremos que en las hojas verdes de las plantas se forma almidón a partir de dióxido de carbono y agua. Para hacer esto, considere un experimento que una vez llevó a cabo Julius Sachs.

Una planta de interior (geranio o prímula) se mantiene en la oscuridad durante dos días para que todo el almidón se agote en los procesos vitales. Luego se cubren varias hojas por ambos lados con papel negro de manera que solo quede cubierta una parte de ellas. Durante el día, la planta se expone a la luz y por la noche se ilumina adicionalmente con una lámpara de mesa.

Al cabo de un día, se cortan las hojas en estudio. Para saber en qué parte del almidón de la hoja se forma, las hojas se hierven en agua (para que los granos de almidón se hinchen) y luego se mantienen en alcohol caliente (la clorofila se disuelve y la hoja se decolora). Luego, las hojas se lavan con agua y se tratan con una solución débil de yodo. Así, las zonas de las hojas que han estado expuestas a la luz adquieren un color azul por la acción del yodo. Esto significa que se formó almidón en las células de la parte iluminada de la hoja. Por tanto, la fotosíntesis se produce sólo con luz.

Evidencia de la necesidad de dióxido de carbono para la fotosíntesis.

Para demostrar que el dióxido de carbono es necesario para la formación de almidón en las hojas, primero se mantiene la planta de interior en la oscuridad. Luego se coloca una de las hojas en un matraz con una pequeña cantidad de agua de cal. El matraz se cierra con un hisopo de algodón. La planta está expuesta a la luz. El dióxido de carbono es absorbido por el agua de cal, por lo que no quedará en el matraz. Se corta la hoja y, al igual que en el experimento anterior, se examina la presencia de almidón. Se mantiene en agua caliente y alcohol y se trata con una solución de yodo. Sin embargo, en este caso, el resultado del experimento será diferente: la hoja no se vuelve azul, porque no contiene almidón. Por tanto, para la formación de almidón, además de luz y agua, se necesita dióxido de carbono.

Así, respondimos a la pregunta de qué alimento recibe la planta del aire. La experiencia ha demostrado que se trata de dióxido de carbono. Es necesario para la formación de materia orgánica.

Los organismos que crean de forma independiente sustancias orgánicas para construir su cuerpo se llaman autotrophamnes (del griego autos, en sí mismo, trophe, alimento).

Evidencia de producción de oxígeno durante la fotosíntesis.

Para demostrar que durante la fotosíntesis las plantas liberan oxígeno al ambiente externo, considere un experimento con la planta acuática Elodea. Los brotes de Elodea se sumergen en un recipiente con agua y se cubren con un embudo en la parte superior. Coloque un tubo de ensayo lleno de agua al final del embudo. La planta se expone a la luz durante dos o tres días. A la luz, elodea produce burbujas de gas. Se acumulan en la parte superior del tubo de ensayo, desplazando el agua. Para saber qué tipo de gas es, se retira con cuidado el tubo de ensayo y se introduce en él una astilla humeante. La astilla brilla intensamente. Esto significa que se ha acumulado oxígeno en el matraz, favoreciendo la combustión.

El papel cósmico de las plantas.

Las plantas que contienen clorofila pueden absorber la energía solar. Por lo tanto K.A. Timiryazev calificó su papel en la Tierra como cósmico. Parte de la energía solar almacenada en materia orgánica puede almacenarse durante mucho tiempo. El carbón, la turba y el petróleo están formados por sustancias que en la antigüedad geológica eran creadas por plantas verdes y absorbían la energía del sol. Al quemar materiales combustibles naturales, el hombre libera energía almacenada hace millones de años en las plantas verdes.

Fotosíntesis sin clorofila

localización espacial

La fotosíntesis de las plantas se produce en los cloroplastos: orgánulos celulares aislados de doble membrana. Los cloroplastos se pueden encontrar en las células de frutos y tallos, pero el principal órgano de fotosíntesis, anatómicamente adaptado para su realización, es la hoja. En la hoja, el tejido del parénquima en empalizada es el más rico en cloroplastos. En algunas suculentas con hojas degeneradas (como los cactus), la principal actividad fotosintética está asociada al tallo.

La luz para la fotosíntesis se captura más completamente debido a la forma de la hoja plana, que proporciona una alta relación superficie-volumen. El agua llega desde la raíz a través de una red desarrollada de vasos (nervios de las hojas). El dióxido de carbono ingresa en parte por difusión a través de la cutícula y la epidermis, pero la mayor parte se difunde hacia la hoja a través de los estomas y a través de la hoja a través del espacio intercelular. Las plantas que realizan la fotosíntesis CAM han desarrollado mecanismos especiales para la asimilación activa de dióxido de carbono.

El espacio interno del cloroplasto está lleno de contenidos incoloros (estroma) y está atravesado por membranas (lamellas) que, cuando se conectan entre sí, forman tilacoides, que a su vez se agrupan en pilas llamadas grana. El espacio intratilacoides está separado y no se comunica con el resto del estroma; también se supone que el espacio interno de todos los tilacoides se comunica entre sí. Las etapas luminosas de la fotosíntesis se limitan a las membranas; la fijación autótrofa de CO 2 se produce en el estroma.

Los cloroplastos tienen su propio ADN, ARN, ribosomas (tipo 70) y se produce la síntesis de proteínas (aunque este proceso está controlado desde el núcleo). No se vuelven a sintetizar, sino que se forman dividiendo los anteriores. Todo esto permitió considerarlos descendientes de cianobacterias libres que pasaron a formar parte de la célula eucariota durante el proceso de simbiogénesis.

Fotosistema I

El complejo captador de luz I contiene aproximadamente 200 moléculas de clorofila.

En el centro de reacción del primer fotosistema hay un dímero de clorofila a con un máximo de absorción a 700 nm (P700). Después de la excitación por un cuanto de luz, restaura el aceptor primario, la clorofila a, que restaura el aceptor secundario (vitamina K 1 o filoquinona), después de lo cual el electrón se transfiere a la ferredoxina, que reduce el NADP utilizando la enzima ferredoxina-NADP reductasa.

La proteína plastocianina, reducida en el complejo b 6 f, se transporta al centro de reacción del primer fotosistema desde el espacio intratilacoide y transfiere un electrón al P700 oxidado.

Transporte de electrones cíclico y pseudocíclico.

Además de la ruta completa de electrones no cíclica descrita anteriormente, se ha descubierto una ruta cíclica y pseudocíclica.

La esencia de la vía cíclica es que la ferredoxina, en lugar de NADP, reduce la plastoquinona, lo que la transfiere de nuevo al complejo b 6 f. Esto da como resultado un gradiente de protones mayor y más ATP, pero no NADPH.

En la vía pseudocíclica, la ferredoxina reduce el oxígeno, que luego se convierte en agua y puede usarse en el fotosistema II. En este caso tampoco se forma NADPH.

escenario oscuro

En la etapa de oscuridad, con la participación de ATP y NADPH, el CO 2 se reduce a glucosa (C 6 H 12 O 6). Aunque para este proceso no se requiere luz, sí interviene en su regulación.

Fotosíntesis C 3, ciclo de Calvin

La tercera etapa involucra 5 moléculas de PHA que, mediante la formación de compuestos de 4, 5, 6 y 7 carbonos, se combinan en 3 ribulosa-1,5-bifosfato de 5 carbonos, lo que requiere 3ATP.

Finalmente, se requieren dos PHA para la síntesis de glucosa. Para formar una de sus moléculas se requieren 6 revoluciones de ciclo, 6 CO 2, 12 NADPH y 18 ATP.

Fotosíntesis C 4

Artículos principales: Ciclo Hatch-Slack-Karpilov, Fotosíntesis C4

A una baja concentración de CO 2 disuelto en el estroma, la ribulosa bifosfato carboxilasa cataliza la reacción de oxidación de la ribulosa-1,5-bifosfato y su descomposición en ácido 3-fosfoglicérico y ácido fosfoglicólico, que se ve obligado a utilizar en el proceso de fotorrespiración. .

Para aumentar la concentración de CO2, las plantas tipo 4 C cambiaron la anatomía de sus hojas. El ciclo de Calvin se localiza en las células de la vaina del haz vascular; en las células del mesófilo, bajo la acción de la PEP carboxilasa, el fosfoenolpiruvato se carboxila para formar ácido oxaloacético, que se convierte en malato o aspartato y se transporta a las células de la vaina, donde se descarboxila para formar piruvato, que regresa a las células del mesófilo.

Con 4, la fotosíntesis prácticamente no va acompañada de pérdidas de ribulosa-1,5-bifosfato del ciclo de Calvin y, por tanto, es más eficaz. Sin embargo, para la síntesis de 1 molécula de glucosa no se necesitan 18, sino 30 ATP. Esto se justifica en los trópicos, donde el clima cálido exige mantener los estomas cerrados, lo que impide la entrada de CO 2 a la hoja, así como en una estrategia de vida ruderal.

la fotosíntesis misma

Posteriormente se descubrió que, además de liberar oxígeno, las plantas absorben dióxido de carbono y, con la participación del agua, sintetizan materia orgánica en la luz. Robert Mayer, basándose en la ley de conservación de la energía, postuló que las plantas convierten la energía de la luz solar en energía de enlaces químicos. W. Pfeffer llamó a este proceso fotosíntesis.

Las clorofilas fueron aisladas por primera vez por P. J. Peltier y J. Caventou. M. S. Tsvet logró separar los pigmentos y estudiarlos por separado utilizando el método de cromatografía que él mismo creó. Los espectros de absorción de la clorofila fueron estudiados por K. A. Timiryazev, quien, desarrollando los principios de Mayer, demostró que son los rayos absorbidos los que permiten aumentar la energía del sistema, creando enlaces C-C de alta energía en lugar de enlaces débiles C-O y O-H ( antes se creía que en la fotosíntesis se utilizan rayos amarillos que no son absorbidos por los pigmentos de las hojas). Esto se hizo gracias al método que creó para contabilizar la fotosíntesis basándose en el CO 2 absorbido: durante experimentos al iluminar una planta con luz de diferentes longitudes de onda (diferentes colores), resultó que la intensidad de la fotosíntesis coincide con el espectro de absorción de la clorofila. .

Cornelis van Niel postuló la naturaleza redox de la fotosíntesis (tanto oxigénica como anoxigénica). Esto significa que el oxígeno en la fotosíntesis se forma enteramente a partir de agua, lo que fue confirmado experimentalmente por A.P. Vinogradov en experimentos con una marca isotópica. Robert Hill descubrió que el proceso de oxidación del agua (y liberación de oxígeno) y la asimilación de CO 2 se pueden separar. W. D. Arnon estableció el mecanismo de las etapas luminosas de la fotosíntesis, y la esencia del proceso de asimilación de CO 2 fue revelada por Melvin Calvin utilizando isótopos de carbono a finales de la década de 1940, por lo que recibió el Premio Nobel.

Otros hechos

ver también

Literatura

• Hall D., Rao K. Fotosíntesis: Transl. De inglés - M.: Mir, 1983.
• Fisiología vegetal / ed. profe. Ermakova I. P. - M.: Academia, 2007
• Biología molecular de las células / Albertis B., Bray D. et al., en 3 vols. - M.: Mir, 1994
• Rubin A. B. Biofísica. En 2 vols. - M.: Editorial. Universidad y Ciencia de Moscú, 2004.
• Chernavskaya N. M.,