Ako prebieha fotosyntéza. Fotosyntéza

Fotosyntéza prebieha v rastlinách (hlavne v ich listoch) na svetle. Ide o proces, pri ktorom z oxidu uhličitého a vody vzniká organická látka glukóza (jeden z druhov cukrov). Ďalej sa glukóza v bunkách premení na zložitejšiu látku, škrob. Glukóza aj škrob sú sacharidy.

Proces fotosyntézy neprodukuje len organickú hmotu, ale ako vedľajší produkt vzniká aj kyslík.

Oxid uhličitý a voda sú anorganické látky, zatiaľ čo glukóza a škrob sú organické. Preto sa často hovorí, že fotosyntéza je proces tvorby organických látok z anorganických látok vo svetle. Len rastliny, niektoré jednobunkové eukaryoty a niektoré baktérie sú schopné fotosyntézy. V bunkách zvierat a húb k takémuto procesu nedochádza, preto sú nútené absorbovať organické látky z prostredia. V tomto ohľade sa rastliny nazývajú autotrofy a zvieratá a huby sa nazývajú heterotrofy.

Proces fotosyntézy v rastlinách prebieha v chloroplastoch, ktoré obsahujú zelený pigment chlorofyl.

Aby sa fotosyntéza mohla uskutočniť, potrebujete:

chlorofyl,

oxid uhličitý.

Počas procesu fotosyntézy sa tvoria:

organická hmota,

kyslík.

Rastliny sú prispôsobené na zachytávanie svetla. V mnohých bylinných rastlinách sa listy zhromažďujú v takzvanej bazálnej ružici, keď si listy navzájom netienia. Pre stromy je charakteristická listová mozaika, v ktorej listy rastú tak, aby si navzájom čo najmenej tienili. V rastlinách sa čepele listov môžu otáčať smerom k svetlu v dôsledku ohýbania listových stopiek. S tým všetkým sú tieňomilné rastliny, ktoré môžu rásť len v tieni.

Voda na fotosyntézu vstupuje do listov z koreňov pozdĺž stonky. Preto je dôležité, aby rastlina dostávala dostatok vlahy. Pri nedostatku vody a niektorých minerálov je proces fotosyntézy brzdený.

Oxid uhličitý na fotosyntézu je prijímaný priamo zo vzduchu listami. Kyslík, ktorý rastlina produkuje pri fotosyntéze, sa naopak uvoľňuje do ovzdušia. Výmenu plynov uľahčujú medzibunkové priestory (priestor medzi bunkami).

Organické látky vznikajúce pri procese fotosyntézy sa čiastočne využívajú v samotných listoch, ale hlavne prúdia do všetkých ostatných orgánov a premieňajú sa na iné organické látky, využívajú sa v energetickom metabolizme a premieňajú na rezervné živiny.

Ako už názov napovedá, fotosyntéza je v podstate prirodzená syntéza organických látok, premena CO2 z atmosféry a vody na glukózu a voľný kyslík.

To si vyžaduje prítomnosť slnečnej energie.

Chemická rovnica pre proces fotosyntézy môže byť vo všeobecnosti reprezentovaná takto:

Fotosyntéza má dve fázy: tmavú a svetlú. Chemické reakcie tmavej fázy fotosyntézy sa výrazne líšia od reakcií svetlej fázy, avšak tmavá a svetlá fáza fotosyntézy na sebe navzájom závisia.

Svetelná fáza sa môže vyskytnúť v listoch rastlín výlučne pri slnečnom svetle. Pre tmu je prítomnosť oxidu uhličitého nevyhnutná, a preto ho rastlina musí neustále absorbovať z atmosféry. Všetky porovnávacie charakteristiky tmavej a svetlej fázy fotosyntézy budú uvedené nižšie. Na tento účel bola vytvorená porovnávacia tabuľka „Fázy fotosyntézy“.

Svetelná fáza fotosyntézy

Hlavné procesy vo svetelnej fáze fotosyntézy prebiehajú v tylakoidných membránach. Zahŕňa chlorofyl, elektrónové transportné proteíny, ATP syntetázu (enzým, ktorý urýchľuje reakciu) a slnečné svetlo.

Ďalej možno reakčný mechanizmus opísať takto: keď slnečné svetlo dopadá na zelené listy rastlín, v ich štruktúre sa excitujú elektróny chlorofylu (záporný náboj), ktoré po prechode do aktívneho stavu opúšťajú molekulu pigmentu a skončia na mimo tylakoidu, ktorého membrána je tiež negatívne nabitá. Zároveň dochádza k oxidácii molekúl chlorofylu a redukcii už zoxidovaných, čím sa odoberajú elektróny z vody, ktorá je v štruktúre listu.

Tento proces vedie k tomu, že molekuly vody sa rozpadajú a ióny vznikajúce fotolýzou vody odovzdávajú svoje elektróny a menia sa na OH radikály, ktoré sú schopné vykonávať ďalšie reakcie. Tieto reaktívne OH radikály sa potom spájajú a vytvárajú plnohodnotné molekuly vody a kyslíka. Voľný kyslík v tomto prípade uniká do vonkajšieho prostredia.

V dôsledku všetkých týchto reakcií a transformácií je listová tylakoidná membrána na jednej strane nabitá kladne (v dôsledku iónu H +) a na druhej strane záporne (v dôsledku elektrónov). Keď rozdiel medzi týmito nábojmi na oboch stranách membrány dosiahne viac ako 200 mV, protóny prechádzajú špeciálnymi kanálmi enzýmu ATP syntetázy a vďaka tomu sa ADP premieňa na ATP (v dôsledku procesu fosforylácie). A atómový vodík, ktorý sa uvoľňuje z vody, obnovuje špecifický nosič NADP+ na NADP·H2. Ako vidíme, v dôsledku svetelnej fázy fotosyntézy sa vyskytujú tri hlavné procesy:

1. syntéza ATP;
2. vytvorenie NADP H2;
3. tvorba voľného kyslíka.

Ten sa uvoľňuje do atmosféry a NADP H2 a ATP sa zúčastňujú temnej fázy fotosyntézy.

Temná fáza fotosyntézy

Tmavá a svetlá fáza fotosyntézy sa vyznačuje veľkými energetickými výdajmi zo strany rastliny, ale tmavá fáza prebieha rýchlejšie a vyžaduje menej energie. Reakcie v tmavej fáze nevyžadujú slnečné svetlo, takže môžu prebiehať vo dne aj v noci.

Všetky hlavné procesy tejto fázy prebiehajú v stróme rastlinného chloroplastu a predstavujú jedinečný reťazec postupných premien oxidu uhličitého z atmosféry. Prvou reakciou v takomto reťazci je fixácia oxidu uhličitého. Aby to bolo plynulejšie a rýchlejšie, príroda poskytla enzým RiBP-karboxylázu, ktorý katalyzuje fixáciu CO2.

Ďalej nastáva celý cyklus reakcií, ktorých zavŕšením je premena kyseliny fosfoglycerovej na glukózu (prírodný cukor). Všetky tieto reakcie využívajú energiu ATP a NADP H2, ktoré vznikli vo svetelnej fáze fotosyntézy. Pri fotosyntéze vznikajú okrem glukózy aj ďalšie látky. Medzi nimi sú rôzne aminokyseliny, mastné kyseliny, glycerol a nukleotidy.

Fázy fotosyntézy: porovnávacia tabuľka

Fotosyntéza – video

Existujú tri typy plastidov:

• chloroplasty- zelená, funkcia - fotosyntéza
• chromoplasty- červené a žlté, sú rozpadnuté chloroplasty, môžu dať jasné farby okvetným lístkom a plodom.
• leukoplasty- bezfarebný, funkcia - sklad látok.

Štruktúra chloroplastov

Pokryté dvoma membránami. Vonkajšia membrána je hladká, vnútorná má výrastky dovnútra - tylakoidy. Stohy krátkych tylakoidov sa nazývajú zrná zväčšujú plochu vnútornej membrány, aby sa do nej zmestilo čo najviac fotosyntetických enzýmov.

Vnútorné prostredie chloroplastu sa nazýva stróma. Obsahuje kruhovú DNA a ribozómy, vďaka ktorým sú chloroplasty nezávisle súčasťou ich proteínov, a preto sa nazývajú poloautonómne organely. (Verí sa, že plastidy boli predtým voľné baktérie, ktoré boli absorbované veľkou bunkou, ale neboli strávené.)

Fotosyntéza (jednoduchá)

V zelených listoch na svetle
V chloroplastoch pomocou chlorofylu
Z oxidu uhličitého a vody
Syntetizuje sa glukóza a kyslík.

Fotosyntéza (stredná náročnosť)

1. Svetelná fáza.
Vyskytuje sa na svetle v grane chloroplastov. Vplyvom svetla dochádza k rozkladu (fotolýze) vody, pričom vzniká kyslík, ktorý sa uvoľňuje, ako aj atómy vodíka (NADP-H) a energia ATP, ktoré sa využívajú v ďalšom stupni.

2. Temná fáza.
Vyskytuje sa vo svetle aj v tme (svetlo nie je potrebné), v stróme chloroplastov. Z oxidu uhličitého získaného z prostredia a atómov vodíka získaných v predchádzajúcej fáze sa syntetizuje glukóza pomocou energie ATP získanej v predchádzajúcej fáze.

Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Bunková organela obsahujúca molekulu DNA
1) ribozóm
2) chloroplast
3) bunkové centrum
4) Golgiho komplex

Odpoveď

Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Pri syntéze akej látky sa zúčastňujú atómy vodíka v temnej fáze fotosyntézy?
1) NADP-2H
2) glukóza
3) ATP
4) voda

Odpoveď

Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Ktorá bunková organela obsahuje DNA?
1) vakuola
2) ribozóm
3) chloroplast
4) lyzozóm

Odpoveď

Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. V bunkách prebieha primárna syntéza glukózy v
1) mitochondrie
2) endoplazmatické retikulum
3) Golgiho komplex
4) chloroplasty

Odpoveď

Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Molekuly kyslíka pri fotosyntéze vznikajú v dôsledku rozkladu molekúl
1) oxid uhličitý
2) glukóza
3) ATP
4) voda

Odpoveď

Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Proces fotosyntézy by sa mal považovať za jeden z dôležitých článkov uhlíkového cyklu v biosfére, pretože v jeho priebehu
1) rastliny absorbujú uhlík z neživej prírody do živej hmoty
2) rastliny uvoľňujú kyslík do atmosféry
3) organizmy pri dýchaní uvoľňujú oxid uhličitý
4) priemyselná výroba dopĺňa atmosféru oxidom uhličitým

Odpoveď

Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Sú nasledujúce tvrdenia o fotosyntéze správne? A) Vo fáze svetla sa energia svetla premieňa na energiu chemických väzieb glukózy. B) Na tylakoidných membránach dochádza k reakciám tmavej fázy, do ktorých vstupujú molekuly oxidu uhličitého.
1) iba A je správne
2) iba B je správne
3) oba rozsudky sú správne
4) oba rozsudky sú nesprávne

Odpoveď

CHLOROPLAST
1. Všetky nasledujúce charakteristiky, okrem dvoch, možno použiť na opis štruktúry a funkcií chloroplastu. Identifikujte dve charakteristiky, ktoré „vypadli“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) je dvojmembránová organela
2) má svoju uzavretú molekulu DNA
3) je poloautonómna organela
4) tvorí vreteno
5) naplnené bunkovou šťavou so sacharózou

Odpoveď

2. Vyberte tri znaky stavby a funkcie chloroplastov
1) vnútorné membrány tvoria cristae
2) v zrnách dochádza k mnohým reakciám
3) dochádza v nich k syntéze glukózy
4) sú miestom syntézy lipidov
5) pozostávajú z dvoch rôznych častíc
6) dvojmembránové organely

Odpoveď

3. Vyberte tri správne odpovede zo šiestich a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené. V chloroplastoch rastlinných buniek prebiehajú tieto procesy:
1) hydrolýza polysacharidov
2) rozklad kyseliny pyrohroznovej
3) fotolýza vody
4) štiepenie tukov na mastné kyseliny a glycerol
5) syntéza uhľohydrátov
6) Syntéza ATP

Odpoveď

CHLOROPLASTY OKREM
1. Nasledujúce výrazy, okrem dvoch, sa používajú na opis plastidov. Identifikujte dva výrazy, ktoré „vypadli“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené v tabuľke.
1) pigment
2) glykokalyx
3) grana
4) crista
5) tylakoid

Odpoveď

2. Všetky nasledujúce charakteristiky okrem dvoch možno použiť na opis chloroplastov. Identifikujte dve charakteristiky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) dvojmembránové organely
2) využívať svetelnú energiu na vytváranie organických látok
3) vnútorné membrány tvoria cristae
4) syntéza glukózy prebieha na membránach cristae
5) východiskovými materiálmi pre syntézu sacharidov sú oxid uhličitý a voda

Odpoveď

STROMA - TYLAKOID
Vytvorte súlad medzi procesmi a ich lokalizáciou v chloroplastoch: 1) stróma, 2) tylakoid. Napíšte čísla 1 a 2 v poradí zodpovedajúcom písmenám.
A) použitie ATP
B) fotolýza vody
B) stimulácia chlorofylu
D) tvorba pentózy
D) prenos elektrónov pozdĺž enzýmového reťazca

Odpoveď

1. Znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, sa používajú na opis štruktúry a funkcií zobrazenej bunkovej organely. Identifikujte dve charakteristiky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte čísla, pod ktorými sú uvedené.

2) akumuluje molekuly ATP
3) zabezpečuje fotosyntézu

5) má čiastočnú autonómiu

Odpoveď

2. Všetky charakteristiky uvedené nižšie, okrem dvoch, možno použiť na opis bunkovej organely znázornenej na obrázku. Identifikujte dve charakteristiky, ktoré „vypadli“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) jednomembránová organela
2) pozostáva z kristov a chromatínu
3) obsahuje kruhovú DNA
4) syntetizuje svoj vlastný proteín
5) schopné delenia

Odpoveď

Znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, sa používajú na opis štruktúry a funkcií zobrazenej bunkovej organely. Identifikujte dve charakteristiky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) rozkladá biopolyméry na monoméry
2) akumuluje molekuly ATP
3) zabezpečuje fotosyntézu
4) označuje dvojmembránové organely
5) má čiastočnú autonómiu

Odpoveď

SVETLO
1. Vyberte dve správne odpovede z piatich a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené. Počas svetelnej fázy fotosyntézy v bunke
1) kyslík vzniká v dôsledku rozkladu molekúl vody
2) sacharidy sa syntetizujú z oxidu uhličitého a vody
3) dochádza k polymerizácii molekúl glukózy za vzniku škrobu
4) Molekuly ATP sa syntetizujú
5) energia molekúl ATP sa vynakladá na syntézu uhľohydrátov

Odpoveď

2. Identifikujte tri správne tvrdenia zo všeobecného zoznamu a zapíšte čísla, pod ktorými sú uvedené v tabuľke. Počas svetelnej fázy prebieha fotosyntéza
1) fotolýza vody


4) vodíkové spojenie s transportérom NADP+

Odpoveď

SVETLO OKREM
1. Všetky nižšie uvedené znaky, okrem dvoch, možno použiť na určenie procesov svetelnej fázy fotosyntézy. Identifikujte dve charakteristiky, ktoré „vypadli“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) fotolýza vody
2) redukcia oxidu uhličitého na glukózu
3) syntéza molekúl ATP pomocou energie slnečného žiarenia
4) tvorba molekulárneho kyslíka
5) využitie energie molekúl ATP na syntézu sacharidov

Odpoveď

2. Všetky nižšie uvedené charakteristiky, okrem dvoch, možno použiť na opis svetelnej fázy fotosyntézy. Identifikujte dve charakteristiky, ktoré „vypadli“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) vzniká vedľajší produkt – kyslík
2) sa vyskytuje v stróme chloroplastu
3) viazanie oxidu uhličitého
4) Syntéza ATP
5) fotolýza vody

Odpoveď

3. Všetky charakteristiky uvedené nižšie, okrem dvoch, sa používajú na opis štádia fotosyntézy znázornenej na obrázku. Identifikujte dve charakteristiky, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte čísla, pod ktorými sú uvedené. V tomto štádiu
1) dochádza k syntéze glukózy
2) začína sa Calvinov cyklus
3) ATP sa syntetizuje
4) dochádza k fotolýze vody
5) vodík sa spája s NADP

Odpoveď

TMAVÝ
Vyberte tri možnosti. Temnú fázu fotosyntézy charakterizuje
1) výskyt procesov na vnútorných membránach chloroplastov
2) syntéza glukózy
3) fixácia oxidu uhličitého
4) priebeh procesov v stróme chloroplastov
5) prítomnosť fotolýzy vody
6) Tvorba ATP

Odpoveď

TMAVÉ OKREM
1. Nižšie uvedené pojmy, okrem dvoch, sa používajú na opis temnej fázy fotosyntézy. Identifikujte dva pojmy, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.

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

Odpoveď

2. Všetky nižšie uvedené charakteristiky, okrem dvoch, sa používajú na opis temnej fázy fotosyntézy. Identifikujte dve charakteristiky, ktoré „vypadli“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) tvorba kyslíka
2) fixácia oxidu uhličitého
3) využitie energie ATP
4) syntéza glukózy
5) stimulácia chlorofylu

Odpoveď

SVETLÝ TMAVÝ
1. Vytvorte súlad medzi procesom fotosyntézy a fázou, v ktorej prebieha: 1) svetlo, 2) tma. Napíšte čísla 1 a 2 v správnom poradí.
A) tvorba molekúl NADP-2H
B) uvoľňovanie kyslíka
B) syntéza monosacharidov
D) syntéza molekúl ATP
D) pridanie oxidu uhličitého k sacharidu

Odpoveď

2. Vytvorte súlad medzi charakteristikou a fázou fotosyntézy: 1) svetlo, 2) tma. Napíšte čísla 1 a 2 v správnom poradí.
A) fotolýza vody
B) fixácia oxidu uhličitého
B) štiepenie molekúl ATP
D) excitácia chlorofylu svetelnými kvantami
D) syntéza glukózy

Odpoveď

3. Vytvorte súlad medzi procesom fotosyntézy a fázou, v ktorej prebieha: 1) svetlo, 2) tma. Napíšte čísla 1 a 2 v správnom poradí.
A) tvorba molekúl NADP*2H
B) uvoľňovanie kyslíka
B) syntéza glukózy
D) syntéza molekúl ATP
D) redukcia oxidu uhličitého

Odpoveď

4. Vytvorte súlad medzi procesmi a fázou fotosyntézy: 1) svetlo, 2) tma. Napíšte čísla 1 a 2 v poradí zodpovedajúcom písmenám.
A) polymerizácia glukózy
B) viazanie oxidu uhličitého
B) Syntéza ATP
D) fotolýza vody
D) tvorba atómov vodíka
E) syntéza glukózy

Odpoveď

5. Vytvorte súlad medzi fázami fotosyntézy a ich charakteristikami: 1) svetlo, 2) tma. Napíšte čísla 1 a 2 v poradí zodpovedajúcom písmenám.
A) dochádza k fotolýze vody
B) Tvorí sa ATP
B) kyslík sa uvoľňuje do atmosféry
D) pokračuje s výdajom energie ATP
D) reakcie môžu prebiehať vo svetle aj v tme

Odpoveď

6 So. Vytvorte súlad medzi fázami fotosyntézy a ich charakteristikami: 1) svetlo, 2) tma. Napíšte čísla 1 a 2 v poradí zodpovedajúcom písmenám.
A) obnovenie NADP+
B) transport vodíkových iónov cez membránu
B) sa vyskytuje v grane chloroplastov
D) syntetizujú sa molekuly sacharidov
D) elektróny chlorofylu sa presúvajú na vyššiu energetickú hladinu
E) Spotrebuje sa energia ATP

Odpoveď

FORMOVANIE 7:
A) pohyb excitovaných elektrónov
B) konverzia NADP-2R na NADP+
B) oxidácia NADPH
D) vzniká molekulárny kyslík
D) procesy prebiehajú v stróme chloroplastu

NÁSLEDOK
1. Stanovte správnu postupnosť procesov prebiehajúcich počas fotosyntézy. Zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené v tabuľke.
1) Použitie oxidu uhličitého
2) Tvorba kyslíka
3) Syntéza sacharidov
4) Syntéza molekúl ATP
5) Excitácia chlorofylu

Odpoveď

2. Stanovte správnu postupnosť procesov fotosyntézy.
1) premena slnečnej energie na energiu ATP
2) tvorba excitovaných elektrónov chlorofylu
3) fixácia oxidu uhličitého
4) tvorba škrobu
5) premena energie ATP na energiu glukózy

Odpoveď

3. Stanovte postupnosť procesov prebiehajúcich počas fotosyntézy. Zapíšte si zodpovedajúcu postupnosť čísel.
1) fixácia oxidu uhličitého
2) Rozklad ATP a uvoľňovanie energie
3) syntéza glukózy
4) syntéza molekúl ATP
5) stimulácia chlorofylu

Odpoveď

FOTOSYNTÉZA
Vyberte bunkové organely a ich štruktúry zapojené do procesu fotosyntézy.
1) lyzozómy
2) chloroplasty
3) tylakoidy
4) zrná
5) vakuoly
6) ribozómy

Odpoveď

FOTOSYNTÉZA OKREM
Všetky nasledujúce charakteristiky okrem dvoch možno použiť na opis procesu fotosyntézy. Identifikujte dve charakteristiky, ktoré „vypadli“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené vo vašej odpovedi.
1) Na uskutočnenie procesu sa používa svetelná energia.
2) Proces prebieha v prítomnosti enzýmov.
3) Ústrednú úlohu v tomto procese má molekula chlorofylu.
4) Proces je sprevádzaný rozpadom molekuly glukózy.
5) Proces nemôže nastať v prokaryotických bunkách.

Odpoveď

Analyzujte tabuľku. Vyplňte prázdne bunky tabuľky pomocou pojmov a výrazov uvedených v zozname. Pre každú bunku s písmenami vyberte príslušný výraz z poskytnutého zoznamu.
1) tylakoidné membrány
2) fáza svetla
3) fixácia anorganického uhlíka
4) fotosyntéza vody
5) tmavá fáza
6) bunková cytoplazma

Odpoveď

Analyzujte tabuľku „Reakcie fotosyntézy“. Pre každé písmeno vyberte zodpovedajúci výraz z poskytnutého zoznamu.
1) oxidačná fosforylácia
2) oxidácia NADP-2H
3) tylakoidné membrány
4) glykolýza
5) pridanie oxidu uhličitého k pentóze
6) tvorba kyslíka
7) tvorba ribulózadifosfátu a glukózy
8) syntéza 38 ATP

Odpoveď

Do textu „Syntéza organických látok v rastline“ vložte chýbajúce pojmy z navrhovaného zoznamu pomocou číselných zápisov. Zapíšte si vybrané čísla v poradí zodpovedajúcom písmenám. Rastliny ukladajú energiu potrebnú pre svoju existenciu vo forme organických látok. Tieto látky sa syntetizujú počas __________ (A). Tento proces sa vyskytuje v bunkách listov v __________ (B) - špeciálnych zelených plastidoch. Obsahujú špeciálnu zelenú látku – __________ (B). Predpokladom pre tvorbu organických látok okrem vody a oxidu uhličitého je __________ (D).
Zoznam termínov:
1) dýchanie
2) odparovanie
3) leukoplast
4) jedlo
5) svetlo
6) fotosyntéza
7) chloroplast
8) chlorofyl

Odpoveď

Vytvorte súlad medzi fázami procesu a procesmi: 1) fotosyntéza, 2) biosyntéza proteínov. Napíšte čísla 1 a 2 v správnom poradí.
A) uvoľnenie voľného kyslíka
B) tvorba peptidových väzieb medzi aminokyselinami
B) syntéza mRNA na DNA
D) proces prekladu
D) obnovenie sacharidov
E) konverzia NADP+ na NADP 2H

Odpoveď

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

Rastliny získavajú vodu a minerály z koreňov. Listy poskytujú rastlinám organickú výživu. Na rozdiel od koreňov nie sú v pôde, ale vo vzduchu, preto neposkytujú výživu pôdy, ale vzduchu.

Z histórie štúdia vzdušnej výživy rastlín

Poznatky o výžive rastlín sa hromadili postupne. Asi pred 350 rokmi holandský vedec Jan Helmont prvýkrát experimentoval so štúdiom výživy rastlín. Vŕbu pestoval v hlinenej nádobe naplnenej zeminou, do ktorej pridával iba vodu. Vedec starostlivo zvážil opadané lístie. Po piatich rokoch sa hmotnosť vŕby spolu s opadanými listami zvýšila o 74,5 kg a hmotnosť pôdy sa znížila len o 57 g. Na základe toho Helmont dospel k záveru, že všetky látky v rastline nie sú tvorené pôdou , ale z vody. Názor, že rastlina sa zväčšuje len vďaka vode, pretrval až do konca 18. storočia.

V roku 1771 anglický chemik Joseph Priestley študoval oxid uhličitý, alebo, ako to nazval, „skazený vzduch“ a urobil pozoruhodný objav. Ak zapálite sviečku a prikryjete ju sklenenou pokrievkou, po troche vyhorenia zhasne. Myš pod takouto kapucňou sa začne dusiť. Ak však pod čiapku myšou umiestnite konárik mäty, myš sa nezadusí a žije ďalej. To znamená, že rastliny „opravujú“ vzduch pokazený dýchaním zvierat, to znamená, že premieňajú oxid uhličitý na kyslík.

Nemecký botanik Julius Sachs v roku 1862 experimentmi dokázal, že zelené rastliny produkujú nielen kyslík, ale vytvárajú aj organické látky, ktoré slúžia ako potrava pre všetky ostatné organizmy.

Fotosyntéza

Hlavným rozdielom medzi zelenými rastlinami a inými živými organizmami je prítomnosť chloroplastov obsahujúcich chlorofyl v ich bunkách. Chlorofyl má tú vlastnosť, že zachytáva slnečné lúče, ktorých energia je potrebná na tvorbu organických látok. Proces vzniku organickej hmoty z oxidu uhličitého a vody pomocou slnečnej energie sa nazýva fotosyntéza (grécky pbo1os svetlo). Pri procese fotosyntézy vznikajú nielen organické látky – cukry, ale uvoľňuje sa aj kyslík.

Schematicky možno proces fotosyntézy znázorniť takto:

Voda je absorbovaná koreňmi a presúva sa cez vodivý systém koreňov a stonky k listom. Oxid uhličitý je súčasťou vzduchu. Do listov sa dostáva cez otvorené prieduchy. Absorpciu oxidu uhličitého uľahčuje štruktúra listu: plochý povrch listových čepelí, ktorý zväčšuje plochu kontaktu so vzduchom, a prítomnosť veľkého počtu prieduchov v koži.

Cukry vznikajúce v dôsledku fotosyntézy sa premieňajú na škrob. Škrob je organická látka, ktorá sa nerozpúšťa vo vode. Kgo sa dá ľahko zistiť pomocou roztoku jódu.

Dôkaz tvorby škrobu v listoch vystavených svetlu

Dokážme, že v zelených listoch rastlín vzniká škrob z oxidu uhličitého a vody. Za týmto účelom zvážte experiment, ktorý kedysi uskutočnil Julius Sachs.

Izbová rastlina (pelargónie alebo prvosienka) sa dva dni uchováva v tme, aby sa všetok škrob spotreboval na životne dôležité procesy. Potom sa niekoľko listov prikryje na oboch stranách čiernym papierom tak, aby bola pokrytá iba časť z nich. Cez deň je rastlina vystavená svetlu a v noci je dodatočne osvetlená pomocou stolovej lampy.

Po dni sa skúmané listy odrežú. Aby sa zistilo, v ktorej časti listového škrobu sa tvorí, listy sa povaria vo vode (aby škrobové zrná napučali) a potom sa uchovávajú v horúcom alkohole (chlorofyl sa rozpustí a list sa zafarbí). Potom sa listy premyjú vodou a ošetria slabým roztokom jódu. Plochy listov, ktoré boli vystavené svetlu, teda pôsobením jódu získavajú modrú farbu. To znamená, že v bunkách osvetlenej časti listu vznikol škrob. Preto k fotosyntéze dochádza iba na svetle.

Dôkazy o potrebe oxidu uhličitého pre fotosyntézu

Aby sa dokázalo, že oxid uhličitý je potrebný na tvorbu škrobu v listoch, izbová rastlina sa tiež najprv udržiava v tme. Jeden z listov sa potom vloží do banky s malým množstvom vápennej vody. Banka sa uzavrie vatovým tampónom. Rastlina je vystavená svetlu. Oxid uhličitý je absorbovaný vápennou vodou, takže nebude v banke. List sa odreže a rovnako ako v predchádzajúcom pokuse sa skúma na prítomnosť škrobu. Uchováva sa v horúcej vode a alkohole a spracuje sa roztokom jódu. V tomto prípade však bude výsledok experimentu iný: list nezmodrie, pretože neobsahuje škrob. Na tvorbu škrobu je preto okrem svetla a vody potrebný oxid uhličitý.

Takto sme odpovedali na otázku, akú potravu rastlina prijíma zo vzduchu. Prax ukázala, že ide o oxid uhličitý. Je nevyhnutný pre tvorbu organických látok.

Organizmy, ktoré si nezávisle vytvárajú organické látky na stavbu svojho tela, sa nazývajú autotrofamné (grécky autos - sám, trofe - potrava).

Dôkaz tvorby kyslíka počas fotosyntézy

Aby ste dokázali, že rastliny počas fotosyntézy uvoľňujú kyslík do vonkajšieho prostredia, zvážte experiment s vodnou rastlinou Elodea. Výhonky Elodea sa ponoria do nádoby s vodou a na vrchu sa prikryjú lievikom. Na koniec lievika umiestnite skúmavku naplnenú vodou. Rastlina je vystavená svetlu dva až tri dni. Vo svetle elodea vytvára plynové bubliny. Hromadia sa v hornej časti skúmavky a vytláčajú vodu. Aby sa zistilo, o aký plyn ide, skúmavka sa opatrne vyberie a vloží sa do nej tlejúca trieska. Črepina jasne bliká. To znamená, že v banke sa nahromadil kyslík, ktorý podporuje spaľovanie.

Kozmická úloha rastlín

Rastliny obsahujúce chlorofyl sú schopné absorbovať slnečnú energiu. Preto K.A. Timiryazev nazval ich úlohu na Zemi kozmickou. Časť slnečnej energie uloženej v organickej hmote môže byť dlho skladovaná. Uhlie, rašelina, ropa sú tvorené látkami, ktoré v dávnych geologických dobách vytvárali zelené rastliny a absorbovali energiu Slnka. Spálením prírodných horľavých materiálov človek uvoľňuje energiu, ktorú pred miliónmi rokov uchovávali zelené rastliny.

Fotosyntéza bez chlorofylu

Priestorová lokalizácia

Fotosyntéza rastlín sa vyskytuje v chloroplastoch: izolované dvojmembránové organely bunky. Chloroplasty sa nachádzajú v bunkách plodov a stoniek, ale hlavným orgánom fotosyntézy, anatomicky prispôsobeným na jej priebeh, je list. V liste je tkanivo palisádového parenchýmu najbohatšie na chloroplasty. U niektorých sukulentov s degenerovanými listami (ako sú kaktusy) je hlavná fotosyntetická aktivita spojená so stonkou.

Svetlo pre fotosyntézu je lepšie zachytené vďaka plochému tvaru listu, ktorý poskytuje vysoký pomer povrchu k objemu. Voda sa dodáva z koreňa cez rozvinutú sieť ciev (listové žily). Oxid uhličitý vstupuje čiastočne difúziou cez kutikulu a epidermis, ale väčšina z neho difunduje do listu cez prieduchy a cez list cez medzibunkový priestor. Rastliny, ktoré vykonávajú fotosyntézu CAM, vyvinuli špeciálne mechanizmy na aktívnu asimiláciu oxidu uhličitého.

Vnútorný priestor chloroplastu je vyplnený bezfarebným obsahom (stroma) a je preniknutý membránami (lamelami), ktoré po vzájomnom spojení vytvárajú tylakoidy, ktoré sú zase zoskupené do stohov nazývaných grana. Intratylakoidný priestor je oddelený a nekomunikuje so zvyškom strómy, predpokladá sa tiež, že vnútorný priestor všetkých tylakoidov spolu komunikuje. Svetelné štádiá fotosyntézy sú obmedzené na membrány, autotrofná fixácia CO 2 prebieha v stróme.

Chloroplasty majú svoju vlastnú DNA, RNA, ribozómy (typ 70. rokov) a dochádza k syntéze bielkovín (hoci tento proces je riadený z jadra). Nie sú znova syntetizované, ale vznikajú delením predchádzajúcich. To všetko umožnilo považovať ich za potomkov voľných cyanobaktérií, ktoré sa stali súčasťou eukaryotickej bunky v procese symbiogenézy.

Fotosystém I

Svetlozberný komplex I obsahuje približne 200 molekúl chlorofylu.

V reakčnom centre prvého fotosystému sa nachádza dimér chlorofylu a s absorpčným maximom pri 700 nm (P700). Po excitácii svetelným kvantom obnoví primárny akceptor - chlorofyl a, čím sa obnoví sekundárny akceptor (vitamín K 1 alebo fylochinón), po ktorom sa elektrón prenesie na ferredoxín, ktorý pomocou enzýmu ferredoxín-NADP reduktázy redukuje NADP.

Plastocyanínový proteín, redukovaný v komplexe b 6 f, je transportovaný do reakčného centra prvého fotosystému zo strany intratylakoidného priestoru a prenáša elektrón na oxidovaný P700.

Cyklický a pseudocyklický transport elektrónov

Okrem kompletnej necyklickej elektrónovej dráhy opísanej vyššie bola objavená cyklická a pseudocyklická dráha.

Podstatou cyklickej dráhy je, že ferredoxín namiesto NADP redukuje plastochinón, ktorý ho prenesie späť na komplex b 6 f. Výsledkom je väčší protónový gradient a viac ATP, ale žiadny NADPH.

V pseudocyklickej dráhe ferredoxín redukuje kyslík, ktorý sa ďalej premieňa na vodu a môže byť použitý vo fotosystéme II. V tomto prípade sa tiež netvorí NADPH.

Temné javisko

V tmavom štádiu za účasti ATP a NADPH dochádza k redukcii CO 2 na glukózu (C 6 H 12 O 6). Hoci svetlo nie je pre tento proces potrebné, podieľa sa na jeho regulácii.

C 3 fotosyntéza, Calvinov cyklus

Tretí stupeň zahŕňa 5 molekúl PHA, ktoré sa tvorbou 4-, 5-, 6- a 7-uhlíkových zlúčenín spoja do 3 5-uhlíkových ribulóza-1,5-bifosfátov, čo vyžaduje 3ATP.

Nakoniec sú na syntézu glukózy potrebné dve PHA. Na vytvorenie jednej z jeho molekúl je potrebných 6 cyklov otáčok, 6 CO 2, 12 NADPH a 18 ATP.

C 4 fotosyntéza

Hlavné články: Hatch-Slack-Karpilov cyklus, C4 fotosyntéza

Pri nízkej koncentrácii CO 2 rozpusteného v stróme katalyzuje ribulózabifosfátkarboxyláza oxidačnú reakciu ribulóza-1,5-bifosfátu a jeho rozklad na kyselinu 3-fosfoglycerínovú a kyselinu fosfoglykolovú, ktoré sú nútené využívať v procese fotorespirácie .

Na zvýšenie koncentrácie CO2 rastliny typu 4 C zmenili anatómiu listov. Calvinov cyklus je lokalizovaný v bunkách puzdra cievneho zväzku, v bunkách mezofylu sa pôsobením PEP karboxylázy karboxyluje fosfoenolpyruvát za vzniku kyseliny oxaloctovej, ktorá sa premieňa na malát alebo aspartát a transportuje do buniek puzdra, kde sa dekarboxyluje za vzniku pyruvátu, ktorý sa vracia do mezofylových buniek.

So 4 fotosyntéza prakticky nie je sprevádzaná stratami ribulóza-1,5-bifosfátu z Calvinovho cyklu, a preto je účinnejšia. Na syntézu 1 molekuly glukózy však potrebuje nie 18, ale 30 ATP. To má opodstatnenie v trópoch, kde si horúce podnebie vyžaduje udržiavanie prieduchov uzavretých, čo bráni vstupu CO 2 do listu, ako aj pri ruderálnej životnej stratégii.

samotná fotosyntéza

Neskôr sa zistilo, že rastliny okrem uvoľňovania kyslíka absorbujú oxid uhličitý a za účasti vody na svetle syntetizujú organické látky. Na základe zákona zachovania energie Robert Mayer predpokladal, že rastliny premieňajú energiu slnečného žiarenia na energiu chemických väzieb. W. Pfeffer nazval tento proces fotosyntézou.

Chlorofyly prvýkrát izolovali P. J. Peltier a J. Caventou. M. S. Tsvetovi sa podarilo oddeliť pigmenty a študovať ich oddelene pomocou chromatografickej metódy, ktorú vytvoril. Absorpčné spektrá chlorofylu študoval K. A. Timiryazev, ktorý rozvíjaním Mayerových princípov ukázal, že práve absorbované lúče umožňujú zvýšiť energiu systému a vytvárať vysokoenergetické väzby C-C namiesto slabých väzieb C-O a O-H ( predtým sa verilo, že pri fotosyntéze sa používajú žlté lúče, ktoré nie sú absorbované listovými pigmentmi). Podarilo sa to vďaka metóde, ktorú vytvoril na účtovanie fotosyntézy založenej na absorbovanom CO 2: počas experimentov s osvetlením rastliny svetlom rôznych vlnových dĺžok (rôznych farieb) sa ukázalo, že intenzita fotosyntézy sa zhoduje s absorpčným spektrom chlorofylu. .

Redoxný charakter fotosyntézy (kyslíkovej aj anoxygénnej) predpokladal Cornelis van Niel. To znamenalo, že kyslík vo fotosyntéze sa tvorí výlučne z vody, čo experimentálne potvrdil A.P. Vinogradov v experimentoch s izotopovou značkou. Robert Hill zistil, že proces oxidácie vody (a uvoľňovania kyslíka) a asimilácie CO 2 možno oddeliť. W. D. Arnon stanovil mechanizmus svetelných štádií fotosyntézy a podstatu procesu asimilácie CO 2 odhalil Melvin Calvin pomocou izotopov uhlíka koncom 40. rokov, za čo mu bola udelená Nobelova cena.

Iné fakty

pozri tiež

Literatúra

• Hala D., Rao K. Fotosyntéza: Transl. z angličtiny - M.: Mir, 1983.
• Fyziológia rastlín / vyd. Prednášal prof. Ermaková I. P. - M.: Akadémia, 2007
• Molekulárna biológia buniek / Albertis B., Bray D. a kol., V 3 zv. - M.: Mir, 1994
• Rubin A.B. Biofyzika. V 2 sv. - M.: Vydavateľstvo. Moskovská univerzita a veda, 2004.
• Chernavskaya N. M.,