Фотосинтеза | как растенията и някои микроорганизми произвеждат въглехидрати

Чрез фотосинтезата растенията и някои микроорганизми произвеждат въглехидрати. Това е ендотермичен (отнемащ топлина) химичен процес, който използва слънчевата светлина, за да превърне въглеродния диоксид в захари. Захарите се използват от клетката като енергия и за изграждане на други видове молекули. В основата си фотосинтезата превръща светлинната енергия в химическа.

Фотосинтезата е жизненоважна за живота на Земята. Преди фотосинтезата Земята не е имала свободен кислород в атмосферата си.

Зелените растения се изграждат с помощта на фотосинтезата. Водораслите, протистите и някои бактерии също я използват. Някои изключения са организми, които директно получават енергия от химични реакции; тези организми се наричат хемоавтотрофи.


  Енергия от слънчевата светлина, вода, абсорбирана от корените, въглероден диоксид от атмосферата. Те произвеждат глюкоза и кислород чрез фотосинтеза  Zoom
Енергия от слънчевата светлина, вода, абсорбирана от корените, въглероден диоксид от атмосферата. Те произвеждат глюкоза и кислород чрез фотосинтеза  

Произход на фотосинтезата

Фотосинтезата не е случайност. Тя се случва, защото нейните градивни елементи се срещат естествено в космоса и се включват при формирането на планетите. Нямаме представа колко често или рядко се случва този процес. Знаем, че висшите елементи се образуват в свръхнови и това е произходът на всички елементи, по-високи от хелия. Висшите елементи, открити в Халеевата комета, са анализирани.

Преди фотосинтезата в земната атмосфера почти не е имало кислород. Дори и без кислород са съществували някои прости форми на живот. Но ключовото събитие за живота, какъвто го познаваме, е било Голямото кислородно събитие.

Начини на изпълнение

Фотосинтезата може да протича по различни начини, но има някои общи части.

6 CO2(g) + 6 H2 O + фотони C H O6126(aq)  + 6 O2(g)

въглероден диоксид + вода + светлинна енергия → глюкоза + кислород

Въглеродният диоксид навлиза в листата през стоматите чрез дифузия от атмосферата.

Водата се абсорбира от почвата от клетките на кореновите власинки, които имат увеличена повърхност, пригодена за поемане на вода.

Фотосинтезата се извършва в хлоропластите на листата (или други зелени тъкани). Те съдържат хлорофил - зелен пигмент, който абсорбира светлинната енергия. В листата палисадните клетки имат хлоропласти, които улавят светлината.

Кислородът се произвежда в резултат на фотосинтезата и се отделя в атмосферата чрез дишането. Целият кислород в атмосферата произхожда от растенията (включително микроорганизмите, които извършват фотосинтеза).

Глюкозата се използва при дишането (за освобождаване на енергия в клетките). Съхранява се под формата на нишесте (което се превръща обратно в глюкоза за дишане на тъмно). Глюкозата може да се преобразува и в други съединения за растеж и размножаване, например целулоза, нектар, фруктоза, аминокиселини и мазнини.



 

Процесът

Фотосинтезата се състои от две основни групи реакции (фази). Светлиннозависими реакции, които се нуждаят от светлина, за да извършват работа, и светлиннонезависими реакции, които не се нуждаят от светлина, за да извършват работа.

Фаза, зависеща от светлината

Светлинната енергия от слънцето се използва за разделяне на водните молекули (фотолиза). Слънчевата светлина попада в хлоропластите на растението. Това кара ензим да раздели водата. При разделянето на водата се получават кислород, водород и електрони.

Водородът, заедно с електроните, енергизирани от светлината, превръща NADP в NADPH, който след това се използва в независимите от светлината реакции. Кислородният газ дифундира от растението като отпадъчен продукт на фотосинтезата, а АТФ се синтезира от АДФ и неорганичен фосфат. Всичко това се случва в гранатата на хлоропластите.

Тъмна фаза

По време на тази реакция захарите се натрупват с помощта на въглероден диоксид и продуктите на светлиннозависимите реакции (АТФ и НАДФН) и различни други химикали, намиращи се в растението в цикъла на Калвин. Следователно светлозависимата реакция не може да се осъществи без светлозависимата реакция. Въглеродният диоксид дифундира в растението и заедно с химикалите в хлоропласта, АТФ и НАДФН се произвежда глюкоза, която накрая се пренася из растението чрез транслокация.



 Схема на хлоропласт  Zoom
Схема на хлоропласт  

Фактори, влияещи върху фотосинтезата

преглед - обсъждане - редактиране

-4500 -

-

-4250 -

-

-4000 -

-

-3750 -

-

-3500 -

-

-3250 -

-

-3000 -

-

-2750 -

-

-2500 -

-

-2250 -

-

-2000 -

-

-1750 -

-

-1500 -

-

-1250 -

-

-1000 -

-

-750 -

-

-500 -

-

-250 -

-

0 -

(преди милиони години)

Има три основни фактора, които влияят на фотосинтезата:

Интензивност на светлината

Ако растението е слабо осветено, светлиннозависимите реакции няма да работят ефективно. Това означава, че фотолизата (разграждането на водата под въздействието на светлината) няма да се извършва бързо и следователно ще се произвеждат малко НАДФН и АТФ. Този недостиг на NADPH и ATP ще доведе до това, че светлиннонезависимите реакции няма да работят, тъй като NADPH и ATP са необходими за работата на светлиннонезависимите реакции.

Необходимият интензитет на светлината може лесно да се изследва при водно растение като езерния бръмбар. Може да се преброят отделяните кислородни мехурчета или да се измери обемът им. Чрез промяна на разстоянието между светлината и растението интензивността на светлината се променя. Промяната в интензивността на светлината ще се отрази на промяната в скоростта на фотосинтезата. Изкуственото осветление може да се използва на тъмно, за да се увеличи максимално скоростта на фотосинтеза.

Нива на въглероден диоксид

Въглеродният диоксид се използва при светлиннонезависимите реакции. Той се комбинира с NADPH и ATP и различни други химикали, за да образува глюкоза. Следователно, ако няма достатъчно въглероден диоксид, ще има натрупване на NADPH и ATP и няма да се образува достатъчно глюкоза.

Температура

Във фотосинтетичните реакции работят много ензими - например ензимът при фотолизата. Всички ензими работят най-добре при оптималната си температура. Всички светлиннозависими и светлиннонезависими реакции ще протичат нормално при средна или оптимална температура. Тропическите растения имат по-висок температурен оптимум от растенията, адаптирани към умерен климат.

Когато температурите са твърде ниски, кинетичната енергия е малка, поради което скоростта на реакцията намалява. Ако температурите са твърде високи, ензимите се денатурират и катализата на реакцията на фотосинтеза спира.

Оранжериите трябва да поддържат оптимална температура за нормалното функциониране на растенията.



 

Ранна еволюция

Първите фотосинтезиращи организми вероятно са се появили в началото на историята на живота. Възможно е те да са използвали редуциращи агенти като водород или сероводород като източници на електрони, а не вода. Цианобактериите са се появили по-късно, а излишъкът от кислород, който са произвеждали, е причинил кислородната катастрофа. След това е била възможна еволюцията на сложен живот.

Ефективност

Днес средната скорост на улавяне на енергия чрез фотосинтеза в световен мащаб е около 130 теравата. Това е около шест пъти повече от сегашната енергия, използвана от човешката цивилизация. Фотосинтезиращите организми също така преобразуват около 100-115 хиляди милиона метрични тона въглерод в биомаса годишно.



 

Свързани страници



 

Въпроси и отговори

В: Какво представлява фотосинтезата?


О: Фотосинтезата е процес, използван от растенията и някои микроорганизми за превръщане на въглеродния диоксид в захари с помощта на слънчевата светлина. При него светлинната енергия се превръща в химическа.

В: Какви са продуктите на фотосинтезата?


О: Продуктите на фотосинтезата са въглехидрати, които се използват от клетките като енергия и за изграждане на други молекули.

В: Как фотосинтезата влияе на живота на Земята?


О: Фотосинтезата е жизненоважна за живота на Земята, тъй като благодарение на нея в атмосферата се появява свободен кислород. Без нея нямаше да има живот на Земята.

В: Кой използва фотосинтезата?


О: Зелените растения, водораслите, протистите и някои бактерии използват фотосинтеза. Някои организми, които получават енергията си от химични реакции, се наричат хемоавтотрофи и не използват фотосинтеза.

В: Фотосинтезата екзотермична или ендотермична реакция е?


О: Фотосинтезата е ендотермична реакция, което означава, че за протичането ѝ се отделя топлина.

В: В какъв вид енергия фотосинтезата превръща светлината?



О: При фотосинтезата светлинната енергия се превръща в химическа.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3