Fotosinteza - ce este? etapa a fotosintezei. Conditii de fotosinteză

V-ați întrebat vreodată câte organisme vii de pe planetă? Și, la urma urmei, toți trebuie să respire oxigenul pentru a genera energie și a elimina dioxidul de carbon. Este dioxid de carbon - motivul principal al unui astfel de fenomen, cum ar fi umflarea în cameră. Are loc atunci când există mulți oameni în el, iar camera nu este ventilată de mult timp. În plus, substanțele otrăvitoare sunt umplute cu instalații de producere a aerului, de drumuri publice și de transport public.

Având în vedere cele de mai sus, apare o întrebare destul de logică: cum de nu suntem încă sufocați dacă tot ceea ce este viu este o sursă de dioxid de carbon toxic? Salvatorul tuturor ființelor vii în această situație este fotosinteza. Care este acest proces și care este necesitatea acestuia?

Rezultatul său este ajustarea echilibrului dioxidului de carbon și saturația aerului cu oxigen. Un astfel de proces este cunoscut numai reprezentanților lumii florei, adică plantelor, așa cum se întâmplă numai în celulele lor.

Prin ea însăși, fotosinteza este o procedură extrem de complicată, în funcție de anumite condiții și apărută în mai multe etape.

Definiția concept

Conform definiției științifice, substanțele organice în procesul de fotosinteză sunt transformate în organice la nivel celular în organismele autotrofice datorită acțiunii soarelui.

Într-un limbaj mai ușor de înțeles, fotosinteza este un proces în care apar următoarele:

1. Planta este saturata de umiditate. Sursa de umiditate poate fi apa din sol sau aerul tropical umed.
2. Există o reacție a clorofilei (o substanță specială care este conținută în plantă) la efectul energiei solare.
3. Formarea hranei necesare reprezentanților florei, pe care ei nu o pot produce în mod independent, este heterotrofică, iar ei înșiși sunt producătorii ei. Cu alte cuvinte, plantele mănâncă ceea ce ei înșiși produc. Acesta este rezultatul fotosintezei.

Etapa unu

Practic, fiecare plantă conține o substanță verde, prin care poate absorbi lumina. Această substanță nu este altceva decât clorofila. Locul unde se află sunt cloroplastele. Dar cloroplastele sunt localizate in partea de tulpina a plantei si a fructelor sale. Dar fotosinteza frunzei este în mod special obișnuită în natură. Deoarece acesta din urmă este destul de simplu în structura sa și are o suprafață relativ mare, ceea ce înseamnă că cantitatea de energie necesară pentru procesul de salvare va fi mult mai mare.

Când lumina este absorbită de clorofila, aceasta din urmă se află într-o stare de excitație și transmite mesajele energetice către alte molecule organice ale plantei. Cea mai mare cantitate din această energie este destinată participanților în procesul de fotosinteză.

Etapa a doua

Formarea fotosintezei în a doua etapă nu necesită participarea obligatorie a luminii. Aceasta constă în formarea de legături chimice utilizând dioxid de carbon otrăvitor, format din mase de aer și apă. De asemenea, sintetizează o serie de substanțe, care asigură activitatea vitală a reprezentanților florei. Acestea sunt amidon, glucoză.

În plante, astfel de elemente organice acționează ca o sursă de nutriție pentru părțile individuale ale plantei, asigurând în același timp procesele normale de viață. Astfel de substanțe sunt obținute și reprezentanți ai faunei care mănâncă plante pentru hrană. Corpul uman este saturat de aceste substante prin alimente, care este inclus in dieta zilnica.

Ce? Unde? Când?

Pentru substanțele organice transformate în organice, este necesar să se asigure condiții adecvate pentru fotosinteză. Pentru procesul în cauză, este necesar mai întâi lumina. E vorba de artificii și lumina soarelui. În natură, de obicei, activitatea plantelor se caracterizează prin intensitate în primăvară și vară, adică atunci când este nevoie de o cantitate mare de energie solară. Ceea ce nu se poate spune despre sezonul de toamnă, când este mai puțină lumină, ziua este mai scurtă. Ca urmare, frunzele devin galbene și apoi cade complet. Dar, de îndată ce primele raze de primăvară ale soarelui vor străluci, iarba verde va crește, atunci clorofila își va relua activitatea și va începe producția activă de oxigen și alți nutrienți, care au o importanță vitală.

Condițiile de fotosinteză includ nu numai prezența iluminării. De asemenea, umiditatea ar trebui să fie suficientă. La urma urmei, planta absoarbe mai întâi umiditatea, iar apoi reacția începe cu participarea energiei solare. Rezultatul acestui proces sunt produsele alimentare ale plantelor.

În prezența unei substanțe verzi, apare fotosinteza. Ce este clorofila, am spus deja mai sus. Acestea acționează ca un fel de dirijor între energia luminii sau a energiei solare și planta însăși, asigurând fluxul adecvat al vieții și activității lor. Substanțele verzi au capacitatea de a absorbi multă lumină solară.

Oxigenul joacă un rol important. Pentru a face procesul de fotosinteză cu succes, plantele au nevoie de o mulțime de ea, deoarece conține doar 0,03% acid carbonic. Prin urmare, de la 6000 m ^{3 de} aer, pot fi obținute 6 m ^{3 de} acid. Aceasta este ultima substanță - principala sursă de glucoză, care, la rândul său, este o substanță necesară pentru viață.

Există două etape ale fotosintezei. Primul este lumina, al doilea este întunecat.

Care este mecanismul curgerii treptei de lumină

Etapa ușoară a fotosintezei are un alt nume - fotochimic. Principalii participanți în această etapă sunt:

• Energia soarelui;
• O varietate de pigmenți.

Cu prima componentă totul este clar, aceasta este lumina soarelui. Și asta sunt pigmenții, nu toată lumea știe. Acestea sunt verzi, galbene, roșii sau albastre. La verde apar grupurile de clorofilă "A" și "B", respectiv galben și roșu / albastru - fitoclinici. Activitatea fotochimică în rândul participanților la această etapă a procesului se manifestă numai prin clorofila "A". Restul aparține unui rol complementar, esența căruia este colecția de quante ușoare și transportul lor către centrul fotochimic.

Deoarece clorofila este dotată cu capacitatea de a absorbi eficient energia solară cu o anumită lungime de undă, au fost identificate următoarele sisteme fotochimice:

- Centrul fotochimic 1 (substanțe verzi din grupa "A") - compoziția include pigmentul 700, care absorb radiații luminoase, lungimea căreia este de aproximativ 700 nm. Acest pigment are un rol fundamental în crearea produselor din faza ușoară a fotosintezei.

- Centrul fotochimic 2 (substanțe verzi din grupa "B") - compoziția include pigmentul 680, care absorb radiații luminoase, lungimea căreia este de 680 nm. El deține rolul celui de-al doilea plan, constând în funcția de reaprovizionare a electronilor pierduți de centrul fotochimic 1. Se realizează datorită hidrolizei lichidului.

Pentru 350-400 de molecule de pigmenți, care concentrează fluxurile de lumină în sistemele fotosisteme 1 și 2, există o singură moleculă de pigment, care este o cromofilă activă fotochemică din grupul "A".

Ce se întâmplă?

1. Energia luminoasă absorbită de plantă afectează pigmentul 700 conținut în aceasta, care trece de la starea obișnuită la starea de excitație. Pigmentul pierde un electron, rezultând formarea unei așa-numite gauri electronice. Mai mult, molecula de pigment, care a pierdut electronul, poate acționa ca acceptor, adică partea care primește electronul și își readuce forma.

2. Procedeul de descompunere a lichidului în centrul fotochimic al pigmentului 680 al fotosistemei 2. Când apa este descompusă, se formează electroni care sunt inițial acceptați de o substanță ca citocromul C550 și sunt desemnați cu litera Q. Apoi, de la citocrom, electronii intră în lanțul vectorial și sunt transportați în centrul fotochimic 1 pentru Reaprovizionarea găurii electronice, care a fost rezultatul penetrării canalului de lumină și a procesului de reconstrucție a pigmentului 700.

Există cazuri când o astfel de moleculă readuce un electron identic cu cel anterior. Aceasta va duce la eliberarea energiei de lumină sub formă de căldură. Dar aproape întotdeauna un electron care are o sarcină negativă se conectează la proteine speciale de fier-sulf și este transportat de-a lungul unuia dintre lanțuri către pigmentul 700 sau cade într-un alt lanț de vectori și se reconectează cu un acceptor constant.

În prima variantă are loc transportul ciclic al unui electron de tip închis, în timp ce în al doilea caz are loc un transport non-ciclic.

Ambele procese intră în prima etapă a fotosintezei sub cataliză de către același lanț de purtători de electroni. Dar este important de remarcat faptul că, cu ciclofosforilarea tipului ciclic, punctul inițial și în același timp punctul final de transport este chlofilul, în timp ce transportul non-ciclic implică trecerea substanței verzi a grupului "B" la clorofila "A".

Caracteristici ale transportului ciclic

Fosforilarea ciclicilor se mai numește și fotosintetică. Ca rezultat al acestui proces, se formează molecule ATP. Acest transport se bazează pe întoarcerea prin mai multe etape succesive de electroni în starea excitat la pigmentul 700, eliberând astfel energia care participă la sistemul enzimatic de fosforilare pentru o acumulare ulterioară în legăturile de fosfat ale ATP. Aceasta înseamnă că energia nu se disipează.

Ciclul de fosforilare este reacția primară a fotosintezei, care se bazează pe tehnologia formării energiei chimice pe suprafețele de membrană a tilactoidului cloroplast datorită utilizării energiei solare.

Fără fosforilarea fotosintetică, reacțiile de asimilare în faza intunecată a fotosintezei sunt imposibile.

Nuanțe de transport de tip non-ciclic

Procesul constă în restaurarea NADP + și formarea NADP * H. Mecanismul se bazează pe transferul de electroni către ferredoxină, reacția de reducere și tranziția ulterioară la NADP + cu o reducere suplimentară la NADP * H.

Ca rezultat, electronii care au pierdut pigmentul 700 sunt reumpleți de electronii de apă, care se descompun sub razele de lumină din cadrul fotosistemei 2.

Calea non-ciclică a electronilor, a cărei curgere implică și fotosinteza ușoară, se realizează prin interacțiunea ambelor sisteme fotosisteme între ele, iar lanțurile electronice de transport le conectează. Energia luminoasă direcționează fluxul de electroni înapoi. În timpul transportului de la centrul fotochimic 1 spre centrul 2, electronii își pierd o parte din energia lor datorită acumulării ca potențial proton pe suprafața membranei tilactoidului.

În faza intunecată a fotosintezei, procesul de creare a unui potențial de tip proton în lanțul de transport al electronilor și funcționarea acestuia pentru formarea ATP în cloroplaste este aproape complet identic cu același proces în mitocondrii. Dar caracteristicile sunt încă prezente. Tylactoidele în această situație sunt mitocondriile întoarse pe partea greșită. Acesta este principalul motiv pentru care electronii și protonii se deplasează prin membrană în direcția opusă în raport cu fluxul de transport în membrana mitocondrială. Electronii sunt transportați spre exterior, iar protonii se acumulează în partea interioară a matricei tilactoide. Acesta din urmă are doar o sarcină pozitivă, iar membrana exterioară a tilactoidului este negativă. Rezultă că calea gradientului de tip proton este opusul căii sale în mitocondrii.

Următoarea caracteristică este un nivel ridicat al pH-ului în potențialul protonilor.

A treia caracteristică este prezența în lanțul tilactoid a numai două situsuri de conjugare și, ca o consecință, raportul dintre molecula ATP și protoni este 1: 3.

concluzie

În prima etapă, fotosinteza este interacțiunea energiei luminoase (artificială și ne-artificială) cu planta. Reacționează la razele de substanțe verzi - clorofila, cea mai mare parte din care este conținută în frunze.

Formarea ATP și NADP * H este rezultatul acestei reacții. Aceste produse sunt necesare pentru trecerea reacțiilor întunecate. Prin urmare, stadiul de lumină este un proces obligatoriu, fără de care nu va avea loc a doua etapă - cea întunecată.

Stadiul întunecat: esență și trăsături

Fotosinteza întunecată și reacțiile sale sunt o procedură de dioxid de carbon în substanțe de origine organică, cu producția de carbohidrați. Astfel de reacții apar în stratul cloroplastului și produsele din prima etapă a fotosintezei, lumină, iau un rol activ în ele.

Mecanismul fazei întunecate a fotosintezei se bazează pe procesul de asimilare a dioxidului de carbon (denumit și carboxilarea fotochimică, ciclul Calvin), care se caracterizează prin ciclicitate. Se compune din trei faze:

1. Carboxilarea este adăugarea de CO2.
2. Faza de recuperare.
3. Faza de regenerare a ribulosodifosfatului.

Ribulofosfatul, un zahar cu cinci atomi de carbon, este susceptibil de fosforilarea prin ATP, conducând la formarea de ribulosodifosfat, care este în continuare supus carboxilării prin combinarea cu un produs de CO ₂ cu șase atomi de carbon care se descompun instantaneu prin reacția cu o moleculă de apă, creând două particule de acid molecular . Apoi, acest acid suferă un curs de reducere completă în timpul reacției enzimatice, pentru care prezența ATP și NADPH este necesară pentru a forma un zahăr cu trei atomi de carbon - zahăr cu trei atomi de carbon, trioză sau aldehidă de fosfoglicerol. Atunci când două astfel de triosează condens, se obține o moleculă de hexoză care poate deveni parte integrantă a moleculei de amidon și poate fi depanată în rezervă.

Această fază este completată de faptul că în timpul procesului de fotosinteză se absorb o moleculă de CO ₂ și se utilizează trei molecule ATP și patru atomi de N. Fosfatul hexoză reacționează la reacțiile ciclului fosfat de pentoză, rezultând regenerarea fosfatului de ribuloză, care poate fi din nou reunită cu o altă moleculă de acid carbonic.

Reacțiile de carboxilare, reducere, regenerare nu pot fi numite specifice numai pentru celula în care are loc fotosinteza. Care este fluxul "uniform" al proceselor, de asemenea, nu se poate spune, deoarece diferența încă mai există - în procesul de recuperare se utilizează NADP * H și nu NAD * N.

Adăugarea de CO _{2 de către} ribulosodifosfat suferă o cataliză furnizată de diflufosfat carboxilază _de ribuloză. Produsul de reacție este 3-fosfogliceratul, care este redus prin NADP * H2 și ATP la gliceraldehidă-3-fosfat. Procesul de reducere este catalizat de gliceraldehidă-3-fosfat dehidrogenază. Acesta din urmă este ușor convertit în fosfat de dihidroxiacetonă. Se formează bifosfat de fructoză. Unele dintre moleculele sale participă la procesul de regenerare a ribulosodifosfatului, închiderea ciclului, iar a doua parte este utilizată pentru a crea depozite de carbohidrați în celulele fotosintetice, adică are loc fotosinteza carbohidraților.

Energia luminii este necesară pentru fosforilarea și sinteza substanțelor de origine organică, iar energia oxidării substanțelor organice este necesară pentru fosforilarea oxidativă. De aceea, vegetația oferă viață animalelor și altor organisme heterotrofice.

Fotosinteza într-o celulă de plantă are loc în acest fel. Produsul său este carbohidrații, care sunt necesari pentru crearea scheletelor de carbon ale multor substanțe ale reprezentanților lumii florei, care sunt de origine organică.

substanțe organice cu azot absorbit în organisme fotosintetice de tip prin reducerea azotatului anorganic, și sulf - datorită reducerii sulfatilor la grupări sulfhidril de aminoacizi. Asigură formarea proteinelor, acizilor nucleici, lipide, carbohidrați, cofactori este fotosinteză. Ce este un „platou“ de substanțe vitale pentru planta a fost deja subliniat, dar pe produsele de sinteză secundare care sunt substanțe medicamentoase valoroase (flavonoide, alcaloizi, terpene, polifenoli, steroizi, orgkisloty și altele), a fost spus nu un cuvânt. Prin urmare, nici o exagerare să spunem că fotosinteza - cheia pentru viața plantelor, animalelor și oamenilor.