Rastline potrebujejo ogljikov dioksid za fotosintezo. Kako in kje poteka fotosinteza v rastlinah?

Kako na kratko in jasno razložiti tako zapleten proces, kot je fotosinteza? Rastline so edini živi organizmi, ki si lahko sami proizvajajo hrano. Kako jim to uspe? Za rast dobijo vse potrebne snovi iz okolja: ogljikov dioksid - iz zraka, vode in - iz zemlje. Potrebujejo tudi energijo sončne svetlobe. Ta energija sproži določene kemične reakcije, med katerimi se ogljikov dioksid in voda pretvorita v glukozo (prehrana) in poteka fotosinteza. Na kratko in jasno je bistvo postopka mogoče razložiti tudi šoloobveznim otrokom.

"Skupaj s svetlobo"

Beseda "fotosinteza" izvira iz dveh grških besed - "foto" in "sinteza", kombinacija, ki v prevodu pomeni "skupaj s svetlobo". Sončna energija se pretvori v kemično energijo. Kemijska enačba fotosinteze:

6CO 2 + 12H 2 O + svetloba \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

To pomeni, da se za proizvodnjo glukoze uporablja 6 molekul ogljikovega dioksida in dvanajst molekul vode (skupaj s sončno svetlobo), rezultat pa je šest molekul kisika in šest molekul vode. Če to predstavimo v obliki besedne enačbe, dobimo naslednje:

Voda + sonce => glukoza + kisik + voda.

Sonce je zelo močan vir energije. Ljudje ga vedno poskušajo uporabiti za proizvodnjo električne energije, izolacijo hiš, ogrevanje vode itd. Rastline so se že pred milijoni let »domislile« uporabe sončne energije, ker je bila potrebna za njihovo preživetje. Fotosintezo lahko na kratko in jasno razložimo takole: rastline izkoriščajo svetlobno energijo sonca in jo pretvarjajo v kemično energijo, rezultat česar je sladkor (glukoza), katerega presežek se kot škrob shrani v listih, koreninah, steblih. in semena rastline. Energija sonca se prenaša na rastline, pa tudi na živali, ki jih te rastline jedo. Ko rastlina potrebuje hranila za rast in druge življenjske procese, so te rezerve zelo koristne.

Kako rastline absorbirajo sončno energijo?

Če na kratko in jasno govorimo o fotosintezi, se je vredno dotakniti vprašanja, kako rastlinam uspe absorbirati sončno energijo. To je posledica posebne strukture listov, ki vključuje zelene celice - kloroplaste, ki vsebujejo posebno snov, imenovano klorofil. To daje listom zeleno barvo in je odgovorno za absorpcijo energije sončne svetlobe.

Zakaj je večina listov širokih in ravnih?

Fotosinteza poteka v listih rastlin. Presenetljivo dejstvo je, da so rastline zelo dobro prilagojene za lovljenje sončne svetlobe in absorbiranje ogljikovega dioksida. Zaradi široke površine bo zajeto veliko več svetlobe. Prav zaradi tega so tudi sončni kolektorji, ki jih včasih namestimo na strehe hiš, široki in ploščati. Večja kot je površina, boljša je absorpcija.

Kaj je še pomembno za rastline?

Tako kot ljudje tudi rastline potrebujejo hranila in hranila, da ostanejo zdrave, rastejo in dobro delujejo. Minerale, raztopljene v vodi, dobijo iz zemlje preko svojih korenin. Če prsti primanjkuje mineralnih hranil, se rastlina ne bo normalno razvijala. Kmetje pogosto testirajo zemljo, da se prepričajo, ali ima dovolj hranil za rast pridelka. V nasprotnem primeru se zatecite k uporabi gnojil, ki vsebujejo bistvene minerale za prehrano in rast rastlin.

Zakaj je fotosinteza tako pomembna?

Če otrokom na kratko in jasno razložimo fotosintezo, je treba omeniti, da je ta proces ena najpomembnejših kemičnih reakcij na svetu. Kakšni so razlogi za tako glasno izjavo? Prvič, fotosinteza hrani rastline, te pa hranijo vsa druga živa bitja na planetu, vključno z živalmi in ljudmi. Drugič, zaradi fotosinteze se v ozračje sprosti kisik, potreben za dihanje. Vsa živa bitja vdihavajo kisik in izdihavajo ogljikov dioksid. Na srečo pa rastline delujejo ravno nasprotno, zato so zelo pomembne za dihanje ljudi in živali.

Neverjeten proces

Izkazalo se je, da znajo tudi rastline dihati, vendar za razliko od ljudi in živali iz zraka absorbirajo ogljikov dioksid, ne kisika. Pijejo tudi rastline. Zato jih morate zalivati, sicer bodo umrli. S pomočjo koreninskega sistema se voda in hranila prenašajo v vse dele rastlinskega telesa, ogljikov dioksid pa se absorbira skozi majhne luknje v listih. Sprožilec za začetek kemične reakcije je sončna svetloba. Vse nastale produkte presnove uporabljajo rastline za prehrano, kisik se sprošča v ozračje. Tako lahko na kratko in jasno razložite, kako poteka proces fotosinteze.

Fotosinteza: svetla in temna faza fotosinteze

Obravnavani postopek je sestavljen iz dveh glavnih delov. Obstajata dve fazi fotosinteze (opis in tabela - spodaj). Prva se imenuje svetlobna faza. Pojavi se le ob prisotnosti svetlobe v tilakoidnih membranah s sodelovanjem klorofila, proteinov prenašalcev elektronov in encima ATP sintetaze. Kaj še skriva fotosinteza? Prižgejo in zamenjajo drug drugega, ko nastopita dan in noč (Calvinovi cikli). Med temno fazo pride do proizvodnje iste glukoze, hrane za rastline. Ta proces imenujemo tudi od svetlobe neodvisna reakcija.

Zaključek

Iz vsega zgoraj navedenega je mogoče sklepati naslednje:

• Fotosinteza je proces, ki omogoča pridobivanje energije iz sonca.
• Svetlobno energijo sonca klorofil pretvarja v kemično energijo.
• Klorofil daje rastlinam zeleno barvo.
• Fotosinteza poteka v kloroplastih rastlinskih listov.
• Ogljikov dioksid in voda sta bistvena za fotosintezo.
• Ogljikov dioksid vstopa v rastlino skozi drobne luknjice, želce, skozi njih pa izstopa kisik.
• Voda se absorbira v rastlino skozi njene korenine.
• Brez fotosinteze na svetu ne bi bilo hrane.

fotosinteza - to je niz procesov za sintezo organskih spojin iz anorganskih zaradi pretvorbe svetlobne energije v energijo kemičnih vezi. Zelene rastline spadajo med fototrofne organizme, nekateri prokarionti - cianobakterije, škrlatne in zelene žveplove bakterije, rastlinski flagelati.

Raziskovanje procesa fotosinteze se je začelo v drugi polovici 18. stoletja. Pomembno odkritje je naredil izjemni ruski znanstvenik K. A. Timirjazev, ki je utemeljil nauk o kozmični vlogi zelenih rastlin. Rastline absorbirajo sončne žarke in pretvarjajo svetlobno energijo v energijo kemičnih vezi organskih spojin, ki jih sintetizirajo. Tako zagotavljajo ohranjanje in razvoj življenja na Zemlji. Znanstvenik je tudi teoretično utemeljil in eksperimentalno dokazal vlogo klorofila pri absorpciji svetlobe med fotosintezo.

Klorofili so glavni fotosintetski pigmenti. Po strukturi so podobni hemu hemoglobina, vendar vsebujejo magnezij namesto železa. Vsebnost železa je potrebna za zagotovitev sinteze molekul klorofila. Obstaja več klorofilov, ki se razlikujejo po svoji kemični strukturi. Obvezno za vse fototrofe je klorofil a . klorofilb najdemo v zelenih rastlinah klorofil c v diatomejah in rjavih algah. Klorofil d značilnost rdečih alg.

Zelene in vijolične fotosintetske bakterije imajo posebne bakterioklorofili . Fotosinteza bakterij ima veliko skupnega s fotosintezo rastlin. Razlikuje se po tem, da je pri bakterijah vodikov sulfid donor, pri rastlinah pa voda. Zelene in vijolične bakterije nimajo fotosistema II. Fotosintezo bakterij ne spremlja sproščanje kisika. Celotna enačba za bakterijsko fotosintezo je:

6C0 2 + 12H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 12S + 6H 2 0.

Fotosinteza temelji na redoks procesu. Povezan je s prenosom elektronov iz spojin, ki dobavljajo donorje elektronov, na spojine, ki jih zaznavajo - akceptorje. Svetlobna energija se pretvori v energijo sintetiziranih organskih spojin (ogljikovih hidratov).

Membrane kloroplastov imajo posebno strukturo - reakcijski centri ki vsebujejo klorofil. Pri zelenih rastlinah in cianobakterijah dva fotosistemi – prvi (jaz) in drugič (II) , ki imajo različne reakcijske centre in so med seboj povezani preko elektronskega transportnega sistema.

Dve fazi fotosinteze

Proces fotosinteze je sestavljen iz dveh faz: svetle in temne.

Pojavi se le ob prisotnosti svetlobe na notranjih membranah mitohondrijev v membranah posebnih struktur - tilakoidi . Fotosintetični pigmenti zajemajo svetlobne kvante (fotone). To vodi do "vzbujanja" enega od elektronov molekule klorofila. S pomočjo nosilnih molekul se elektron premakne na zunanjo površino tilakoidne membrane in pridobi določeno potencialno energijo.

Ta elektron je fotosistem I se lahko vrne na svojo energijsko raven in jo obnovi. Prenaša se lahko tudi NADP (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat). V interakciji z vodikovimi ioni elektroni obnovijo to spojino. Reducirani NADP (NADP H) dovaja vodik za redukcijo atmosferskega CO 2 v glukozo.

Podobni procesi potekajo v fotosistem II . Vzbujene elektrone je mogoče prenesti v fotosistem I in ga obnoviti. Obnova fotosistema II se pojavi zaradi elektronov, ki jih dovajajo molekule vode. Molekule vode se razgradijo (fotoliza vode) v vodikove protone in molekularni kisik, ki se sprosti v ozračje. Elektroni se uporabljajo za obnovitev fotosistema II. Enačba fotolize vode:

2Н 2 0 → 4Н + + 0 2 + 2е.

Ko se elektroni vrnejo z zunanje površine tilakoidne membrane na prejšnjo energijsko raven, se energija sprosti. Shranjuje se v obliki kemičnih vezi molekul ATP, ki se sintetizirajo med reakcijami v obeh fotosistemih. Imenuje se proces sinteze ATP z ADP in fosforno kislino fotofosforilacija . Nekaj ​​energije se porabi za izhlapevanje vode.

V svetlobni fazi fotosinteze nastajata energijsko bogati spojini: ATP in NADP H. Pri razpadu (fotolizi) molekule vode se v ozračje sprosti molekularni kisik.

Reakcije potekajo v notranjem okolju kloroplastov. Lahko se pojavijo s svetlobo ali brez nje. Organske snovi se sintetizirajo (CO 2 se reducira v glukozo) z uporabo energije, ki je nastala v svetlobni fazi.

Proces redukcije ogljikovega dioksida je cikličen in se imenuje Calvinov cikel . Poimenovan po ameriškem raziskovalcu M. Calvinu, ki je odkril ta ciklični proces.

Cikel se začne z reakcijo atmosferskega ogljikovega dioksida z ribuloznim bifosfatom. Encim katalizira proces karboksilaze . Ribulozni bifosfat je sladkor s petimi ogljikovimi atomi, kombiniran z dvema ostankoma fosforne kisline. Obstaja več kemijskih transformacij, od katerih vsaka katalizira svoj specifični encim. Kako nastane končni produkt fotosinteze? glukoza , zmanjša pa se tudi ribuloza bifosfat.

Celotna enačba procesa fotosinteze:

6C0 2 + 6H 2 0 → C 6 H 12 O 6 + 60 2

Zahvaljujoč procesu fotosinteze se svetlobna energija Sonca absorbira in pretvori v energijo kemičnih vezi sintetiziranih ogljikovih hidratov. Energija se po prehranjevalnih verigah prenaša do heterotrofnih organizmov. Med fotosintezo se absorbira ogljikov dioksid in sprošča kisik. Ves atmosferski kisik je fotosintetskega izvora. Letno se sprosti več kot 200 milijard ton prostega kisika. Kisik ščiti življenje na Zemlji pred ultravijoličnim sevanjem in ustvarja ozonski ščit v ozračju.

Proces fotosinteze je neučinkovit, saj se le 1-2 % sončne energije prenese v sintetizirano organsko snov. To je posledica dejstva, da rastline ne absorbirajo dovolj svetlobe, del je absorbira atmosfera itd. Večina sončne svetlobe se odbije od površine Zemlje nazaj v vesolje.

Obstajajo tri vrste plastidov:

• kloroplasti- zelena, funkcija - fotosinteza
• kromoplasti- rdeča in rumena, so razpadli kloroplasti, lahko dajo svetlo barvo cvetnim listom in sadju.
• levkoplasti- brezbarvna, funkcija - zaloga snovi.

Zgradba kloroplastov

prekrita z dvema membranama. Zunanja membrana je gladka, notranja ima izrastke v notranjosti - tilakoide. Skladi kratkih tilakoidov se imenujejo zrna, povečajo površino notranje membrane, da bi na njej sprejeli čim več encimov za fotosintezo.

Notranje okolje kloroplasta se imenuje stroma. Vsebuje krožno DNA in ribosome, zaradi katerih kloroplasti samostojno tvorijo del beljakovin zase, zato jih imenujemo polavtonomni organeli. (Verjamemo, da so bili prejšnji plastidi proste bakterije, ki jih je velika celica absorbirala, vendar jih ni prebavila.)

Fotosinteza (enostavna)

V zelenih listih na svetlobi
V kloroplastih s klorofilom
Iz ogljikovega dioksida in vode
Sintetizirata se glukoza in kisik.

Fotosinteza (srednja težavnost)

1. Lahka faza.
Nastaja na svetlobi v zrnih kloroplastov. Pod delovanjem svetlobe pride do razgradnje (fotolize) vode, pridobiva se kisik, ki se oddaja, ter atomi vodika (NADP-H) in energija ATP, ki se porabijo v naslednji fazi.

2. Temna faza.
Pojavlja se tako na svetlobi kot v temi (svetloba ni potrebna), v stromi kloroplastov. Iz ogljikovega dioksida, pridobljenega iz okolja, in vodikovih atomov, pridobljenih v prejšnji stopnji, se zaradi energije ATP, pridobljene v prejšnji stopnji, sintetizira glukoza.

1. Vzpostavite ujemanje med procesom fotosinteze in fazo, v kateri se pojavi: 1) svetloba, 2) tema. Zapiši številki 1 in 2 v pravilnem vrstnem redu.
A) nastanek molekul NADP-2H
B) sproščanje kisika
C) sinteza monosaharida
D) sinteza molekul ATP
D) dodajanje ogljikovega dioksida ogljikovim hidratom

Odgovori

2. Vzpostavite ujemanje med značilnostjo in fazo fotosinteze: 1) svetloba, 2) temno. Zapiši številki 1 in 2 v pravilnem vrstnem redu.
A) fotoliza vode
B) fiksacija ogljikovega dioksida
C) cepitev molekul ATP
D) vzbujanje klorofila s svetlobnimi kvanti
D) sinteza glukoze

Odgovori

3. Vzpostavite ujemanje med procesom fotosinteze in fazo, v kateri se pojavi: 1) svetloba, 2) tema. Zapiši številki 1 in 2 v pravilnem zaporedju.
A) tvorba molekul NADP * 2H
B) sproščanje kisika
B) sinteza glukoze
D) sinteza molekul ATP
D) rekuperacija ogljikovega dioksida

Odgovori

4. Vzpostavite ujemanje med procesi in fazo fotosinteze: 1) svetloba, 2) tema. Zapišite številki 1 in 2 v vrstnem redu, ki ustreza črkam.
A) polimerizacija glukoze
B) vezava ogljikovega dioksida
B) Sinteza ATP
D) fotoliza vode
E) nastanek vodikovih atomov
E) sinteza glukoze

Odgovori

5. Vzpostavite ujemanje med fazami fotosinteze in njihovimi značilnostmi: 1) svetloba, 2) tema. Zapišite številki 1 in 2 v vrstnem redu, ki ustreza črkam.
A) Izvede se fotoliza vode
B) Nastane ATP
B) kisik se sprošča v ozračje
D) nadaljuje s porabo energije ATP
D) Reakcije lahko potekajo tako na svetlobi kot v temi.

Odgovori

OBLIKOVANJE 6:
A) obnovitev NADP +
B) transport vodikovih ionov skozi membrano
C) pretvorba NADP-2R v NADP+

D) gibanje vzbujenih elektronov

Analizirajte tabelo. Izpolnite prazne celice tabele s pojmi in izrazi, podanimi na seznamu. Za vsako celico s črkami izberite ustrezen izraz s ponujenega seznama.
1) tilakoidne membrane
2) svetlobna faza
3) fiksacija anorganskega ogljika
4) fotosinteza vode
5) temna faza
6) celična citoplazma

Odgovori

Izberite tri možnosti. Za temno fazo fotosinteze je značilno
1) potek procesov na notranjih membranah kloroplastov
2) sinteza glukoze
3) fiksacija ogljikovega dioksida
4) potek procesov v stromi kloroplastov
5) prisotnost fotolize vode
6) tvorba ATP

Odgovori

1. Spodaj navedeni znaki, razen dveh, se uporabljajo za opis zgradbe in delovanja organoida prikazane celice. Določite dva znaka, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedena.

2) kopiči molekule ATP
3) zagotavlja fotosintezo

5) ima delno avtonomijo

Odgovori

2. Za opis celičnega organoida, prikazanega na sliki, lahko uporabimo vse spodaj navedene znake, razen dveh. Določite dva znaka, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedena.
1) enomembranski organoid
2) sestoji iz krist in kromatina
3) vsebuje krožno DNK
4) sintetizira lastne beljakovine
5) sposoben delitve

Odgovori

Vse spodnje značilnosti, razen dveh, lahko uporabimo za opis strukture in funkcij kloroplasta. Določite dva znaka, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedena.
1) je dvomembranski organoid
2) ima svojo zaprto molekulo DNA
3) je polavtonomni organoid
4) tvori delitveno vreteno
5) napolnjen s celičnim sokom s saharozo

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Celični organel, ki vsebuje molekulo DNA
1) ribosom
2) kloroplast
3) celično središče
4) Golgijev kompleks

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Pri sintezi katere snovi sodelujejo vodikovi atomi v temni fazi fotosinteze?
1) NADF-2N
2) glukoza
3) ATP
4) voda

Odgovori

Vse spodnje znake, razen dveh, lahko uporabimo za določanje procesov svetlobne faze fotosinteze. Določite dva znaka, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedena.
1) fotoliza vode


4) tvorba molekularnega kisika

Odgovori

Izberite dva pravilna odgovora izmed petih in zapišite številke, pod katerimi sta navedena. V svetlobni fazi fotosinteze v celici
1) kisik nastane kot posledica razgradnje molekul vode
2) ogljikovi hidrati se sintetizirajo iz ogljikovega dioksida in vode
3) s tvorbo škroba pride do polimerizacije molekul glukoze
4) Sintetizirajo se molekule ATP
5) energija molekul ATP se porabi za sintezo ogljikovih hidratov

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Kateri celični organel vsebuje DNK
1) vakuola
2) ribosom
3) kloroplast
4) lizosom

Odgovori

V besedilo "Sinteza organskih snovi v rastlini" vnesite manjkajoče pojme s predlaganega seznama z uporabo digitalnih simbolov za to. Zapišite izbrane številke v vrstnem redu, ki ustreza črkam. Rastline hranijo energijo, ki jo potrebujejo za preživetje, v obliki organskih snovi. Te snovi se sintetizirajo med __________ (A). Ta proces poteka v celicah listov v __________ (B) - posebnih zelenih plastidih. Vsebujejo posebno zeleno snov - __________ (B). Predpogoj za nastanek organskih snovi poleg vode in ogljikovega dioksida je __________ (D).
Seznam izrazov:
1) dihanje
2) izhlapevanje
3) levkoplast
4) hrana
5) svetloba
6) fotosinteza
7) kloroplast
8) klorofil

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. V celicah poteka primarna sinteza glukoze v
1) mitohondrije
2) endoplazmatski retikulum
3) Golgijev kompleks
4) kloroplasti

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Molekule kisika v procesu fotosinteze nastanejo zaradi razgradnje molekul
1) ogljikov dioksid
2) glukoza
3) ATP
4) voda

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Ali so naslednje trditve o fotosintezi pravilne? A) V svetlobni fazi se energija svetlobe pretvori v energijo kemičnih vezi glukoze. B) Reakcije temne faze potekajo na tilakoidnih membranah, v katere vstopajo molekule ogljikovega dioksida.
1) samo A je res
2) samo B je res
3) obe trditvi sta pravilni
4) obe sodbi sta napačni

Odgovori

1. Nastavite pravilno zaporedje procesov med fotosintezo. Zapišite številke, pod katerimi so označeni v tabeli.
1) Uporaba ogljikovega dioksida
2) Nastajanje kisika
3) Sinteza ogljikovih hidratov
4) Sinteza molekul ATP
5) Vzbujanje klorofila

Odgovori

2. Nastavi pravilno zaporedje procesov fotosinteze.
1) pretvorba sončne energije v energijo ATP
2) nastanek vzbujenih elektronov klorofila
3) fiksacija ogljikovega dioksida
4) tvorba škroba
5) pretvorba energije ATP v energijo glukoze

Odgovori

3. Določite zaporedje procesov med fotosintezo. Zapišite ustrezno zaporedje številk.

2) Razgradnja ATP in sproščanje energije
3) sinteza glukoze
4) sinteza molekul ATP
5) vzbujanje klorofila

Odgovori

Izberite tri značilnosti zgradbe in delovanja kloroplastov
1) notranje membrane tvorijo kriste
2) v zrnih poteka veliko reakcij
3) v njih pride do sinteze glukoze
4) so ​​mesto sinteze lipidov
5) sestavljena iz dveh različnih delcev
6) dvomembranski organeli

Odgovori

Iz splošnega seznama poišči tri resnične trditve in v tabelo zapiši številke, pod katerimi so navedene. Med svetlobno fazo fotosinteze,
1) fotoliza vode
2) redukcija ogljikovega dioksida v glukozo
3) sinteza molekul ATP zaradi energije sončne svetlobe
4) kombinacija vodika z nosilcem NADP +
5) uporaba energije molekul ATP za sintezo ogljikovih hidratov

Odgovori

Vse spodaj navedene značilnosti, razen dveh, se lahko uporabijo za opis svetlobne faze fotosinteze. Določite dva znaka, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedena.
1) nastane stranski produkt - kisik
2) se pojavi v stromi kloroplasta
3) vezava ogljikovega dioksida
4) Sinteza ATP
5) fotoliza vode

Odgovori

Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Proces fotosinteze je treba obravnavati kot enega od pomembnih členov v kroženju ogljika v biosferi, saj med njegovim
1) rastline vnašajo ogljik iz nežive narave v živo
2) rastline sproščajo kisik v ozračje
3) organizmi med dihanjem sproščajo ogljikov dioksid
4) industrijska proizvodnja napolni ozračje z ogljikovim dioksidom

Odgovori

Vzpostavite ujemanje med stopnjami procesa in procesi: 1) fotosinteza, 2) biosinteza beljakovin. Zapiši številki 1 in 2 v pravilnem vrstnem redu.
A) sproščanje prostega kisika
B) tvorba peptidnih vezi med aminokislinami
C) Sinteza mRNK na DNK
D) postopek prevajanja
D) obnova ogljikovih hidratov
E) pretvorba NADP + v NADP 2H

Odgovori

Izberite celične organele in njihove strukture, ki sodelujejo v procesu fotosinteze.
1) lizosomi
2) kloroplasti
3) tilakoidi
4) zrna
5) vakuole
6) ribosomi

Odgovori

Spodaj navedeni izrazi, razen dveh, se uporabljajo za opis plastidov. Določite dva pojma, ki »izpadeta« s splošnega seznama, in v tabelo zapišite številke, pod katerimi sta navedena.
1) pigment
2) glikokaliks
3) grana
4) krista
5) tilakoid

Odgovori

Odgovori

Vse naslednje značilnosti, razen dveh, lahko uporabimo za opis procesa fotosinteze. Določite dve lastnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in v odgovor zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) Za izvedbo postopka se uporablja svetlobna energija.
2) Proces poteka v prisotnosti encimov.
3) Osrednjo vlogo v procesu ima molekula klorofila.
4) Proces spremlja razgradnja molekule glukoze.
5) Proces se ne more zgoditi v prokariontskih celicah.

Odgovori

Spodaj navedeni koncepti, razen dveh, se uporabljajo za opis temne faze fotosinteze. Določite dva pojma, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedena.
1) fiksacija ogljikovega dioksida
2) fotoliza
3) oksidacija NADP 2H
4) grana
5) stroma

Odgovori

Spodaj navedeni znaki, razen dveh, se uporabljajo za opis zgradbe in delovanja organoida prikazane celice. Določite dva znaka, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedena.
1) razcepi biopolimere v monomere
2) kopiči molekule ATP
3) zagotavlja fotosintezo
4) se nanaša na dvomembranske organele
5) ima delno avtonomijo

Odgovori

© D.V. Pozdnjakov, 2009-2019

fotosinteza- proces sinteze organskih snovi zaradi energije svetlobe. Organizmi, ki so sposobni sintetizirati organske snovi iz anorganskih spojin, se imenujejo avtotrofni. Fotosinteza je značilna samo za celice avtotrofnih organizmov. Heterotrofni organizmi ne morejo sintetizirati organskih snovi iz anorganskih spojin.
Celice zelenih rastlin in nekaterih bakterij imajo posebne strukture in komplekse kemikalij, ki jim omogočajo zajemanje energije sončne svetlobe.

Vloga kloroplastov v fotosintezi

V rastlinskih celicah so mikroskopske tvorbe - kloroplasti. To so organeli, v katerih se energija in svetloba absorbirata in pretvarjata v energijo ATP in drugih molekul – nosilcev energije. Zrna kloroplastov vsebujejo klorofil, kompleksno organsko snov. Klorofil zajema energijo svetlobe za uporabo v biosintezi glukoze in drugih organskih snovi. V kloroplastih se nahajajo tudi encimi, potrebni za sintezo glukoze.

Svetlobna faza fotosinteze

Kvant rdeče svetlobe, ki ga absorbira klorofil, spravi elektron v vzbujeno stanje. S svetlobo vzbujen elektron pridobi veliko zalogo energije, zaradi česar se premakne na višjo energijsko raven. S svetlobo vzbujen elektron lahko primerjamo z v višino dvignjenim kamnom, ki prav tako pridobi potencialno energijo. Izgubi jo s padcem z višine. Vzbujeni elektron se, kot v korakih, premika vzdolž verige kompleksnih organskih spojin, vgrajenih v kloroplast. Pri prehodu iz ene stopnje v drugo elektron izgubi energijo, ki se porabi za sintezo ATP. Elektron, ki je izgubil energijo, se vrne v klorofil. Nova količina svetlobne energije ponovno vzbudi klorofilni elektron. Ponovno gre po isti poti in porablja energijo za tvorbo molekul ATP.
Pri cepljenju molekul vode nastajajo vodikovi ioni in elektroni, potrebni za redukcijo molekul nosilcev energije. Razgradnjo molekul vode v kloroplastih izvaja poseben protein pod vplivom svetlobe. Ta proces se imenuje fotoliza vode.
Tako rastlinska celica neposredno uporablja energijo sončne svetlobe za:
1. vzbujanje elektronov klorofila, katerih energija se nadalje porabi za tvorbo ATP in drugih molekul nosilca energije;
2. fotoliza vode, dovajanje vodikovih ionov in elektronov v svetlobno fazo fotosinteze.
V tem primeru se kisik sprosti kot stranski produkt reakcij fotolize. Stopnja, v kateri zaradi energije svetlobe nastajajo energijsko bogate spojine - ATP in molekule nosilci energije, klical svetlobna faza fotosinteze.

Temna faza fotosinteze

Kloroplasti vsebujejo sladkorje s petimi ogljikovimi atomi, od katerih je eden ribuloza difosfat, je lovilec ogljikovega dioksida. Poseben encim veže petogljikov sladkor z ogljikovim dioksidom v zraku. Pri tem nastanejo spojine, ki se zaradi energije ATP in drugih molekul nosilcev energije reducirajo v šestogljikovo molekulo glukoze. Tako se svetlobna energija, ki se med svetlobno fazo pretvori v energijo ATP in drugih molekul nosilca energije, uporabi za sintezo glukoze. Ti procesi lahko potekajo v temi.
Kloroplaste je bilo mogoče izolirati iz rastlinskih celic, ki so v epruveti pod vplivom svetlobe izvajale fotosintezo - tvorile so nove molekule glukoze, medtem ko so absorbirale ogljikov dioksid. Če se je osvetlitev kloroplastov ustavila, se je tudi sinteza glukoze ustavila. Če pa bi kloroplastom dodali ATP in zmanjšane molekule nosilca energije, bi se sinteza glukoze nadaljevala in bi lahko potekala v temi. To pomeni, da je svetloba v resnici potrebna samo za sintezo ATP in polnjenje molekul nosilca energije. Absorpcija ogljikovega dioksida in tvorba glukoze v rastlinah klical temna faza fotosinteze ker lahko hodi v temi.
Intenzivna osvetlitev, povečan ogljikov dioksid v zraku vodijo do povečanja aktivnosti fotosinteze.

Fotosinteza brez klorofila

Prostorska lokalizacija

Fotosinteza rastlin se izvaja v kloroplastih: izoliranih dvomembranskih celičnih organelih. Kloroplasti so lahko v celicah plodov, stebel, vendar je glavni organ fotosinteze, anatomsko prilagojen za njeno upravljanje, list. V listu je s kloroplasti najbogatejše tkivo palisadnega parenhima. Pri nekaterih sukulentih z degeneriranimi listi (kot so kaktusi) je glavna fotosintezna aktivnost povezana s steblom.

Svetloba za fotosintezo se bolje zajame zaradi ploščate oblike lista, ki zagotavlja veliko razmerje med površino in prostornino. Voda se iz korenine dovaja skozi razvito mrežo žil (listne žile). Ogljikov dioksid vstopa deloma z difuzijo skozi povrhnjico in povrhnjico, večina pa ga prodre v list skozi želodce in skozi list skozi medceličnino. Rastline, ki izvajajo fotosintezo CAM, so oblikovale posebne mehanizme za aktivno asimilacijo ogljikovega dioksida.

Notranji prostor kloroplasta je napolnjen z brezbarvno vsebino (stroma) in prežet z membranami (lamelami), ki medsebojno združene tvorijo tilakoide, ti pa so združeni v sklade, imenovane grana. Intratilakoidni prostor je ločen in ne komunicira z ostalo stromo, domneva se tudi, da notranji prostor vseh tilakoidov komunicira med seboj. Svetlobne stopnje fotosinteze so omejene na membrane; avtotrofna fiksacija CO 2 poteka v stromi.

Kloroplasti imajo svojo DNA, RNA, ribosome (tip 70s), poteka sinteza beljakovin (čeprav je ta proces nadzorovan iz jedra). Ne sintetizirajo se ponovno, ampak nastanejo z delitvijo prejšnjih. Vse to je omogočilo, da jih štejemo za potomce prostih cianobakterij, ki so bile v procesu simbiogeneze vključene v sestavo evkariontske celice.

Fotosistem I

Kompleks za zbiranje svetlobe I vsebuje približno 200 molekul klorofila.

Reakcijsko središče prvega fotosistema vsebuje dimer klorofila a z absorpcijskim maksimumom pri 700 nm (P700). Po vzbujanju s kvantom svetlobe obnovi primarni akceptor - klorofil a, ki je sekundarni (vitamin K 1 ali filokinon), nakar se elektron prenese na feredoksin, ki s pomočjo encima feredoksin-NADP-reduktaze obnovi NADP.

Protein plastocianin, reduciran v kompleksu b 6 f, se transportira v reakcijski center prvega fotosistema s strani intratilakoidnega prostora in prenese elektron na oksidirani P700.

Ciklični in psevdociklični transport elektronov

Poleg zgoraj opisane popolne neciklične poti elektronov so bile najdene ciklične in psevdociklične poti.

Bistvo ciklične poti je, da feredoksin namesto NADP obnovi plastokinon, ki ga prenese nazaj v b 6 f kompleks. Rezultat je večji protonski gradient in več ATP, vendar ne NADPH.

V psevdociklični poti feredoksin reducira kisik, ki se nato pretvori v vodo in se lahko uporabi v fotosistemu II. Prav tako ne proizvaja NADPH.

temni oder

V temni fazi se s sodelovanjem ATP in NADPH CO 2 reducira v glukozo (C 6 H 12 O 6). Čeprav svetloba za ta proces ni potrebna, je vključena v njegovo regulacijo.

C 3 -fotosinteza, Calvinov cikel

V tretji fazi je vključenih 5 molekul PHA, ki se s tvorbo 4-, 5-, 6- in 7-ogljikovih spojin združijo v 3 5-ogljikov ribuloza-1,5-bifosfat, za kar je potreben 3ATP. .

Končno sta za sintezo glukoze potrebni dve PHA. Za nastanek ene njegove molekule je potrebnih 6 obratov cikla, 6 CO 2, 12 NADPH in 18 ATP.

C 4 -fotosinteza

Glavni članki: Hatch-Slack-Karpilov cikel, C4 fotosinteza

Pri nizki koncentraciji CO 2, raztopljenega v stromi, ribuloza bisfosfat karboksilaza katalizira oksidacijsko reakcijo ribuloza-1,5-bisfosfata in njegovo razgradnjo na 3-fosfoglicerinsko kislino in fosfoglikolno kislino, ki se prisilno uporablja v procesu fotorespiracije.

Za povečanje koncentracije CO 2 C 4 so rastline spremenile anatomijo lista. Calvinov cikel je pri njih lokaliziran v celicah ovojnice prevodnega snopa, medtem ko se v celicah mezofila pod delovanjem PEP-karboksilaze fosfoenolpiruvat karboksilira v oksaloocetno kislino, ki se spremeni v malat ali aspartat in se transportira do celic ovojnice, kjer se dekarboksilira s tvorbo piruvata, ki se vrne v celice mezofila.

S 4 fotosintezo praktično ne spremljajo izgube ribuloza-1,5-bisfosfata iz Calvinovega cikla, zato je bolj učinkovita. Vendar pa za sintezo 1 molekule glukoze ne potrebuje 18, ampak 30 ATP. To se obrestuje v tropih, kjer vroče podnebje zahteva, da so želodci zaprti, kar preprečuje vstop CO2 v list, in tudi pri ruderalni življenjski strategiji.

CAM fotosinteza

Kasneje so ugotovili, da rastline poleg sproščanja kisika absorbirajo ogljikov dioksid in s sodelovanjem vode na svetlobi sintetizirajo organske snovi. Robert Mayer je na podlagi zakona o ohranitvi energije predpostavil, da rastline pretvarjajo energijo sončne svetlobe v energijo kemičnih vezi. W. Pfeffer je ta proces poimenoval fotosinteza.

Klorofile sta prvič izolirala P. J. Peltier in J. Cavent. MS Tsvet je uspel ločiti pigmente in jih ločeno preučiti z metodo kromatografije, ki jo je ustvaril. Absorpcijske spektre klorofila je preučeval K. A. Timiryazev, ki je z razvojem Mayerjevih določb pokazal, da so absorbirani žarki omogočili povečanje energije sistema z ustvarjanjem visokoenergijskih C-C namesto šibkih C-O in O-H vezi. (pred tem je veljalo, da fotosinteza uporablja rumene žarke, ki jih pigmenti listov ne absorbirajo). To je bilo storjeno zahvaljujoč metodi, ki jo je ustvaril za upoštevanje fotosinteze z absorbiranim CO 2: med poskusi osvetlitve rastline s svetlobo različnih valovnih dolžin (različnih barv) se je izkazalo, da intenzivnost fotosinteze sovpada z intenzivnostjo fotosinteze. absorpcijski spekter klorofila.

Redoks bistvo fotosinteze (tako kisikove kot anoksigene) je postavil Cornelis van Niel. To je pomenilo, da kisik v fotosintezi v celoti nastane iz vode, kar je eksperimentalno potrdil A. P. Vinogradov v poskusih z izotopskim označevanjem. G. Robert Hill je ugotovil, da je mogoče ločiti proces oksidacije vode (in sproščanja kisika) ter asimilacijo CO 2 . V-D Arnon je vzpostavil mehanizem svetlobnih stopenj fotosinteze, bistvo procesa asimilacije CO 2 pa je razkril Melvin Calvin z uporabo izotopov ogljika v poznih 1940-ih, za to delo je prejel Nobelovo nagrado.

Druga dejstva

Poglej tudi

Literatura

• Hall D., Rao K. Fotosinteza: Per. iz angleščine. - M.: Mir, 1983.
• Fiziologija rastlin / ur. prof. Ermakova I. P. - M .: Akademija, 2007
• Molekularna biologija celice / Albertis B., Bray D. et al. V 3 zv. - M.: Mir, 1994
• Rubin A. B. Biofizika. V 2 zv. - M.: Ed. Moskovska univerza in znanost, 2004.
• Černavska N.M.,