Kur augos notiek fotosintēze? Fotosintēzes jēdziens, kur un kas notiek fotosintēzes gaismas fāzē

6СО2 + 24Н = С6Н12О6 + 6Н2О

Pēc tam no izveidotās glikozes tiek sintezēti sarežģītāki ogļhidrāti - polisaharīdi: ciete, celuloze.

Pievērsiet uzmanību! Tumšās fāzes fotosintēzes laikā veidojas glikoze - organiska viela, kas nepieciešama augu barošanai un enerģijas ražošanai.

Tālāk sniegtā fotosintēzes tabula palīdzēs jums labāk izprast šī procesa būtību.

Fotosintēzes fāžu salīdzinošā tabula

Lai gan Kalvina cikls ir raksturīgākais fotosintēzes tumšajai fāzei, dažiem tropiskajiem augiem raksturīgs Hatch-Slack cikls (C4 ceļš), kam ir savas īpašības.

Karboksilēšanas laikā Hatch-Slack ciklā veidojas nevis fosfoglicerīnskābe, bet gan citas, piemēram, oksaloetiķskābe, ābolskābe, asparagīnskābe.

Arī šo reakciju laikā oglekļa dioksīds uzkrājas augu šūnās un netiek noņemts ar gāzu apmaiņu, kā tas ir vairumā gadījumu.

Pēc tam šī gāze ir iesaistīta fotosintēzes reakcijās un glikozes veidošanā. Ir arī vērts atzīmēt, ka C4 fotosintēzes ceļš prasa vairāk enerģijas nekā Kalvina cikls. Galvenās reakcijas un veidošanās produkti Hatch-Slack ciklā neatšķiras no Kalvina cikla.

Pateicoties Hatch-Slack cikla reakcijām, fotoelpošana augos praktiski nenotiek, jo epidermas stomati ir slēgtā stāvoklī. Tas ļauj viņiem pielāgoties īpašiem dzīves apstākļiem:

• ārkārtējs karstums;
• sauss klimats;
• paaugstināts biotopu sāļums;
• CO2 trūkums.

Disimilācijas posmi: kas tas ir bioloģijā

Gaismas un tumšās fāzes salīdzinājums

Nozīme dabā

Pateicoties fotosintēzei, veidojas skābeklis - vitāli svarīga viela elpošanas procesiem un enerģijas uzkrāšanai šūnās, kas ļauj augt, attīstīties, vairoties dzīviem organismiem un ir tieši iesaistīts visu cilvēka un cilvēka fizioloģisko sistēmu darbā. dzīvnieka ķermenis.

Svarīgi! Atmosfērā esošais skābeklis veido ozona lodi, kas pasargā visus organismus no bīstamā ultravioletā starojuma kaitīgās ietekmes.

Secinājums

Pateicoties spējai sintezēt skābekli un enerģiju, augi veido pirmo posmu visās barības ķēdēs, būdami ražotāji. Patērējot zaļos augus, visi heterotrofi (dzīvnieki, cilvēki) kopā ar pārtiku saņem vitāli svarīgus resursus. Pateicoties procesam, kas notiek zaļajos augos un zilaļģēs, tiek uzturēts nemainīgs atmosfēras gāzes sastāvs un dzīvība uz zemes.

Fotosintēze ir organisko vielu veidošanās process zaļajos augos. Fotosintēze radīja visu augu masu uz Zemes un piesātināja atmosfēru ar skābekli.

Kā augs barojas?

Iepriekš cilvēki bija pārliecināti, ka augi visas uzturā nepieciešamās vielas ņem no augsnes. Taču viena pieredze liecina, ka tas tā nav.

Augsnes podā tika iestādīts koks. Tajā pašā laikā tika izmērīta gan zemes, gan koka masa. Kad pēc dažiem gadiem abus vēlreiz nosvēra, atklājās, ka zemes masa ir samazinājusies tikai par dažiem gramiem, bet auga – par daudziem kilogramiem.

Augsnei tika pievienots tikai ūdens. No kurienes radās šie kilogrami augu masas?

No gaisa. Visas organiskās vielas augos rodas no atmosfēras oglekļa dioksīda un augsnes ūdens.

TOP 2 rakstikuri lasa kopā ar šo

Enerģija

Dzīvnieki un cilvēki ēd augus, lai iegūtu enerģiju dzīvībai. Šo enerģiju satur organisko vielu ķīmiskās saites. No kurienes viņa ir?

Ir zināms, ka augs nevar normāli augt bez gaismas. Gaisma ir enerģija, ar kuru augs veido sava ķermeņa organiskās vielas.

Nav svarīgi, kāda veida gaisma tā ir, saules vai elektriskā. Jebkurš gaismas stars nes enerģiju, kas kļūst par ķīmisko saišu enerģiju un, tāpat kā līme, notur atomus lielās organisko vielu molekulās.

Kur notiek fotosintēze?

Fotosintēze notiek tikai augu zaļajās daļās jeb precīzāk, īpašos augu šūnu orgānos – hloroplastos.

Rīsi. 1. Hloroplasti zem mikroskopa.

Hloroplasti ir plastida veids. Tie vienmēr ir zaļi, jo satur zaļo vielu – hlorofilu.

Hloroplastu no pārējās šūnas atdala membrāna, un tam ir grauda izskats. Hloroplasta iekšpusi sauc par stromu. Šeit sākas fotosintēzes procesi.

Rīsi. 2. Iekšējā struktūra hloroplasts.

Hloroplasti ir kā rūpnīca, kas saņem izejvielas:

• oglekļa dioksīds (formula – CO₂);
• ūdens (H₂O).

Ūdens nāk no saknēm, un oglekļa dioksīds nāk no atmosfēras caur īpašiem caurumiem lapās. Gaisma ir enerģija rūpnīcas darbībai, un iegūtās organiskās vielas ir produkts.

Pirmkārt, tiek ražoti ogļhidrāti (glikoze), bet pēc tam tie veido daudzas dažādas smaržas un garšas vielas, kuras tik ļoti mīl dzīvnieki un cilvēki.

No hloroplastiem iegūtās vielas tiek transportētas uz dažādiem auga orgāniem, kur tās tiek uzglabātas vai izmantotas.

Fotosintēzes reakcija

Kopumā fotosintēzes vienādojums izskatās šādi:

CO₂ + H2O = organiskā viela + O2 (skābeklis)

Zaļie augi pieder pie autotrofu grupas (tulkojumā “es baroju pats”) - organismiem, kuriem enerģijas iegūšanai nav vajadzīgi citi organismi.

Fotosintēzes galvenā funkcija ir organisko vielu radīšana, no kurām tiek veidots augu ķermenis.

Skābekļa izdalīšanās ir procesa blakusparādība.

Fotosintēzes nozīme

Fotosintēzes loma dabā ir ārkārtīgi liela. Paldies viņam par visu flora planētas.

Rīsi. 3. Fotosintēze.

Pateicoties fotosintēzei, augi:

• ir atmosfēras skābekļa avots;
• pārvērst saules enerģiju dzīvniekiem un cilvēkiem pieejamā formā.

Dzīvība uz Zemes kļuva iespējama, atmosfērā uzkrājot pietiekamu daudzumu skābekļa. Ne cilvēks, ne dzīvnieki nevarēja dzīvot tajos tālajos laikos, kad viņa tur nebija, vai arī viņa bija maz.

Kāda zinātne pēta fotosintēzes procesu?

Fotosintēze tiek pētīta dažādās zinātnēs, bet visvairāk botānikā un augu fizioloģijā.

Botānika ir zinātne par augiem, un tāpēc tās izpēte ir svarīga dzīves process augi.

Augu fizioloģija visdetalizētāk pēta fotosintēzi. Fizioloģijas zinātnieki ir konstatējuši, ka šis process ir sarežģīts un tam ir posmi:

• gaisma;
• tumšs

Tas nozīmē, ka fotosintēze sākas gaismā, bet beidzas tumsā.

Ko mēs esam iemācījušies?

Izpētījis šo tēmu 5.klasē bioloģijā fotosintēzi var īsi un skaidri izskaidrot kā organisko vielu veidošanās procesu no neorganiskām vielām (CO₂ un H₂O) augos. Tās pazīmes: tas notiek zaļajos plastidos (hloroplastos), tiek pavadīts ar skābekļa izdalīšanos un tiek veikts gaismas ietekmē.

Tests par tēmu

Ziņojuma izvērtēšana

Vidējais vērtējums: 4.5. Kopējais saņemto vērtējumu skaits: 793.

Fotosintēze ir biosintēze, kas sastāv no gaismas enerģijas pārvēršanas organiskos savienojumos. Gaismu fotonu veidā uztver krāsains pigments, kas saistīts ar neorganisku vai organisku elektronu donoru, un tas ļauj minerālmateriālu izmantot organisko savienojumu sintēzei (ražošanai).

Citiem vārdiem sakot, kas ir fotosintēze. Tas ir organisko vielu (cukura) sintezēšanas process no saules gaismas? Šī reakcija notiek hloroplastu līmenī, kas ir specializētas šūnu organellas, kas ļauj patērēt oglekļa dioksīdu un ūdeni, lai ražotu dioksīdu un organiskās molekulas, piemēram, glikozi.

Tas notiek divās fāzēs:

Gaismas fāze (fotofosforilēšana) – ir no gaismas atkarīgu fotoķīmisku (t.i., gaismas uztveršanas) reakciju kopums, kurā elektroni tiek transportēti caur abām fotosistēmām (PSI un PSII), lai iegūtu ATP (ar enerģiju bagātu molekulu) un NADPHH (samazinošu potenciālu). ).

Tādējādi fotosintēzes gaismas fāze ļauj tieši pārvērst gaismas enerģiju ķīmiskajā enerģijā. Tieši šī procesa rezultātā mūsu planētai tagad ir ar skābekli bagāta atmosfēra. Rezultātā augstākie augi spējuši dominēt uz Zemes virsmas, nodrošinot barību daudziem citiem organismiem, kas caur to barojas vai atrod patvērumu. Sākotnējā atmosfērā bija tādas gāzes kā amonijs, slāpeklis un oglekļa dioksīds, bet ļoti maz skābekļa. Augi ir atraduši veidu, kā šo CO2 tik bagātīgi pārvērst pārtikā, izmantojot saules gaismu.

Tumšā fāze atbilst pilnībā fermentatīvajam un no gaismas neatkarīgajam Kalvina ciklam, kurā oglekļa dioksīda un ūdens pārvēršanai ogļhidrātos izmanto adenozīna trifosfātu (ATP) un NADPH+H+ (nikotīna amīda adenīna dinukleotīda fosfātu). Šī otrā fāze ļauj absorbēt oglekļa dioksīdu.

Tas ir, šajā fotosintēzes fāzē, aptuveni piecpadsmit sekundes pēc CO absorbcijas, notiek sintēzes reakcija un parādās pirmie fotosintēzes produkti - cukuri: triozes, pentozes, heksozes, heptozes. Saharoze un ciete veidojas no noteiktām heksozēm. Papildus ogļhidrātiem, saistoties ar slāpekļa molekulu, var attīstīties arī lipīdi un olbaltumvielas.

Šis cikls pastāv aļģēs, mērenās joslas augos un visos kokos; šos augus sauc par "C3 augiem", kas ir svarīgākie bioķīmiskā cikla starpķermeņi, kuriem ir trīs oglekļa atomu (C3) molekula.

Šajā fāzē hlorofila enerģija pēc fotona absorbcijas ir 41 kcal uz molu, no kuras daļa tiek pārvērsta siltumā vai fluorescencē. Izotopu marķieru (18O) izmantošana parādīja, ka šī procesa laikā izdalītais skābeklis nāca no sadalītā ūdens, nevis no absorbētā oglekļa dioksīda.

Fotosintēze galvenokārt notiek augu lapās un reti (kādreiz) kātos utt. Tipiskas lapas daļas ir: augšējā un apakšējā epiderma;

• mezofils;
• asinsvadu saišķis (vēnas);
• stomata.

Ja augšējās un apakšējās epidermas šūnas nav hloroplasti, fotosintēze nenotiek. Faktiski tie galvenokārt kalpo kā aizsardzība pārējai lapas daļai.

Stomas ir caurumi, kas galvenokārt atrodas epidermas apakšējā daļā un nodrošina gaisa (CO un O2) apmaiņu. Asinsvadu kūlīši (vai dzīslas) lapā veido daļu no auga transporta sistēmas, pārvieto ūdeni un barības vielas ap augu pēc vajadzības. Mezofila šūnās ir hloroplasti, un tā ir fotosintēzes vieta.

Fotosintēzes mehānisms ir ļoti sarežģīts. Tomēr šie procesi bioloģijā ir īpaši svarīgi. Ja tiek pakļauti spēcīgai gaismai, hloroplasti (auga šūnas daļas, kas satur hlorofilu) veic fotosintēzi un savieno oglekļa dioksīdu (CO) ar saldūdeni, veidojot cukurus C6H12O6.

Reakcijas laikā tie pārvēršas par cieti C6H12O5, uz kvadrātdecimetru lapas virsmas vidēji 0,2 g cietes dienā. Visu operāciju pavada spēcīga skābekļa izdalīšanās.

Faktiski fotosintēzes process galvenokārt sastāv no ūdens molekulas fotolīzes.

Šī procesa formula ir šāda:

6 H 2 O + 6 CO 2 + gaisma = 6 O 2 + C 6 H 12 O 6

Ūdens + oglekļa dioksīds + gaisma = skābeklis + glikoze

• H 2 O = ūdens
• CO 2 = oglekļa dioksīds
• O2 = skābeklis
• C 6 H 12 O 6 = glikoze

Tulkojumā šis process nozīmē: augam ir vajadzīgas sešas ūdens molekulas + sešas oglekļa dioksīda un gaismas molekulas, lai reaģētu. Tā rezultātā ķīmiskā procesā veidojas sešas skābekļa un glikozes molekulas. Glikoze ir glikoze, ko augs izmanto kā izejvielu tauku un olbaltumvielu sintēzei. Sešas skābekļa molekulas ir tikai “nepieciešams ļaunums” augam, ko tas caur norobežojošajām šūnām nogādā vidē.

Kā jau minēts, ogļhidrāti ir vissvarīgākais tiešais organiskais fotosintēzes produkts lielākajā daļā zaļo augu. Augi ražo maz brīvas glikozes; tā vietā glikozes vienības tiek apvienotas, veidojot cieti, vai kopā ar fruktozi, citu cukuru, veidojot saharozi.

Fotosintēze rada vairāk nekā tikai ogļhidrātus kā kādreiz tika uzskatīts, bet arī:

• aminoskābes;
• olbaltumvielas;
• lipīdi (vai tauki);
• pigmenti un citi zaļo audu organiskie komponenti.

Minerāli nodrošina šo savienojumu veidošanai nepieciešamos elementus (piemēram, slāpekli, N; fosforu, P; sēru, S).

Tiek sarautas ķīmiskās saites starp skābekli (O) un oglekli (C), ūdeņradi (H), slāpekli un sēru, un produktos, kas ietver skābekļa gāzi (O2) un organiskos savienojumus, veidojas jauni savienojumi. Lai pārtrauktu saites starp skābekli un citiem elementiem (piemēram, ūdenī, nitrātiem un sulfātiem) ir nepieciešams vairāk enerģijas, nekā izdalās, kad produktos veidojas jaunas saites. Šī saistīšanas enerģijas atšķirība veido lielāko daļu gaismas enerģijas, kas tiek uzglabāta kā ķīmiskā enerģija fotosintēzes rezultātā iegūtajos organiskajos produktos. Veidojot sarežģītas molekulas no vienkāršām, tiek uzkrāta papildu enerģija.

Faktori, kas ietekmē fotosintēzes ātrumu

Fotosintēzes ātrumu nosaka skābekļa ražošanas ātrums vai nu uz zaļo augu audu masas (vai platības) vienību, vai uz kopējā hlorofila svara vienību.

Gaismas daudzums, oglekļa dioksīda padeve, temperatūra, ūdens apgāde un minerālu pieejamība ir svarīgākie vides faktori, kas ietekmē fotosintēzes reakcijas ātrumu sauszemes augos. Tās ātrumu nosaka arī augu suga un tā fizioloģiskais stāvoklis, piemēram, veselība, briedums un ziedēšana.

Fotosintēze notiek tikai auga hloroplastos (grieķu val. hlors = zaļš, loksnveidīgs). Hloroplasti pārsvarā ir atrodami palisādes, bet arī porainajos audos. Loksnes apakšpusē ir bloķējošas šūnas, kas koordinē gāzu apmaiņu. CO 2 ieplūst starpšūnu šūnās no ārpuses.

Fotosintēzei nepieciešams ūdens, transportē augu no iekšpuses caur ksilēmu šūnās. Zaļais hlorofils nodrošina saules gaismas absorbciju. Pēc tam, kad oglekļa dioksīds un ūdens tiek pārvērsti skābeklī un glikozē, aptverošās šūnas atveras un izdala skābekli vidē. Glikoze paliek šūnā, un augs to, cita starpā, pārvērš cietē. Stiprums ir salīdzināms ar polisaharīdu glikozi un tikai nedaudz šķīst, tā ka pat lielos ūdens zudumos augu atlieku stiprums.

Fotosintēzes nozīme bioloģijā

No gaismas, ko saņem lapa, 20% tiek atstaroti, 10% tiek pārraidīti un 70% faktiski tiek absorbēti, no kuriem 20% izkliedē siltumā, 48% tiek zaudēti fluorescences ietekmē. Apmēram 2% paliek fotosintēzei.

Pateicoties šim procesam, augi spēlē neaizvietojamu lomu uz Zemes virsmas; faktiski zaļie augi ar noteiktām baktēriju grupām ir vienīgās dzīvās būtnes, kas spēj ražot organiskās vielas no minerālelementiem. Tiek lēsts, ka katru gadu sauszemes augi no atmosfērā esošā oglekļa dioksīda nofiksē 20 miljardus tonnu oglekļa un 15 miljardus tonnu aļģes.

Zaļie augi ir galvenie primārie ražotāji, pirmais posms pārtikas ķēdē; nehlorofilu augi un zālēdāji un plēsēji (ieskaitot cilvēkus) ir pilnībā atkarīgi no fotosintēzes reakcijas.

Vienkāršota fotosintēzes definīcija mērķis ir pārvērst saules gaismas enerģiju ķīmiskajā enerģijā. Šo fotonisko ogļhidrātu biosintēzi iegūst no oglekļa dioksīda CO2, izmantojot gaismas enerģiju.

Tas ir, fotosintēze ir hlorofila augu ķīmiskās aktivitātes (sintēzes) rezultāts, kas no ūdens un minerālsāļiem ražo pamata bioķīmiskas organiskās vielas, pateicoties hloroplastu spējai uztvert daļu saules enerģijas.

Tādas pārsteidzošas un vitāli svarīgas parādības kā fotosintēze atklāšanas vēsture ir dziļi iesakņojusies pagātnē. Pirms vairāk nekā četriem gadsimtiem, 1600. gadā, beļģu zinātnieks Jans Van Helmonts veica vienkāršu eksperimentu. Viņš ielika vītola zaru maisā, kurā atradās 80 kg zemes. Zinātnieks reģistrēja vītola sākotnējo svaru un pēc tam piecus gadus laistīja augu tikai ar lietus ūdeni. Iedomājieties Jana Van Helmonta pārsteigumu, kad viņš atkārtoti nosvēra vītolu. Auga svars palielinājās par 65 kg, un zemes masa samazinājās tikai par 50 gramiem! Kur augs ieguva 64 kg 950 gramus barības vielu, zinātniekam paliek noslēpums!

Nākamais nozīmīgais eksperiments ceļā uz fotosintēzes atklāšanu piederēja angļu ķīmiķim Džozefam Prīstlijam. Zinātnieks nolika peli zem pārsega, un pēc piecām stundām grauzējs nomira. Kad Prīstlijs ielika ar peli piparmētras zariņu un arī grauzējam aizsedza cepuri, pele palika dzīva. Šis eksperiments noveda zinātnieku pie domas, ka pastāv process, kas ir pretējs elpošanai. Jans Ingenhauss 1779. gadā konstatēja faktu, ka tikai zaļās augu daļas spēj izdalīt skābekli. Trīs gadus vēlāk Šveices zinātnieks Žans Senebjē pierādīja, ka oglekļa dioksīds saules gaismas ietekmē sadalās zaļo augu organellās. Tikai piecus gadus vēlāk franču zinātnieks Žaks Boussingo, veicot laboratorijas pētījumus, atklāja faktu, ka ūdens uzsūkšanās augos notiek arī organisko vielu sintēzes laikā. Epohālu atklājumu 1864. gadā veica vācu botāniķis Jūlijs Sakss. Viņš spēja pierādīt, ka patērētā oglekļa dioksīda un izdalītā skābekļa daudzums notiek attiecībā 1:1.

Fotosintēze ir viens no nozīmīgākajiem bioloģiskajiem procesiem

Zinātniskā izteiksmē fotosintēze (no sengrieķu φῶς — gaisma un σύνθεσις — savienojums, saistīšanās) ir process, kurā no oglekļa dioksīda un ūdens gaismā veidojas organiskas vielas. Galvenā loma šajā procesā pieder fotosintēzes segmentiem.

Tēlaini runājot, auga lapu var salīdzināt ar laboratoriju, kuras logi vērsti uz saulaino pusi. Tieši tajā notiek organisko vielu veidošanās. Šis process ir visas dzīvības pastāvēšanas pamatā uz Zemes.

Daudzi pamatoti uzdos jautājumu: ko elpo cilvēki, kas dzīvo pilsētā, kur dienas laikā ar uguni nevar atrast pat koku vai zāles stiebru? Atbilde ir ļoti vienkārša. Fakts ir tāds, ka sauszemes augi veido tikai 20% no augu izdalītā skābekļa. Jūras aļģēm ir vadošā loma skābekļa ražošanā atmosfērā. Tie veido 80% no saražotā skābekļa. Runājot skaitļu valodā, gan augi, gan aļģes ik gadu atmosfērā izdala 145 miljardus tonnu (!) skābekļa! Ne velti pasaules okeānus sauc par "planētas plaušām".

Vispārējā fotosintēzes formula ir šāda:

Ūdens + Oglekļa dioksīds + Gaisma → Ogļhidrāti + Skābeklis

Kāpēc augiem nepieciešama fotosintēze?

Kā mēs uzzinājām, fotosintēze ir nepieciešams nosacījums cilvēka eksistencei uz Zemes. Tomēr tas nav vienīgais iemesls, kāpēc fotosintēzes organismi aktīvi ražo skābekli atmosfērā. Fakts ir tāds, ka gan aļģes, gan augi ik gadu veido vairāk nekā 100 miljardus organisko vielu (!), kas ir viņu dzīves aktivitātes pamatā. Atceroties Jana Van Helmonta eksperimentu, saprotam, ka fotosintēze ir augu uztura pamatā. Zinātniski pierādīts, ka 95% no ražas nosaka organiskās vielas, ko augs iegūst fotosintēzes procesā, bet 5% – minerālmēsli, ko dārznieks iestrādā augsnē.

Mūsdienu vasaras iedzīvotāji galveno uzmanību pievērš augu augsnes barošanai, aizmirstot par tās gaisa uzturu. Nav zināms, kādu ražu dārznieki varētu iegūt, ja viņi būtu uzmanīgi fotosintēzes procesā.

Taču ne augi, ne aļģes nevarētu tik aktīvi ražot skābekli un ogļhidrātus, ja tiem nebūtu pārsteidzoša zaļā pigmenta – hlorofila.

Zaļā pigmenta noslēpums

Galvenā atšķirība starp augu šūnām un citu dzīvo organismu šūnām ir hlorofila klātbūtne. Starp citu, tieši viņš ir atbildīgs par to, ka augu lapas ir zaļas. Šim sarežģītajam organiskajam savienojumam ir viena pārsteidzoša īpašība: tas spēj absorbēt saules gaismu! Pateicoties hlorofilam, kļūst iespējams arī fotosintēzes process.

Divi fotosintēzes posmi

Vienkārši izsakoties, fotosintēze ir process, kurā ūdens un oglekļa dioksīds, ko augs absorbē gaismā ar hlorofila palīdzību, veido cukuru un skābekli. Tādā veidā neorganiskās vielas pārsteidzoši tiek pārveidotas par organiskām. Pārvēršanas rezultātā iegūtais cukurs ir augu enerģijas avots.

Fotosintēzei ir divas stadijas: gaišā un tumšā.

Fotosintēzes gaismas fāze

To veic uz tilakoīdu membrānām.

Tilakoīdi ir membrānas ierobežotas struktūras. Tie atrodas hloroplasta stromā.

Notikumu secība fotosintēzes gaismas stadijā ir šāda:

1. Gaisma iedarbojas uz hlorofila molekulu, ko pēc tam absorbē zaļais pigments un izraisa to satraukumu. Molekulā iekļautais elektrons pāriet uz augstāku līmeni un piedalās sintēzes procesā.
2. Ūdens sadalās, kuras laikā elektronu ietekmē protoni pārvēršas ūdeņraža atomos. Pēc tam tie tiek tērēti ogļhidrātu sintēzei.
3. Gaismas stadijas pēdējā posmā tiek sintezēts ATP (adenozīntrifosfāts). Šī ir organiska viela, kas spēlē universāla enerģijas akumulatora lomu bioloģiskajās sistēmās.

Fotosintēzes tumšā fāze

Vieta, kur notiek tumšā fāze, ir hloroplastu stroma. Tumšajā fāzē tiek atbrīvots skābeklis un tiek sintezēta glikoze. Daudzi domās, ka šī fāze saņēma šo nosaukumu, jo process, kas notiek šajā posmā, notiek tikai naktī. Patiesībā tā nav gluži taisnība. Glikozes sintēze notiek visu diennakti. Fakts ir tāds, ka tieši šajā posmā gaismas enerģija vairs netiek patērēta, kas nozīmē, ka tā vienkārši nav vajadzīga.

Fotosintēzes nozīme augiem

Mēs jau esam noteikuši faktu, ka augiem fotosintēze ir nepieciešama ne mazāk kā mums. Ir ļoti viegli runāt par fotosintēzes mērogu skaitļu izteiksmē. Zinātnieki ir aprēķinājuši, ka sauszemes augi vien uzglabā tik daudz saules enerģijas, cik 100 megacities varētu patērēt 100 gadu laikā!

Augu elpošana ir pretējs fotosintēzes process. Augu elpošanas jēga ir atbrīvot enerģiju fotosintēzes procesā un novirzīt to augu vajadzībām. Vienkārši izsakoties, raža ir atšķirība starp fotosintēzi un elpošanu. Jo vairāk fotosintēzes un zemāka elpošana, jo lielāka raža, un otrādi!

Fotosintēze ir pārsteidzošs process, kas padara iespējamu dzīvību uz Zemes!

Dabā saules gaismas ietekmē notiek vitāls process, bez kura nevar iztikt neviena dzīva radība uz planētas Zeme. Reakcijas rezultātā gaisā izdalās skābeklis, kuru mēs elpojam. Šo procesu sauc par fotosintēzi. Kas ir fotosintēze no zinātniskā viedokļa un kas notiek augu šūnu hloroplastos, mēs apsvērsim tālāk.

Fotosintēze bioloģijā ir organisko vielu un skābekļa pārveide no neorganiskiem savienojumiem saules enerģijas ietekmē. Tas ir raksturīgs visiem fotoautotrofiem, kas paši spēj ražot organiskos savienojumus.

Pie šādiem organismiem pieder augi, zaļās un purpursarkanās baktērijas un zilaļģes (zilaļģes).

Fotoautotrofie augi absorbē ūdeni no augsnes un oglekļa dioksīdu no gaisa. Saules enerģijas ietekmē veidojas glikoze, kas pēc tam tiek pārveidota par polisaharīdu - cieti, kas nepieciešama augu organismiem uzturam un enerģijas ražošanai. Apkārtējā vidē izdalās skābeklis – svarīga viela, ko elpošanai izmanto visi dzīvie organismi.

Kā notiek fotosintēze. Ķīmisko reakciju var attēlot, izmantojot šādu vienādojumu:

6СО2 + 6Н2О + E = С6Н12О6 + 6О2

Fotosintētiskās reakcijas notiek augos šūnu līmenī, proti, hloroplastos, kas satur galveno pigmentu hlorofilu. Šis savienojums ne tikai piešķir augiem to zaļo krāsu, bet arī aktīvi piedalās pašā procesā.

Lai labāk izprastu procesu, jums jāiepazīstas ar zaļo organellu - hloroplastu - struktūru.

Hloroplastu struktūra

Hloroplasti ir šūnu organellas, kas atrodamas tikai augos un zilaļģēs. Katrs hloroplasts ir pārklāts ar dubultu membrānu: ārējo un iekšējo. Hloroplasta iekšējā daļa ir piepildīta ar stromu - galveno vielu, kuras konsistence atgādina šūnas citoplazmu.

Hroloplasta struktūra

Hloroplasta stroma sastāv no:

• tilakoīdi - struktūras, kas atgādina plakanus maisiņus, kas satur pigmenta hlorofilu;
• gran - tilakoīdu grupas;
• lamella - kanāliņi, kas savieno tilakoīdu granu.

Katra grana izskatās kā monētu kaudze, kur katra monēta ir tilakoīds, bet lamele ir plaukts, uz kura tiek izliktas granas. Turklāt hloroplastiem ir sava ģenētiskā informācija, ko attēlo divpavedienu DNS virknes, kā arī ribosomas, kas piedalās olbaltumvielu, eļļas pilienu un cietes graudu sintēzē.

Noderīgs video: fotosintēze

Galvenās fāzes

Fotosintēzei ir divas mainīgas fāzes: gaišā un tumšā. Katram ir savas īpašības un produkti, kas veidojas noteiktu reakciju laikā. Divas fotosistēmas, kas izveidotas no papildu gaismas ieguves pigmentiem hlorofila un karotinoīda, nodod enerģiju galvenajam pigmentam. Rezultātā gaismas enerģija tiek pārvērsta ķīmiskajā enerģijā – ATP (adenozīntrifosforskābe). Kas notiek fotosintēzes procesos.

Gaisma

Gaismas fāze notiek, kad gaismas fotoni skar augu. Hloroplastā tas notiek uz tilakoīdu membrānām.

Galvenie procesi:

1. Photosystem I pigmenti sāk “absorbēt” saules enerģijas fotonus, kas tiek pārraidīti uz reakcijas centru.
2. Gaismas fotonu ietekmē pigmenta molekulā (hlorofilā) tiek “uzbudināti” elektroni.
3. “Satrauktais” elektrons tiek pārnests uz tilakoīda ārējo membrānu, izmantojot transporta proteīnus.
4. Tas pats elektrons mijiedarbojas ar komplekso savienojumu NADP (nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfātu), reducējot to līdz NADP*H2 (šis savienojums ir iesaistīts tumšajā fāzē).

Līdzīgi procesi notiek fotosistēmā II. “Satrauktie” elektroni atstāj reakcijas centru un tiek pārnesti uz tilakoīdu ārējo membrānu, kur tie saistās ar elektronu akceptoru, atgriežas fotosistēmā I un atjauno to.

Fotosintēzes gaismas fāze

Kā tiek atjaunota fotosistēma II? Tas notiek ūdens fotolīzes dēļ - H2O sadalīšanās reakcijas rezultātā. Pirmkārt, ūdens molekula dod elektronus II fotosistēmas reakcijas centram, kā rezultātā notiek tā samazināšana. Pēc tam ūdens pilnībā sadalās ūdeņradī un skābeklī. Pēdējais iekļūst vidē caur lapu epidermas stomatu.

Ūdens fotolīzi var attēlot, izmantojot vienādojumu:

2H2O = 4H + 4e + O2

Turklāt gaismas fāzē tiek sintezētas ATP molekulas - ķīmiskā enerģija, kas nonāk glikozes veidošanā. Tilakoīdu membrāna satur fermentatīvu sistēmu, kas piedalās ATP veidošanā. Šis process notiek tāpēc, ka ūdeņraža jons tiek pārnests caur īpaša fermenta kanālu no iekšējā apvalka uz ārējo apvalku. Pēc tam tiek atbrīvota enerģija.

Svarīgi zināt! Fotosintēzes gaismas fāzē tiek ražots skābeklis, kā arī ATP enerģija, kas tiek izmantota monosaharīdu sintēzei tumšajā fāzē.

Tumšs

Tumšās fāzes reakcijas notiek visu diennakti, pat bez saules gaismas klātbūtnes. Fotosintētiskās reakcijas notiek hloroplasta stromā (iekšējā vidē). Sīkāk šo priekšmetu pētīja Melvins Kalvins, kuram par godu tumšās fāzes reakcijas nosauktas par Kalvina ciklu jeb C3 – ceļu.

Šis cikls notiek 3 posmos:

1. Karboksilēšana.
2. Atveseļošanās.
3. Akceptoru reģenerācija.

Karboksilēšanas laikā viela, ko sauc par ribulozes bisfosfātu, apvienojas ar oglekļa dioksīda daļiņām. Šim nolūkam tiek izmantots īpašs ferments - karboksilāze. Izveidojas nestabils sešu oglekļa savienojums, kas gandrīz uzreiz sadalās 2 PGA (fosfoglicerīnskābes) molekulās.

Lai atjaunotu PHA, tiek izmantota ATP un NADP*H2 enerģija, kas veidojas gaismas fāzē. Secīgas reakcijas rada trikarbona cukuru ar fosfātu grupu.

Akceptoru reģenerācijas laikā daļa no PGA molekulām tiek izmantota, lai atjaunotu ribulozes bisfosfāta molekulas, kas ir CO2 akceptors. Turklāt secīgu reakciju rezultātā veidojas monosaharīds - glikoze. Visiem šiem procesiem tiek izmantota gaismas fāzē izveidotā ATP enerģija, kā arī NADP*H2.

Procesiem, kuros 6 oglekļa dioksīda molekulas tiek pārveidotas par 1 glikozes molekulu, ir jāsadala 18 ATP molekulas un 12 NADP*H2 molekulas. Šos procesus var attēlot, izmantojot šādu vienādojumu:

6СО2 + 24Н = С6Н12О6 + 6Н2О

Pēc tam no izveidotās glikozes tiek sintezēti sarežģītāki ogļhidrāti - polisaharīdi: ciete, celuloze.

Pievērsiet uzmanību! Tumšās fāzes fotosintēzes laikā veidojas glikoze - organiska viela, kas nepieciešama augu barošanai un enerģijas ražošanai.

Tālāk sniegtā fotosintēzes tabula palīdzēs jums labāk izprast šī procesa būtību.

Fotosintēzes fāžu salīdzinošā tabula

Lai gan Kalvina cikls ir raksturīgākais fotosintēzes tumšajai fāzei, dažiem tropiskajiem augiem raksturīgs Hatch-Slack cikls (C4 ceļš), kam ir savas īpašības. Karboksilēšanas laikā Hatch-Slack ciklā veidojas nevis fosfoglicerīnskābe, bet gan citas, piemēram, oksaloetiķskābe, ābolskābe, asparagīnskābe. Arī šo reakciju laikā oglekļa dioksīds uzkrājas augu šūnās un netiek noņemts ar gāzu apmaiņu, kā tas ir vairumā gadījumu.

Pēc tam šī gāze ir iesaistīta fotosintēzes reakcijās un glikozes veidošanā. Ir arī vērts atzīmēt, ka C4 fotosintēzes ceļš prasa vairāk enerģijas nekā Kalvina cikls. Galvenās reakcijas un veidošanās produkti Hatch-Slack ciklā neatšķiras no Kalvina cikla.

Pateicoties Hatch-Slack cikla reakcijām, fotoelpošana augos praktiski nenotiek, jo epidermas stomati ir slēgtā stāvoklī. Tas ļauj viņiem pielāgoties īpašiem dzīves apstākļiem:

• ārkārtējs karstums;
• sauss klimats;
• paaugstināts biotopu sāļums;
• CO2 trūkums.

Gaismas un tumšās fāzes salīdzinājums

Nozīme dabā

Pateicoties fotosintēzei, veidojas skābeklis - vitāli svarīga viela elpošanas procesiem un enerģijas uzkrāšanai šūnās, kas ļauj augt, attīstīties, vairoties dzīviem organismiem un ir tieši iesaistīts visu cilvēka un cilvēka fizioloģisko sistēmu darbā. dzīvnieka ķermenis.

Svarīgi! Atmosfērā esošais skābeklis veido ozona lodi, kas pasargā visus organismus no bīstamā ultravioletā starojuma kaitīgās ietekmes.

Noderīgs video: gatavošanās vienotajam valsts eksāmenam bioloģijā - fotosintēze

Secinājums

Pateicoties spējai sintezēt skābekli un enerģiju, augi veido pirmo posmu visās barības ķēdēs, būdami ražotāji. Patērējot zaļos augus, visi heterotrofi (dzīvnieki, cilvēki) kopā ar pārtiku saņem vitāli svarīgus resursus. Pateicoties procesam, kas notiek zaļajos augos un zilaļģēs, tiek uzturēts nemainīgs atmosfēras gāzes sastāvs un dzīvība uz zemes.