Fotossíntese - este é um conjunto de processos para a síntese de compostos orgânicos a partir de inorgânicos devido à conversão de energia luminosa em energia de ligações químicas. As plantas verdes pertencem a organismos fototróficos, alguns procariontes - cianobactérias, bactérias sulfurosas roxas e verdes, flagelados de plantas.

As pesquisas sobre o processo de fotossíntese começaram na segunda metade do século XVIII. Uma importante descoberta foi feita pelo notável cientista russo K. A. Timiryazev, que fundamentou a teoria do papel cósmico das plantas verdes. As plantas absorvem os raios do sol e convertem a energia da luz na energia das ligações químicas dos compostos orgânicos sintetizados por elas. Assim, garantem a preservação e o desenvolvimento da vida na Terra. O cientista também fundamentou teoricamente e comprovou experimentalmente o papel da clorofila na absorção da luz durante a fotossíntese.

As clorofilas são os principais pigmentos fotossintéticos. Eles são semelhantes em estrutura ao heme da hemoglobina, mas contêm magnésio em vez de ferro. O teor de ferro é necessário para garantir a síntese de moléculas de clorofila. Existem várias clorofilas que diferem em sua estrutura química. Obrigatório para todos os fototróficos é clorofila a . Clorofilab encontrado em plantas verdes clorofila c em diatomáceas e algas marrons. Clorofila d característica das algas vermelhas.

As bactérias fotossintéticas verdes e roxas têm bacterioclorofilas . A fotossíntese das bactérias tem muito em comum com a fotossíntese das plantas. Difere que nas bactérias o sulfeto de hidrogênio é o doador e nas plantas é a água. As bactérias verdes e roxas não possuem fotossistema II. A fotossíntese bacteriana não é acompanhada pela liberação de oxigênio. A equação geral para a fotossíntese bacteriana é:

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

A fotossíntese é baseada em um processo redox. Está associado à transferência de elétrons de compostos-fornecedores de doadores de elétrons para compostos que os percebem - aceptores. A energia luminosa é convertida em energia de compostos orgânicos sintetizados (carboidratos).

As membranas de cloroplasto têm estruturas especiais - centros de reação que contêm clorofila. Em plantas verdes e cianobactérias, dois fotossistemas – primeiro eu) e segundo (II) , que possuem diferentes centros de reação e estão interligados através de um sistema de transporte de elétrons.

Duas fases da fotossíntese

O processo de fotossíntese consiste em duas fases: clara e escura.

Ocorre apenas na presença de luz nas membranas internas das mitocôndrias nas membranas de estruturas especiais - tilacóides . Os pigmentos fotossintéticos capturam os quanta de luz (fótons). Isso leva à "excitação" de um dos elétrons da molécula de clorofila. Com a ajuda de moléculas transportadoras, o elétron se move para a superfície externa da membrana tilacóide, adquirindo uma certa energia potencial.

Este elétron é fotossistema I pode retornar ao seu nível de energia e restaurá-lo. O NADP (nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato) também pode ser transmitido. Interagindo com íons de hidrogênio, os elétrons restauram esse composto. O NADP reduzido (NADP H) fornece hidrogênio para reduzir o CO 2 atmosférico em glicose.

Processos semelhantes ocorrem em fotossistema II . Os elétrons excitados podem ser transferidos para o fotossistema I e restaurá-lo. A restauração do fotossistema II ocorre devido aos elétrons fornecidos pelas moléculas de água. As moléculas de água se decompõem (fotólise da água) em prótons de hidrogênio e oxigênio molecular, que é liberado na atmosfera. Os elétrons são usados ​​para restaurar o fotossistema II. Equação de fotólise da água:

2× 2 0 → 4× + + 0 2 + 2å.

Quando os elétrons retornam da superfície externa da membrana tilacóide para o nível de energia anterior, a energia é liberada. Ele é armazenado na forma de ligações químicas de moléculas de ATP, que são sintetizadas durante as reações em ambos os fotossistemas. O processo de síntese de ATP com ADP e ácido fosfórico é chamado de fotofosforilação . Parte da energia é usada para evaporar a água.

Durante a fase leve da fotossíntese, formam-se compostos ricos em energia: ATP e NADP H. Durante o decaimento (fotólise) de uma molécula de água, o oxigênio molecular é liberado na atmosfera.

As reações ocorrem no ambiente interno dos cloroplastos. Podem ocorrer com ou sem luz. As substâncias orgânicas são sintetizadas (CO 2 é reduzido a glicose) usando a energia que foi formada na fase leve.

O processo de redução do dióxido de carbono é cíclico e é chamado de Ciclo de Calvin . Nomeado após o pesquisador americano M. Calvin, que descobriu este processo cíclico.

O ciclo começa com a reação do dióxido de carbono atmosférico com bifosfato de ribulose. A enzima catalisa o processo carboxilase . O bifosfato de ribulose é um açúcar de cinco carbonos combinado com dois resíduos de ácido fosfórico. Há uma série de transformações químicas, cada uma das quais catalisa sua própria enzima específica. Como é formado o produto final da fotossíntese? glicose , e o bifosfato de ribulose também é reduzido.

A equação geral do processo de fotossíntese:

6C0 2 + 6H 2 0 → C 6 H 12 O 6 + 60 2

Graças ao processo de fotossíntese, a energia luminosa do Sol é absorvida e convertida na energia das ligações químicas dos carboidratos sintetizados. A energia é transferida ao longo das cadeias alimentares para organismos heterotróficos. Durante a fotossíntese, o dióxido de carbono é absorvido e o oxigênio é liberado. Todo o oxigênio atmosférico é de origem fotossintética. Mais de 200 bilhões de toneladas de oxigênio livre são liberados anualmente. O oxigênio protege a vida na Terra da radiação ultravioleta, criando um escudo de ozônio na atmosfera.

O processo de fotossíntese é ineficiente, pois apenas 1-2% da energia solar é transferida para a matéria orgânica sintetizada. Isso se deve ao fato de que as plantas não absorvem luz suficiente, parte dela é absorvida pela atmosfera, etc. A maior parte da luz solar é refletida da superfície da Terra de volta ao espaço.

- síntese de substâncias orgânicas a partir de dióxido de carbono e água com o uso obrigatório de energia luminosa:

6CO 2 + 6H 2 O + Q luz → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Nas plantas superiores, o órgão da fotossíntese é a folha, as organelas da fotossíntese são os cloroplastos (a estrutura dos cloroplastos é a aula nº 7). As membranas tilacóides dos cloroplastos contêm pigmentos fotossintéticos: clorofilas e carotenóides. Existem vários tipos diferentes de clorofila ( a, b, c, d), sendo a principal a clorofila uma. Na molécula de clorofila, pode-se distinguir uma “cabeça” de porfirina com um átomo de magnésio no centro e uma “cauda” de fitol. A “cabeça” da porfirina é uma estrutura plana, hidrofílica e, portanto, situa-se na superfície da membrana voltada para o ambiente aquático do estroma. A "cauda" fitol é hidrofóbica e, portanto, mantém a molécula de clorofila na membrana.

A clorofila absorve a luz vermelha e azul-violeta, reflete o verde e, portanto, dá às plantas sua cor verde característica. As moléculas de clorofila nas membranas dos tilacóides são organizadas em fotossistemas. Plantas e algas verde-azuladas têm fotossistema-1 e fotossistema-2; bactérias fotossintéticas têm fotossistema-1. Apenas o fotossistema-2 pode decompor a água com a liberação de oxigênio e receber elétrons do hidrogênio da água.

A fotossíntese é um processo complexo de vários estágios; As reações de fotossíntese são divididas em dois grupos: reações fase leve e reações fase escura.

fase leve

Essa fase ocorre apenas na presença de luz nas membranas dos tilacóides com a participação da clorofila, proteínas transportadoras de elétrons e da enzima ATP sintetase. Sob a ação de um quantum de luz, os elétrons da clorofila são excitados, saem da molécula e entram no lado externo da membrana do tilacóide, que eventualmente se torna carregado negativamente. Moléculas de clorofila oxidada são restauradas retirando elétrons da água localizada no espaço intratilacoide. Isso leva à decomposição ou fotólise da água:

H 2 O + Q luz → H + + OH -.

Os íons hidroxila doam seus elétrons, transformando-se em radicais reativos. OH:

OH - → .OH + e - .

Radicals.OH se combinam para formar água e oxigênio livre:

4NÃO. → 2H 2 O + O 2.

Nesse caso, o oxigênio é removido para o ambiente externo e os prótons se acumulam dentro do tilacóide no "reservatório de prótons". Como resultado, a membrana tilacóide, por um lado, é carregada positivamente devido ao H +, por outro, negativamente devido aos elétrons. Quando a diferença de potencial entre os lados externo e interno da membrana tilacóide atinge 200 mV, os prótons são empurrados pelos canais da ATP sintetase e o ADP é fosforilado em ATP; hidrogênio atômico é usado para restaurar o transportador específico NADP + (nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato) para NADP H 2:

2H + + 2e - + NADP → NADP H 2.

Assim, a fotólise da água ocorre na fase leve, que é acompanhada por três processos principais: 1) síntese de ATP; 2) a formação de NADP·H 2; 3) a formação de oxigênio. O oxigênio se difunde na atmosfera, ATP e NADP·H 2 são transportados para o estroma do cloroplasto e participam dos processos da fase escura.

1 - estroma do cloroplasto; 2 - grana tilacóide.

fase escura

Esta fase ocorre no estroma do cloroplasto. Suas reações não requerem a energia da luz, por isso ocorrem não apenas na luz, mas também no escuro. As reações da fase escura são uma cadeia de transformações sucessivas de dióxido de carbono (vem do ar), levando à formação de glicose e outras substâncias orgânicas.

A primeira reação nesta cadeia é a fixação do dióxido de carbono; o aceptor de dióxido de carbono é um açúcar de cinco carbonos bifosfato de ribulose(RiBF); enzima catalisa a reação carboxilase de ribulose bifosfato(RiBP-carboxilase). Como resultado da carboxilação do bifosfato de ribulose, forma-se um composto instável de seis carbonos, que se decompõe imediatamente em duas moléculas. ácido fosfoglicérico(FGK). Em seguida, há um ciclo de reações em que, por meio de uma série de produtos intermediários, o ácido fosfoglicérico é convertido em glicose. Essas reações utilizam as energias do ATP e do NADP·H 2 formados na fase leve; O ciclo dessas reações é chamado de ciclo de Calvin:

6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.

Além da glicose, outros monômeros de compostos orgânicos complexos são formados durante a fotossíntese - aminoácidos, glicerol e ácidos graxos, nucleotídeos. Atualmente, existem dois tipos de fotossíntese: C 3 - e C 4 - fotossíntese.

C 3 - fotossíntese

Este é um tipo de fotossíntese em que os compostos de três carbonos (C3) são o primeiro produto. A fotossíntese C 3 foi descoberta antes da fotossíntese C 4 (M. Calvin). É a fotossíntese C3 que é descrita acima, sob o título "Fase escura". Características da fotossíntese C3: 1) RiBP é um aceptor de dióxido de carbono, 2) RiBP carboxilase catalisa a reação de carboxilação de RiBP, 3) como resultado da carboxilação de RiBP, um composto de seis carbonos é formado, que se decompõe em dois FHAs. FHA é restaurado para triose fosfatos(TF). Parte do TF é usada para regeneração de RiBP, parte é convertida em glicose.

1 - cloroplasto; 2 - peroxissomo; 3 - mitocôndria.

Esta é a captação de oxigênio dependente da luz e a liberação de dióxido de carbono. Ainda no início do século passado, descobriu-se que o oxigênio inibe a fotossíntese. Como se viu, não apenas o dióxido de carbono, mas também o oxigênio podem ser um substrato para a RiBP carboxilase:

O 2 + RiBP → fosfoglicolato (2С) + FHA (3С).

A enzima é chamada RiBP-oxigenase. O oxigênio é um inibidor competitivo da fixação de dióxido de carbono. O grupo fosfato é clivado e o fosfoglicolato torna-se glicolato, que a planta deve utilizar. Entra nos peroxissomos, onde é oxidado a glicina. A glicina entra na mitocôndria, onde é oxidada a serina, com a perda do carbono já fixado na forma de CO 2. Como resultado, duas moléculas de glicolato (2C + 2C) são convertidas em um FHA (3C) e CO 2. A fotorrespiração leva a uma diminuição no rendimento das plantas C 3 em 30-40% ( C 3 - plantas- plantas que se caracterizam pela fotossíntese C 3).

C 4 - fotossíntese - fotossíntese, em que o primeiro produto são compostos de quatro carbonos (C 4). Em 1965, descobriu-se que em algumas plantas (cana-de-açúcar, milho, sorgo, milheto) os primeiros produtos da fotossíntese são ácidos de quatro carbonos. Tais plantas são chamadas Com 4 plantas. Em 1966, os cientistas australianos Hatch e Slack mostraram que as plantas C 4 praticamente não têm fotorrespiração e absorvem dióxido de carbono com muito mais eficiência. O caminho das transformações do carbono em plantas C 4 passou a ser chamado de por Hatch-Slack.

As plantas C 4 são caracterizadas por uma estrutura anatômica especial da folha. Todos os feixes condutores são circundados por uma dupla camada de células: a externa são as células do mesofilo, a interna são as células de revestimento. O dióxido de carbono é fixado no citoplasma das células do mesofilo, o aceptor é fosfoenolpiruvato(PEP, 3C), como resultado da carboxilação de PEP, forma-se oxaloacetato (4C). O processo é catalisado PEP carboxilase. Em contraste com a RiBP carboxilase, a PEP carboxilase tem alta afinidade pelo CO 2 e, mais importante, não interage com O 2 . Nos cloroplastos do mesofilo, existem muitos granae, onde as reações da fase leve estão ocorrendo ativamente. Nos cloroplastos das células da bainha, ocorrem reações da fase escura.

O oxaloacetato (4C) é convertido em malato, que é transportado através dos plasmodesmos para as células de revestimento. Aqui é descarboxilado e desidratado para formar piruvato, CO 2 e NADP·H 2 .

O piruvato retorna às células do mesofilo e se regenera à custa da energia ATP na PEP. O CO 2 é novamente fixado pela RiBP carboxilase com a formação de FHA. A regeneração da PEP requer a energia do ATP, de modo que quase duas vezes mais energia é necessária do que com a fotossíntese C3.

A Importância da Fotossíntese

Graças à fotossíntese, bilhões de toneladas de dióxido de carbono são absorvidos da atmosfera todos os anos, bilhões de toneladas de oxigênio são liberados; a fotossíntese é a principal fonte de formação de substâncias orgânicas. A camada de ozônio é formada a partir do oxigênio, que protege os organismos vivos da radiação ultravioleta de ondas curtas.

Durante a fotossíntese, uma folha verde utiliza apenas cerca de 1% da energia solar que incide sobre ela, a produtividade é de cerca de 1 g de matéria orgânica por 1 m 2 de superfície por hora.

Quimiossíntese

A síntese de compostos orgânicos a partir de dióxido de carbono e água, realizada não à custa da energia da luz, mas à custa da energia de oxidação de substâncias inorgânicas, é chamada de quimiossíntese. Os organismos quimiossintéticos incluem alguns tipos de bactérias.

Bactérias nitrificantes oxidar a amônia em nitroso e, em seguida, em ácido nítrico (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

bactérias de ferro converter ferro ferroso em óxido (Fe 2+ → Fe 3+).

Bactérias sulfurosas oxidar sulfureto de hidrogénio a enxofre ou ácido sulfúrico (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

Como resultado das reações de oxidação de substâncias inorgânicas, a energia é liberada, que é armazenada pelas bactérias na forma de ligações de alta energia de ATP. O ATP é usado para a síntese de substâncias orgânicas, que procede de forma semelhante às reações da fase escura da fotossíntese.

As bactérias quimiossintéticas contribuem para o acúmulo de minerais no solo, melhoram a fertilidade do solo, promovem o tratamento de águas residuais, etc.

Vamos para palestras №11“O conceito de metabolismo. Biossíntese de proteínas"

Vamos para palestras №13"Métodos de divisão de células eucarióticas: mitose, meiose, amitose"

A fotossíntese consiste em duas fases - clara e escura.

Na fase de luz, os quanta de luz (fótons) interagem com as moléculas de clorofila, como resultado, essas moléculas passam por um tempo muito curto para um estado "excitado" mais rico em energia. Então o excesso de energia de uma parte das moléculas "excitadas" é convertido em calor ou emitido na forma de luz. Outra parte é transferida para íons de hidrogênio, que estão sempre presentes em uma solução aquosa devido à dissociação da água. Os átomos de hidrogênio formados estão frouxamente conectados com moléculas orgânicas - portadores de hidrogênio. Os íons hidróxido de OH "doam seus elétrons para outras moléculas e se transformam em radicais OH livres. Os radicais OH interagem entre si, resultando na formação de água e oxigênio molecular:

4OH \u003d O2 + 2H2O Assim, a fonte de oxigênio molecular formada durante a fotossíntese e liberada na atmosfera é a fotólise - a decomposição da água sob a influência da luz. Além da fotólise da água, a energia da radiação solar é utilizada na fase clara para a síntese de ATP e ADP e fosfato sem a participação do oxigênio. Este é um processo muito eficiente: 30 vezes mais ATP é formado nos cloroplastos do que nas mitocôndrias das mesmas plantas com a participação do oxigênio. Desta forma, a energia necessária para os processos na fase escura da fotossíntese é acumulada.

No complexo de reações químicas da fase escura, para as quais a luz não é necessária, a ligação do CO2 ocupa um lugar fundamental. Essas reações envolvem moléculas de ATP sintetizadas durante a fase leve e átomos de hidrogênio formados durante a fotólise da água e associados a moléculas transportadoras:

6CO2 + 24H -» C6H12O6 + 6NEO

Assim, a energia da luz solar é convertida em energia de ligações químicas de compostos orgânicos complexos.

87. A importância da fotossíntese para as plantas e para o planeta.

A fotossíntese é a principal fonte de energia biológica, os autótrofos fotossintéticos a utilizam para sintetizar substâncias orgânicas a partir das inorgânicas, os heterótrofos existem devido à energia armazenada pelos autótrofos na forma de ligações químicas, liberando-a nos processos de respiração e fermentação. A energia recebida pela humanidade a partir da combustão de combustíveis fósseis (carvão, petróleo, gás natural, turfa) também é armazenada no processo de fotossíntese.

A fotossíntese é a principal entrada de carbono inorgânico no ciclo biológico. Todo o oxigênio livre na atmosfera é de origem biogênica e é um subproduto da fotossíntese. A formação de uma atmosfera oxidante (catástrofe do oxigênio) mudou completamente o estado da superfície terrestre, possibilitou o aparecimento da respiração e, posteriormente, após a formação da camada de ozônio, permitiu que a vida viesse à terra. O processo de fotossíntese é a base da nutrição de todos os seres vivos e também fornece à humanidade combustível (madeira, carvão, petróleo), fibras (celulose) e inúmeros compostos químicos úteis. A partir do dióxido de carbono e da água do ar durante a fotossíntese, cerca de 90-95% do peso seco da colheita é formado. Os 5-10% restantes são sais minerais e nitrogênio obtidos do solo.

O homem utiliza cerca de 7% dos produtos da fotossíntese para alimentação, como ração animal e como combustível e materiais de construção.

A fotossíntese, que é um dos processos mais comuns na Terra, determina os ciclos naturais de carbono, oxigênio e outros elementos e fornece a base material e energética para a vida em nosso planeta. A fotossíntese é a única fonte de oxigênio atmosférico.

A fotossíntese é um dos processos mais comuns na Terra, que determina o ciclo do carbono, O2 e outros elementos na natureza.É a base material e energética de toda a vida no planeta. Todos os anos, como resultado da fotossíntese, cerca de 8.1010 toneladas de carbono são ligadas na forma de matéria orgânica e até 1.011 toneladas de celulose são formadas. Devido à fotossíntese, as plantas terrestres formam cerca de 1,8 1011 toneladas de biomassa seca por ano; aproximadamente a mesma quantidade de biomassa vegetal é formada anualmente nos oceanos. A floresta tropical contribui com até 29% para a produção total de fotossíntese em terra, e a contribuição de florestas de todos os tipos é de 68%. A fotossíntese de plantas superiores e algas é a única fonte de O2 atmosférico. O surgimento na Terra há cerca de 2,8 bilhões de anos do mecanismo de oxidação da água com a formação de O2 é o evento mais importante da evolução biológica, que fez da luz do Sol a principal fonte - energia livre da biosfera, e a água - um fonte quase ilimitada de hidrogênio para a síntese de substâncias em organismos vivos. Como resultado, formou-se uma atmosfera de composição moderna, o O2 ficou disponível para a oxidação dos alimentos, e isso levou ao surgimento de organismos heterotróficos altamente organizados (substâncias orgânicas exógenas são usadas como fonte de carbono). O armazenamento total de energia da radiação solar na forma de produtos da fotossíntese é de cerca de 1,6 1021 kJ por ano, o que é cerca de 10 vezes maior do que o consumo energético atual da humanidade. Aproximadamente metade da energia da radiação solar incide na região visível do espectro (comprimento de onda l de 400 a 700 nm), que é usada para a fotossíntese (radiação fisiologicamente ativa, ou PAR). A radiação IR não é adequada para a fotossíntese de organismos produtores de oxigênio (plantas superiores e algas), mas é usada por algumas bactérias fotossintéticas.

Descoberta do processo de quimiossíntese por S.N. Vinogradsky. Característica do processo.

A quimiossíntese é o processo de síntese de substâncias orgânicas a partir do dióxido de carbono, que ocorre devido à energia liberada durante a oxidação da amônia, sulfeto de hidrogênio e outros produtos químicos durante a vida dos microrganismos. A quimiossíntese também tem outro nome - quimiolitoautotrofia. A descoberta da quimiossíntese por S. N. Vinogradovsky em 1887 mudou radicalmente as ideias da ciência sobre os tipos de metabolismo que são básicos para os organismos vivos. A quimiossíntese para muitos microrganismos é o único tipo de nutrição, pois eles são capazes de absorver dióxido de carbono como única fonte de carbono. Ao contrário da fotossíntese, a quimiossíntese usa energia em vez de energia luminosa, que é formada como resultado de reações redox.

Essa energia deve ser suficiente para a síntese do ácido adenosina trifosfórico (ATP), e sua quantidade deve ultrapassar 10 kcal/mol. Algumas das substâncias oxidáveis ​​doam seus elétrons para a cadeia já no nível do citocromo, e assim cria-se um consumo de energia adicional para a síntese do agente redutor. Na quimiossíntese, a biossíntese de compostos orgânicos ocorre devido à assimilação autotrófica do dióxido de carbono, ou seja, exatamente da mesma forma que na fotossíntese. Como resultado da transferência de elétrons ao longo da cadeia de enzimas respiratórias das bactérias, que são construídas na membrana celular, a energia é obtida na forma de ATP. Devido ao alto consumo de energia, todas as bactérias quimiossintéticas, exceto as de hidrogênio, formam pouca biomassa, mas ao mesmo tempo oxidam uma grande quantidade de substâncias inorgânicas. Bactérias de hidrogênio são usadas por cientistas para produzir proteínas e limpar a atmosfera de dióxido de carbono, especialmente em sistemas ecológicos fechados. Existe uma grande variedade de bactérias quimiossintéticas, a maioria delas pertencente a Pseudomonas, elas também são encontradas entre bactérias filamentosas e brotantes, leptospiras, spirillum e corinebactérias.

Exemplos do uso de quimiossíntese por procariontes.

A essência da quimiossíntese (processo descoberto pelo pesquisador russo Sergei Nikolaevich Vinogradsky) é o suprimento de energia do corpo devido às reações redox realizadas pelo próprio organismo com substâncias simples (inorgânicas). Exemplos de tais reações podem ser a oxidação de amônio a nitrito, ou ferro ferroso a férrico, sulfeto de hidrogênio a enxofre, etc. Apenas certos grupos de procariontes (bactérias no sentido amplo da palavra) são capazes de quimiossíntese. Devido à quimiossíntese, existem actualmente apenas os ecossistemas de algumas hidrotermais (lugares no fundo do oceano onde existem saídas de águas subterrâneas quentes ricas em substâncias reduzidas - hidrogénio, sulfureto de hidrogénio, sulfureto de ferro, etc.), bem como outros extremamente simples, constituídos por apenas de bactérias, ecossistemas encontrados em grandes profundidades em falhas rochosas em terra.

Bactérias - quimiossintéticos, destroem rochas, purificam águas residuais, participam da formação de minerais.

Com ou sem energia luminosa. É característico das plantas. Vamos considerar ainda quais são as fases escura e clara da fotossíntese.

Informação geral

O órgão da fotossíntese nas plantas superiores é a folha. Os cloroplastos atuam como organelas. As membranas de seus tilacóides contêm pigmentos fotossintéticos. São carotenóides e clorofilas. Estes últimos existem em várias formas (a, c, b, d). A principal delas é a a-clorofila. Sua molécula contém uma "cabeça" de porfirina com um átomo de magnésio localizado no centro, bem como uma "cauda" de fitol. O primeiro elemento é apresentado como uma estrutura plana. A "cabeça" é hidrofílica, portanto está localizada naquela parte da membrana que é direcionada para o meio aquático. Fitol "cauda" é hidrofóbico. Devido a isso, mantém a molécula de clorofila na membrana. A clorofila absorve a luz azul-violeta e vermelha. Eles também refletem o verde, dando às plantas sua cor característica. Nas membranas tilácticas, as moléculas de clorofila são organizadas em fotossistemas. As algas e plantas verde-azuladas são caracterizadas pelos sistemas 1 e 2. As bactérias fotossintéticas têm apenas o primeiro. O segundo sistema pode decompor H 2 O e liberar oxigênio.

Fase clara da fotossíntese

Os processos que ocorrem nas plantas são complexos e em vários estágios. Em particular, distinguem-se dois grupos de reacções. São as fases escura e clara da fotossíntese. Este último prossegue com a participação da enzima ATP, proteínas transportadoras de elétrons e clorofila. A fase leve da fotossíntese ocorre nas membranas dos tilactóides. Os elétrons da clorofila são excitados e saem da molécula. Depois disso, eles caem na superfície externa da membrana tiláctica. Ela, por sua vez, é carregada negativamente. Após a oxidação, inicia-se a restauração das moléculas de clorofila. Eles retiram elétrons da água que está presente no espaço intralacóide. Assim, a fase leve da fotossíntese prossegue na membrana durante o decaimento (fotólise): H 2 O + Q luz → H + + OH -

Os íons hidroxila são convertidos em radicais reativos doando seus elétrons:

OH - → .OH + e -

Os radicais OH se combinam e formam oxigênio livre e água:

4NÃO. → 2H 2 O + O 2.

Nesse caso, o oxigênio é removido para o meio circundante (externo) e os prótons são acumulados dentro do tilactóide em um "reservatório" especial. Como resultado, onde a fase leve da fotossíntese prossegue, a membrana tilactóide recebe uma carga positiva devido ao H + por um lado. Ao mesmo tempo, devido aos elétrons, é carregado negativamente.

Fosfirilação do ADP

Onde a fase de luz da fotossíntese prossegue, há uma diferença de potencial entre as superfícies interna e externa da membrana. Quando atinge 200 mV, os prótons são empurrados pelos canais da ATP sintetase. Assim, a fase leve da fotossíntese ocorre na membrana quando o ADP é fosforilado em ATP. Neste caso, o hidrogênio atômico é direcionado para a redução de um transportador especial de nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato NADP+ para NADP.H2:

2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2

A fase leve da fotossíntese envolve a fotólise da água. Ele, por sua vez, é acompanhado por três reações principais:

1. Síntese de ATP.
2. Educação NADP.H 2 .
3. A formação do oxigênio.

A fase leve da fotossíntese é acompanhada pela liberação deste último na atmosfera. NADP.H2 e ATP movem-se para o estroma do cloroplasto. Isso completa a fase de luz da fotossíntese.

Outro grupo de reações

A fase escura da fotossíntese não requer energia luminosa. Vai no estroma do cloroplasto. As reações são apresentadas como uma cadeia de transformações sequenciais de dióxido de carbono proveniente do ar. Como resultado, a glicose e outras substâncias orgânicas são formadas. A primeira reação é a fixação. RiBF atua como um aceptor de dióxido de carbono. O catalisador na reação é a ribulose bifosfato carboxilase (enzima). Como resultado da carboxilação de RiBP, um composto instável de seis carbonos é formado. Quase instantaneamente se decompõe em duas moléculas de FHA (ácido fosfoglicérico). Isto é seguido por um ciclo de reações, onde é transformado em glicose através de vários produtos intermediários. Eles usam as energias do NADP.H 2 e do ATP, que foram convertidas durante a fase leve da fotossíntese. O ciclo dessas reações é chamado de "ciclo de Calvin". Ela pode ser representada da seguinte forma:

6CO 2 + 24H+ + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O

Além da glicose, outros monômeros de compostos orgânicos (complexos) são formados durante a fotossíntese. Estes incluem, em particular, ácidos graxos, glicerol, aminoácidos, nucleotídeos.

Reações C3

Eles são um tipo de fotossíntese em que compostos de três carbonos são formados como o primeiro produto. É ele quem é descrito acima como o ciclo de Calvino. As características da fotossíntese C3 são:

1. RiBP é um aceitador de dióxido de carbono.
2. A reação de carboxilação é catalisada pela RiBP carboxilase.
3. Uma substância de seis carbonos é formada, que posteriormente se decompõe em 2 FHAs.

O ácido fosfoglicérico é reduzido a TF (triose fosfatos). Alguns deles são enviados para a regeneração do bifosfato de ribulose, e o restante é convertido em glicose.

Reações C4

Este tipo de fotossíntese é caracterizado pelo aparecimento de compostos de quatro carbonos como o primeiro produto. Em 1965, descobriu-se que as substâncias C4 aparecem primeiro em algumas plantas. Por exemplo, isso foi estabelecido para milheto, sorgo, cana-de-açúcar, milho. Essas culturas ficaram conhecidas como plantas C4. No ano seguinte, 1966, Slack e Hatch (cientistas australianos) descobriram que quase não têm fotorrespiração. Verificou-se também que tais plantas C4 são muito mais eficientes na absorção de dióxido de carbono. Como resultado, a via de transformação de carbono em tais culturas tem sido chamada de via Hatch-Slack.

Conclusão

A importância da fotossíntese é muito grande. Graças a ele, o dióxido de carbono é absorvido da atmosfera todos os anos em grandes volumes (bilhões de toneladas). Em vez disso, menos oxigênio é liberado. A fotossíntese atua como a principal fonte de formação de compostos orgânicos. O oxigênio está envolvido na formação da camada de ozônio, que protege os organismos vivos dos efeitos da radiação UV de ondas curtas. Durante a fotossíntese, uma folha absorve apenas 1% de toda a energia da luz que incide sobre ela. Sua produtividade está dentro de 1 g de composto orgânico por 1 sq. m de superfície por hora.

Como explicar um processo tão complexo como a fotossíntese, de forma breve e clara? As plantas são os únicos organismos vivos que podem produzir seu próprio alimento. Como eles fazem isso? Para o crescimento, eles recebem todas as substâncias necessárias do ambiente: dióxido de carbono - do ar, água e - do solo. Eles também precisam de energia da luz solar. Essa energia inicia certas reações químicas durante as quais o dióxido de carbono e a água são convertidos em glicose (nutrição) e a fotossíntese é. De forma breve e clara, a essência do processo pode ser explicada até mesmo para crianças em idade escolar.

"Junto com a Luz"

A palavra "fotossíntese" vem de duas palavras gregas - "foto" e "síntese", uma combinação que na tradução significa "junto com a luz". A energia solar é convertida em energia química. Equação química da fotossíntese:

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

Isso significa que 6 moléculas de dióxido de carbono e doze moléculas de água são usadas (juntamente com a luz solar) para produzir glicose, resultando em seis moléculas de oxigênio e seis moléculas de água. Se representarmos isso na forma de uma equação verbal, obteremos o seguinte:

Água + sol => glicose + oxigênio + água.

O sol é uma fonte de energia muito poderosa. As pessoas sempre tentam usá-lo para gerar eletricidade, isolar casas, aquecer água e assim por diante. As plantas "descobriram" como usar a energia solar milhões de anos atrás porque era necessário para sua sobrevivência. A fotossíntese pode ser explicada de forma breve e clara da seguinte forma: as plantas usam a energia luminosa do sol e a convertem em energia química, cujo resultado é o açúcar (glicose), cujo excesso é armazenado como amido nas folhas, raízes, caules e sementes da planta. A energia do sol é transferida para as plantas, bem como para os animais que essas plantas comem. Quando uma planta precisa de nutrientes para o crescimento e outros processos vitais, essas reservas são muito úteis.

Como as plantas absorvem a energia solar?

Falando sobre fotossíntese de forma breve e clara, vale a pena tocar na questão de como as plantas conseguem absorver a energia solar. Isso se deve à estrutura especial das folhas, que inclui células verdes - cloroplastos, que contêm uma substância especial chamada clorofila. É isso que dá às folhas a cor verde e é responsável por absorver a energia da luz solar.

Por que a maioria das folhas são largas e planas?

A fotossíntese ocorre nas folhas das plantas. O fato surpreendente é que as plantas estão muito bem adaptadas para capturar a luz solar e absorver o dióxido de carbono. Devido à ampla superfície, muito mais luz será capturada. É por isso que os painéis solares, que às vezes são instalados nos telhados das casas, também são largos e planos. Quanto maior a superfície, melhor a absorção.

O que mais é importante para as plantas?

Assim como os humanos, as plantas também precisam de nutrientes e nutrientes para se manterem saudáveis, crescerem e terem um bom desempenho. Eles obtêm minerais dissolvidos na água do solo através de suas raízes. Se o solo não tiver nutrientes minerais, a planta não se desenvolverá normalmente. Os agricultores geralmente testam o solo para garantir que ele tenha nutrientes suficientes para o crescimento das culturas. Caso contrário, recorra ao uso de fertilizantes contendo minerais essenciais para nutrição e crescimento das plantas.

Por que a fotossíntese é tão importante?

Explicando a fotossíntese de forma breve e clara para as crianças, vale dizer que esse processo é uma das reações químicas mais importantes do mundo. Quais são as razões para uma declaração tão alta? Primeiro, a fotossíntese alimenta as plantas, que por sua vez alimentam todos os outros seres vivos do planeta, incluindo animais e humanos. Em segundo lugar, como resultado da fotossíntese, o oxigênio necessário para a respiração é liberado na atmosfera. Todos os seres vivos inspiram oxigênio e expiram dióxido de carbono. Felizmente, as plantas fazem o contrário, e é por isso que são muito importantes para humanos e animais respirarem.

Processo incrível

As plantas, ao que parece, também sabem respirar, mas, ao contrário de humanos e animais, absorvem dióxido de carbono do ar, não oxigênio. As plantas também bebem. É por isso que você precisa regá-los, caso contrário eles morrerão. Com a ajuda do sistema radicular, a água e os nutrientes são transportados para todas as partes do corpo da planta, e o dióxido de carbono é absorvido através de pequenos orifícios nas folhas. O gatilho para iniciar uma reação química é a luz solar. Todos os produtos metabólicos resultantes são usados ​​pelas plantas para nutrição, o oxigênio é liberado na atmosfera. É assim que você pode explicar de forma breve e clara como ocorre o processo de fotossíntese.

Fotossíntese: fases claras e escuras da fotossíntese

O processo em análise consiste em duas partes principais. Existem duas fases da fotossíntese (descrição e tabela - abaixo). A primeira é chamada de fase clara. Ocorre apenas na presença de luz nas membranas dos tilacóides com a participação da clorofila, proteínas transportadoras de elétrons e da enzima ATP sintetase. O que mais a fotossíntese esconde? Acenda e substitua um ao outro à medida que o dia e a noite surgem (ciclos de Calvin). Durante a fase escura, ocorre a produção da mesma glicose, alimento para as plantas. Este processo também é chamado de reação independente de luz.

fase leve

fase escura

1. As reações que ocorrem nos cloroplastos só são possíveis na presença de luz. Essas reações convertem a energia luminosa em energia química. 2. A clorofila e outros pigmentos absorvem a energia da luz solar. Essa energia é transferida para os fotossistemas responsáveis ​​pela fotossíntese. 3. A água é usada para elétrons e íons de hidrogênio e também participa da produção de oxigênio 4. Elétrons e íons de hidrogênio são usados ​​para criar ATP (molécula de armazenamento de energia), que é necessária na próxima fase da fotossíntese

1. As reações do ciclo off-light ocorrem no estroma dos cloroplastos 2. O dióxido de carbono e a energia do ATP são usados ​​na forma de glicose

Conclusão

De tudo o que foi exposto, pode-se tirar as seguintes conclusões:

• A fotossíntese é o processo que possibilita a obtenção de energia do sol.
• A energia luminosa do sol é convertida em energia química pela clorofila.
• A clorofila dá às plantas sua cor verde.
• A fotossíntese ocorre nos cloroplastos das folhas das plantas.
• O dióxido de carbono e a água são essenciais para a fotossíntese.
• O dióxido de carbono entra na planta através de pequenos orifícios, estômatos e o oxigênio sai por eles.
• A água é absorvida pela planta através de suas raízes.
• Sem fotossíntese, não haveria comida no mundo.