Fiecare ființă vie de pe planetă are nevoie de hrană sau energie pentru a supraviețui. Unele organisme se hrănesc cu alte creaturi, în timp ce altele își pot produce propriile nutrienți. Ei își produc propria hrană, glucoza, într-un proces numit fotosinteză.

Fotosinteza și respirația sunt interconectate. Rezultatul fotosintezei este glucoza, care este stocată ca energie chimică în. Această energie chimică stocată rezultă din conversia carbonului anorganic (dioxid de carbon) în carbon organic. Procesul de respirație eliberează energia chimică stocată.

Pe lângă produsele pe care le produc, plantele au nevoie și de carbon, hidrogen și oxigen pentru a supraviețui. Apa absorbită din sol oferă hidrogen și oxigen. În timpul fotosintezei, carbonul și apa sunt folosite pentru a sintetiza alimentele. Plantele au nevoie și de nitrați pentru a produce aminoacizi (un aminoacid este un ingredient pentru producerea proteinelor). În plus, au nevoie de magneziu pentru a produce clorofilă.

Nota: Ființe vii care depind de alte alimente se numesc . Erbivorele precum vacile și plantele care mănâncă insecte sunt exemple de heterotrofe. Se numesc ființe vii care își produc propria hrană. Plantele verzi și algele sunt exemple de autotrofe.

În acest articol veți afla mai multe despre cum are loc fotosinteza la plante și despre condițiile necesare pentru acest proces.

Definiţia photosynthesis

Fotosinteza este procesul chimic prin care plantele, unele alge, produc glucoză și oxigen din dioxid de carbon și apă, folosind doar lumina ca sursă de energie.

Acest proces este extrem de important pentru viața de pe Pământ deoarece eliberează oxigen, de care depinde toată viața.

De ce plantele au nevoie de glucoză (hrană)?

La fel ca oamenii și alte viețuitoare, plantele au nevoie de hrană pentru a supraviețui. Importanța glucozei pentru plante este următoarea:

• Glucoza produsă prin fotosinteză este folosită în timpul respirației pentru a elibera energia de care planta are nevoie pentru alte procese vitale.
• Celulele vegetale transformă, de asemenea, o parte din glucoză în amidon, care este utilizat după cum este necesar. Din acest motiv, plantele moarte sunt folosite ca biomasă deoarece înmagazinează energie chimică.
• Glucoza este, de asemenea, necesară pentru a produce alte substanțe chimice, cum ar fi proteinele, grăsimile și zaharurile din plante, necesare pentru a susține creșterea și alte procese importante.

Fazele fotosintezei

Procesul de fotosinteză este împărțit în două faze: lumină și întuneric.

Faza ușoară a fotosintezei

După cum sugerează și numele, fazele de lumină necesită lumină solară. În reacțiile dependente de lumină, energia din lumina soarelui este absorbită de clorofilă și transformată în energie chimică stocată sub forma moleculei purtătoare de electroni NADPH (nicotinamidă adenin dinucleotidă fosfat) și moleculei energetice ATP (adenozin trifosfat). Fazele de lumină apar în membranele tilacoide din cloroplast.

Faza întunecată a fotosintezei sau ciclul Calvin

În faza întunecată sau ciclul Calvin, electronii excitați din faza luminoasă furnizează energie pentru formarea carbohidraților din moleculele de dioxid de carbon. Fazele independente de lumină sunt uneori numite ciclu Calvin datorită naturii ciclice a procesului.

Deși fazele întunecate nu folosesc lumina ca reactant (și, ca rezultat, pot apărea în timpul zilei sau nopții), ele necesită produsele reacțiilor dependente de lumină pentru a funcționa. Moleculele independente de lumină depind de moleculele purtătoare de energie ATP și NADPH pentru a crea noi molecule de carbohidrați. Odată ce energia este transferată, moleculele purtătoare de energie revin la fazele de lumină pentru a produce electroni mai energici. În plus, mai multe enzime în fază întunecată sunt activate de lumină.

Diagrama fazelor fotosintezei

Nota: Aceasta înseamnă că fazele întunecate nu vor continua dacă plantele sunt lipsite de lumină prea mult timp, deoarece folosesc produsele fazelor luminoase.

Structura frunzelor plantelor

Nu putem studia pe deplin fotosinteza fără a ști mai multe despre structura frunzei. Frunza este adaptată să joace un rol vital în procesul de fotosinteză.

Structura externă a frunzelor

• Pătrat

Una dintre cele mai importante caracteristici ale plantelor este suprafața mare a frunzelor lor. Majoritatea plantelor verzi au frunze largi, plate și deschise, care sunt capabile să capteze atâta energie solară (lumina solară) cât este necesară pentru fotosinteză.

• Vena centrală și pețiol

Nea centrală și pețiolul se unesc și formează baza frunzei. Pețiolul poziționează frunza astfel încât să primească cât mai multă lumină.

• Lama frunzelor

Frunzele simple au un singur limb, în ​​timp ce frunzele complexe au mai multe. Lama frunzei este una dintre cele mai importante componente ale frunzei, care este direct implicată în procesul de fotosinteză.

• Venele

O rețea de vene din frunze transportă apa de la tulpini la frunze. Glucoza eliberată este trimisă și în alte părți ale plantei din frunze prin vene. În plus, aceste părți ale frunzei susțin și țin lama frunzei plat pentru o captare mai bună a luminii solare. Dispunerea nervurilor (venația) depinde de tipul de plantă.

• Baza frunzei

Baza frunzei este partea sa cea mai inferioară, care este articulată cu tulpina. Adesea, la baza frunzei există o pereche de stipule.

• Marginea frunzei

În funcție de tipul de plantă, marginea frunzei poate avea diferite forme, printre care: întreg, zimțat, zimțat, crestat, crenat etc.

• Vârful frunzei

La fel ca marginea frunzei, vârful are diverse forme, inclusiv: ascuțit, rotunjit, obtuz, alungit, întins etc.

Structura internă a frunzelor

Mai jos este o diagramă apropiată a structurii interne a țesuturilor frunzelor:

• Cuticulă

Cuticula acționează ca principalul strat protector pe suprafața plantei. De regulă, este mai gros în vârful frunzei. Cuticula este acoperită cu o substanță asemănătoare ceară care protejează planta de apă.

• Epidermă

Epiderma este un strat de celule care este țesutul de acoperire al frunzei. Funcția sa principală este de a proteja țesuturile interne ale frunzei de deshidratare, deteriorări mecanice și infecții. De asemenea, reglează procesul de schimb de gaze și transpirație.

• Mezofila

Mezofila este țesutul principal al unei plante. Aici are loc procesul de fotosinteză. La majoritatea plantelor, mezofila este împărțită în două straturi: cel superior este palisat și cel inferior este spongios.

• Cuști de apărare

Celulele de gardă sunt celule specializate din epiderma frunzelor care sunt folosite pentru a controla schimbul de gaze. Ele îndeplinesc o funcție de protecție a stomatelor. Porii stomatici devin mari atunci când apa este disponibilă în mod liber, în caz contrar celulele protectoare devin lente.

• Stoma

Fotosinteza depinde de pătrunderea dioxidului de carbon (CO2) din aer prin stomate în țesutul mezofil. Oxigenul (O2), produs ca produs secundar al fotosintezei, părăsește planta prin stomate. Când stomatele sunt deschise, apa se pierde prin evaporare și trebuie înlocuită prin fluxul de transpirație cu apă absorbită de rădăcini. Plantele sunt nevoite să echilibreze cantitatea de CO2 absorbită din aer și pierderea de apă prin porii stomatici.

Condiții necesare pentru fotosinteză

Următoarele sunt condițiile de care plantele au nevoie pentru a efectua procesul de fotosinteză:

• Dioxid de carbon. Un gaz natural incolor, inodor, care se găsește în aer și poartă denumirea științifică CO2. Se formează în timpul arderii carbonului și a compușilor organici și apare și în timpul respirației.
• Apă. O substanță chimică limpede, lichidă, inodoră și fără gust (în condiții normale).
• Ușoară. Deși lumina artificială este bună și pentru plante, lumina naturală a soarelui oferă în general condiții mai bune pentru fotosinteză, deoarece conține radiații ultraviolete naturale, care au un efect pozitiv asupra plantelor.
• Clorofilă. Este un pigment verde care se găsește în frunzele plantelor.
• Nutrienți și minerale. Produse chimice și compuși organici pe care rădăcinile plantelor îi absorb din sol.

Ce se produce ca rezultat al fotosintezei?

• Glucoză;
• Oxigen.

(Energia luminoasă este afișată în paranteze pentru că nu este materie)

Nota: Plantele obțin CO2 din aer prin frunze și apă din sol prin rădăcini. Energia luminii vine de la Soare. Oxigenul rezultat este eliberat în aer din frunze. Glucoza rezultată poate fi transformată în alte substanțe, cum ar fi amidonul, care este folosit ca depozit de energie.

Dacă factorii care favorizează fotosinteza sunt absenți sau prezenți în cantități insuficiente, planta poate fi afectată negativ. De exemplu, mai puțină lumină creează condiții favorabile pentru insectele care mănâncă frunzele plantei, iar lipsa apei o încetinește.

Unde are loc fotosinteza?

Fotosinteza are loc în interiorul celulelor plantelor, în plastide mici numite cloroplaste. Cloroplastele (se găsesc mai ales în stratul mezofil) conțin o substanță verde numită clorofilă. Mai jos sunt alte părți ale celulei care lucrează cu cloroplastul pentru a efectua fotosinteza.

Structura unei celule vegetale

Funcțiile părților celulelor vegetale

• : oferă suport structural și mecanic, protejează celulele de, fixează și determină forma celulelor, controlează rata și direcția de creștere și dă formă plantelor.
• : oferă o platformă pentru majoritatea proceselor chimice controlate de enzime.
• : acționează ca o barieră, controlând mișcarea substanțelor în și în afara celulei.
• : așa cum este descris mai sus, ele conțin clorofilă, o substanță verde care absoarbe energia luminii prin procesul de fotosinteză.
• : o cavitate din citoplasma celulară care stochează apă.
• : conține o marcă genetică (ADN) care controlează activitățile celulei.

Clorofila absoarbe energia luminoasă necesară pentru fotosinteză. Este important de reținut că nu toate lungimile de undă de culoare ale luminii sunt absorbite. Plantele absorb în primul rând lungimile de undă roșii și albastre - nu absorb lumina în intervalul verde.

Dioxid de carbon în timpul fotosintezei

Plantele iau dioxid de carbon din aer prin frunzele lor. Dioxidul de carbon se scurge printr-o mică gaură din partea inferioară a frunzei - stomatele.

Partea inferioară a frunzei are celule puțin distanțate pentru a permite dioxidului de carbon să ajungă la alte celule din frunze. Acest lucru permite, de asemenea, oxigenului produs prin fotosinteză să părăsească cu ușurință frunza.

Dioxidul de carbon este prezent în aerul pe care îl respirăm în concentrații foarte scăzute și este un factor necesar în faza întunecată a fotosintezei.

Lumină în timpul fotosintezei

Frunza are de obicei o suprafață mare, astfel încât poate absorbi multă lumină. Suprafața sa superioară este protejată de pierderea apei, boli și expunere la intemperii printr-un strat ceros (cuticulă). Partea de sus a foii este locul unde se lovește lumina. Acest strat mezofil se numește palisadă. Este adaptat să absoarbă o cantitate mare de lumină, deoarece conține multe cloroplaste.

În timpul fazelor de lumină, procesul de fotosinteză crește cu mai multă lumină. Mai multe molecule de clorofilă sunt ionizate și se generează mai mult ATP și NADPH dacă fotonii de lumină sunt concentrați pe o frunză verde. Deși lumina este extrem de importantă în fotofaze, trebuie menționat că cantitățile excesive pot deteriora clorofila și pot reduce procesul de fotosinteză.

Fazele de lumină nu depind foarte mult de temperatură, apă sau dioxid de carbon, deși toate sunt necesare pentru a finaliza procesul de fotosinteză.

Apa în timpul fotosintezei

Plantele obțin prin rădăcini apa de care au nevoie pentru fotosinteză. Au fire de păr de rădăcină care cresc în sol. Rădăcinile se caracterizează printr-o suprafață mare și pereți subțiri, permițând apei să treacă ușor prin ele.

Imaginea prezintă plante și celulele lor cu suficientă apă (stânga) și lipsă (dreapta).

Nota: Celulele radiculare nu conțin cloroplaste, deoarece sunt de obicei în întuneric și nu pot fotosintetiza.

Dacă planta nu absoarbe suficientă apă, se ofilește. Fără apă, planta nu va putea fotosintetiza suficient de repede și poate chiar să moară.

Care este importanța apei pentru plante?

• Oferă minerale dizolvate care susțin sănătatea plantelor;
• Este un mijloc de transport;
• Menține stabilitatea și verticalitatea;
• Se răcește și se saturează cu umiditate;
• Face posibilă desfășurarea diferitelor reacții chimice în celulele vegetale.

Importanța fotosintezei în natură

Procesul biochimic al fotosintezei folosește energia din lumina soarelui pentru a transforma apa și dioxidul de carbon în oxigen și glucoză. Glucoza este folosită ca elemente de bază în plante pentru creșterea țesuturilor. Astfel, fotosinteza este metoda prin care se formează rădăcinile, tulpinile, frunzele, florile și fructele. Fără procesul de fotosinteză, plantele nu vor putea să crească sau să se reproducă.

• Producătorii

Datorită capacității lor fotosintetice, plantele sunt cunoscute ca producători și servesc drept bază pentru aproape fiecare lanț alimentar de pe Pământ. (Algele sunt echivalentul plantelor din). Toate alimentele pe care le consumăm provin de la organisme care sunt fotosintetice. Mâncăm aceste plante direct sau mâncăm animale precum vacile sau porcii care consumă alimente vegetale.

• Baza lanțului trofic

În cadrul sistemelor acvatice, plantele și algele formează, de asemenea, baza lanțului trofic. Algele servesc drept hrană pentru care, la rândul lor, acționează ca o sursă de nutriție pentru organismele mai mari. Fără fotosinteză în mediile acvatice, viața nu ar fi posibilă.

• Eliminarea dioxidului de carbon

Fotosinteza transformă dioxidul de carbon în oxigen. În timpul fotosintezei, dioxidul de carbon din atmosferă intră în plantă și apoi este eliberat sub formă de oxigen. În lumea de astăzi, unde nivelurile de dioxid de carbon cresc cu ritmuri alarmante, orice proces care elimină dioxidul de carbon din atmosferă este important din punct de vedere al mediului.

• Ciclul nutrienților

Plantele și alte organisme fotosintetice joacă un rol vital în ciclul nutrienților. Azotul din aer este fixat în țesutul vegetal și devine disponibil pentru crearea de proteine. Micronutrienții găsiți în sol pot fi, de asemenea, încorporați în țesutul plantei și devin disponibili pentru ierbivorele mai în sus în lanțul trofic.

• Dependența fotosintetică

Fotosinteza depinde de intensitatea și calitatea luminii. La ecuator, unde lumina soarelui este din belșug pe tot parcursul anului, iar apa nu este un factor limitativ, plantele au rate mari de creștere și pot deveni destul de mari. În schimb, fotosinteza are loc mai rar în părțile mai adânci ale oceanului, deoarece lumina nu pătrunde în aceste straturi, rezultând un ecosistem mai steril.

Cum se transformă energia luminii solare în fazele luminoase și întunecate ale fotosintezei în energia legăturilor chimice ale glucozei? Explică-ți răspunsul.

Răspuns

În faza de lumină a fotosintezei, energia luminii solare este convertită în energia electronilor excitați, iar apoi energia electronilor excitați este transformată în energia ATP și NADP-H2. În faza întunecată a fotosintezei, energia ATP și NADP-H2 este transformată în energia legăturilor chimice ale glucozei.

Ce se întâmplă în timpul fazei de lumină a fotosintezei?

Răspuns

Electronii clorofilei, excitați de energia luminii, călătoresc de-a lungul lanțurilor de transport de electroni, energia lor este stocată în ATP și NADP-H2. Are loc fotoliza apei și se eliberează oxigen.

Ce procese principale au loc în timpul fazei întunecate a fotosintezei?

Răspuns

Din dioxidul de carbon obtinut din atmosfera si hidrogenul obtinut in faza usoara se formeaza glucoza datorita energiei ATP obtinuta in faza usoara.

Care este funcția clorofilei într-o celulă vegetală?

Răspuns

Clorofila este implicată în procesul de fotosinteză: în faza luminoasă, clorofila absoarbe lumina, electronul clorofilei primește energie luminoasă, se rupe și merge de-a lungul lanțului de transport de electroni.

Ce rol joacă electronii moleculelor de clorofilă în fotosinteză?

Răspuns

Electronii clorofilei, excitați de lumina soarelui, trec prin lanțuri de transport de electroni și renunță la energia lor pentru formarea de ATP și NADP-H2.

În ce stadiu al fotosintezei se formează oxigenul liber?

Răspuns

În faza de lumină, în timpul fotolizei apei.

În ce fază a fotosintezei are loc sinteza ATP?

Răspuns

Faza de pre-lumină.

Ce substanță servește ca sursă de oxigen în timpul fotosintezei?

Răspuns

Apă (oxigenul este eliberat în timpul fotolizei apei).

Viteza fotosintezei depinde de factori limitatori, inclusiv lumina, concentrația de dioxid de carbon și temperatura. De ce sunt acești factori limitanți pentru reacțiile de fotosinteză?

Răspuns

Lumina este necesară pentru a excita clorofila, furnizează energie pentru procesul de fotosinteză. Dioxidul de carbon este necesar în faza întunecată a fotosintezei; din acesta este sintetizată glucoza. Schimbările de temperatură duc la denaturarea enzimelor și reacțiile fotosintetice încetinesc.

În ce reacții metabolice la plante este dioxidul de carbon materia primă pentru sinteza carbohidraților?

Răspuns

În reacțiile de fotosinteză.

Procesul de fotosinteză are loc intens în frunzele plantelor. Apare în fructele coapte și necoapte? Explică-ți răspunsul.

Răspuns

Fotosinteza are loc în părțile verzi ale plantelor în lumină. Astfel, fotosinteza are loc în coaja fructelor verzi. Fotosinteza nu are loc în interiorul fructului sau în coaja fructelor coapte (nu verzi).

Fotosinteza și respirația sunt două procese care stau la baza vieții. Ambele au loc într-o celulă. Primul - la plante și unele bacteriene, al doilea - la animale, și la plante, și la ciuperci și la bacterii.

Putem spune că respirația celulară și fotosinteza sunt procese opuse unele față de altele. Acest lucru este parțial corect, deoarece cu primul, oxigenul este absorbit și eliberat, iar cu al doilea, invers. Cu toate acestea, este incorect să comparăm chiar și aceste două procese, deoarece ele apar în organele diferite folosind substanțe diferite. Scopurile pentru care sunt necesare sunt și ele diferite: fotosinteza este necesară pentru obținerea nutrienților, iar respirația celulară este necesară pentru a produce energie.

Fotosinteza: unde și cum se întâmplă?

Aceasta este o reacție chimică care vizează producerea de substanțe organice din cele anorganice. O condiție prealabilă pentru ca fotosinteza să aibă loc este prezența luminii solare, deoarece energia sa acționează ca un catalizator.

Fotosinteza caracteristică plantelor poate fi exprimată prin următoarea ecuație:

• 6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2.

Adică, din șase molecule de dioxid de carbon și același număr de molecule de apă în prezența luminii solare, o plantă poate obține o moleculă de glucoză și șase oxigen.

Acesta este cel mai simplu exemplu de fotosinteză. Pe lângă glucoză, plantele pot sintetiza alți carbohidrați, mai complecși, precum și substanțe organice din alte clase.

Iată un exemplu de producție de aminoacizi din compuși anorganici:

• 6CO 2 + 4H 2 O + 2SO 4 2- + 2NO 3 - + 6H + = 2C 3 H 7 O 2 NS + 13O 2.

Respirația celulară aerobă este caracteristică tuturor celorlalte organisme, inclusiv animalelor și plantelor. Are loc cu participarea oxigenului.

La reprezentanții faunei, respirația celulară are loc în organele speciale. Se numesc mitocondrii. La plante, respirația celulară are loc și în mitocondrii.

Etape

Respirația celulară are loc în trei etape:

1. Etapa pregătitoare.
2. Glicoliza (proces anaerob, nu necesită oxigen).
3. Oxidare (etapa aerobă).

Etapa pregătitoare

Prima etapă este că substanțele complexe din sistemul digestiv sunt descompuse în altele mai simple. Astfel, aminoacizii se obțin din proteine, acizii grași și glicerolul se obțin din lipide, iar glucoza se obține din carbohidrați complecși. Acești compuși sunt transportați în celulă și apoi direct în mitocondrii.

Glicoliza

Constă în faptul că, sub acțiunea enzimelor, glucoza este descompusă în acid piruvic și atomi de hidrogen. În acest caz, se formează acest proces, care poate fi exprimat prin următoarea ecuație:

• C6H12O6 = 2C3H3O3 + 4H + 2ATP.

Astfel, în procesul de glicoliză, organismul poate obține două molecule de ATP dintr-o moleculă de glucoză.

Oxidare

În această etapă, formată în timpul glicolizei sub acțiunea enzimelor reacționează cu oxigenul, rezultând formarea de dioxid de carbon și atomi de hidrogen. Acești atomi sunt apoi transportați în cresta unde sunt oxidați pentru a forma apă și 36 de molecule de ATP.

Deci, în procesul de respirație celulară, se formează în total 38 de molecule de ATP: 2 în a doua etapă și 36 în a treia. Acidul adenozin trifosforic este principala sursă de energie cu care mitocondriile furnizează celulei.

Structura mitocondriilor

Organelele în care are loc respirația se găsesc la animale, plante și plante, au formă sferică și au o dimensiune de aproximativ 1 micron.

Mitocondriile, ca și cloroplastele, au două membrane separate printr-un spațiu intermembranar. Ceea ce se află în interiorul membranelor acestui organite se numește matrice. Conține ribozomi, ADN mitocondrial (ADNmt) și ARNmt. Glicoliza și prima etapă de oxidare au loc în matrice.

Din membrana interioară se formează pliuri asemănătoare crestelor. Se numesc cristae. Aici are loc a doua etapă a celei de-a treia etape a respirației celulare. În timpul acesteia, se formează cele mai multe molecule de ATP.

Originea organitelor cu membrană dublă

Oamenii de știință au demonstrat că structurile care asigură fotosinteza și respirația au apărut în celulă prin simbiogeneză. Adică au fost cândva organisme separate. Acest lucru explică faptul că atât mitocondriile, cât și cloroplastele au proprii lor ribozomi, ADN și ARN.

Fotosinteză- sinteza compușilor organici din cei anorganici folosind energia luminoasă (hv). Ecuația generală pentru fotosinteză este:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Fotosinteza are loc cu participarea pigmenților fotosintetici, care au proprietatea unică de a transforma energia luminii solare în energie de legătură chimică sub formă de ATP. Pigmenții fotosintetici sunt substanțe asemănătoare proteinelor. Cel mai important dintre ele este pigmentul clorofila. La eucariote, pigmenții fotosintetici sunt încorporați în membrana interioară a plastidelor; la procariote, aceștia sunt încorporați în invaginările membranei citoplasmatice.

Structura cloroplastei este foarte asemănătoare cu structura mitocondriei. Membrana interioară a tilacoizilor grana conține pigmenți fotosintetici, precum și proteine ​​​​lanțului de transport de electroni și molecule de enzimă ATP sintetază.

Procesul de fotosinteză constă din două faze: lumină și întuneric.

Faza de lumină Fotosinteza are loc numai în lumină în membrana tilacoidă grana. În această fază, clorofila absoarbe cuante de lumină, produce o moleculă de ATP și fotoliza apei.

Sub influența unei cuante de lumină (hv), clorofila pierde electroni, trecând într-o stare excitată:

Chl → Chl + e -

Acești electroni sunt transferați de către purtători în exterior, adică. suprafața membranei tilacoide orientată spre matrice, unde se acumulează.

În același timp, fotoliza apei are loc în interiorul tilacoizilor, adică. descompunerea lui sub influența luminii

2H 2 O → O 2 +4H + + 4e —

Electronii rezultați sunt transferați de către purtători către moleculele de clorofilă și le restaurează: moleculele de clorofilă revin la o stare stabilă.

Protonii de hidrogen formați în timpul fotolizei apei se acumulează în interiorul tilacoidului, creând un rezervor de H +. Ca urmare, suprafața interioară a membranei tilacoide este încărcată pozitiv (datorită H +), iar suprafața exterioară este încărcată negativ (datorită e -). Pe măsură ce particulele încărcate opus se acumulează pe ambele părți ale membranei, diferența de potențial crește. Când diferența de potențial atinge o valoare critică, forța câmpului electric începe să împingă protonii prin canalul ATP sintetazei. Energia eliberată în acest caz este folosită pentru fosforilarea moleculelor de ADP:

ADP + P → ATP

Se numește formarea de ATP în timpul fotosintezei sub influența energiei luminoase fotofosforilarea.

Ionii de hidrogen, odată aflați pe suprafața exterioară a membranei tilacoide, întâlnesc electronii acolo și formează hidrogen atomic, care se leagă de molecula purtătoare de hidrogen NADP (nicotinamidă adenin dinucleotid fosfat):

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

Astfel, în timpul fazei ușoare a fotosintezei, au loc trei procese: formarea oxigenului prin descompunerea apei, sinteza ATP și formarea atomilor de hidrogen sub formă de NADP H2. Oxigenul difuzează în atmosferă, ATP și NADP H2 participă la procesele fazei întunecate.

Faza intunecata fotosinteza are loc în matricea cloroplastică atât la lumină cât și la întuneric și reprezintă o serie de transformări secvențiale ale CO 2 provenind din aer în ciclul Calvin. Reacțiile în fază întunecată sunt efectuate folosind energia ATP. În ciclul Calvin, CO 2 se leagă de hidrogenul din NADP H 2 pentru a forma glucoză.

În procesul de fotosinteză, pe lângă monozaharide (glucoză etc.), sunt sintetizați monomeri ai altor compuși organici - aminoacizi, glicerol și acizi grași. Astfel, datorită fotosintezei, plantele se asigură ele însele și tuturor viețuitoarelor de pe Pământ cu substanțele organice și oxigenul necesar.

Caracteristicile comparative ale fotosintezei și respirației eucariotelor sunt prezentate în tabel:

Caracteristici comparative ale fotosintezei și respirației eucariotelor

Semn	Fotosinteză	Suflare
Ecuația reacției	6CO 2 + 6H 2 O + Energie luminoasă → C 6 H 12 O 6 + 6O 2	C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6H 2 O + Energie (ATP)
Materiale de pornire	Dioxid de carbon, apă
Produse de reacție	Materie organică, oxigen	Dioxid de carbon, apă
Importanța în ciclul substanțelor	Sinteza substanțelor organice din substanțe anorganice	Descompunerea substanţelor organice în cele anorganice
Conversia energiei	Transformarea energiei luminoase în energia legăturilor chimice ale substanțelor organice	Conversia energiei legăturilor chimice ale substanțelor organice în energia legăturilor de mare energie ale ATP
Etape cheie	Faza de lumină și întuneric (inclusiv ciclul Calvin)	Oxidare incompletă (glicoliză) și oxidare completă (inclusiv ciclul Krebs)
Locația procesului	cloroplast	Hialoplasma (oxidare incompletă) și mitocondriile (oxidare completă)

După cum sugerează și numele, fotosinteza este în esență sinteza naturală a substanțelor organice, transformând CO2 din atmosferă și apă în glucoză și oxigen liber.

Acest lucru necesită prezența energiei solare.

Ecuația chimică pentru procesul de fotosinteză poate fi, în general, reprezentată după cum urmează:

Fotosinteza are două faze: întuneric și lumină. Reacțiile chimice ale fazei întunecate a fotosintezei diferă semnificativ de reacțiile fazei luminoase, dar fazele întunecate și luminoase ale fotosintezei depind una de cealaltă.

Faza de lumină poate apărea în frunzele plantelor exclusiv în lumina soarelui. Pentru întuneric este necesară prezența dioxidului de carbon, motiv pentru care planta trebuie să-l absoarbă în mod constant din atmosferă. Toate caracteristicile comparative ale fazelor întunecate și luminoase ale fotosintezei vor fi prezentate mai jos. În acest scop, a fost creat un tabel comparativ „Fazele fotosintezei”.

Faza ușoară a fotosintezei

Principalele procese din faza ușoară a fotosintezei au loc în membranele tilacoide. Acesta implică clorofilă, proteine ​​de transport de electroni, ATP sintetaza (o enzimă care accelerează reacția) și lumina solară.

În plus, mecanismul de reacție poate fi descris după cum urmează: atunci când lumina soarelui lovește frunzele verzi ale plantelor, electronii clorofilei (sarcina negativă) sunt excitați în structura lor, care, trecând în stare activă, părăsesc molecula de pigment și ajung pe în afara tilacoidului, a cărui membrană este, de asemenea, încărcată negativ. În același timp, moleculele de clorofilă sunt oxidate și cele deja oxidate sunt reduse, luând astfel electroni din apa care se află în structura frunzei.

Acest proces duce la faptul că moleculele de apă se dezintegrează, iar ionii creați ca urmare a fotolizei apei renunță la electroni și se transformă în radicali OH capabili să desfășoare reacții ulterioare. Acești radicali OH reactivi se combină apoi pentru a crea molecule de apă cu drepturi depline și oxigen. În acest caz, oxigenul liber scapă în mediul extern.

Ca urmare a tuturor acestor reacții și transformări, membrana tilacoidă a frunzei pe o parte este încărcată pozitiv (datorită ionului H+), iar pe de altă parte - negativ (datorită electronilor). Când diferența dintre aceste sarcini de pe cele două părți ale membranei ajunge la mai mult de 200 mV, protonii trec prin canale speciale ale enzimei ATP sintetaza și datorită acestui fapt, ADP este convertit în ATP (ca urmare a procesului de fosforilare). Iar hidrogenul atomic, care este eliberat din apă, restabilește purtătorul specific NADP+ la NADP·H2. După cum putem vedea, ca rezultat al fazei luminoase a fotosintezei, au loc trei procese principale:

1. sinteza ATP;
2. crearea NADP H2;
3. formarea oxigenului liber.

Acesta din urmă este eliberat în atmosferă, iar NADP H2 și ATP participă la faza întunecată a fotosintezei.

Faza întunecată a fotosintezei

Fazele întunecate și luminoase ale fotosintezei sunt caracterizate de cheltuieli mari de energie din partea plantei, dar faza întunecată se desfășoară mai repede și necesită mai puțină energie. Reacțiile în fază întunecată nu necesită lumină solară, așa că pot apărea atât ziua, cât și noaptea.

Toate procesele principale ale acestei faze au loc în stroma cloroplastei vegetale și reprezintă un lanț unic de transformări succesive ale dioxidului de carbon din atmosferă. Prima reacție într-un astfel de lanț este fixarea dioxidului de carbon. Pentru ca acest lucru să se întâmple mai ușor și mai rapid, natura a furnizat enzima RiBP-carboxilază, care catalizează fixarea CO2.

În continuare, are loc un întreg ciclu de reacții, a cărui finalizare este conversia acidului fosfogliceric în glucoză (zahăr natural). Toate aceste reacții folosesc energia ATP și NADP H2, care au fost create în faza luminoasă a fotosintezei. Pe lângă glucoză, fotosinteza produce și alte substanțe. Printre aceștia se numără diverși aminoacizi, acizi grași, glicerol și nucleotide.

Fazele fotosintezei: tabel de comparație

Criterii de comparare	Faza de lumină	Faza intunecata
lumina soarelui	Necesar	Nu este necesar
Locul de reacție	Cloroplast grana	Stroma de cloroplast
Dependența de sursa de energie	Depinde de lumina soarelui	Depinde de ATP și NADP H2 format în faza de lumină și de cantitatea de CO2 din atmosferă
Materiale de pornire	Clorofila, proteine ​​de transport de electroni, ATP sintetaza	Dioxid de carbon
Esența fazei și ceea ce se formează	Se eliberează O2 liber, se formează ATP și NADP H2	Formarea zahărului natural (glucoză) și absorbția CO2 din atmosferă

Fotosinteza - video