- Kas ir fotosintēze?
- Fotosintēzes veidi
- Fotosintēzes īpašības
- Fotosintēzes vienādojums
- Fotosintēzes fāzes
- Fotosintēzes nozīme
Mēs izskaidrojam, kas ir fotosintēze, tās īpašības, vienādojums un fāzes. Kā arī, kāpēc tas ir svarīgi pasaules ekosistēmām.
Kas ir fotosintēze?
Fotosintēze ir bioķīmisks process, kura laikā augi, aļģes un baktērijas fotosintēzes pārveidotājs neorganisks materiāls (oglekļa dioksīds un ūdens) iekšā organisks materiāls (cukuri), izmantojot priekšrocības Enerģija nāk no saules gaisma. Šis ir galvenais mehānisms uzturs no visiem autotrofiski organismi kam ir hlorofils, kas ir būtisks pigments fotosintēzes procesā.
Fotosintēze ir viens no svarīgākajiem bioķīmiskajiem mehānismiem uz planētas, jo tā ietver organisko barības vielu ražošanu, kas uzglabā gaismas enerģija nāk no Saule vienaldzīgs molekulas noderīgi (ogļhidrāti). Faktiski šī procesa nosaukums cēlies no grieķu balsīm Fotoattēls, "gaisma un sintēze, "Sastāvs".
Pēc fotosintēzes sintezētās organiskās molekulas var izmantot kā avotu ķīmiskā enerģija atbalstīt dzīvībai svarīgus procesus, piemēram, šūnu elpošanu un citas reakcijas, kas ir daļa no vielmaiņa no dzīvās būtnes.
Lai veiktu fotosintēzi, ir nepieciešams hlorofils - pigments, kas ir jutīgs pret saules gaismu, kas piešķir augiem un aļģēm to raksturīgo zaļo krāsojumu. Šis pigments ir atrodams hloroplastos, dažāda izmēra šūnu organellās, kas ir raksturīgas dārzeņu šūnas, īpaši lapotnes šūnas (no lapām). Hloroplasti satur komplektu olbaltumvielas Y fermenti kas ļauj attīstīt sarežģītas reakcijas, kas ir daļa no fotosintēzes procesa.
Fotosintēzes process ir būtisks, lai ekosistēma un par dzīvi kā mēs tos pazīstam, jo tas ļauj radīt un cirkulēt organiskās vielas un fiksēt neorganiskās vielas. Turklāt skābekļa fotosintēzes laikā tiek ražots skābeklis, kas lielākajai daļai dzīvo būtņu nepieciešams to ražošanai. elpošana.
Fotosintēzes veidi
Atkarībā no vielām, ko organisms izmanto reakcijas veikšanai, var izšķirt divus fotosintēzes veidus:
- Skābekļa fotosintēze. To raksturo lietošana Ūdens (H2O), lai samazinātu oglekļa dioksīds (CO2). Šāda veida fotosintēzē ne tikai tiek ražoti organismam noderīgi cukuri, bet arī reakcijas rezultātā tiek iegūts skābeklis (O2). Augi, aļģes un zilaļģes veic skābekļa fotosintēzi.
- Anoksigēnā fotosintēze. Ķermenis neizmanto ūdeni oglekļa dioksīda (CO2) samazināšanai, bet gan izmanto saules gaismu, lai sadalītu sērūdeņraža (H2S) vai ūdeņraža gāzes (H2) molekulas. Šāda veida fotosintēze neražo skābekli (O2) un tā vietā izdala sēru kā reakcijas produktu. Anoksigēno fotosintēzi veic tā sauktās zaļās un purpursarkanās sēra baktērijas, kas satur fotosintēzes pigmentus, kas sagrupēti ar nosaukumu bakteriohlorofils, kas atšķiras no augu hlorofila.
Fotosintēzes īpašības
Augos un aļģēs fotosintēze notiek organellās, ko sauc par hloroplastiem.
Vispārīgi runājot, fotosintēzi raksturo:
- Tas ir bioķīmisks process, kurā tiek izmantotas saules gaismas priekšrocības, lai iegūtu organiskos savienojumus, tas ir, barības vielu sintēze no neorganiskiem elementiem, piemēram, ūdens (H2O) un oglekļa dioksīda (CO2).
- To var veikt dažādi autotrofiski organismi, ja vien tiem ir fotosintēzes pigmenti (vissvarīgākais ir hlorofils). Tas ir augu (gan sauszemes, gan ūdens), aļģu, fitoplanktons, fotosintētiskās baktērijas. Dažas dažas dzīvnieki spēj fotosintēzi, ieskaitot jūras gliemežus Elysia chlorotica un plankumainā salamandra Abystoma maculatum (pēdējais to dara, pateicoties simbioze ar jūraszālēm).
- Augos un aļģēs fotosintēze notiek specializētās organellās, ko sauc par hloroplastiem, kuros atrodams hlorofils. Fotosintētiskajām baktērijām ir arī hlorofils (vai citi līdzīgi pigmenti), taču tām nav hloroplastu.
- Ir divu veidu fotosintēze atkarībā no vielas, ko izmanto oglekļa dioksīda (CO2) fiksēšanai. Skābekļa fotosintēze izmanto ūdeni (H2O) un ražo skābekli (O2), kas izdalās apkārtējā vidē. Bezskābekļa fotosintēze izmanto sērūdeņradi (H2S) vai ūdeņraža gāzi (H2), un tā neražo skābekli, bet atbrīvo sēru.
- Kopš Senās Grieķijas attiecības starp saules gaismu un augiem jau tika postulētas. Tomēr panākumi fotosintēzes izpētē un izpratnē kļuva arvien nozīmīgāki, pateicoties 18., 19. un 20. gadsimta zinātnieku ieguldījumam. Piemēram, pirmais, kurš demonstrēja skābekļa veidošanos augos, bija angļu garīdznieks Džozefs Prīstlijs (1732-1804), un pirmais, kurš formulēja fotosintēzes pamatvienādojumu, bija vācu botāniķis Ferdinands Zakss (1832-1897). Vēlāk, bioķīmiski Amerikānis Melvins Kalvins (1911-1997) sniedza vēl vienu milzīgu ieguldījumu, noskaidrojot Kalvina ciklu (vienu no fotosintēzes fāzēm), kas viņam atnesa Nobela prēmiju. Ķīmija 1961. gadā.
Fotosintēzes vienādojums
Vispārējais skābekļa fotosintēzes vienādojums ir šāds:
Pareizais veids, kā ķīmiski formulēt šo vienādojumu, tas ir, līdzsvarotu šīs reakcijas vienādojumu, ir šāds:
Fotosintēzes fāzes
Fotosintēze kā ķīmisks process notiek divos dažādos posmos: gaišajā (vai gaišajā) un tumšajā stadijā, ko sauc tāpēc, ka tikai pirmā ir tieši iesaistīta saules gaismas klātbūtnē (kas nenozīmē, ka otrais obligāti notiek tumsā). ).
- Gaismas vai fotoķīmiskā stadija. Šajā fāzē auga iekšpusē notiek no gaismas atkarīgas reakcijas, tas ir, augs uztver to saules enerģija ar hlorofila palīdzību un izmanto to ATP un NADPH ražošanai. Viss sākas, kad hlorofila molekula nonāk saskarē ar saules starojumu un elektroni tās ārējie apvalki ir ierosināti, kas ģenerē elektronu transportēšanas ķēdi (līdzīgi kā elektrība), ko izmanto sintēzei ATP (adenozīna trifosfāts) un NADPH (nikotīna adenīna dinukleotīda fosfāts). Ūdens molekulas sadalīšanās procesā, ko sauc par "fotolīzi", ļauj hlorofila molekulai atgūt elektronu, ko tā pazaudēja ierosināšanas laikā (lai veiktu gaismas fāzi, ir nepieciešama vairāku hlorofila molekulu ierosme). Divu ūdens molekulu fotolīzes rezultātā veidojas skābekļa molekula, kas izdalās atmosfēra kā šīs fotosintēzes fāzes blakusprodukts.
- Tumša vai sintētiska stadija. Šajā fāzē, kas notiek hloroplastu matricā vai stromā, augs izmanto oglekļa dioksīdu un izmanto molekulas, kas radušās iepriekšējā posmā (ķīmiskā enerģija), lai sintezētu. vielas organiskās vielas, izmantojot ļoti sarežģītu ķīmisku reakciju ķēdi, kas pazīstama kā Kalvina-Bensona cikls. Šī cikla laikā un dažādu enzīmu, iepriekš izveidoto ATP un NADPH, iejaukšanās rezultātā glikoze tiek sintezēta no oglekļa dioksīda, ko augs paņem no atmosfēras. Oglekļa dioksīda iekļaušana savienojumi organisko vielu sauc par oglekļa fiksāciju.
Fotosintēzes nozīme
Fotosintēze ir būtisks un centrālais process biosfērā vairāku iemeslu dēļ. Pirmais un acīmredzamākais ir tas, ka tas ražo skābekli (O2), kas ir būtiska gāze elpošanai gan ūdenī, gan ūdenī. gaiss. Bez augiem lielākā daļa dzīvo būtņu (ieskaitot cilvēks) viņi vienkārši nevarēja izdzīvot.
Savukārt, uzņemot to no apkārtējās vides, augi fiksē oglekļa dioksīdu (CO2), pārvēršot to organiskā vielā. Šī gāze, ko mēs izelpojam, kad elpojam, ir potenciāli toksiska, ja tā netiek turēta noteiktās robežās.
Tā kā augi izmanto oglekļa dioksīdu, lai ražotu paši ēdiens, augu dzīves samazināšanās uz planētas ietekmē šīs gāzes palielināšanos atmosfērā, kur tā darbojas kā aģents globālā sasilšana. Piemēram, CO2 darbojas kā gāze siltumnīcas efekts, novēršot pārmērību karstums kas sasniedz Zeme izstaro no atmosfēras. Tiek lēsts, ka katru gadu fotosintētiskie organismi kā organiskas vielas fiksē aptuveni 100 000 miljonus tonnu oglekļa.