Яркая фаза фотосинтеза происходит на фолликулярной мембране. Фотоны, падающие на хлорофилл, стимулируют его и высвобождают электроны, отрицательно заряженные электроны накапливаются на мембране. Хлорофилл теряет все свои электроны, поэтому легкий вес продолжает воздействовать на воду и2O.
Фотосинтез в биологии — определение, сущность процесса кратко и понятно
Фотосинтез — один из ключевых биологических процессов, происходящих в природе и создающих благоприятные условия для большинства организмов. Его основной результат — высвобождение органических веществ и кислорода. Основная химическая реакция происходит между водой и углекислым газом, но для успеха необходимо участие света.
В ходе исследований растений и животных было проведено несколько важных экспериментов, которые привели ученых к открытию фотосинтеза. Это произошло несколько веков назад. В 1600 году бельгийский биолог Ян Ван Гельмонт провел довольно простой, но очень важный эксперимент. Поместите небольшую веточку ивы в горшок с почвой. В течение нескольких лет растения получали дождевую воду для полива, и их вес увеличился на 60 кг. В то же время вес почвы в горшках уменьшился всего на 50 г.
Рисунок 1. Процесс фотосинтеза В 1771 году англичанин по имени Джозеф Пристли также провел очень важный эксперимент. Он закрыл мышь под колпаком, но существо умерло от удушья всего через пять дней. В следующий раз он положил под колпак не только мышь, но и маленькую веточку зеленой мяты. Животные выживают, а ученые делают выводы о существовании процесса, который противоречит дыханию. Эксперимент также продемонстрировал способность зеленых растений выделять кислород в процессе собственной жизнедеятельности.
ВАЖНО: Джозеф Пристли большую часть своей жизни был священнослужителем Англиканской церкви, но сохранил свою историю как блестящий ученый.
В 1782 году уроженец Швейцарии Жан Сеневье представил научные доказательства химического расщепления углекислого газа под длительным воздействием солнечного света. Этот процесс постоянно происходит в зеленых органоидах почти всех растений. В 1787 году француз Жак Бассенго обнаружил, что растительность поглощает воду для синтеза органических веществ, необходимых для ее жизнедеятельности. И уже в 1864 году немецкий биолог Юлиус Сакс сделал научное открытие, изучив процесс фотосинтеза, по сути, завершив серию открытий. Именно он смог доказать, что соотношение потребляемого растениями углекислого газа к производимому кислороду составляет 1:1.
Особенности прохождения процессов фотосинтеза
Рисунок 2.Механизм фотосинтеза без хлорофилла в морских и водорослевых арбактериях, хлорофилл виден в цветах — клетках, отражающих свет и содержащих пигменты. У бурых и красных водорослей, живущих в глубине водоемов, в этом процессе участвуют другие пигменты. При анализе биологической пищевой цепи на первом месте стоят фотосинтезирующие организмы. Поэтому самоорганика потребляется почти всеми живыми организмами на планете.
Важно: При фотосинтезе из атмосферы выделяется кислород. Это необходимо для дыхания всех растений и животных. Попадая в верхние слои атмосферы, кислород играет роль в формировании озонового слоя. Это защищает поверхность планеты от чрезмерного воздействия ультрафиолетового излучения.
Как выполняется процесс фотосинтеза?
- Свет попадает на хлоропласты, которые располагаются в листьях и стеблях зеленых растений.
- Полуавтономные органеллы, расположенные внутри растительных клеток, начинают потреблять из почвы влагу, которая постепенно расщепляется на водород и кислород.
Важно: Эта химическая реакция также приводит к выделению кислорода. Важно! Оптимальными условиями для фотосинтеза является наличие солнечного света, но для некоторых фотосинтезирующих растений достаточно искусственного освещения.
Хемосинтез наблюдается только у некоторых прокариот. Многие хемосинтезирующие бактерии живут в местах, недоступных для других организмов: в глубоких бескислородных средах.
Значение фотосинтеза для жизни на Земле
Важность фотосинтеза для жизни на Земле теперь очевидна. Происхождение жизни на Земле и существование человека обусловлено этим сложным химическим процессом.
Кто-то может возразить, что на Земле есть места, где деревья и кустарники не растут, например, пустыни и арктические льды. Ученые показали, что только около 20% кислорода выделяют леса, кустарники и зеленые комки травы — растения, живущие на суше, — в то время как 80% кислорода поставляют мелкие водоросли и морские водоросли. Поток воздуха вокруг планеты позволяет животным дышать в экстремальных, почти бесплодных районах нашей удивительной планеты.
Фотосинтез формирует защитный озоновый щит вокруг нашей планеты, защищая все живое на Земле от космической и солнечной радиации и позволяя жизни выходить на сушу из океанских глубин.
Более подробную информацию о «Великой кислородной революции» можно найти в книге «Биология10-11» под редакцией A.A. Каменский на портале LECTA.
К сожалению, кислород потребляют не только живые организмы, но и промышленность. Уничтожаются тропические леса и загрязняются океаны, что приводит к снижению газообмена и увеличению дефицита кислорода.
Определение и формула фотосинтеза
Определение и формулировка фотосинтеза
Термин фотосинтез состоит из двух частей: фото — «свет» и синтез — «состав» или «производство». Если упростить определение, то фотосинтез — это преобразование световой энергии в энергию для образования сложных химических связей в органических веществах с помощью фотосинтетических пигментов. У зеленых растений фотосинтез происходит в хлоропластах.
На первый взгляд, форма фотосинтеза кажется простой:.
Вода + квантовый свет + углекислый газ → кислород + углеводы.
Загляните глубже и рассмотрите лист под электронным микроскопом, и вы увидите нечто примечательное. Вода и углекислый газ в структурных частях листа не взаимодействуют друг с другом напрямую.
Фазы фотосинтеза
Благодаря специальным клеточным органеллам, называемым хлоропластами, растения, а также многие одноклеточные животные способны к фотосинтезу.
Хлоропласты — это зеленые пластинки фотосинтезирующих эукариот. Хлоропласты включают:.
- две мембраны;
- стопки гранов;
- диски тилакоидов;
- строма — внутреннее вещество хлоропласта;
- люмен — внутреннее вещество тилакоида.
Сложный процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. Как следует из названия, световая фаза (светозависимая) включает световые кванты. Название «темная фаза» не означает, что процесс происходит в темноте. Более точное определение — светонезависимый. Это означает, что реакции, происходящие в этой фазе, не требуют света, но только в других частях хлоропласта, одновременно со световой фазой.
Многие люди ошибочно полагают, что процесс фотосинтеза — это производство растениями столь необходимого им кислорода. На самом деле, фотосинтез — это синтез углеводов (например, глюкозы), а кислород является лишь побочным продуктом реакции.
Обратите внимание! В результате фотосинтеза в темновой фазе образуется глюкоза — органическое вещество, необходимое для питания растений и производства энергии.
Темновая фаза
Эта фаза происходит в слое хлоропластов. Его реакции не требуют яркой энергии, поэтому они происходят как в темноте, так и на свету. Реакции темновой фазы представляют собой непрерывную цепь превращений углекислого газа (из воздуха), приводящих к образованию глюкозы и других органических веществ.
Первой реакцией в этой цепочке является выделение углекислого газа. Получателем углекислого газа является фермент рибулозо-фиболисфосфат (RBP)-рибулозо-фосфо-карбоксилаза (RBP-карбоксилаза). В результате карбоксилирования бисфосферной рибулозы образуется нестабильное соединение из шести атомов углерода, которое сразу же распадается на две молекулы двух фосфорногликемических кислот (ФГК). Затем происходит ряд реакций, в ходе которых фосфовольфрамовая кислота превращается в глюкозу через ряд промежуточных продуктов. Эти реакции используют действие АТФ и NADPH-H2Цикл этих реакций известен как «круг Кальвина».
Помимо глюкозы, в процессе фотосинтеза образуются и другие односторонние сложные органические соединения — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, а также нуклеотиды. Сегодня различают два типа фотосинтеза: c3 — а и в4-фотосинтез.
С3-фотосинтез
Это тип фотосинтеза, при котором первым продуктом является трикат3(ассоциация). Больше.3 — Фотосинтез был открыт раньше, чем c4-м. кальвин. Это было в.3 — Фотосинтез описан выше под названием «темные фазы». Характерные свойства c.31) Получателем углекислого газа является RIBP, 2) Реакция карбоксилирования RIBP опрокидывается Ribp-карбоксилазой, 3) Карбоксилирование Ribp приводит к образованию шестиуглеродного соединения, которое расщепляется двумя PHC. ФГК можно проследить до трифосфата (ТФ). Часть ЦГ идет на регенерацию Рибп, а часть преобразуется в глюкозу.
Фотодыхание
Фианима: 1 — хлоропласт — 2 — пероксид — 3 — митохондрия.
При этом происходит поглощение кислорода и выделение углекислого газа. В начале прошлого века было обнаружено, что кислород подавляет фотосинтез. В конце концов, кислород, как и углекислый газ, может быть субстратом для рибп-карбоксилазы.
� �. 2 + ribp → фосфорная глюкоза крови (2c) + ФГК (3c).
Фермент, участвующий в этом процессе, называется ribp-оксигеназа. Кислород является конкурентным ингибитором углекислого газа. Фосфатная группа распадается, и фосфатный сахар крови преобразуется в гликоль, который затем должно использовать растение. Он поступает в пероксид, где окисляется до глицина. Глицин поступает в митохондрии, где он окисляется на серин и определенное количество углерода теряется в виде CO2который затем окисляется до CO. В результате две молекулы гликоля (2С + 2С) превращаются в ФГК (3С) и СО.2. Фианима вызывает снижение C на 30-40%.3 — 30-40% (c3-сублиния — это растение, характеризующееся c3-фотосинтез).
Сегодня животные посадили бы его в тюрьму, но в 1771 году ученые не мешали ему продолжать эксперименты. Пристли поместил мышь в банку, в которой ранее погасла свеча. Животные умирали еще быстрее.
В 1905 году английский физиолог Ф. Блэкман обнаружил, что скорость фотосинтеза не может увеличиваться бесконечно из-за факторов, ограничивающих ее. Исходя из этого, он предложил две фазы фотосинтеза.
В условиях низкой освещенности скорость фотокопирования возрастает пропорционально увеличению интенсивности света, и, кроме того, эти реакции не зависят от температуры и не требуют проходящих ферментов. В фолликулярной мембране наблюдается светлая реакция.
Напротив, скорость темновых реакций увеличивается с повышением температуры, но как только достигается температурный предел в 30°C, это увеличение прекращается.. Важно также отметить, что свет, несмотря на свое название, также оказывает некоторое влияние на темновую реакцию.
Яркая фаза фотосинтеза происходит в различных типах белковых комплексов, особенно фотонов I и II, и в фолликулярных мембранах, загруженных синтетическим АТФ. При фотосинтезе используются пигментные комплексы, в которые помимо хлорофилла входят каротиноиды. Каротиноиды задерживают свет в тех областях спектра, где хлорофилл отсутствует, и, кроме того, защищают хлорофилл от повреждения ярким светом.
В дополнение к комплексам красителей, фотография также содержит ряд белковых образований, которые переносят последовательные электроны от молекулы хлорофилла друг к другу. Расположение этих белковых молекул называется электронной цепью хлоропласта.
Специальный белковый комплекс непосредственно связан с фото II и обеспечивает высвобождение кислорода во время таких процессов, как фотосинтез. Этот комплекс, высвобождающий кислород, содержит ионы марганца и хлорида.
Во время фотопериода яркие кванты или фотоны, которые соответствуют молекулам хлорофилла, содержащимся в фолликулярной мембране, переводят их в стимулированное состояние, характеризующееся более высокой электронной энергией. В этом случае электроны, стимулированные фотографией Photosta I, переносятся через цепь промежуточных звеньев к переносчику водорода NADPH. Это прочно связывает протоны водорода в водородном растворе.
NADPH + H + используется в темноте. Электроны в фотосистеме II хлорофилла также переносятся по цепи передачи электронов, но заполняют «электронную дыру» в фотостире I хлорофилла. Недостаток электронов в хлорофилле в фотосистеме II вызван уходом молекул воды при участии вышеупомянутых кислородных комплексов. В результате расщепления молекул воды, известного как фотолиз, образуются протоны водорода и высвобождается молекулярный кислород. Это производство фотосинтеза.
Темновая фаза — это процесс преобразования углекислого газа в глюкозу в слое хлоропласта (межгранулярном пространстве), содержащем АТФ и NADPH -H.
Результатом реакции темновой фазы является превращение углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал. В дополнение к молекулам глюкозы в слое образуются аминокислоты, нуклеотиды и спирты.
Рисунок 2.Световая и темновая фазы фотосинтеза
Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий
Химические связи — самый древний тип самопитания, сформировавшийся в ходе эволюции до фотосинтеза. В отличие от фотосинтеза при хемосинтезе основным источником энергии является не солнечный свет, а химические реакции, обычно окисление неорганических веществ.
Хемосинтез наблюдается только у некоторых прокариот. Многие хемосинтезирующие бактерии живут в местах, недоступных для других организмов: в глубоких бескислородных средах.
Химические вещества не зависят от энергии солнечного света, ни как растения, ни как животные. Исключение составляют бактерии, окисляющие аммиак. Это связано с тем, что последний выделяется в результате разложения органических веществ.
Химическая связь аналогична фотосинтезу.
- автотрофное питание,
- энергия накапливается в АТФ, а затем используется для синтеза органических веществ.
- источник энергии — различные окислительно-восстановительные химические реакции;
- характерен только для ряда бактерий и архей;
- клетки не содержат хлорофилла;
- в качестве источника углерода для синтеза органических веществ используются не только CO2Однако угарный газ (CO), ANT (HCOOH), метанол (CH3О), уксусная кислота (CH3COOH) и карбонаты.
Химические вещества производят энергию путем окисления серы, водорода, водорода, железа, марганца, аммиака и нитритов. Как видите, используются неорганические вещества.
Химические вещества делятся на группы в соответствии с их окислительными субстратами для производства энергии: железобактерии, серобактерии, древние метановые бактерии, нитратные бактерии и т.д.
В хемосинтезирующих аэробных организмах кислород является приемником электронов и водорода. Это означает, что он действует как окислитель.
Химические вещества играют важную роль в круговороте веществ, особенно азота, и способствуют повышению плодородия почвы.
Группа химически связанных организмов (химические питательные вещества) состоит в основном из бактерий: нитрификация, которая использует энергию окисления азота, серы, ионов железа и т.д. В этом случае донором электронов является не вода, а другие неорганические вещества.
Так, нитратные бактерии окисляют аммиак, образованный атмосферным азотом из амигдалоидных бактерий — азота в нитриты и нитраты:.
Цераты производят окисление водорода до серы и в некоторых случаях окисляют ее в серную кислоту.
Железобактерии окисляют соли железа:.
Водородные бактерии обладают способностью окислять молекулярный водород.
Углекислый газ служит источником угля для синтеза органических соединений у всех независимых бактерий.
Химические бактерии играют наиболее важную роль в биогеохимическом круговороте химических веществ в биосфере, благодаря большому количеству минералов, отложенных в течение их жизни. Они также являются источником, или производителем, органических веществ на Земле и делают некоторые неорганические вещества доступными для растений и других организмов.
Источник изображения: рисунок 2 — Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. общая биология (базовый уровень) 10-11 класс // Дрофа.
