- Що таке фотосинтез?
- Види фотосинтезу
- Характеристики фотосинтезу
- Рівняння фотосинтезу
- Фази фотосинтезу
- Значення фотосинтезу
Пояснюємо, що таке фотосинтез, його характеристики, рівняння та фази. Крім того, чому це важливо для світових екосистем.
Що таке фотосинтез?
Фотосинтез - це біохімічний процес, за допомогою якого рослини, водорості і бактерії фотосинтетичний перетворювач неорганічний матеріал (вуглекислого газу і води) в органічний матеріал (цукор), скориставшись Енергія виходячи з сонячне світло. Це основний механізм харчування з усіх автотрофні організми які містять хлорофіл, який є основним пігментом для процесу фотосинтезу.
Фотосинтез є одним з найважливіших біохімічних механізмів на планеті, оскільки він включає виробництво органічних поживних речовин, які зберігають світлова енергія виходячи з сонце в різних молекули корисні (вуглеводи). Насправді назва цього процесу походить від грецьких голосів Фото, «світло і синтез, «Композиція».
Після фотосинтезу синтезовані органічні молекули можна використовувати як джерело хімічна енергія для підтримки життєво важливих процесів, таких як клітинне дихання та інші реакції, які є частиною обмін речовин з живі істоти.
Для здійснення фотосинтезу необхідна наявність хлорофілу, пігменту, чутливого до сонячного світла, який надає рослинам і водоростям характерне зелене забарвлення. Цей пігмент міститься в хлоропластах, клітинних органелах різних розмірів, які є типовими клітини овочів, особливо клітини листя (листя). Хлоропласти містять набір білок Ю ферменти які дозволяють розвивати складні реакції, що є частиною процесу фотосинтезу.
Процес фотосинтезу необхідний для екосистема і для життя як ми їх знаємо, оскільки це дозволяє створювати та циркулювати органічні речовини та фіксувати неорганічні речовини. Крім того, під час кисневого фотосинтезу виробляється кисень, необхідний більшості живих істот для їх виробництва. дихання.
Види фотосинтезу
Залежно від речовин, які використовуються організмом для здійснення реакції, можна виділити два типи фотосинтезу:
- Кисневий фотосинтез. Характеризується використанням Вода (H2O) для відновлення вуглекислий газ (CO2) спожитого. При цьому типі фотосинтезу не тільки виробляються корисні для організму цукру, але і кисень (O2) одержується як продукт реакції. Рослини, водорості та ціанобактерії здійснюють кисневий фотосинтез.
- Аноксигенний фотосинтез. Організм не використовує воду для зменшення вуглекислого газу (CO2), а замість цього використовує сонячне світло для розщеплення молекул сірководню (H2S) або газоподібного водню (H2). Цей тип фотосинтезу не утворює кисень (O2), а замість цього виділяє сірку як продукт реакції. Аноксигенний фотосинтез здійснюють так звані зелені та фіолетові сірчані бактерії, які містять фотосинтетичні пігменти, згруповані під назвою бактеріохлорофілів, які відрізняються від хлорофілу рослин.
Характеристики фотосинтезу
У рослин і водоростей фотосинтез відбувається в органелах, які називаються хлоропластами.
Загалом, фотосинтез характеризується наступним:
- Це біохімічний процес використання переваг сонячного світла для отримання органічних сполук, тобто синтез поживних речовин з неорганічних елементів, таких як вода (H2O) і вуглекислий газ (CO2).
- Його можуть виконувати різні автотрофні організми, поки вони мають фотосинтезуючі пігменти (найважливішим є хлорофіл). Це процес живлення рослин (як наземних, так і водних), водоростей, фітопланктон, фотосинтезуючі бактерії. Деякі небагато тварини здатні до фотосинтезу, в тому числі морський слизняк Elysia chlorotica і плямиста саламандра Макулатна амбістома (останній робить це завдяки симбіоз з водоростями).
- У рослин і водоростей фотосинтез відбувається в спеціалізованих органелах, які називаються хлоропластами, в яких міститься хлорофіл. Фотосинтезуючі бактерії також мають хлорофіл (або інші аналогічні пігменти), але вони не мають хлоропластів.
- Існує два типи фотосинтезу, залежно від речовини, яка використовується для фіксації вуглецю з вуглекислого газу (CO2). Кисневий фотосинтез використовує воду (H2O) і виробляє кисень (O2), який виділяється в навколишнє середовище. Аноксигенний фотосинтез використовує сірководень (H2S) або газоподібний водень (H2) і не утворює кисень, а натомість виділяє сірку.
- Ще з часів Стародавньої Греції постулювали зв’язок між сонячним світлом і рослинами. Однак досягнення у вивченні та розумінні фотосинтезу почали набувати значення завдяки внеску послідовних вчених 18-го, 19-го та 20-го століть. Наприклад, першим, хто продемонстрував утворення кисню в рослинах, був англійський священик Джозеф Прістлі (1732-1804), а першим, хто сформулював основне рівняння фотосинтезу, був німецький ботанік Фердинанд Сакс (1832-1897). Пізніше, біохімічний Американець Мелвін Кальвін (1911-1997) зробив ще один величезний внесок, прояснивши цикл Кальвіна (одну з фаз фотосинтезу), що принесло йому Нобелівську премію за Хімія у 1961 році.
Рівняння фотосинтезу
Загальне рівняння кисневого фотосинтезу виглядає наступним чином:
Правильно сформулювати це рівняння хімічно, тобто збалансоване рівняння для цієї реакції, є таким:
Фази фотосинтезу
Фотосинтез як хімічний процес відбувається на двох різних стадіях: світлова (або світлова) стадія і темна стадія, так звана тому, що лише перша безпосередньо бере участь у присутності сонячного світла (що не означає, що друга обов’язково відбувається в темряві ).
- Світлова або фотохімічна стадія. Під час цієї фази всередині рослини відбуваються світлозалежні реакції, тобто рослина захоплює сонячна енергія за допомогою хлорофілу і використовує його для виробництва АТФ і НАДФН. Все починається, коли молекула хлорофілу стикається з сонячною радіацією і електрони його зовнішні оболонки збуджуються, що генерує ланцюг транспортування електронів (подібний до електрика), який використовується для синтезу АТФ (аденозинтрифосфат) і НАДФН (нікотин аденіндинуклеотидфосфат). Розпад молекули води в процесі, який називається «фотоліз», дозволяє молекулі хлорофілу відновити електрон, який вона втратила при збудженні (для здійснення світлової фази потрібне збудження кількох молекул хлорофілу). В результаті фотолізу двох молекул води утворюється молекула кисню, яка виділяється в атмосфера як побічний продукт цієї фази фотосинтезу.
- Темна або синтетична стадія. Під час цієї фази, яка відбувається в матриксі або стромі хлоропластів, рослина використовує вуглекислий газ і використовує переваги молекул, утворених на попередньому етапі (хімічна енергія), для синтезу речовин органічних речовин через ланцюг надзвичайно складних хімічних реакцій, відомий як Цикл Кальвіна-Бенсона. Під час цього циклу за допомогою різних ферментів, раніше утворених АТФ і НАДФН, з вуглекислого газу, який рослина забирає з атмосфери, синтезується глюкоза. Включення вуглекислого газу в сполуки органічне відоме як фіксація вуглецю.
Значення фотосинтезу
Фотосинтез є життєво важливим і центральним процесом у біосфері з кількох причин. Перший і найбільш очевидний полягає в тому, що він виробляє кисень (O2), необхідний газ для дихання як у воді, так і у воді. повітря. Без рослин більшість живих істот (включаючи людина) вони просто не змогли вижити.
З іншого боку, поглинаючи його з навколишнього середовища, рослини фіксують вуглекислий газ (CO2), перетворюючи його на органічну речовину. Цей газ, який ми видихаємо, коли дихаємо, потенційно токсичний, якщо його не утримувати в певних межах.
Тому що рослини використовують вуглекислий газ для створення власних їжа, зменшення життя рослин на планеті впливає на збільшення цього газу в атмосфері, де він функціонує як агент глобальне потепління. Наприклад, CO2 діє як газ парниковий ефект, запобігаючи надлишку тепла що досягає Земля випромінюється з атмосфери. Підраховано, що щороку фотосинтезуючі організми фіксують у вигляді органічних речовин близько 100 000 мільйонів тонн вуглецю.