De donkere fase van fotosynthese vindt plaats in. Het proces van fotosynthese: kort en duidelijk voor kinderen

Elk Levend wezen op de planeet heeft voedsel of energie nodig om te overleven. Sommige organismen voeden zich met andere wezens, terwijl andere hun eigen voedingsstoffen kunnen produceren. Ze produceren hun eigen voedsel, glucose, in een proces dat fotosynthese wordt genoemd.

Fotosynthese en ademhaling zijn met elkaar verbonden. Het resultaat van fotosynthese is glucose, dat als chemische energie wordt opgeslagen. Deze opgeslagen chemische energie is het resultaat van de omzetting van anorganische koolstof (kooldioxide) in organische koolstof. Bij het ademen komt opgeslagen chemische energie vrij.

Naast de producten die ze produceren, hebben planten ook koolstof, waterstof en zuurstof nodig om te overleven. Water dat uit de bodem wordt opgenomen, levert waterstof en zuurstof. Tijdens fotosynthese worden koolstof en water gebruikt om voedsel te synthetiseren. Planten hebben ook nitraten nodig om aminozuren te maken (een aminozuur is een ingrediënt voor het maken van eiwitten). Daarnaast hebben ze magnesium nodig om chlorofyl te produceren.

De notitie: Levende wezens die afhankelijk zijn van ander voedsel worden genoemd. Herbivoren zoals koeien en planten die insecten eten zijn voorbeelden van heterotrofen. Levende wezens die hun eigen voedsel produceren, worden genoemd. Groene planten en algen zijn voorbeelden van autotrofen.

In dit artikel leer je meer over hoe fotosynthese in planten plaatsvindt en welke omstandigheden daarvoor nodig zijn.

Definitie van fotosynthese

Fotosynthese is het chemische proces waarbij planten, en sommige algen, glucose en zuurstof produceren uit koolstofdioxide en water, waarbij ze alleen licht als energiebron gebruiken.

Dit proces is uiterst belangrijk voor het leven op aarde omdat er zuurstof vrijkomt, waarvan al het leven afhankelijk is.

Waarom hebben planten glucose (voedsel) nodig?

Net als mensen en andere levende wezens hebben planten ook voeding nodig om te overleven. Het belang van glucose voor planten is als volgt:

• Glucose geproduceerd door fotosynthese wordt tijdens de ademhaling gebruikt om energie vrij te maken die de plant nodig heeft voor andere vitale processen.
• Plantencellen zetten ook een deel van de glucose om in zetmeel, dat naar behoefte wordt gebruikt. Om deze reden worden dode planten gebruikt als biomassa omdat ze chemische energie opslaan.
• Glucose is ook nodig om andere chemicaliën te maken, zoals eiwitten, vetten en plantensuikers die nodig zijn om de groei en andere belangrijke processen te ondersteunen.

Fasen van fotosynthese

Het proces van fotosynthese is verdeeld in twee fasen: licht en donker.

Lichtfase van fotosynthese

Zoals de naam al doet vermoeden, hebben lichtfasen zonlicht nodig. Bij lichtafhankelijke reacties wordt energie uit zonlicht geabsorbeerd door chlorofyl en omgezet in opgeslagen chemische energie in de vorm van het elektronendragermolecuul NADPH (nicotinamide-adenine-dinucleotide-fosfaat) en het energiemolecuul ATP (adenosine-trifosfaat). Lichtfasen komen voor in thylakoïde membranen in de chloroplast.

Donkere fase van fotosynthese of Calvin-cyclus

In de donkere fase of Calvin-cyclus leveren aangeslagen elektronen uit de lichte fase energie voor de vorming van koolhydraten uit koolstofdioxidemoleculen. De lichtonafhankelijke fasen worden soms de Calvin-cyclus genoemd vanwege de cyclische aard van het proces.

Hoewel donkere fasen geen licht als reactant gebruiken (en als gevolg daarvan overdag of 's nachts kunnen optreden), hebben ze de producten van lichtafhankelijke reacties nodig om te kunnen functioneren. Lichtonafhankelijke moleculen zijn afhankelijk van de energiedragermoleculen ATP en NADPH om nieuwe koolhydraatmoleculen te creëren. Zodra energie is overgedragen, keren de energiedragermoleculen terug naar de lichtfasen om meer energetische elektronen te produceren. Bovendien worden verschillende donkere fase-enzymen geactiveerd door licht.

Diagram van fotosynthesefasen

De notitie: Dit betekent dat de donkere fasen niet doorgaan als de planten te lang geen licht krijgen, omdat ze de producten van de lichte fasen gebruiken.

De structuur van plantenbladeren

We kunnen de fotosynthese niet volledig bestuderen zonder meer te weten over de structuur van het blad. Het blad is aangepast om een ​​vitale rol te spelen in het fotosyntheseproces.

Externe structuur van bladeren

• Vierkant

Een van de belangrijkste kenmerken van planten is het grote oppervlak van hun bladeren. De meeste groene planten hebben brede, platte en open bladeren die evenveel kunnen opvangen zonne energie(zonlicht) indien nodig voor fotosynthese.

• Centrale ader en bladsteel

De centrale nerf en bladsteel komen samen en vormen de basis van het blad. De bladsteel positioneert het blad zo dat het zoveel mogelijk licht ontvangt.

• Blad

Eenvoudige bladeren hebben één bladschijf, terwijl complexe bladeren er meerdere hebben. Het bladblad is een van de belangrijkste componenten van het blad, dat direct betrokken is bij het fotosyntheseproces.

• Aderen

Een netwerk van nerven in de bladeren transporteert water van de stengels naar de bladeren. De vrijgekomen glucose wordt vanuit de bladeren via de aderen ook naar andere delen van de plant gestuurd. Bovendien ondersteunen en houden deze bladdelen het blad plat voor een betere opname van zonlicht. De opstelling van de nerven (venatie) is afhankelijk van het type plant.

• Bladbasis

De basis van het blad is het laagste deel, dat verbonden is met de stengel. Vaak bevinden zich aan de basis van het blad een paar steunblaadjes.

• Bladrand

Afhankelijk van het type plant kan de rand van het blad verschillende vormen hebben, waaronder: geheel, gekarteld, gezaagd, gekerfd, gekarteld, enz.

• Bladpunt

Net als de rand van een blad is de bovenkant verschillende vormen, inclusief: scherp, rond, stomp, langwerpig, uitgerekt, enz.

Interne structuur van bladeren

Hieronder ziet u een nauw diagram van de interne structuur van bladweefsels:

• Cuticula

De cuticula is de belangrijkste beschermende laag op het oppervlak van de plant. In de regel is het dikker aan de bovenkant van het blad. De cuticula is bedekt met een wasachtige substantie die de plant beschermt tegen water.

• Opperhuid

De epidermis is een laag cellen die het omhullende weefsel van het blad vormt. Zijn hoofdfunctie- bescherming van de interne bladweefsels tegen uitdroging, mechanische schade en infecties. Het reguleert ook het proces van gasuitwisseling en transpiratie.

• Mesofyl

Mesofyl is het belangrijkste weefsel van een plant. Dit is waar het proces van fotosynthese plaatsvindt. Bij de meeste planten is het mesofyl verdeeld in twee lagen: de bovenste is palissade en de onderste is sponsachtig.

• Verdediging kooien

Bewakingscellen zijn gespecialiseerde cellen in de epidermis van bladeren die worden gebruikt om de gasuitwisseling te controleren. Zij treden op beschermende functie voor huidmondjes. De huidmondjesporiën worden groot als er vrij water beschikbaar is, anders worden de beschermende cellen traag.

• Stoma

Fotosynthese is afhankelijk van de penetratie van koolstofdioxide (CO2) uit de lucht via de huidmondjes in het mesofylweefsel. Zuurstof (O2), geproduceerd als bijproduct van de fotosynthese, verlaat de plant via de huidmondjes. Wanneer de huidmondjes open staan, gaat er water verloren door verdamping en moet via de transpiratiestroom vervangen worden door water dat door de wortels wordt opgenomen. Planten worden gedwongen om de hoeveelheid CO2 die uit de lucht wordt opgenomen en het waterverlies via de huidmondjes in evenwicht te brengen.

Voorwaarden vereist voor fotosynthese

Hieronder volgen de omstandigheden die planten nodig hebben om het fotosyntheseproces uit te voeren:

• Kooldioxide. Een kleurloos, geurloos aardgas dat in de lucht voorkomt en de wetenschappelijke naam CO2 heeft. Het wordt gevormd tijdens de verbranding van koolstof en organische verbindingen, en komt ook voor tijdens de ademhaling.
• Water. Transparante vloeistof Chemische substantie geur- en smaakloos (onder normale omstandigheden).
• Licht. Hoewel kunstlicht ook geschikt is voor planten, ontstaat er vaak natuurlijk zonlicht Betere omstandigheden voor fotosynthese, omdat het natuurlijke ultraviolette straling bevat, wat een positief effect heeft op planten.
• Chlorofyl. Het is een groen pigment dat voorkomt in bladeren van planten.
• Voedingsstoffen en mineralen. Chemicaliën en organische verbindingen die plantenwortels uit de grond opnemen.

Wat ontstaat er als gevolg van fotosynthese?

• Glucose;
• Zuurstof.

(Lichtenergie wordt tussen haakjes weergegeven omdat het er niet toe doet)

De notitie: Planten halen via hun bladeren CO2 uit de lucht en via hun wortels water uit de grond. Lichtenergie komt van de zon. De resulterende zuurstof wordt door de bladeren in de lucht afgegeven. De resulterende glucose kan worden omgezet in andere stoffen, zoals zetmeel, dat wordt gebruikt als energieopslag.

Als factoren die de fotosynthese bevorderen ontbreken of in onvoldoende hoeveelheden aanwezig zijn, kan de plant negatief worden beïnvloed. Er ontstaat bijvoorbeeld minder licht gunstige omstandigheden voor insecten die de bladeren van de plant eten, en het gebrek aan water vertraagt ​​het.

Waar vindt fotosynthese plaats?

Fotosynthese vindt plaats in plantencellen, in kleine plastiden die chloroplasten worden genoemd. Chloroplasten (meestal te vinden in de mesofyllaag) bevatten een groene substantie genaamd chlorofyl. Hieronder staan ​​andere delen van de cel die samenwerken met de chloroplast om fotosynthese uit te voeren.

Structuur van een plantencel

Functies van plantenceldelen

• : biedt structurele en mechanische ondersteuning, beschermt cellen tegen, fixeert en bepaalt de celvorm, controleert de snelheid en richting van de groei en geeft vorm aan planten.
• : biedt een platform voor de meeste enzymgestuurde chemische processen.
• : fungeert als een barrière en controleert de beweging van stoffen in en uit de cel.
• : zoals hierboven beschreven bevatten ze chlorofyl, een groene substantie die lichtenergie absorbeert via het proces van fotosynthese.
• : een holte in het celcytoplasma waarin water wordt opgeslagen.
• : bevat een genetisch merkteken (DNA) dat de activiteiten van de cel controleert.

Chlorofyl absorbeert lichtenergie die nodig is voor fotosynthese. Het is belangrijk op te merken dat niet alle kleurgolflengten van licht worden geabsorbeerd. Planten absorberen voornamelijk rode en blauwe golflengten; ze absorberen geen licht in het groene bereik.

Kooldioxide tijdens fotosynthese

Planten nemen via hun bladeren koolstofdioxide uit de lucht op. Koolstofdioxide lekt door een klein gaatje aan de onderkant van het blad: de huidmondjes.

Het onderste deel van het blad heeft losjes geplaatste cellen zodat koolstofdioxide andere cellen in de bladeren kan bereiken. Hierdoor kan ook de door fotosynthese geproduceerde zuurstof gemakkelijk het blad verlaten.

Koolstofdioxide is in zeer lage concentraties aanwezig in de lucht die we inademen en is een noodzakelijke factor in de donkere fase van fotosynthese.

Licht tijdens fotosynthese

Het blad heeft doorgaans een groot oppervlak waardoor het veel licht kan absorberen. Het bovenoppervlak wordt beschermd tegen waterverlies, ziekten en blootstelling aan weersinvloeden door een wasachtige laag (cuticula). De bovenkant van het laken is waar het licht op valt. Deze mesofyllaag wordt palissade genoemd. Het is aangepast om een ​​grote hoeveelheid licht te absorberen, omdat het veel bladgroenkorrels bevat.

Tijdens lichtfasen neemt het fotosyntheseproces toe naarmate er meer licht is. Er worden meer chlorofylmoleculen geïoniseerd en er wordt meer ATP en NADPH gegenereerd als lichtfotonen op een groen blad worden geconcentreerd. Hoewel licht uiterst belangrijk is in de fotofasen, moet worden opgemerkt dat overmatige hoeveelheden chlorofyl kunnen beschadigen en het fotosyntheseproces kunnen verminderen.

Lichtfasen zijn niet erg afhankelijk van temperatuur, water of koolstofdioxide, hoewel ze allemaal nodig zijn om het fotosyntheseproces te voltooien.

Water tijdens fotosynthese

Planten verkrijgen het water dat ze nodig hebben voor fotosynthese via hun wortels. Ze hebben wortelharen die in de grond groeien. De wortels zijn gekarakteriseerd groot gebied oppervlakken en dunne wanden, waardoor water er gemakkelijk doorheen kan.

De afbeelding toont planten en hun cellen met voldoende water (links) en gebrek daaraan (rechts).

De notitie: Wortelcellen bevatten geen chloroplasten omdat ze zich meestal in het donker bevinden en niet kunnen fotosynthetiseren.

Als de plant niet genoeg water opneemt, verwelkt hij. Zonder water zal de plant niet snel genoeg kunnen fotosynthetiseren en mogelijk zelfs afsterven.

Wat is het belang van water voor planten?

• Biedt opgeloste mineralen die de gezondheid van planten ondersteunen;
• Is een medium voor transport;
• Behoudt stabiliteit en rechtopstaandheid;
• Koelt en verzadigt met vocht;
• Maakt het mogelijk om verschillende chemische reacties in plantencellen uit te voeren.

Het belang van fotosynthese in de natuur

Het biochemische proces van fotosynthese gebruikt energie uit zonlicht om water en koolstofdioxide om te zetten in zuurstof en glucose. Glucose wordt in planten gebruikt als bouwstenen voor weefselgroei. Fotosynthese is dus de methode waarmee wortels, stengels, bladeren, bloemen en vruchten worden gevormd. Zonder het proces van fotosynthese kunnen planten niet groeien of zich voortplanten.

• Producenten

Vanwege hun fotosynthetische vermogen staan ​​planten bekend als producenten en dienen ze als basis voor bijna elke voedselketen op aarde. (Algen zijn het equivalent van planten in). Al het voedsel dat we eten is afkomstig van organismen die fotosynthetisch zijn. We eten deze planten rechtstreeks of eten dieren zoals koeien of varkens die plantaardig voedsel consumeren.

• Basis van de voedselketen

Ook binnen aquatische systemen vormen planten en algen de basis van de voedselketen. Algen dienen als voedsel voor, die op hun beurt weer dienen als voedingsbron voor grotere organismen. Zonder fotosynthese in aquatisch milieu het leven zou onmogelijk zijn.

• Verwijdering van koolstofdioxide

Fotosynthese zet koolstofdioxide om in zuurstof. Tijdens fotosynthese komt kooldioxide uit de atmosfeer de plant binnen en komt vervolgens vrij als zuurstof. In de wereld van vandaag, waar het kooldioxidegehalte in alarmerend tempo stijgt, is elk proces dat kooldioxide uit de atmosfeer verwijdert, belangrijk voor het milieu.

• Gyre voedingsstoffen

Planten en andere fotosynthetische organismen spelen een cruciale rol in de kringloop van voedingsstoffen. Stikstof in de lucht wordt vastgelegd in plantenweefsel en komt beschikbaar voor de aanmaak van eiwitten. Micronutriënten die in de bodem worden aangetroffen, kunnen ook in plantenweefsel worden opgenomen en beschikbaar komen voor herbivoren verderop in de voedselketen.

• Fotosynthetische afhankelijkheid

Fotosynthese is afhankelijk van de intensiteit en kwaliteit van het licht. Op de evenaar, waar het hele jaar door zonlicht in overvloed aanwezig is en water geen beperkende factor is, groeien planten snel en kunnen ze behoorlijk groot worden. Omgekeerd vindt fotosynthese minder vaak plaats in de diepere delen van de oceaan, omdat licht deze lagen niet binnendringt, wat resulteert in een dorre ecosysteem.

Fotosynthese - een uniek systeem van creatieprocessen waarbij gebruik wordt gemaakt van chlorofyl en lichtenergie organisch materiaal van anorganische stoffen en het vrijkomen van zuurstof in de atmosfeer, op grote schaal gerealiseerd op het land en in het water.

Alle processen van de donkere fase van fotosynthese vinden plaats zonder directe consumptie van licht, maar hoogenergetische stoffen (ATP en NADP.H), gevormd met de deelname van lichtenergie, spelen daarin een grote rol tijdens de lichte fase van fotosynthese. Tijdens de donkere fase wordt de energie van macro-energetische bindingen van ATP omgezet in de chemische energie van organische verbindingen van koolhydraatmoleculen. Dit betekent dat de energie van zonlicht als het ware wordt bewaard in chemische bindingen tussen atomen van organische stoffen, wat van groot belang is voor de energie van de biosfeer en specifiek voor de levensactiviteit van de gehele levende bevolking van onze planeet.

Fotosynthese vindt plaats in de bladgroenkorrels van de cel en is de synthese van koolhydraten in chlorofyldragende cellen, die plaatsvindt bij het verbruik van energie uit zonlicht. Er zijn licht- en temperatuurfasen van fotosynthese. De lichtfase, met het directe verbruik van lichtkwanta, voorziet het syntheseproces van de nodige energie in de vorm van NADH en ATP. Donkere fase - zonder de deelname van licht, maar via een groot aantal series chemische reacties (Calvin-cyclus) zorgt voor de vorming van koolhydraten, voornamelijk glucose. Het belang van fotosynthese in de biosfeer is enorm.

Op deze pagina vindt u materiaal over de volgende onderwerpen:

• Fotosynthese lichte en donkere fasen abstract

• Donkere fase van fotosynthesetest opgelost

• Lichte fase en donkere processen

• Verslag over het onderwerp van de donkere fase van fotosynthese

• De lichtreacties van fotosynthese vinden plaats in

Vragen over dit materiaal:

Leven op aarde is mogelijk dankzij licht, voornamelijk zonne-energie. Deze energie wordt omgezet in energie chemische bindingen organische stoffen gevormd tijdens fotosynthese.

Alle planten en sommige prokaryoten (fotosynthetische bacteriën en blauwgroene algen) houden zich bezig met fotosynthese. Dergelijke organismen worden genoemd fototrofen . De energie voor fotosynthese komt uit licht, dat wordt opgevangen door speciale moleculen die fotosynthetische pigmenten worden genoemd. Omdat slechts een bepaalde golflengte van licht wordt geabsorbeerd, worden sommige lichtgolven niet geabsorbeerd maar gereflecteerd. Afhankelijk van de spectrale samenstelling van het gereflecteerde licht krijgen de pigmenten kleur: groen, geel, rood, enz.

Er zijn drie soorten fotosynthetische pigmenten: chlorofylen, carotenoïden en fycobilinen . Het belangrijkste pigment is chlorofyl. De basis is een platte porfyrinekern gevormd door vier pyrroolringen verbonden door methylbruggen, met een magnesiumatoom in het midden. Er zijn verschillende type-a-chlorofylen. U hogere planten Groene algen en euglena-algen bevatten chlorofyl-B, dat wordt gevormd uit chlorofyl-A. Bruine en diatomeeënalgen bevatten chlorofyl-C in plaats van chlorofyl-B, en rode algen bevatten chlorofyl-D. Een andere groep pigmenten wordt gevormd door carotenoïden, die in kleur variëren van geel tot rood. Ze worden aangetroffen in alle gekleurde plastiden (chloroplasten, chromoplasten) van planten. Bovendien maskeert chlorofyl in de groene delen van planten carotenoïden, waardoor ze onzichtbaar worden tot het begin van koud weer. In de herfst worden de groene pigmenten vernietigd en worden carotenoïden duidelijk zichtbaar. Carotenoïden worden gesynthetiseerd door fototrofe bacteriën en schimmels. Phycobilins zijn aanwezig in rode algen en cyanobacteriën.

Lichtstadium van fotosynthese

Chlorofylen en andere pigmenten in bladgroenkorrels vormen specifiek licht-oogstende complexen . Met behulp van elektromagnetische resonantie dragen ze de verzamelde energie over aan speciale chlorofylmoleculen. Deze moleculen geven, onder invloed van excitatie-energie, elektronen aan moleculen van andere stoffen - vectoren , en haal dan elektronen weg uit eiwitten en vervolgens uit water. Het splitsen van water tijdens fotosynthese wordt genoemd fotolyse . Dit gebeurt in de thylakoïdeholten. Protonen passeren speciale kanalen in het stroma. Hierdoor komt de energie vrij die nodig is voor de ATP-synthese:

2H 2 O = 4e + 4H + + O 2

ADP+P=ATP

De deelname van lichtenergie is hier een voorwaarde, daarom wordt deze fase de lichtfase genoemd. Zuurstof die als bijproduct wordt geproduceerd, wordt naar buiten afgevoerd en door de cel gebruikt voor ademhaling.

Donkere fase van fotosynthese

De volgende reacties vinden plaats in het stroma van de chloroplast. Monosachariden worden gevormd uit koolstofdioxide en water. In mijn eentje dit proces is in tegenspraak met de wetten van de thermodynamica, maar aangezien ATP-moleculen hierbij betrokken zijn, is de glucosesynthese dankzij deze energie een reëel proces. Later worden polysachariden gemaakt uit de moleculen ervan: cellulose, zetmeel en andere complexe organische moleculen. De algemene vergelijking voor fotosynthese kan als volgt worden weergegeven:

6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Vooral overdag wordt tijdens intensieve fotosyntheseprocessen veel zetmeel in de bladgroenkorrels afgezet; 's nachts wordt het zetmeel afgebroken tot oplosbare vormen en door de plant gebruikt.

Wil je dit of een ander biologieonderwerp meer in detail begrijpen? aan de auteur van dit artikel, Vladimir Smirnov.

Het artikel is een fragment uit het werk “Genesis” van Vladimir Smirnov; bij elke kopie en gebruik van het materiaal moet een bronvermelding worden vermeld.

We raden u ook aan een videoles over fotosynthese van onze botanicus Irina te bekijken:

blog.site is bij het geheel of gedeeltelijk kopiëren van materiaal een link naar de originele bron vereist.

DEFINITIE: Fotosynthese is het proces van de vorming van organische stoffen uit koolstofdioxide en water, in licht, waarbij zuurstof vrijkomt.

Korte uitleg van fotosynthese

Het proces van fotosynthese omvat:

1) chloroplasten,

3) koolstofdioxide,

5) temperatuur.

In hogere planten vindt fotosynthese plaats in chloroplasten - ovaalvormige plastiden (semi-autonome organellen) die het pigment chlorofyl bevatten, dankzij de groene kleur waarvan delen van de plant ook een groene kleur hebben.

Bij algen zit chlorofyl in chromatoforen (pigmenthoudende en lichtreflecterende cellen). Bruine en rode algen, die op aanzienlijke diepten leven waar zonlicht niet goed doordringt, hebben andere pigmenten.

Als je naar de voedselpiramide van alle levende wezens kijkt, staan ​​fotosynthetische organismen helemaal onderaan, onder de autotrofen (organismen die organische stoffen synthetiseren uit anorganische stoffen). Daarom zijn ze een voedselbron voor al het leven op aarde.

Tijdens fotosynthese komt zuurstof vrij in de atmosfeer. In de bovenste lagen van de atmosfeer wordt daaruit ozon gevormd. Het ozonschild beschermt het aardoppervlak tegen harde straling ultraviolette straling, waardoor het leven uit de zee naar het land kon komen.

Zuurstof is nodig voor de ademhaling van planten en dieren. Wanneer glucose wordt geoxideerd met de deelname van zuurstof, slaan de mitochondriën bijna 20 keer meer energie op dan zonder zuurstof. Dit maakt het gebruik van voedsel veel efficiënter, wat heeft geleid tot hoog niveau metabolisme bij vogels en zoogdieren.

Meer gedetailleerde beschrijving fotosyntheseproces van planten

Voortgang van fotosynthese:

Het fotosyntheseproces begint met licht dat op chloroplasten valt: intracellulaire semi-autonome organellen die groen pigment bevatten. Bij blootstelling aan licht beginnen chloroplasten water uit de bodem te consumeren en dit te splitsen in waterstof en zuurstof.

Een deel van de zuurstof komt vrij in de atmosfeer, het andere deel gaat naar oxidatieve processen in de plant.

Suiker combineert met stikstof, zwavel en fosfor uit de bodem, op deze manier produceren groene planten zetmeel, vetten, eiwitten, vitamines en andere complexe verbindingen die nodig zijn voor hun leven.

Fotosynthese vindt het beste plaats onder invloed van zonlicht, maar sommige planten kunnen tevreden zijn met kunstlicht.

Een complexe beschrijving van de mechanismen van fotosynthese voor de gevorderde lezer

Tot de jaren zestig van de twintigste eeuw kenden wetenschappers slechts één mechanisme voor de fixatie van kooldioxide: via de C3-pentosefosfaatroute. Onlangs heeft een groep Australische wetenschappers echter kunnen bewijzen dat in sommige planten de reductie van kooldioxide plaatsvindt via de C4-dicarbonzuurcyclus.

In planten met een C3-reactie vindt fotosynthese het meest actief plaats onder omstandigheden van gematigde temperatuur en licht, voornamelijk in bossen en donkere plaatsen. Bijna al deze planten bevatten gekweekte planten en de meeste groenten. Ze vormen de basis van het menselijke dieet.

In planten met de C4-reactie vindt fotosynthese het meest actief plaats onder omstandigheden hoge temperatuur en verlichting. Dergelijke planten omvatten bijvoorbeeld maïs, sorghum en suikerstok, die groeien in warme en tropische klimaten.

Het plantenmetabolisme zelf werd vrij recent ontdekt, toen werd ontdekt dat in sommige planten die speciale weefsels hebben voor het opslaan van water, kooldioxide zich ophoopt in de vorm van organische zuren en pas na een dag in koolhydraten wordt vastgelegd. Dit mechanisme helpt planten water te besparen.

Hoe vindt het proces van fotosynthese plaats?

De plant absorbeert licht met behulp van een groene substantie genaamd chlorofyl. Chlorofyl wordt aangetroffen in chloroplasten, die voorkomen in stengels of fruit. Er zitten er bijzonder veel in de bladeren, omdat het blad door zijn zeer platte structuur veel licht kan aantrekken en daardoor veel meer energie kan ontvangen voor het fotosyntheseproces.

Na opname bevindt chlorofyl zich in een opgewonden toestand en draagt ​​het energie over aan andere moleculen van het plantenlichaam, vooral degenen die direct betrokken zijn bij fotosynthese. De tweede fase van het fotosyntheseproces vindt plaats zonder de verplichte deelname van licht en bestaat uit het verkrijgen van een chemische binding met de deelname van koolstofdioxide verkregen uit lucht en water. In dit stadium worden verschillende zeer nuttige stoffen voor het leven, zoals zetmeel en glucose, gesynthetiseerd.

Deze organische stoffen worden door de planten zelf gebruikt om de verschillende delen ervan te voeden en om de normale levensfuncties in stand te houden. Daarnaast worden deze stoffen ook door dieren verkregen door het eten van planten. Mensen krijgen deze stoffen ook binnen door voedsel van dierlijke en plantaardige oorsprong te eten.

Voorwaarden voor fotosynthese

Fotosynthese kan zowel onder invloed van kunstlicht als zonlicht plaatsvinden. In de regel ‘werken’ planten in de lente en zomer intensief in de natuur, wanneer er veel noodzakelijk zonlicht is. In de herfst is er minder licht, worden de dagen korter, worden de bladeren eerst geel en vallen dan af. Maar de lente zou moeten verschijnen warme zon terwijl het groene gebladerte weer verschijnt en de groene ‘fabrieken’ weer beginnen te functioneren om de zuurstof te leveren die zo essentieel is voor het leven, evenals vele andere voedingsstoffen.

Alternatieve definitie van fotosynthese

Fotosynthese (van het oude Griekse fotolicht en synthese - verbinding, vouwing, binding, synthese) is het proces waarbij lichtenergie wordt omgezet in de energie van chemische bindingen van organische stoffen in het licht door fotoautotrofen met de deelname van fotosynthetische pigmenten (chlorofyl in planten , bacteriochlorofyl en bacteriorodopsine in bacteriën). In de moderne plantenfysiologie wordt fotosynthese vaker opgevat als een fotoautotrofe functie - een reeks processen van absorptie, transformatie en gebruik van de energie van lichtkwanta in verschillende endergonische reacties, waaronder de omzetting van kooldioxide in organische stoffen.

Fasen van fotosynthese

Fotosynthese is een nogal complex proces en omvat twee fasen: licht, dat altijd uitsluitend in het licht plaatsvindt, en donker. Alle processen vinden plaats in de chloroplasten op speciale kleine organen - thylakodia. Tijdens de lichtfase wordt een hoeveelheid licht geabsorbeerd door chlorofyl, wat resulteert in de vorming van ATP- en NADPH-moleculen. Het water wordt vervolgens afgebroken, waarbij waterstofionen worden gevormd en een zuurstofmolecuul vrijkomt. De vraag rijst: wat zijn deze onbegrijpelijke mysterieuze stoffen: ATP en NADH?

ATP is een speciaal organisch molecuul dat in alle levende organismen voorkomt en wordt vaak de ‘energie’-valuta genoemd. Het zijn deze moleculen die energierijke bindingen bevatten en de energiebron zijn bij elke organische synthese chemische processen in organisme. Welnu, NADPH is eigenlijk een bron van waterstof, het wordt direct gebruikt bij de synthese van hoogmoleculaire organische stoffen - koolhydraten, die plaatsvinden in de tweede, donkere fase van fotosynthese met behulp van koolstofdioxide.

Lichtfase van fotosynthese

Chloroplasten bevatten veel chlorofylmoleculen en ze absorberen allemaal zonlicht. Tegelijkertijd wordt licht geabsorbeerd door andere pigmenten, maar ze kunnen geen fotosynthese uitvoeren. Het proces zelf vindt alleen plaats in sommige chlorofylmoleculen, waarvan er maar heel weinig zijn. Andere moleculen van chlorofyl, carotenoïden en andere stoffen vormen speciale antenne- en lichtoogstcomplexen (LHC). Ze absorberen, net als antennes, lichtkwanta en zenden excitatie uit naar speciale reactiecentra of vallen. Deze centra bevinden zich in fotosystemen, waarvan planten er twee hebben: fotosysteem II en fotosysteem I. Ze bevatten speciale chlorofylmoleculen: respectievelijk in fotosysteem II - P680 en in fotosysteem I - P700. Ze absorberen licht van precies deze golflengte (680 en 700 nm).

Het diagram maakt duidelijker hoe alles eruit ziet en gebeurt tijdens de lichtfase van fotosynthese.

In de figuur zien we twee fotosystemen met chlorofylen P680 en P700. In de figuur zijn ook de dragers weergegeven waardoor elektronentransport plaatsvindt.

Dus: beide chlorofylmoleculen van twee fotosystemen absorberen een lichtkwantum en raken opgewonden. Het elektron e- (rood in de figuur) beweegt naar een hoger energieniveau.

Opgewonden elektronen hebben een zeer hoge energie, ze breken af ​​en komen in een speciale keten van transporteurs terecht, die zich in de membranen van thylakoïden bevindt - de interne structuren van chloroplasten. Je ziet dat vanuit fotosysteem II vanuit chlorofyl P680 een elektron naar plastochinon gaat, en vanuit fotosysteem I vanuit chlorofyl P700 naar ferredoxine. In de chlorofylmoleculen zelf worden, in plaats van elektronen na hun verwijdering, blauwe gaten met een positieve lading gevormd. Wat moeten we doen?

Om het ontbreken van een elektron te compenseren, accepteert het chlorofyl P680-molecuul van fotosysteem II elektronen uit water en worden waterstofionen gevormd. Bovendien komt er door de afbraak van water zuurstof vrij in de atmosfeer. En het chlorofyl P700-molecuul compenseert, zoals je in de figuur kunt zien, het gebrek aan elektronen via een systeem van dragers uit fotosysteem II.

Over het algemeen is dit, hoe moeilijk het ook is, precies hoe de lichtfase van de fotosynthese verloopt het hoofdpunt houdt de overdracht van elektronen in. Je kunt in de figuur ook zien dat waterstofionen H+, parallel aan het elektronentransport, door het membraan bewegen en zich ophopen in de thylakoïde. Omdat er veel van zijn, bewegen ze zich naar buiten met behulp van een speciale conjugatiefactor, die oranje is op de foto, rechts weergegeven, en eruitziet als een paddestoel.

Tenslotte zien we de laatste stap van het elektronentransport, die resulteert in de vorming van de bovengenoemde NADH-verbinding. En door de overdracht van H+-ionen wordt energievaluta gesynthetiseerd: ATP (rechts in de figuur te zien).

Dus de lichtfase van fotosynthese is voltooid, zuurstof komt vrij in de atmosfeer, ATP en NADH worden gevormd. Wat is het volgende? Waar is de beloofde organische stof? En dan komt het donkere stadium, dat voornamelijk uit chemische processen bestaat.

Donkere fase van fotosynthese

Voor de donkere fase van fotosynthese is koolstofdioxide – CO2 – een essentieel onderdeel. Daarom moet de plant het constant uit de atmosfeer opnemen. Voor dit doel zijn er speciale structuren op het oppervlak van de bladhuidmondjes. Wanneer ze opengaan, komt CO2 het blad binnen, lost op in water en reageert met de lichtfase van fotosynthese.

Tijdens de lichte fase in de meeste planten bindt CO2 zich aan een organische verbinding met vijf koolstofatomen (een keten van vijf koolstofmoleculen), wat resulteert in de vorming van twee moleculen van een verbinding met drie koolstofatomen (3-fosfoglycerinezuur). Omdat Het primaire resultaat zijn precies deze drie-koolstofverbindingen; planten met dit soort fotosynthese worden C3-planten genoemd.

Verdere synthese in chloroplasten vindt tamelijk complex plaats. Het vormt uiteindelijk een verbinding met zes koolstofatomen, waaruit vervolgens glucose, sucrose of zetmeel kan worden gesynthetiseerd. In de vorm van deze organische stoffen verzamelt de plant energie. In dit geval blijft slechts een klein deel ervan in het blad achter, dat wordt gebruikt voor zijn behoeften, terwijl de rest van de koolhydraten door de plant reist en daar terechtkomt waar de energie het meest nodig is, bijvoorbeeld op de groeipunten.

Fotosynthese is de synthese van organische stoffen uit kooldioxide en water met het verplichte gebruik van lichtenergie: 6CO 2 +6H 2 O + Q licht →C 6 H 12 O 6 +6O 2. Fotosynthese is een complex proces dat uit meerdere stappen bestaat; Fotosynthesereacties zijn verdeeld in twee groepen: lichte fasereacties en donkere fasereacties.

Lichte fase. Komt alleen voor in de aanwezigheid van licht in thylakoïdemembranen met de deelname van chlorofyl, elektronentransporteiwitten en het enzym ATP-synthetase. Onder invloed van een lichtkwantum worden chlorofyl-elektronen aangeslagen, verlaten het molecuul en komen in de buitenzijde van het thylakoïdmembraan terecht, dat uiteindelijk negatief geladen wordt. Geoxideerde chlorofylmoleculen worden gereduceerd, waarbij elektronen worden opgenomen uit water dat zich in de intrathylakoïde ruimte bevindt. Dit leidt tot de ontbinding en fotolyse van water: H 2 O+ Q licht →H + +OH - . Hydroxide-ionen geven hun elektronen af ​​en veranderen in reactieve radicalen ∙OH: OH - →∙OH+e - . ∙OH-radicalen vormen samen water en vrije zuurstof: 4HO∙→ 2H 2 O+O 2. In dit geval wordt zuurstof naar de externe omgeving afgevoerd en hopen protonen zich op in de thylakoïde in het "protonenreservoir". Als gevolg hiervan wordt het thylakoïdemembraan enerzijds positief geladen vanwege H +, en anderzijds vanwege elektronen negatief geladen. Wanneer het potentiaalverschil tussen de buiten- en binnenkant van het thylakoïdmembraan 200 mV bereikt, worden protonen door de ATP-synthetasekanalen geduwd en wordt ADP gefosforyleerd tot ATP; atomaire waterstof wordt gebruikt om de specifieke drager NADP + te herstellen naar NADP∙H 2: 2H + +2 e - + NADP → NADP∙H 2. Dus, binnen lichte fase Er vindt fotolyse van water plaats, wat gepaard gaat met drie belangrijke processen: 1) ATP-synthese; 2) vorming van NADP∙H 2; 3) vorming van zuurstof. Zuurstof diffundeert in de atmosfeer, ATP en NADP∙H 2 worden naar het stroma van de chloroplast getransporteerd en nemen deel aan de processen van de donkere fase.

Donkere fase. Komt voor in het stroma van de chloroplast. De reacties vereisen lichtenergie, dus ze vinden niet alleen in het licht plaats, maar ook in het donker. De donkere fase-reacties vertegenwoordigen een keten van opeenvolgende transformaties van koolstofdioxide (uit de lucht), wat leidt tot de vorming van glucose en andere organische stoffen. Eerst vindt CO2-fixatie plaats; de acceptor is het suikerribulosebifosfaat, gekatalyseerd door ribulosebifosfaatcarboxylase. Als gevolg van de carboxylering van ribulosebifosfaat wordt een onstabiele verbinding met zes koolstofatomen gevormd, die onmiddellijk wordt afgebroken tot twee moleculen fosfoglycerinezuur. Vervolgens vindt er een cyclus van reacties plaats waarbij PGA via een reeks tussenproducten wordt omgezet in glucose. Er wordt gebruik gemaakt van de energie van ATP en NADPH 2 gevormd in de lichte fase. (Calvijncyclus).

23. Co2-assimilatiereacties in de donkere fase van fotosynthese.

De Calvincyclus is de belangrijkste route voor CO2-assimilatie. Decarboxyleringsfase - koolstofdioxide bindt zich met ribulosebifosfaat en vormt twee moleculen fosfoglyceraat. Deze reactie wordt gekatalyseerd door ribulosebifosfaatcarbosylase.