Фотосинтеза: шта је, дефиниција, фаза

Најважнији органски процес, без којег би постојало све живо биће нашег планета, је фотосинтеза. Шта је фотосинтеза? свима из школе. Грубо речено, то је процес формирања органских супстанци из угљен-диоксида и воде, који се јавља на светлу и праћен ослобађањем кисеоника. Сложенија дефиниција је следећа: фотосинтеза - процес претварања светлосне енергије у енергију хемијских веза органских супстанци уз учешће фотосинтетских пигмената. У модерној пракси, фотосинтеза се обично схвата као скуп процеса апсорпције, синтезе и употребе светлости у бројним ендергонским реакцијама, од којих је једна конверзија угљен-диоксида у органску материју. А сада хајде да сазнамо детаљније како се фотосинтеза наставља и у које фазе овај процес је подељен!

Опште карактеристике

Хлоропласти које свака биљка има је одговорна за фотосинтезу. Шта су хлоропласти? То су овални пластиди који садрже пигмент, као што је хлорофил. Клорофил одређује зелену боју биљака. У алгама, овај пигмент је присутан у саставу кроматофора - пигмент који садржи ћелије рефлектујуће светлости различитих облика. Смеђе и црвене алге, које живе на значајним дубинама, где се сунчева светлост не опоравља, имају и друге пигменте.

Супстанције фотосинтезе су део аутотрофних организама који могу да синтетишу Неорганске супстанце су органске. Они су најнижи ниво пирамиде хране, стога су укључени у исхрану свих живих организама планете Земље.

Предности фотосинтезе

Зашто нам је потребна фотосинтеза? Кисеоник, који се ослобађа из биљака током фотосинтезе, улази у атмосферу. Подижући се у својим горњим слојевима, формира озон, који штити површину земље од јаког сунчевог зрачења. Захваљујући озонском екрану, живи организми се могу удобно налазити на копну. Поред тога, као што знате, кисеоник је потребан за дисање живих организама.

Процес

Све почиње са чињеницом да светлост улази у хлоропласте. Под његовим утицајем, органеле извлаче воду из земљишта, а такође га деле на водоник и кисеоник. Дакле, постоје два процеса. Фотосинтеза биљака почиње у тренутку када су листови већ апсорбовали воду и угљен диоксид. Свјетлосна енергија се акумулира у тилакоидима - посебним одјељцима клоропласта и дијели молекулу воде на двије компоненте. Део кисеоника иде на дисање биљке, а остатак у атмосферу.

Онда угљен диоксид улази у пиреноиде - протеинске грануле, окружене скробом. Ево водоника. Мешајући једни са другима, ове супстанце формирају шећер. Ова реакција се одвија и са ослобађањем кисеоника. Када је шећер (генеричко име једноставни угљени хидрати) помешани са азотом, сумпором и фосфором, који долазе у биљку из тла, формирају се скроб (комплексни угљени хидрати), протеини, масти, витамини и друге супстанце потребне за биљни живот. У апсолутној већини случајева фотосинтеза се одвија у условима природне светлости. Међутим, у њему може учествовати и умјетна расвјета.

Класе фотосинтезе

Све до 60-их година двадесетог века, знаност је знала један механизам редукције угљичног диоксида - дуж пута С3-пентозофосфата. Недавно су аустралијски научници показали да се код неких врста биљака овај процес може одвијати кроз циклус Ц4-дикарбоксилних киселина.

Код биљака које редукују угљен-диоксид дуж Ц ₃ стаза, фотосинтеза се најбоље одвија при умереним температурама и слабом осветљењу, у шумама или на тамним местима. Ове биљке укључују лавовски део култивисаних биљака и скоро све поврће које је основа наше исхране.

У другој класи биљака, фотосинтеза се најчешће одвија у условима високе температуре и високе осветљености. Ова група обухвата биљке које расту у тропским и топлим климама, на пример, кукуруз, шећерна трска, сирак и тако даље.

Метаболизам биљака, успут речено, откривен је недавно. Научници су открили да неке биљке имају посебна ткива за очување воде. Угљен диоксид из њих се акумулира у облику органских киселина и прелази у угљене хидрате тек након 24 сата. Овај механизам омогућава биљкама да штеде воду.

Како напредује процес?

Већ знамо генерално како се одвија процес фотосинтезе и каква се фотосинтеза дешава, а сада ћемо је дубље размотрити.

Све почиње са чињеницом да биљка упија светлост. У томе јој помаже хлорофил, који се у облику хлоропласта налази у листовима, стабљикама и плодовима биљке. Главна количина ове супстанце је концентрисана у листовима. Чињеница је да плоча због своје равне структуре привлачи много свјетла. И што је више светла, више енергије за фотосинтезу. Тако, листови у биљци делују као нека врста локатора који хватају светлост.

Када се светлост апсорбује, хлорофил је у узбуђеном стању. Преноси енергију у друге биљне органе који су укључени у следећу фазу фотосинтезе. Друга фаза процеса одвија се без учешћа светлости и састоји се од хемијске реакције уз учешће воде добијене из земље и угљен диоксида добијеног из ваздуха. У овој фази се синтетишу угљени хидрати, који су неопходни за живот сваког организма. У овом случају, они не хране само биљку, већ се преносе на животиње које га једу. Људи такође примају ове супстанце тако што конзумирају производе биљног или животињског порекла.

Фазе процеса

Као компликован процес, фотосинтеза се дели на две фазе: светло и тамно. Као што име имплицира, за прву фазу је обавезно присуство сунчевог зрачења, а за друго - не. Током фазе светлости, хлорофил апсорбује квантум светлости, формирајући АТП и НАДХ молекуле, без којих је фотосинтеза немогућа. Шта је АТП и НАДХ?

АТП (аденозитифосфат) је нуклеарни коензим који садржи високоенергетске везе и служи као извор енергије у било којој органској трансформацији. Једињење се често назива енергетска волута.

НАДХ (никотинамид аденин динуклеотид) је извор водоника који се користи за синтезу угљених хидрата са угљен-диоксидом у другој фази процеса као што је фотосинтеза.

Лигхт пхасе

Хлоропласти садрже много молекула хлорофила, од којих сваки апсорбује светлост. Други пигменти га апсорбују, али нису способни за фотосинтезу. Процес се одвија само у делу молекула хлорофила. Преостали молекули формирају антене и комплексе за жетву светлости (ССЦ). Они акумулирају кванти светлосног зрачења и преносе их у реакционе центре, који се такође називају замке. Реакциони центри се налазе у фотосистемима, који су два у фотосинтетској биљци. Први садржи молекул хлорофила способан да апсорбује светлост са таласном дужином од 700 нм, а други - 680 нм.

Дакле, два типа молекула хлорофила упијају светлост и побуђују се, што доприноси преласку електрона на виши ниво енергије. Узбурени електрони са великом количином енергије се сломе и улазе у ланац носиоца који се налази у тилакоидним мембранама (унутрашње структуре хлоропласта).

Електронски прелаз

Електрон из првог фотосистема прелази из хлорофила П680 у пластокинон, а електрон из другог система прелази у ферредоксин. У овом случају, на месту одвајања електрона у молекулу хлорофила формира се празан простор.

Да би се надокнадио недостатак, молекул хлорофила П680 узима електроне из воде, стварајући водоничне ионе. Други молекул хлорофила надокнађује недостатак кроз систем носача из првог фотосистема.

Тако настаје свјетлосна фаза фотосинтезе, чија се суштина састоји у преносу електрона. Паралелно са транспортом електрона, кретање водоничних јона пролази кроз мембрану. То доводи до њихове акумулације унутар тилакоида. Акумулирајући се у великим количинама, оне се ослобађају ван помоћу коњугирајућег фактора. Резултат транспорта електрона је формирање једињења НАДХ. А пренос водоника доводи до стварања енергетске валуте АТП.

На крају светлосне фазе, кисеоник улази у атмосферу, а АТП и НАДХ се формирају унутар латице. Тада почиње тамна фаза фотосинтезе.

Дарк пхасе

Ова фаза фотосинтезе захтева угљен диоксид. Биљка га стално упија из ваздуха. У ту сврху на површини лима налази се стома - специјалне структуре које, када се отворе, усисавају угљични диоксид. Делујући унутар листа, раствара се у води и учествује у процесима светлосне фазе.

За време светлосне фазе у већини биљака, везује се угљен диоксид органско једињење који садржи 5 атома угљеника. Резултат је пар молекула три карбонског једињења названог 3-фосфоглицерична киселина. Управо зато што је ово једињење примарни резултат процеса, биљке са овом врстом фотосинтезе називају се Ц ₃ биљке.

Даљи процеси који се одвијају у хлоропластима веома су тешки за неискусне становнике. Резултат је спој са шест угљеника који синтетише једноставне или сложени угљени хидрати. У облику угљених хидрата биљка акумулира енергију. Мали део супстанци остаје у лиму и испуњава његове потребе. Преостали угљени хидрати циркулишу кроз биљку и одлазе на места где су најпотребнија.

Фотосинтеза зими

Многи су се бар једном у животу питали одакле долази кисеоник током хладне сезоне. Прво, кисеоник се производи не само листопадним биљкама, већ и четинарима, као и морским биљкама. Ако се листопадне биљке зими замрзну, онда четинари настављају да дишу, иако мање интензивно. Друго, садржај кисеоника у атмосфери не зависи од тога да ли су стабла бацила лишће. Кисеоник заузима 21% атмосфере, било где у свету у било које доба године. Ова вредност се не мења, јер се ваздушне масе крећу веома брзо, а зима се не дешава истовремено у свим земљама. И треће, зими у нижим слојевима ваздуха који удишемо, садржај кисеоника је чак и већи него љети. Разлог за ову појаву је ниска температура, због чега кисик постаје гушћи.

Закључак

Данас смо се сетили шта је фотосинтеза, шта је хлорофил и како биљке ослобађају кисеоник апсорбујући угљен диоксид. Свакако, фотосинтеза је најважнији процес у нашем животу. Подсећа нас на потребу поштовања према природи.