Prvá fáza fotosyntézy. Proces fotosyntézy: stručne a jasne pre deti

Každý živý tvor na planéte potrebuje na prežitie potravu alebo energiu. Niektoré organizmy sa živia inými tvormi, zatiaľ čo iné si môžu produkovať svoje vlastné živiny. Produkujú si vlastnú potravu, glukózu, v procese nazývanom fotosyntéza.

Fotosyntéza a dýchanie sú vzájomne prepojené. Výsledkom fotosyntézy je glukóza, ktorá sa ukladá ako chemická energia. Táto uložená chemická energia je výsledkom premeny anorganického uhlíka (oxidu uhličitého) na organický uhlík. Proces dýchania uvoľňuje uloženú chemickú energiu.

Okrem produktov, ktoré vyrábajú, potrebujú rastliny na prežitie aj uhlík, vodík a kyslík. Voda absorbovaná z pôdy poskytuje vodík a kyslík. Počas fotosyntézy sa uhlík a voda používajú na syntézu potravy. Rastliny tiež potrebujú dusičnany na tvorbu aminokyselín (aminokyselina je zložka na výrobu bielkovín). Okrem toho potrebujú horčík na výrobu chlorofylu.

Poznámka:Živé veci, ktoré závisia od iných potravín, sa nazývajú . Bylinožravce, ako sú kravy a rastliny, ktoré jedia hmyz, sú príkladmi heterotrofov. Živé tvory, ktoré si vyrábajú vlastnú potravu, sa nazývajú. Zelené rastliny a riasy sú príkladmi autotrofov.

V tomto článku sa dozviete viac o tom, ako prebieha fotosyntéza v rastlinách a aké sú podmienky potrebné pre tento proces.

Definícia fotosyntézy

Fotosyntéza je chemický proces, pri ktorom rastliny, niektoré riasy, produkujú glukózu a kyslík z oxidu uhličitého a vody, pričom ako zdroj energie využívajú iba svetlo.

Tento proces je pre život na Zemi mimoriadne dôležitý, pretože sa pri ňom uvoľňuje kyslík, od ktorého závisí všetok život.

Prečo rastliny potrebujú glukózu (potravu)?

Rovnako ako ľudia a iné živé bytosti, aj rastliny potrebujú výživu, aby prežili. Význam glukózy pre rastliny je nasledovný:

• Glukóza produkovaná fotosyntézou sa používa počas dýchania na uvoľnenie energie, ktorú rastlina potrebuje na ďalšie životne dôležité procesy.
• Rastlinné bunky tiež premieňajú časť glukózy na škrob, ktorý sa používa podľa potreby. Z tohto dôvodu sa mŕtve rastliny využívajú ako biomasa, pretože uchovávajú chemickú energiu.
• Glukóza je potrebná aj na výrobu iných chemikálií, ako sú bielkoviny, tuky a rastlinné cukry potrebné na podporu rastu a iných dôležitých procesov.

Fázy fotosyntézy

Proces fotosyntézy je rozdelený do dvoch fáz: svetla a tmy.

Svetelná fáza fotosyntézy

Ako už názov napovedá, svetelné fázy vyžadujú slnečné svetlo. Pri reakciách závislých od svetla je energia slnečného žiarenia absorbovaná chlorofylom a premenená na uloženú chemickú energiu vo forme molekuly nosiča elektrónov NADPH (nikotínamid adenín dinukleotid fosfát) a molekuly energie ATP (adenozín trifosfát). Svetelné fázy sa vyskytujú v tylakoidných membránach v chloroplastoch.

Temná fáza fotosyntézy alebo Calvinov cyklus

V tmavej fáze alebo Calvinovom cykle poskytujú excitované elektróny zo svetlej fázy energiu na tvorbu sacharidov z molekúl oxidu uhličitého. Fázy nezávislé na svetle sa niekedy nazývajú Calvinov cyklus kvôli cyklickej povahe procesu.

Tmavé fázy síce nevyužívajú svetlo ako reaktant (a v dôsledku toho sa môžu vyskytnúť počas dňa alebo noci), ale na svoje fungovanie vyžadujú produkty reakcií závislých od svetla. Molekuly nezávislé na svetle závisia od molekúl nosičov energie ATP a NADPH, aby vytvorili nové molekuly sacharidov. Akonáhle je energia prenesená, molekuly nosiča energie sa vrátia do svetelných fáz, aby produkovali viac energetických elektrónov. Okrem toho sa svetlom aktivuje niekoľko enzýmov tmavej fázy.

Schéma fáz fotosyntézy

Poznámka: To znamená, že tmavé fázy nebudú pokračovať, ak sú rastliny príliš dlho zbavené svetla, pretože využívajú produkty svetlých fáz.

Štruktúra listov rastlín

Nemôžeme plne študovať fotosyntézu bez toho, aby sme vedeli viac o štruktúre listu. List je prispôsobený na to, aby zohrával dôležitú úlohu v procese fotosyntézy.

Vonkajšia štruktúra listov

• Námestie

Jednou z najdôležitejších vlastností rastlín je veľká plocha ich listov. Väčšina zelených rastlín má široké, ploché a otvorené listy, ktoré sú schopné zachytiť toľko slnečnej energie (slnečného svetla), koľko je potrebné na fotosyntézu.

• Centrálna žila a stopka

Centrálna žila a stopka sa spájajú a tvoria základ listu. Stopka umiestni list tak, aby dostal čo najviac svetla.

• Listová čepeľ

Jednoduché listy majú jednu listovú čepeľ, zatiaľ čo zložité listy majú niekoľko. Listová čepeľ je jednou z najdôležitejších zložiek listu, ktorá sa priamo podieľa na procese fotosyntézy.

• Žily

Sieť žíl v listoch prenáša vodu zo stoniek na listy. Uvoľnená glukóza je tiež posielaná do iných častí rastliny z listov cez žily. Tieto časti listu navyše podopierajú a udržujú čepeľ listu plochú pre lepšie zachytenie slnečného svetla. Usporiadanie žiliek (venácia) závisí od druhu rastliny.

• Listová základňa

Báza listu je jeho najnižšia časť, ktorá je kĺbovo spojená so stonkou. Na spodnej časti listu je často pár paličiek.

• Okraj listu

V závislosti od typu rastliny môže mať okraj listu rôzne tvary, vrátane: celistvého, zubatého, zúbkovaného, ​​vrúbkovaného, ​​vrúbkovaného atď.

• Špička listu

Rovnako ako okraj listu, aj hrot má rôzne tvary, vrátane: ostrý, zaoblený, tupý, predĺžený, vytiahnutý atď.

Vnútorná štruktúra listov

Nižšie je podrobný diagram vnútornej štruktúry tkanív listov:

• Kutikula

Kutikula pôsobí ako hlavná, ochranná vrstva na povrchu rastliny. Na vrchnej časti listu je spravidla hrubší. Kutikula je pokrytá voskovitou látkou, ktorá chráni rastlinu pred vodou.

• Epidermis

Epidermis je vrstva buniek, ktorá je krycím tkanivom listu. Jeho hlavnou funkciou je chrániť vnútorné tkanivá listu pred dehydratáciou, mechanickým poškodením a infekciami. Reguluje tiež proces výmeny plynov a transpirácie.

• Mesophyll

Mesofyl je hlavným tkanivom rastliny. Tu prebieha proces fotosyntézy. Vo väčšine rastlín je mezofyl rozdelený do dvoch vrstiev: horná je palisádová a spodná je hubovitá.

• Obranné klietky

Ochranné bunky sú špecializované bunky v epiderme listov, ktoré sa používajú na kontrolu výmeny plynov. Vykonávajú ochrannú funkciu pre prieduchy. Stomatálne póry sa zväčšia, keď je voda voľne dostupná, inak sa ochranné bunky stanú pomalými.

• Stómia

Fotosyntéza závisí od prenikania oxidu uhličitého (CO2) zo vzduchu cez prieduchy do tkaniva mezofylu. Kyslík (O2), produkovaný ako vedľajší produkt fotosyntézy, opúšťa rastlinu cez prieduchy. Keď sú prieduchy otvorené, voda sa stráca odparovaním a musí byť nahradená cez transpiračný prúd vodou absorbovanou koreňmi. Rastliny sú nútené vyrovnávať množstvo absorbovaného CO2 zo vzduchu a stratu vody cez stomatálne póry.

Podmienky potrebné pre fotosyntézu

Nasledujú podmienky, ktoré rastliny potrebujú na uskutočnenie procesu fotosyntézy:

• Oxid uhličitý. Bezfarebný prírodný plyn bez zápachu, ktorý sa nachádza vo vzduchu a má vedecký názov CO2. Vzniká pri spaľovaní uhlíka a organických zlúčenín a vyskytuje sa aj pri dýchaní.
• Voda. Číra, tekutá chemikália, ktorá je bez zápachu a chuti (za normálnych podmienok).
• Svetlo. Kým umelé svetlo je dobré aj pre rastliny, prirodzené slnečné svetlo vo všeobecnosti poskytuje lepšie podmienky pre fotosyntézu, pretože obsahuje prirodzené ultrafialové svetlo, ktoré má na rastliny pozitívny vplyv.
• Chlorofyl. Je to zelený pigment nachádzajúci sa v listoch rastlín.
• Živiny a minerály. Chemikálie a organické zlúčeniny, ktoré korene rastlín absorbujú z pôdy.

Čo vzniká ako výsledok fotosyntézy?

• glukóza;
• Kyslík.

(Svetelná energia je uvedená v zátvorkách, pretože nejde o hmotu)

Poznámka: Rastliny získavajú CO2 zo vzduchu cez listy a vodu z pôdy cez korene. Svetelná energia pochádza zo Slnka. Vzniknutý kyslík sa uvoľňuje do vzduchu z listov. Výsledná glukóza sa môže premeniť na iné látky, ako je škrob, ktorý sa používa ako zásobáreň energie.

Ak faktory podporujúce fotosyntézu chýbajú alebo sú prítomné v nedostatočnom množstve, rastlina môže byť negatívne ovplyvnená. Napríklad menej svetla vytvára priaznivé podmienky pre hmyz, ktorý požiera listy rastliny, a nedostatok vody ho spomaľuje.

Kde prebieha fotosyntéza?

Fotosyntéza prebieha vo vnútri rastlinných buniek, v malých plastidoch nazývaných chloroplasty. Chloroplasty (väčšinou sa nachádzajú v mezofylovej vrstve) obsahujú zelenú látku nazývanú chlorofyl. Nižšie sú uvedené ďalšie časti bunky, ktoré spolupracujú s chloroplastom na fotosyntéze.

Štruktúra rastlinnej bunky

Funkcie častí rastlinných buniek

• : poskytuje štrukturálnu a mechanickú podporu, chráni bunky pred, fixuje a určuje tvar buniek, riadi rýchlosť a smer rastu a dáva tvar rastlinám.
• : poskytuje platformu pre väčšinu enzýmovo riadených chemických procesov.
• : pôsobí ako bariéra, ktorá riadi pohyb látok do bunky a von z bunky.
• : ako je opísané vyššie, obsahujú chlorofyl, zelenú látku, ktorá absorbuje svetelnú energiu prostredníctvom procesu fotosyntézy.
• : dutina v bunkovej cytoplazme, ktorá uchováva vodu.
• : obsahuje genetickú značku (DNA), ktorá riadi činnosť bunky.

Chlorofyl absorbuje svetelnú energiu potrebnú na fotosyntézu. Je dôležité poznamenať, že nie všetky farebné vlnové dĺžky svetla sú absorbované. Rastliny primárne absorbujú červené a modré vlnové dĺžky - neabsorbujú svetlo v zelenej oblasti.

Oxid uhličitý počas fotosyntézy

Rastliny prijímajú oxid uhličitý zo vzduchu cez listy. Oxid uhličitý uniká cez malý otvor v spodnej časti listu - prieduch.

Spodná časť listu má voľne rozmiestnené bunky, aby oxid uhličitý mohol dosiahnuť ďalšie bunky v listoch. To tiež umožňuje, aby kyslík produkovaný fotosyntézou ľahko opustil list.

Oxid uhličitý je prítomný vo vzduchu, ktorý dýchame, vo veľmi nízkych koncentráciách a je nevyhnutným faktorom v temnej fáze fotosyntézy.

Svetlo počas fotosyntézy

List má zvyčajne veľkú plochu, takže môže absorbovať veľa svetla. Jeho vrchný povrch je chránený pred stratou vody, chorobami a poveternostnými vplyvmi voskovou vrstvou (kutikulou). Horná časť plachty je miesto, kde dopadá svetlo. Táto mezofylová vrstva sa nazýva palisáda. Je prispôsobený na pohltenie veľkého množstva svetla, pretože obsahuje veľa chloroplastov.

Počas svetelných fáz sa proces fotosyntézy zvyšuje s väčším množstvom svetla. Viac molekúl chlorofylu sa ionizuje a vytvára sa viac ATP a NADPH, ak sú svetelné fotóny sústredené na zelenom liste. Hoci je svetlo vo fotofázach mimoriadne dôležité, treba si uvedomiť, že nadmerné množstvo môže poškodiť chlorofyl a znížiť proces fotosyntézy.

Svetelné fázy nie sú veľmi závislé od teploty, vody alebo oxidu uhličitého, hoci všetky sú potrebné na dokončenie procesu fotosyntézy.

Voda počas fotosyntézy

Rastliny získavajú vodu potrebnú na fotosyntézu cez korene. Majú koreňové chĺpky, ktoré rastú v pôde. Korene sa vyznačujú veľkým povrchom a tenkými stenami, ktoré umožňujú vode cez ne ľahko prechádzať.

Obrázok ukazuje rastliny a ich bunky s dostatkom vody (vľavo) a jej nedostatkom (vpravo).

Poznámka: Koreňové bunky neobsahujú chloroplasty, pretože sú zvyčajne v tme a nemôžu sa fotosyntetizovať.

Ak rastlina neabsorbuje dostatok vody, vädne. Bez vody rastlina nebude schopná dostatočne rýchlo fotosyntetizovať a môže dokonca zomrieť.

Aký význam má voda pre rastliny?

• Poskytuje rozpustené minerály, ktoré podporujú zdravie rastlín;
• Je prostriedkom na prepravu;
• Udržuje stabilitu a vzpriamenosť;
• Chladí a nasýti vlhkosťou;
• Umožňuje uskutočňovať rôzne chemické reakcie v rastlinných bunkách.

Význam fotosyntézy v prírode

Biochemický proces fotosyntézy využíva energiu slnečného žiarenia na premenu vody a oxidu uhličitého na kyslík a glukózu. Glukóza sa v rastlinách používa ako stavebné kamene na rast tkanív. Fotosyntéza je teda metóda, pri ktorej sa tvoria korene, stonky, listy, kvety a plody. Bez procesu fotosyntézy nebudú rastliny schopné rásť ani sa rozmnožovať.

• Výrobcovia

Rastliny sú vďaka svojej fotosyntetickej schopnosti známe ako producenti a slúžia ako základ takmer každého potravinového reťazca na Zemi. (Riasy sú ekvivalentom rastlín v). Všetko jedlo, ktoré jeme, pochádza z organizmov, ktoré sú fotosyntetické. Tieto rastliny jeme priamo alebo jeme zvieratá, ako sú kravy alebo ošípané, ktoré konzumujú rastlinnú potravu.

• Základ potravinového reťazca

V rámci vodných systémov tvoria základ potravinového reťazca aj rastliny a riasy. Riasy slúžia ako potrava, ktorá zasa pôsobí ako zdroj výživy pre väčšie organizmy. Bez fotosyntézy vo vodnom prostredí by život nebol možný.

• Odstránenie oxidu uhličitého

Fotosyntéza premieňa oxid uhličitý na kyslík. Počas fotosyntézy sa oxid uhličitý z atmosféry dostáva do rastliny a potom sa uvoľňuje ako kyslík. V dnešnom svete, kde hladiny oxidu uhličitého stúpajú alarmujúcim tempom, je každý proces, ktorý odstraňuje oxid uhličitý z atmosféry, dôležitý pre životné prostredie.

• Kolobeh živín

Rastliny a iné fotosyntetické organizmy hrajú dôležitú úlohu v kolobehu živín. Dusík vo vzduchu je fixovaný v rastlinnom tkanive a stáva sa dostupným pre tvorbu bielkovín. Mikroživiny nachádzajúce sa v pôde sa môžu tiež začleniť do rastlinného tkaniva a stať sa dostupnými pre bylinožravce ďalej v potravinovom reťazci.

• Fotosyntetická závislosť

Fotosyntéza závisí od intenzity a kvality svetla. Na rovníku, kde je dostatok slnečného svetla po celý rok a voda nie je obmedzujúcim faktorom, majú rastliny vysokú rýchlosť rastu a môžu byť dosť veľké. Naopak, fotosyntéza sa vyskytuje menej často v hlbších častiach oceánu, pretože svetlo nepreniká týmito vrstvami, čo vedie k neplodnejšiemu ekosystému.

Fotosyntéza je proces tvorby organických látok v zelených rastlinách. Fotosyntéza vytvorila celú masu rastlín na Zemi a nasýtila atmosféru kyslíkom.

Ako sa rastlina živí?

Predtým si ľudia boli istí, že rastliny si všetky látky pre svoju výživu berú z pôdy. Jedna skúsenosť však ukázala, že to tak nie je.

V kvetináči s pôdou bol zasadený strom. Zároveň sa merala hmotnosť zeme aj stromu. Keď o niekoľko rokov neskôr obe znovu vážili, ukázalo sa, že hmotnosť zeme sa zmenšila len o niekoľko gramov a hmotnosť rastliny sa zvýšila o mnoho kilogramov.

Do pôdy sa pridávala iba voda. Odkiaľ sa vzali tieto kilogramy rastlinnej hmoty?

Zo vzduchu. Všetka organická hmota v rastlinách je vytvorená z atmosférického oxidu uhličitého a pôdnej vody.

TOP 2 článkyktorí čítajú spolu s týmto

Energia

Zvieratá a ľudia jedia rastliny, aby získali energiu pre život. Táto energia je obsiahnutá v chemických väzbách organických látok. Odkiaľ je?

Je známe, že rastlina nemôže normálne rásť bez svetla. Svetlo je energia, pomocou ktorej rastlina buduje organické látky svojho tela.

Nezáleží na tom, aký druh svetla je, solárne alebo elektrické. Každý lúč svetla nesie energiu, ktorá sa stáva energiou chemických väzieb a podobne ako lepidlo drží atómy vo veľkých molekulách organických látok.

Kde prebieha fotosyntéza?

Fotosyntéza prebieha len v zelených častiach rastlín, presnejšie povedané, v špeciálnych orgánoch rastlinných buniek – chloroplastoch.

Ryža. 1. Chloroplasty pod mikroskopom.

Chloroplasty sú typom plastidov. Vždy sú zelené, pretože obsahujú zelenú látku – chlorofyl.

Chloroplast je od zvyšku bunky oddelený membránou a má vzhľad zrna. Vnútro chloroplastu sa nazýva stróma. Tu sa začínajú procesy fotosyntézy.

Ryža. 2. Vnútorná štruktúra chloroplastu.

Chloroplasty sú ako továreň, ktorá prijíma suroviny:

• oxid uhličitý (vzorec – CO₂);
• voda (H20).

Voda pochádza z koreňov a oxid uhličitý prichádza z atmosféry cez špeciálne otvory v listoch. Svetlo je energia pre prevádzku továrne a výsledné organické látky sú produktom.

Najprv sa vyrábajú sacharidy (glukóza), ale následne sa z nich tvorí množstvo látok rôznych vôní a chutí, ktoré zvieratá a ľudia tak milujú.

Z chloroplastov sú výsledné látky transportované do rôznych orgánov rastliny, kde sa skladujú alebo využívajú.

Reakcia fotosyntézy

Vo všeobecnosti rovnica fotosyntézy vyzerá takto:

CO₂ + H₂O = organická hmota + O₂ (kyslík)

Zelené rastliny patria do skupiny autotrofov (v preklade „kŕmim sa“) – organizmy, ktoré na získavanie energie nepotrebujú iné organizmy.

Hlavnou funkciou fotosyntézy je tvorba organických látok, z ktorých je postavené telo rastliny.

Uvoľňovanie kyslíka je vedľajším účinkom procesu.

Význam fotosyntézy

Úloha fotosyntézy v prírode je mimoriadne veľká. Vďaka nemu vznikol celý rastlinný svet planéty.

Ryža. 3. Fotosyntéza.

Vďaka fotosyntéze rastliny:

• sú zdrojom kyslíka pre atmosféru;
• premieňať slnečnú energiu na formu dostupnú zvieratám a ľuďom.

Život na Zemi sa stal možným s akumuláciou dostatočného množstva kyslíka v atmosfére. Ani človek, ani zvieratá nemohli žiť v tých vzdialených časoch, keď tam nebol, alebo ho bolo málo.

Aká veda skúma proces fotosyntézy?

Fotosyntéza sa študuje v rôznych vedách, ale predovšetkým v botanike a fyziológii rastlín.

Botanika je veda o rastlinách, a preto ju študuje ako dôležitý životný proces rastlín.

Fyziológia rastlín študuje fotosyntézu najpodrobnejšie. Fyziológovia zistili, že tento proces je zložitý a má fázy:

• svetlo;
• tmavé

To znamená, že fotosyntéza začína vo svetle, ale končí v tme.

Čo sme sa naučili?

Po preštudovaní tejto témy v biológii 5. ročníka môžete stručne a jasne vysvetliť fotosyntézu ako proces tvorby organických látok v rastlinách z anorganických látok (CO₂ a H₂O). Jeho vlastnosti: prebieha v zelených plastidoch (chloroplastoch), je sprevádzaný uvoľňovaním kyslíka a prebieha pod vplyvom svetla.

Test na danú tému

Vyhodnotenie správy

Priemerné hodnotenie: 4.5. Celkový počet získaných hodnotení: 397.

Ako stručne a jasne vysvetliť taký zložitý proces, akým je fotosyntéza? Rastliny sú jediné živé organizmy, ktoré si dokážu produkovať vlastnú potravu. Ako to robia? Pre rast prijímajú všetky potrebné látky z prostredia: oxid uhličitý zo vzduchu, vody a pôdy. Potrebujú aj energiu, ktorú získavajú zo slnečných lúčov. Táto energia spúšťa určité chemické reakcie, počas ktorých sa oxid uhličitý a voda premieňajú na glukózu (potravu) a dochádza k fotosyntéze. Podstatu procesu možno stručne a zrozumiteľne vysvetliť aj deťom v školskom veku.

"Spolu so svetlom"

Slovo "fotosyntéza" pochádza z dvoch gréckych slov - "foto" a "syntéza", ktorých kombinácia znamená "spolu so svetlom". Slnečná energia sa premieňa na chemickú energiu. Chemická rovnica fotosyntézy:

6C02 + 12H20 + svetlo = C6H1206 + 602 + 6H20.

To znamená, že 6 molekúl oxidu uhličitého a dvanásť molekúl vody sa používa (spolu so slnečným žiarením) na výrobu glukózy, výsledkom čoho je šesť molekúl kyslíka a šesť molekúl vody. Ak to predstavíte ako verbálnu rovnicu, dostanete nasledovné:

Voda + slnko => glukóza + kyslík + voda.

Slnko je veľmi silný zdroj energie. Ľudia sa ho vždy snažia využiť na výrobu elektriny, zatepľovanie domov, ohrev vody a pod. Rastliny „prišli na to“, ako využiť slnečnú energiu pred miliónmi rokov, pretože to bolo nevyhnutné na ich prežitie. Fotosyntéza sa dá stručne a zrozumiteľne vysvetliť takto: rastliny využívajú svetelnú energiu slnka a premieňajú ju na chemickú energiu, výsledkom čoho je cukor (glukóza), ktorej prebytok sa ukladá ako škrob v listoch, koreňoch, stonkách a semená rastliny. Slnečná energia sa prenáša na rastliny, ako aj na zvieratá, ktoré tieto rastliny požierajú. Keď rastlina potrebuje živiny pre rast a iné životné procesy, tieto zásoby sú veľmi užitočné.

Ako rastliny absorbujú energiu zo slnka?

Keď hovoríme o fotosyntéze stručne a jasne, stojí za to zaoberať sa otázkou, ako rastliny dokážu absorbovať slnečnú energiu. K tomu dochádza v dôsledku špeciálnej štruktúry listov, ktorá zahŕňa zelené bunky - chloroplasty, ktoré obsahujú špeciálnu látku nazývanú chlorofyl. Práve ten dáva listom zelenú farbu a je zodpovedný za pohlcovanie energie zo slnečného žiarenia.

Prečo je väčšina listov široká a plochá?

Fotosyntéza prebieha v listoch rastlín. Úžasným faktom je, že rastliny sú veľmi dobre prispôsobené na zachytávanie slnečného žiarenia a absorbovanie oxidu uhličitého. Vďaka širokej ploche sa zachytí oveľa viac svetla. Práve z tohto dôvodu sú aj solárne panely, ktoré sa niekedy inštalujú na strechy domov, široké a ploché. Čím väčší povrch, tým lepšia absorpcia.

Čo je ešte dôležité pre rastliny?

Rovnako ako ľudia, aj rastliny potrebujú prospešné živiny, aby zostali zdravé, rástli a dobre plnili svoje životné funkcie. Cez korene získavajú minerály rozpustené vo vode z pôdy. Ak v pôde chýbajú minerálne živiny, rastlina sa nebude vyvíjať normálne. Poľnohospodári často testujú pôdu, aby sa uistili, že má dostatok živín na pestovanie plodín. V opačnom prípade sa uchýlite k použitiu hnojív obsahujúcich základné minerály pre výživu a rast rastlín.

Prečo je fotosyntéza taká dôležitá?

Aby sme deťom stručne a jasne vysvetlili fotosyntézu, stojí za to povedať, že tento proces je jednou z najdôležitejších chemických reakcií na svete. Aké sú dôvody na také hlasné vyhlásenie? Po prvé, fotosyntéza živí rastliny, ktoré zase živia všetky ostatné živé veci na planéte, vrátane zvierat a ľudí. Po druhé, v dôsledku fotosyntézy sa do atmosféry uvoľňuje kyslík potrebný na dýchanie. Všetky živé veci vdychujú kyslík a vydychujú oxid uhličitý. Našťastie rastliny robia pravý opak, preto sú pre ľudí a zvieratá veľmi dôležité, keďže im dávajú schopnosť dýchať.

Úžasný proces

Ukazuje sa, že rastliny tiež vedia dýchať, ale na rozdiel od ľudí a zvierat absorbujú oxid uhličitý zo vzduchu, nie kyslík. Aj rastliny pijú. Preto ich treba polievať, inak zomrú. Pomocou koreňového systému sa voda a živiny dopravia do všetkých častí rastlinného tela a cez malé otvory na listoch sa absorbuje oxid uhličitý. Spúšťačom na spustenie chemickej reakcie je slnečné svetlo. Všetky získané metabolické produkty využívajú rastliny na výživu, kyslík sa uvoľňuje do atmosféry. Takto môžete stručne a jasne vysvetliť, ako prebieha proces fotosyntézy.

Fotosyntéza: svetlé a tmavé fázy fotosyntézy

Uvažovaný proces pozostáva z dvoch hlavných častí. Existujú dve fázy fotosyntézy (popis a tabuľka nižšie). Prvá sa nazýva svetelná fáza. Vyskytuje sa len za prítomnosti svetla v tylakoidných membránach za účasti chlorofylu, proteínov transportujúcich elektróny a enzýmu ATP syntetázy. Čo ešte skrýva fotosyntéza? Zapaľujte a nahradzujte sa navzájom ako deň a noc (Calvinove cykly). Počas temnej fázy dochádza k produkcii tej istej glukózy, potravy pre rastliny. Tento proces sa tiež nazýva reakcia nezávislá na svetle.

Záver

Zo všetkého vyššie uvedeného možno vyvodiť tieto závery:

• Fotosyntéza je proces, ktorý vyrába energiu zo slnka.
• Svetelná energia zo slnka sa premieňa na chemickú energiu pomocou chlorofylu.
• Chlorofyl dáva rastlinám zelenú farbu.
• Fotosyntéza prebieha v chloroplastoch buniek listov rastlín.
• Oxid uhličitý a voda sú nevyhnutné pre fotosyntézu.
• Oxid uhličitý vstupuje do rastliny cez drobné otvory, prieduchy a cez ne vystupuje kyslík.
• Voda sa vstrebáva do rastliny cez jej korene.
• Bez fotosyntézy by na svete nebolo žiadne jedlo.

FOTOSYNTÉZA je

fotosyntéza je sacharidy.

všeobecné charakteristiky

I Svetelná fáza

1. Fotofyzikálne štádium

2. Fotochemické štádium

II Tmavá fáza

3.

VÝZNAM

4. Ozónová obrazovka.

Pigmenty fotosyntetických rastlín, ich fyziologická úloha.

· Chlorofyl - Toto zelený pigment, ktorý určuje zelenú farbu rastliny, s jeho účasťou sa určuje proces fotosyntézy. Podľa chemickej štruktúry ide o Mg-komplex rôznych tetrapyrolov. Chlorofyly majú porfyrínovú štruktúru a sú štrukturálne blízke hemu.

V pyrolových skupinách chlorofylu sú systémy striedajúcich sa dvojitých a jednoduchých väzieb. Toto je skupina chromoforov chlorofylu, ktorá určuje absorpciu určitých lúčov slnečného spektra a jeho farbu. D porfýrové jadrá sú 10 nm a dĺžka fytolového zvyšku je 2 nm.

Molekuly chlorofylu sú polárne, jeho porfyrínové jadro má hydrofilné vlastnosti a fytolový koniec je hydrofóbny. Táto vlastnosť molekuly chlorofylu určuje jej špecifické umiestnenie v chloroplastových membránach.

Porfyrínová časť molekuly je spojená s proteínom a fytolová časť je ponorená do lipidovej vrstvy.

Chlorofyl živej neporušenej bunky má schopnosť reverzibilne fotooxidovať a fotoredukovať. Schopnosť redoxných reakcií je spojená s prítomnosťou v molekule chlorofylu konjugovaných dvojitých väzieb s mobilnými p-elektrónmi a atómami N s nedefinovanými elektrónmi.

FYZIOLOGICKÁ ÚLOHA

1) selektívne absorbovať svetelnú energiu,

2) uložiť ju vo forme elektronickej excitačnej energie,

3) fotochemicky premieňať energiu excitovaného stavu na chemickú energiu primárnych fotoredukovaných a fotooxidovaných zlúčenín.

· Karotenoidy - Toto v tukoch rozpustné pigmenty žltej, oranžovej a červenej farby sú prítomné v chloroplastoch všetkých rastlín. Karotenoidy sa nachádzajú vo všetkých vyšších rastlinách a mnohých mikroorganizmoch. Toto sú najbežnejšie pigmenty s rôznymi funkciami. Karotenoidy majú maximálnu absorpciu vo fialovo-modrej a modrej časti svetelného spektra. Nie sú schopné fluorescencie, na rozdiel od chlorofylu.

Karotenoidy zahŕňajú 3 skupiny zlúčenín:

Oranžové alebo červené karotény;

žlté xantofyly;

Karotenoidové kyseliny.

FYZIOLOGICKÁ ÚLOHA

1) absorpcia svetla ako dodatočné pigmenty;

2) Ochrana molekúl chlorofylu pred ireverzibilnou fotooxidáciou;

3) uhasenie aktívnych radikálov;

4) Zúčastnite sa fototropizmu, pretože prispievajú k smeru rastu výhonkov.

· fykobilíny - Toto červené a modré pigmenty nachádzajúce sa v cyanobaktériách a niektorých riasach. Fykobilíny pozostávajú zo 4 po sebe nasledujúcich pyrolových kruhov. Fykobilíny sú chromoforické skupiny globulínových proteínov nazývaných fykobilínové proteíny. Delia sa na:

- fykoerytríny –červené biele;

- fykokyanín – modré veveričky;

- alofykokyanín – modré veveričky.

Všetky majú fluorescenčnú schopnosť. Fykobilíny majú maximálnu absorpciu v oranžovej, žltej a zelenej časti svetelného spektra a umožňujú riasam lepšie využiť svetlo prenikajúce do vody.

V hĺbke 30 m červené lúče úplne zmiznú

V hĺbke 180 m - žltá

V hĺbke 320 m – zelená

V hĺbke viac ako 500 m modré a fialové lúče nepreniknú.

Fykobilíny sú ďalšie pigmenty, približne 90 % svetelnej energie absorbovanej fykobilínmi sa prenáša do chlorofylu.

FYZIOLOGICKÁ ÚLOHA

1) Svetelné absorpčné maximá fykobilínov sa nachádzajú medzi dvomi absorpčnými maximami chlorofylu: v oranžovej, žltej a zelenej časti spektra.

2) Fykobilíny plnia v riasach funkcie komplexu na zber svetla.

3) Rastliny majú fykobilín-fytochróm, nezúčastňuje sa fotosyntézy, ale je fotoreceptorom červeného svetla a plní regulačnú funkciu v rastlinných bunkách.

Podstata fotofyzikálnej fázy. Fotochemické štádium. Cyklický a necyklický transport elektrónov.

Podstata fotofyzikálnej fázy

Fotofyzikálne štádium je najdôležitejšie, pretože uskutočňuje prechod a premenu energie z jedného systému do druhého (živého z neživého).

Fotochemické štádium

Fotochemické reakcie fotosyntézy- sú to reakcie, pri ktorých sa svetelná energia premieňa na energiu chemických väzieb, predovšetkým na energiu fosforových väzieb ATP. Práve ATP zabezpečuje priebeh všetkých procesov súčasne vplyvom svetla dochádza k rozkladu vody a vzniku redukovaného produktu. NADP a vyniká O2.

Energia absorbovaných svetelných kvánt prúdi zo stoviek molekúl pigmentu komplexu zbierajúceho svetlo do jednej molekuly chlorofyl-lapača, čím dáva elektrón akceptoru - oxiduje. Elektrón vstupuje do elektrónového transportného reťazca, predpokladá sa, že komplex na zber svetla pozostáva z 3 častí:

hlavný komponent antény

· dva systémy upevnenia fotografií.

Anténny chlorofylový komplex je ponorený do hrúbky tylakoidnej membrány chloroplastov, kombinácia molekúl anténneho pigmentu a reakčného centra tvorí fotosystém v procese fotosyntézy Zúčastňujú sa 2 fotosystémy:

· sa zistilo, že fotosystém 1 zahŕňa pigmenty zaostrujúce na svetlo a reakčné centrum 1,

· fotosystém 2 zahŕňa pigmenty zaostrujúce na svetlo A reakčné centrum 2.

Fotosystém pasce chlorofylu 1 absorbuje svetlo z dlhej vlnovej dĺžky 700 nm. V druhom systém 680 nm. Svetlo je absorbované oddelene týmito dvoma fotosystémami a normálna fotosyntéza vyžaduje ich súčasnú účasť. Prenos pozdĺž reťazca nosičov zahŕňa sériu redoxných reakcií, pri ktorých sa prenáša buď atóm vodíka alebo elektróny.

Existujú dva typy toku elektrónov:

· cyklický

· necyklické.

S cyklickým tokom elektrónov z molekuly chlorofylu sa prenesú na akceptor z molekuly chlorofylu a vrátia sa doň späť , s necyklickým tokom dochádza k fotooxidácii vody a k prenosu elektrónov z vody do NADP Energia uvoľnená pri redoxných reakciách sa čiastočne využíva na syntézu ATP.

Fotosystém I

Svetlozberný komplex I obsahuje približne 200 molekúl chlorofylu.

V reakčnom centre prvého fotosystému sa nachádza dimér chlorofylu a s absorpčným maximom pri 700 nm (P700). Po excitácii svetelným kvantom obnoví primárny akceptor - chlorofyl a, čím sa obnoví sekundárny akceptor (vitamín K 1 alebo fylochinón), po ktorom sa elektrón prenesie na ferredoxín, ktorý pomocou enzýmu ferredoxín-NADP reduktázy redukuje NADP.

Plastocyanínový proteín, redukovaný v komplexe b 6 f, je transportovaný do reakčného centra prvého fotosystému zo strany intratylakoidného priestoru a prenáša elektrón na oxidovaný P700.

Fotosystém II

Fotosystém je súbor SSC, centra fotochemickej reakcie a nosičov elektrónov. Svetlozberný komplex II obsahuje 200 molekúl chlorofylu a, 100 molekúl chlorofylu b, 50 molekúl karotenoidov a 2 molekuly feofytínu. Reakčné centrum fotosystému II je komplex pigment-proteín umiestnený v tylakoidných membránach a obklopený SSC. Obsahuje dimér chlorofylu a s absorpčným maximom pri 680 nm (P680). Energia svetelného kvanta z SSC je v konečnom dôsledku prenesená do nej, v dôsledku čoho sa jeden z elektrónov dostane do vyššieho energetického stavu, jeho spojenie s jadrom sa oslabí a z excitovanej molekuly P680 sa stane silné redukčné činidlo (E0 = -0,7 V).

P680 redukuje feofytín, potom sa elektrón prenesie na chinóny, ktoré sú súčasťou PS II a potom na plastochinóny, transportované v redukovanej forme do komplexu b6f. Jedna molekula plastochinónu nesie 2 elektróny a 2 protóny, ktoré sa odoberajú zo strómy.

K vyplneniu elektrónového voľného miesta v molekule P680 dochádza v dôsledku vody. PS II obsahuje komplex oxidujúci vodu obsahujúci 4 ióny mangánu v aktívnom centre. Na vytvorenie jednej molekuly kyslíka sú potrebné dve molekuly vody, čo dáva 4 elektróny. Proces preto prebieha v 4 cykloch a na jeho úplnú realizáciu sú potrebné 4 kvantá svetla. Komplex sa nachádza na strane intratylakoidného priestoru a uvoľňujú sa do neho vzniknuté 4 protóny.

Celkovým výsledkom práce PS II je teda oxidácia 2 molekúl vody pomocou 4 svetelných kvánt za vzniku 4 protónov v intratylakoidnom priestore a 2 redukovaných plastochinónov v membráne.

Fotosyntetická fosforylácia. Mechanizmus spojenia transportu elektrónov s tvorbou transmembránového gradientu elektrochemického potenciálu. Štrukturálna a funkčná organizácia a mechanizmus fungovania komplexu ATP syntetázy.

Fotosyntetická fosforylácia- syntéza ATP z ADP a anorganického fosforu v chloroplastoch spojená so svetlom indukovaným transportom elektrónov.

Podľa dvoch typov toku elektrónov sa rozlišuje cyklická a necyklická fotofosforylácia.

Prenos elektrónov pozdĺž reťazca cyklického toku je spojený so syntézou dvoch vysokoenergetických väzieb ATP. Všetka svetelná energia absorbovaná pigmentom reakčného centra fotosystému I sa vynakladá iba na syntézu ATP. S cyklickým F. f. nevznikajú žiadne redukčné ekvivalenty pre uhlíkový cyklus a neuvoľňuje sa žiadny O2. Cyklická f. popísané rovnicou:

Necyklické f. spojené s tokom elektrónov z vody cez transportéry fotosystémov I a II NADP +. Svetelná energia je v tomto procese uložená vo vysokoenergetických väzbách ATP, redukovanej forme NADPH2 a molekulárneho kyslíka. Celková rovnica necyklickej funkčnej funkcie. nasledujúce:

Mechanizmus spojenia transportu elektrónov s tvorbou transmembránového gradientu elektrochemického potenciálu

Chemosmotická teória. Nosiče elektrónov sú v membránach lokalizované asymetricky. V tomto prípade sa striedajú nosiče elektrónov (cytochrómy) s nosičmi elektrónov a protónov (plastochinóny). Molekula plastochinónu najprv prijíma dva elektróny: HRP + 2e - -> HRP -2.

Plastochinón je derivát chinónu, v plne oxidovanom stave obsahuje dva atómy kyslíka spojené s uhlíkovým kruhom dvojitými väzbami. V úplne redukovanom stave sa atómy kyslíka v benzénovom kruhu spájajú s protónmi: za vzniku elektricky neutrálnej formy: PX -2 + 2H + -> PCN 2. Protóny sa uvoľňujú do priestoru vo vnútri tylakoidu. Keď sa teda pár elektrónov prenesie z Chl 680 na Chl 700, protóny sa hromadia vo vnútornom priestore tylakoidov. V dôsledku aktívneho prenosu protónov zo strómy do intratylakoidného priestoru vzniká na membráne elektrochemický potenciál vodíka (ΔμH +), ktorý má dve zložky: chemickú ΔμH (koncentráciu), vyplývajúcu z nerovnomerného rozloženia H. + ióny na rôznych stranách membrány a elektrické, v dôsledku opačného náboja rôzne strany membrány (v dôsledku akumulácie protónov na vnútornej strane membrány).

__________________________________________________________________________

Štrukturálna a funkčná organizácia a mechanizmus fungovania komplexu ATP syntetázy

Štrukturálna a funkčná organizácia. Konjugácia protónovej difúzie cez membránu sa uskutočňuje makromolekulárnym enzýmovým komplexom tzv ATP syntáza alebo kopulačný faktor. Tento komplex má tvar húb a skladá sa z dvoch častí – spojovacích faktorov: okrúhleho uzáveru F 1, vyčnievajúceho z vonkajšej strany membrány (v ňom sa nachádza katalytické centrum enzýmu), a nohy ponorenej do membrány. Membránová časť pozostáva z polypeptidových podjednotiek a tvorí v membráne protónový kanál, cez ktorý vstupujú vodíkové ióny do konjugačného faktora F1. Proteín F1 je proteínový komplex, ktorý pozostáva z membrány, pričom si zachováva schopnosť katalyzovať hydrolýzu ATP. Izolovaný F1 nie je schopný syntetizovať ATP. Schopnosť syntetizovať ATP je vlastnosťou jediného komplexu F0-F1 uloženého v membráne. Je to spôsobené tým, že práca ATP syntázy počas syntézy ATP je spojená s prenosom protónov cez ňu. Riadený transport protónov je možný len vtedy, ak je ATP syntáza zabudovaná v membráne.

Mechanizmus fungovania. Existujú dve hypotézy týkajúce sa mechanizmu fosforylácie (priamy mechanizmus a nepriamy). Podľa prvej hypotézy sa fosfátová skupina a ADP viažu na enzým v aktívnom mieste komplexu F1. Dva protóny sa pohybujú kanálom pozdĺž koncentračného gradientu a spájajú sa s fosfátovým kyslíkom za vzniku vody. Podľa druhej hypotézy (nepriamy mechanizmus) sa ADP a anorganický fosfor spontánne spájajú v aktívnom mieste enzýmu. Výsledný ATP je však pevne viazaný na enzým a na jeho uvoľnenie je potrebná energia. Energiu dodávajú protóny, ktoré sa viažu na enzým, menia jeho konformáciu, po čom sa uvoľňuje ATP.

Cesta fotosyntézy C4

C 4-dráha fotosyntézy alebo Hatch-Slack cyklus

Austrálski vedci M. Hatch a K. Slack opísali fotosyntetickú dráhu C 4, charakteristickú pre tropické a subtropické rastliny jednoklíčnolistových a dvojklíčnolistových 16 čeľadí (cukrová trstina, kukurica atď.). Väčšina najhorších burín sú rastliny C4 a väčšina plodín sú rastliny C3. Listy týchto rastlín obsahujú dva typy chloroplastov: obyčajné chloroplasty v mezofylových bunkách a veľké chloroplasty, ktoré nemajú grana a fotosystém II v bunkách puzdra obklopujúcich cievne zväzky.

V cytoplazme mezofylových buniek pridáva fosfoenolpyruvátkarboxyláza CO 2 ku kyseline fosfoenolpyrohroznovej za vzniku kyseliny oxaloctovej. Je transportovaný do chloroplastov, kde sa redukuje na kyselinu jablčnú za účasti NADPH (NADP+-dependentný malátdehydrogenázový enzým). V prítomnosti amónnych iónov sa kyselina oxaloctová premieňa na kyselinu asparágovú (enzým aspartátaminotransferáza). Kyselina jablčná a (alebo) asparágová prechádzajú do chloroplastov buniek puzdra a sú dekarboxylované na kyselinu pyrohroznovú a CO2. CO 2 je súčasťou Calvinovho cyklu a kyselina pyrohroznová sa prenáša do mezofylových buniek, kde sa premieňa na kyselinu fosfoenolpyrohroznovú.

V závislosti od toho, ktorá kyselina - malát alebo aspartát - sa transportuje do buniek puzdra, sa rastliny delia na dva typy: malát a aspartát. V bunkách puzdra sú tieto C4 kyseliny dekarboxylované, čo sa vyskytuje v rôznych rastlinách za účasti rôznych enzýmov: NADP+-závislá dekarboxylujúca malátdehydrogenáza (NADP+-MDH), NAD+-závislá dekarboxylujúca malátdehydrogenáza (jablčný enzým, NAD+-MDH) a PEP-karboxykináza (PEP-CK). Preto sa rastliny delia na ďalšie tri podtypy: rastliny NADP + -MDG, rastliny NAD + -MDG, rastliny FEP-KK.

Tento mechanizmus umožňuje rastlinám fotosyntézu, keď sú prieduchy uzavreté v dôsledku vysokej teploty. Okrem toho sa produkty Calvinovho cyklu tvoria v chloroplastoch buniek puzdra obklopujúcich cievne zväzky. To podporuje rýchly odtok fotoasimilátov a tým zvyšuje intenzitu fotosyntézy.

Fotosyntéza podľa druhu Crassulaceae (sukulenty) je ten správny spôsob.

Na suchých miestach sú sukulentné rastliny, ktorých prieduchy sú v noci otvorené a cez deň zatvorené, aby sa znížila transpirácia. V súčasnosti sa tento typ fotosyntézy nachádza u predstaviteľov 25 rodín.

V sukulentoch (kaktusy a rastliny čeľade Crassulaceae ( Crassulaceae) procesy fotosyntézy sú oddelené nie v priestore, ako v iných rastlinách C4, ale v čase. Tento typ fotosyntézy sa nazýva dráha CAM (crassulation acid metabolizmus). Prieduchy sú zvyčajne cez deň uzavreté, čím sa bráni strate vody transpiráciou, a otvorené v noci. V tme sa CO 2 dostáva do listov, kde ho fosfoenolpyruvátkarboxyláza pridáva ku kyseline fosfoenolpyrohroznovej za vzniku kyseliny oxaloctovej. Je redukovaný NADPH-dependentnou malátdehydrogenázou na kyselinu jablčnú, ktorá sa hromadí vo vakuolách. V priebehu dňa kyselina jablčná prechádza z vakuoly do cytoplazmy, kde dochádza k jej dekarboxylácii za vzniku CO 2 a kyseliny pyrohroznovej. CO 2 difunduje do chloroplastov a vstupuje do Calvinovho cyklu.

Temná fáza fotosyntézy je teda časovo rozdelená: CO 2 sa absorbuje v noci a obnovuje sa počas dňa, malát sa tvorí z PAL, karboxylácia v tkanivách prebieha dvakrát: PEP sa karboxyluje v noci, RuBP sa karboxyluje počas dňa .

CAM závody sú rozdelené do dvoch typov: NADP-MDG závody, PEP-KK závody.

Podobne ako C4, aj typ CAM je doplnkový, dodáva CO 2 do cyklu C3 v rastlinách prispôsobených životu v podmienkach zvýšených teplôt alebo nedostatku vlahy. V niektorých závodoch tento cyklus funguje vždy, v iných funguje len za nepriaznivých podmienok.

Fotorespirácia.

Fotorespirácia je svetlom aktivovaný proces uvoľňovania CO 2 a absorpcie O 2. (NESÚVISÍ S FOTOSYNTÉZOU ANI DÝCHANÍM). Keďže primárnym produktom fotorespirácie je kyselina glykolová, nazýva sa aj glykolátová dráha. Fotorespirácia sa zvyšuje s nízkym obsahom CO 2 a vysokou koncentráciou O 2 vo vzduchu. Za týchto podmienok chloroplast ribulóza-bisfátkarboxyláza nekatalyzuje karboxyláciu ribulóza-1,5-bisfosfátu, ale jeho štiepenie na kyseliny 3-fosfoglycerové a 2-fosfoglykolové. Ten sa defosforyluje za vzniku kyseliny glykolovej.

Kyselina glykolová prechádza z chloroplastu do peroxizómu, kde sa oxiduje glykolátoxidázou na kyselinu glyoxylovú. Výsledný peroxid vodíka sa rozkladá katalázou prítomnou v peroxizóme. Kyselina glyoxylová sa aminuje za vzniku glycínu. Glycín je transportovaný do mitochondrií, kde sa z dvoch molekúl glycínu syntetizuje serín a uvoľňuje sa CO2.

Serín môže vstúpiť do peroxizómu a pôsobením aminotransferázy prenesie aminoskupinu na kyselinu pyrohroznovú za vzniku alanínu a sám sa premení na kyselinu hydroxypyrohroznovú. Ten sa za účasti NADPH redukuje na kyselinu glycerínovú. Prechádza do chloroplastov, kde je zaradený do Calvinovho cyklu a vznikajú 3 PHA.

Dýchanie rastlín

Živá bunka je otvorený energetický systém, žije a udržiava si svoju individualitu vďaka neustálemu toku energie. Len čo sa tento prílev zastaví, nastáva dezorganizácia a smrť tela. Energia slnečného žiarenia uložená v organickej hmote pri fotosyntéze sa opäť uvoľňuje a využíva na celý rad životných procesov.

V prírode existujú dva hlavné procesy, počas ktorých sa uvoľňuje energia slnečného žiarenia uložená v organickej hmote: dýchanie a fermentácia. Dýchanie je aeróbne oxidačné štiepenie organických zlúčenín na jednoduché anorganické zlúčeniny, sprevádzané uvoľňovaním energie. Fermentácia je anaeróbny proces rozkladu organických zlúčenín na jednoduchšie, sprevádzaný uvoľňovaním energie. V prípade dýchania je akceptorom elektrónov kyslík, v prípade fermentácie organické zlúčeniny.

Celková rovnica pre dýchací proces je:

С6Н1206 + 602 -> 6С02 + 6Н20 + 2824 kJ.

Dýchacie cesty

Existujú dva hlavné systémy a dve hlavné cesty premeny respiračného substrátu alebo oxidácie uhľohydrátov:

1) glykolýza + Krebsov cyklus (glykolytický); Táto cesta výmeny dýchania je najbežnejšia a pozostáva z dvoch fáz. Prvá fáza je anaeróbna (glykolýza), druhá fáza je aeróbna. Tieto fázy sú lokalizované v rôznych kompartmentoch bunky. Anaeróbna fáza glykolýzy je v cytoplazme, aeróbna fáza je v mitochondriách. Zvyčajne sa s glukózou začína brať do úvahy chémia dýchania. Zároveň je v rastlinných bunkách málo glukózy, keďže konečnými produktmi fotosyntézy sú sacharóza ako hlavná transportná forma cukru v rastline alebo rezervné sacharidy (škrob a pod.). Preto, aby sa stali substrátom pre dýchanie, sacharóza a škrob musia byť hydrolyzované za vzniku glukózy.

2) fosfát pentózy (apotomický). Relatívne úlohy týchto dýchacích ciest sa môžu líšiť v závislosti od typu rastliny, veku, vývojového štádia a v závislosti od faktorov prostredia. Proces dýchania rastlín sa vyskytuje vo všetkých vonkajších podmienkach, za ktorých je možný život. Rastlinný organizmus nemá adaptácie na reguláciu teploty, takže proces dýchania prebieha pri teplotách od -50 do +50°C. Rastlinám tiež chýbajú úpravy na udržanie rovnomernej distribúcie kyslíka vo všetkých tkanivách. Práve potreba uskutočňovať proces dýchania v rôznych podmienkach viedla v procese evolúcie k rozvoju rôznych respiračných metabolických dráh a k ešte väčšej rozmanitosti enzýmových systémov, ktoré uskutočňujú jednotlivé štádiá dýchania. Je dôležité si všimnúť prepojenie všetkých metabolických procesov v tele. Zmena respiračnej metabolickej dráhy vedie k hlbokým zmenám v celom metabolizme rastlín.

Energia

11 ATP sa tvorí ako výsledok práce CK a dýchacieho systému a 1 ATP ako výsledok fosforylácie substrátu. Počas tejto reakcie vzniká jedna molekula GTP (refosforylačná reakcia vedie k tvorbe ATP).

1 obrat CK za aeróbnych podmienok vedie k tvorbe 12 ATP

Integračný

Na úrovni CK sa kombinujú katabolické cesty bielkovín, tukov a sacharidov. Krebsov cyklus je centrálna metabolická dráha, ktorá spája procesy rozkladu a syntézy základných bunkových zložiek.

Amfibolický

Metabolity CK sú na svojej úrovni kľúčové, môžu prejsť z jedného typu metabolizmu na druhý.

13.ETC: Lokalizácia komponentov. Mechanizmus oxidatívnej fosforylácie. Mitchellova chemiosmotická teória.

Elektrónový transportný reťazec- je to reťazec redoxných činidiel umiestnených určitým spôsobom v membráne chloroplastov, ktoré vykonávajú fotoindukovaný transport elektrónov z vody do NADP+. Hnacou silou pre transport elektrónov cez ETC fotosyntézy sú redoxné reakcie v reakčných centrách (RC) dvoch fotosystémov (PS). Primárna separácia nábojov v PS1 RC vedie k vytvoreniu silného redukčného činidla A0, ktorého redoxný potenciál zabezpečuje redukciu NADP + cez reťazec medzinosičov. V RC PS2 vedú fotochemické reakcie k tvorbe silného oxidačného činidla P680, ktoré spôsobuje sériu redoxných reakcií vedúcich k oxidácii vody a uvoľňovaniu kyslíka. K redukcii P700 vytvoreného v PS1 RC dochádza v dôsledku elektrónov mobilizovaných z vody fotosystémom II, za účasti intermediárnych nosičov elektrónov (plastochinóny, redoxné kofaktory cytochrómového komplexu a plastocyanín). Na rozdiel od primárnych fotoindukovaných reakcií separácie náboja v reakčných centrách, idúcich proti termodynamickému gradientu, dochádza k prenosu elektrónov v iných častiach ETC pozdĺž gradientu redoxného potenciálu a je sprevádzaný uvoľňovaním energie, ktorá sa využíva na syntéza ATP.

Komponenty mitochondriálneho ETC sú usporiadané v nasledujúcom poradí:

Pár elektrónov z NADH alebo sukcinátu sa prenáša pozdĺž ETC na kyslík, ktorý po redukcii a pridaní dvoch protónov tvorí vodu.

Definícia a všeobecná charakteristika fotosyntézy, význam fotosyntézy

FOTOSYNTÉZA je proces tvorby organických látok z CO2 a H2O na svetle, za účasti fotosyntetických pigmentov.

Z biochemického hľadiska fotosyntéza je redoxný proces premeny stabilných molekúl anorganických látok CO2 a H2O na molekuly organických látok – sacharidy.

všeobecné charakteristiky

6C02 + 6H20 -> C6H1206 + 02

Proces fotosyntézy pozostáva z dvoch fáz a niekoľkých etáp, ktoré prebiehajú postupne.

I Svetelná fáza

1. Fotofyzikálne štádium– vyskytuje sa vo vnútornej membráne chloroplastov a súvisí s absorpciou slnečnej energie pigmentovými systémami.

2. Fotochemické štádium- prebieha vo vnútornej membráne chloroplastov a súvisí s premenou slnečnej energie na chemickú energiu ATP a NADPH2 a fotolýzou vody.

II Tmavá fáza

3. Biochemické štádium alebo Calvinov cyklus– prebieha v stróme chloroplastov. V tomto štádiu sa oxid uhličitý redukuje na sacharidy.

VÝZNAM

1. Zabezpečenie stálosti CO2 vo vzduchu. Väzba CO 2 pri fotosyntéze do značnej miery kompenzuje jeho uvoľňovanie v dôsledku iných procesov (dýchanie, fermentácia, sopečná činnosť, priemyselná činnosť ľudstva).

2. Zabraňuje rozvoju skleníkového efektu.Časť slnečného svetla sa odráža od zemského povrchu vo forme tepelných infračervených lúčov. CO 2 absorbuje infračervené žiarenie a tým zadržiava teplo na Zemi. Zvýšenie obsahu CO 2 v atmosfére môže prispieť k zvýšeniu teploty, to znamená vytvoriť skleníkový efekt. Vysoký obsah CO 2 vo vzduchu však aktivuje fotosyntézu, a preto sa koncentrácia CO 2 vo vzduchu opäť zníži.

3. Akumulácia kyslíka v atmosfére. Spočiatku bolo v zemskej atmosfére veľmi málo kyslíka. Teraz je jeho obsah 21 % objemu vzduchu. Tento kyslík je v podstate produktom fotosyntézy.

4. Ozónová obrazovka. Ozón (O 3) vzniká ako výsledok fotodisociácie molekúl kyslíka pod vplyvom slnečného žiarenia v nadmorskej výške asi 25 km. Chráni všetok život na Zemi pred ničivými lúčmi.

Fotosyntéza je syntéza organických látok z oxidu uhličitého a vody s povinným využitím svetelnej energie: 6CO 2 +6H 2 O + Q svetlo →C 6 H 12 O 6 +6O 2. Fotosyntéza je komplexný viacstupňový proces; Reakcie fotosyntézy sú rozdelené do dvoch skupín: reakcie vo svetlej fáze a reakcie v tmavej fáze.

Svetelná fáza. Vyskytuje sa iba v prítomnosti svetla v tylakoidných membránach za účasti chlorofylu, proteínov transportujúcich elektróny a enzýmu ATP syntetázy. Pod vplyvom kvanta svetla sa excitujú elektróny chlorofylu, opúšťajú molekulu a vstupujú na vonkajšiu stranu tylakoidnej membrány, ktorá sa nakoniec nabije negatívne. Oxidované molekuly chlorofylu sa redukujú a odoberajú elektróny z vody umiestnenej v intratylakoidnom priestore. To vedie k rozkladu a fotolýze vody: H 2 O+ Q svetlo →H + +OH -. Hydroxidové ióny odovzdávajú svoje elektróny a menia sa na reaktívne radikály ∙OH: OH - →∙OH+e - . ∙OH radikály sa spájajú za vzniku vody a voľného kyslíka: 4HO∙→ 2H 2 O+O 2. V tomto prípade sa kyslík odstraňuje do vonkajšieho prostredia a protóny sa hromadia vo vnútri tylakoidu v „zásobníku protónov“. Výsledkom je, že tylakoidná membrána je na jednej strane nabitá kladne v dôsledku H + a na druhej strane v dôsledku elektrónov je nabitá záporne. Keď potenciálny rozdiel medzi vonkajšou a vnútornou stranou tylakoidnej membrány dosiahne 200 mV, protóny sa pretlačia cez kanály ATP syntetázy a ADP sa fosforyluje na ATP; atómový vodík sa používa na obnovenie špecifického nosiča NADP + na NADP∙H 2: 2H + +2 e - + NADP→ NADP∙H 2. Vo svetlej fáze teda dochádza k fotolýze vody, ktorá je sprevádzaná tromi dôležitými procesmi: 1) syntéza ATP; 2) tvorba NADP∙H2; 3) tvorba kyslíka. Kyslík difunduje do atmosféry, ATP a NADP∙H 2 sú transportované do strómy chloroplastu a podieľajú sa na procesoch temnej fázy.

Tmavá fáza. Vyskytuje sa v stróme chloroplastu. Jeho reakcie vyžadujú svetelnú energiu, preto sa vyskytujú nielen vo svetle, ale aj v tme. Reakcie v tmavej fáze predstavujú reťazec postupných premien oxidu uhličitého (zo vzduchu), čo vedie k tvorbe glukózy a iných organických látok. Najprv dochádza k fixácii CO 2, akceptorom je cukor ribulóza bifosfát, katalyzovaný ribulóza bifosfát karboxylázou. V dôsledku karboxylácie bifosfátu ribulózy vzniká nestabilná šesťuhlíková zlúčenina, ktorá sa okamžite rozpadne na dve molekuly kyseliny fosfoglycerovej. Potom nastáva cyklus reakcií, v ktorom sa prostredníctvom série medziproduktov premieňa PGA na glukózu. Využíva sa energia ATP a NADPH 2 vytvorená vo fáze svetla. (Calvinov cyklus).

23. Reakcie asimilácie Co2 v temnej fáze fotosyntézy.

Calvinov cyklus je hlavnou cestou asimilácie CO 2 . Fáza dekarboxylácie - oxid uhličitý sa viaže s ribulózabifosfátom za vzniku dvoch molekúl fosfoglycerátu. Táto reakcia je katalyzovaná ribulózabifosfátkarbozylázou.