все, что надо о нем знать
Содержание:
Что такое фотосинтез
Процесс фотосинтеза является одним из важнейших биологических процессов, протекающих в природе, ведь именно благодаря ему происходит образование органических веществ из углекислого газа и воды под действием света, именно это явление и называют фотосинтезом. И что самое важное, в процессе фотосинтеза происходит выделение кислорода, жизненно необходимого для существования жизни на нашей удивительной планете.
История открытия фотосинтеза
История открытия явления фотосинтеза уходит своими корнями на четыре века в прошлое, когда в далеком 1600 году некий бельгийский ученый Ян Ван Гельмонт поставил не сложный эксперимент. Он поместил веточку ивы (предварительно записав ее начальный вес) в мешок, в котором также находилось 80 кг земли. А затем на протяжении пяти лет растение поливалось исключительно дождевой водой. Каким же было удивление ученого, когда по прошествии пяти лет вес растения увеличился на 60 кг, при том, что масса земли уменьшилась всего лишь на 50 грамм, откуда взялась столь внушительная прибавка в весе, так и оставалось для ученого загадкой.
Следующий важный и интересный эксперимент, ставший преддверием к открытию фотосинтеза, был поставлен английским ученым Джозефом Пристли в 1771 году (любопытно, что по роду своей профессии мистер Пристли был священником англиканской церкви, но в историю вошел именно как выдающийся ученый). Что же сделал мистер Пристли? Он поместил мышь под колпак и через пять дней та умерла. Затем он снова поместил еще одну мышь под колпак, но в этот раз вместе с мышкой под колпаком была веточка мяты и в результате мышь осталась живой. Полученный результат навел ученого на мысль, о том, что существует некий процесс, противоположный дыханию. Еще одним важным выводом этого эксперимента стало открытие кислорода, как жизненно необходимого всем живим существам (первая мышка умерла от его отсутствия, вторая же выжила, благодаря веточке мяты, которая в процессе фотосинтеза как раз создала кислород).
Так был установлен факт, что зеленые части растений способны выделять кислород. Затем уже в 1782 году швейцарский ученый Жан Сенебье доказал, что углекислый газ под воздействием света разлагается в зеленых органоидах растений – фактически была открыта еще одна сторона фотосинтеза. Затем еще через 5 лет французский ученый Жак Бусенго обнаружил, что поглощение растениями воды происходит и при синтезе органических веществ.
И финальным аккордом в череде научных открытий связанных с явлением фотосинтеза стало открытие немецкого ботаника Юлиуса Сакса, которому в 1864 году удалось доказать, что объем потребляемого углекислого газа и выделяемого кислорода происходит в пропорции 1:1.
Значение фотосинтеза в жизни человека
Если представить образно, то лист любого растения можно сравнить с маленькой лабораторией, окна которой выходят на солнечную сторону. В этой самой лаборатории идет образование органических веществ и кислорода, являющегося основой для существования органической жизни на Земле. Ведь без кислорода и фотосинтеза на Земле просто бы не существовало жизни.
Но если фотосинтез столь важен для жизни и выделения кислорода, то как живут люди (да и не только люди), например в пустыне, где минимум зеленых растений, или например, в индустриальном городе, где деревья редкость. Дело в том, что на долю наземных растений приходится всего 20% выделяемого в атмосферу кислорода, остальные же 80% выделяются морскими и океанскими водорослями, недаром ведь мировой океан порой называю «легкими нашей планеты».
Формула фотосинтеза
Общую формулу фотосинтеза можно записать следующим образом:
Вода + Углекислый газ + Свет > Углеводы + Кислород
А вот такой вид имеет формула химической реакции фотосинтеза
6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2
Значение фотосинтеза для растений
А теперь попробуем ответить на вопрос, для чего нужен фотосинтез растениям. В действительности обеспечение кислородом атмосферы нашей планеты, далеко не единственная причина протекания фотосинтеза, этот биологический процесс жизненно необходим не только людям и животным, но и самим растениям, ведь органические вещества, которые образуются в ходе фотосинтеза, составляют основу жизнедеятельности растений.
Как происходит фотосинтез
Главным двигателем фотосинтеза является хлорофилл – специальный пигмент, содержащийся в клетках растений, который помимо всего прочего отвечает за зеленую окрасу листьев деревьев и прочих растений. Хлорофилл представляет собой сложное органическое соединение, обладающее к тому же важным свойством – способностью к поглощению солнечного света. Поглощая его, именно хлорофилл приводит в действие ту маленькую биохимическую лабораторию, содержащуюся в каждом маленьком листочке, в каждой травине и каждой водоросли. Далее происходит химическая реакция фотосинтеза (формулу смотрите выше) в ходе которой и происходит преображение воды и углекислого газа в необходимые растениям углеводы и необходимый всему живому кислород. Механизмы фотосинтеза являются гениальным творением природы.
Фазы фотосинтеза
Также процесс фотосинтеза состоит из двух стадий: светлой и темновой. И ниже мы детально напишем о каждой из них.
Световая фаза фотосинтеза
Эта фаза осуществляется на мембранах тилакойдов. Что же такое эти тиалакойды? Тилакойды это структуры, находящиеся внутри хлоропластов и ограниченные мембраной.
Порядок процессов световой фазы фотосинтеза выглядит так:
- Свет попадает на молекулу хлорофилла, поглощается зеленым пигментом, чем приводит его в возбужденное состояние. Электрон, который входит в эту молекулу переходит на более высокий уровень и берет участие в процессе синтеза.
- Идет расщепление воды, во время которого протоны, под действием электронов преобразуются в атомы водорода, которые впоследствии расходуются на синтез углеводов.
- На последнем этапе световой фазы фотосинтеза происходит синтез АТФ (Аденозинтрифосфат). АТФ представляет собой органическое вещество, играющее роль своего рода аккумулятора энергии в биологических процессах.
Темновая фаза фотосинтеза
Эта фаза фотосинтеза протекает в стромах хлоропластов. Именно в ее ходе происходит выделение кислорода, а также синтез глюкозы. Можно подумать исходя из названия, что темновая фаза фотосинтеза происходит исключительно в темное время суток. На самом деле это не так, синтез глюкозы происходит круглосуточно, просто на этом этапе энергия света больше не расходуется и попросту она не нужна.
Фотосинтез, видео
И в завершение интересное образовательное видео про фотосинтез.
www.poznavayka.org
|
Фотосинтез является фотоавтотрофным процессом, представляющим собой комплекс реакций поглощения, преобразования и использования световых квантов в разных эндэргонических процессах. В ходе фотосинтеза, происходящего в тканях зеленых растений, некоторых бактерий и зеленых водорослей при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл или бактериохлорофилл) на свету образуются сложные органические вещества из простых соединений (углекислого газа и воды). Впервые процесс фотосинтеза начал осуществляться в клетках цианобактерий в архейскую эру. В настоящее время наиболее примитивный тип фотосинтеза (бесхлорофильный) происходит у бактерий рода Halobacterium. Хлорофильный фотосинтез более совершенный по механизму протекания реакций. Так, аноксигенный фотосинтез присущ зеленым и пурпурным бактериям. А оксигенный фотосинтез – источник органических веществ и кислорода для всех растений, имеющих хлорофилл, и нуждающихся в доступе атмосферного воздуха для осуществления фотосинтеза. Существуют определенные стадии фотосинтеза: фотофизическая, фотохимическая и химическая. На первой стадии кванты света поглощаются фотосинтетическими пигментами, которые переходят в возбужденное состояние и передают энергию к последующим элементам фотосистемы. На фотохимической стадии синтезируются носители энергии клеток – НАДФН и АТФ. Описанные две стадии объединяют понятием световая фаза фотосинтеза. Третья химическая стадия фотосинтеза может осуществляться как на свету, так и в темноте, поэтому ее называют темновой фазой фотосинтеза. На этой стадии в ходе биохимических реакций образуются органические соединения при расходовании энергии, запасенной в световой фазе. В большинстве случаев в процессе таких реакций происходит синтез углеводов (сахаров, крахмала), реже — белков. Процесс фотосинтеза происходит в таких клеточных органеллах, как хлоропласты. Благодаря совершенному строению фотосинтетического аппарата зеленых растений, обеспечивается высокая эффективность фотосинтеза. В клетках зеленых листьев растений содержится в среднем от 20 до 100 хлоропластов, каждый из которых представляет собой обособленную двухмембранную структуру. Иногда хлоропласты наблюдаются в клетках стеблей и плодов, однако главным органом фотосинтеза является зеленый лист растения, благодаря особенностям своего строения. Структурным компонентом хлоропластов является хлорофилл – зеленый пигмент, который обладает способностью поглощать свет. Хлоропласт заполнен внутри стромой и пронизан внутренними мембранами, соединяющимися между собой с образованием тилакоидов (плоских пузырьков), которые прилегают друг к другу, формируя стопки — граны. В строме удерживается углекислый газ, и образуются ферменты, выступающие как катализаторы химических реакций темновой фазы фотосинтеза, в частности, фотосинтеза углеводов и белков. Световая фаза фотосинтеза происходит на внутренних мембранах тилакоидов хлоропластов. Также в хлоропластах есть такие структуры, как ДНК, РНК (носители наследственной информации) и рибосомы, осуществляющие синтез белка. В клетках большей части водорослей фотосинтетическая система – это хроматофоры – особые внутриклеточные органеллы, а в клетках фотосинтезирующих бактерий – тилакоиды, содержащие бактериохлорофилл. Фотосинтез – это один из самых важных процессов, ежеминутно и повсеместно происходящих на Земле. Согласно статистическим данным, в течение года растения нашей планеты в процессе фотосинтеза продуцируют более 100 миллиардов тонн органических веществ, при этом выделяя в атмосферу более 140 миллиардов тонн кислорода и поглощая до 200 миллиардов тонн углекислого газа. По мнению ученых, весь атмосферный кислород – является конечным продуктом фотосинтеза растений. Значение фотосинтеза состоит в том, что из всех биологических процессов фотосинтез единственный, который протекает с накоплением свободной энергии в системе, тогда как другие биологические процессы происходят с использованием потенциальной энергии, находящейся в связанном состоянии в продуктах фотосинтеза. Человечество ежегодно расходует в несколько раз меньше энергии, чем количество запасаемой фотосинтезирующими организмами (растениями, бактериями, водорослями) на Земле. |
beaplanet.ru
Процесс фотосинтеза простым языком
Вряд ли любой из нас, наблюдая окружающий мир, задумывался над таким фактом, что каждый зеленый листочек на дереве или кусте представляет собой удивительную, по сути, самопроизвольную лабораторию, одну из самых таинственных и замечательных из всех, существующих на Земле. Дело в том, что в этом листе практически ежесекундно, пока на него попадает свет Солнца, осуществляется великая мечта не только биохимиков, фантастов, а и каждого человека: происходит создание живого из неживого. Действительно, поистине удивительным кажется, что только зелёное растение без всяких суперсовременных технологий и приборов может создавать живое вещество. Поэтому совсем не является преувеличением высказывание о том, что этот процесс — процесс фотосинтеза – представляет собой настоящее и неповторимое больше нигде «творчество жизни». Начинается это творение с работы заключенного в растении солнечного луча. Этот сложный биохимический процесс и представляет собой процесс фотосинтеза.
Мы знаем о фотосинтезе из школьной программы, других источников. Знаем, что материалы, необходимые для того чтобы воспроизвести процесс фотосинтеза, крайне просты: углекислый газ, вода, солнечная энергия. А вот за ними в дело вступают различные соляные растворы, которые доставляются корнями растения из почвы.
Вся растительность вокруг нас, вся фауна, наконец, мы сами (люди) — это простые потребители чудесной зеленой кухни.
Хищники употребляют в пищу травоядных, те, в свою очередь, растения. Таким образом происходит процесс, при котором все живут за счет питания, которое приготовляется зелеными растениями.
Одним словом, зеленые растения — это общие «кормильцы». Однако этим нельзя ограничиваться, потому что не следует забывать и о воздухе, которым мы дышим. Ведь это растения и процесс фотосинтеза, происходящий в них, посредством химических преобразований, приводят к выделению чистого кислорода. И можно вполне уверенно предположить, что кислород, находящийся в воздухе в качестве одного из его компонентов, предоставлен нам зелеными растениями. По сути, миллионы лет создавали растительные клетки эту летучую оболочку земному шару — атмосферу, жизнь без которой просто невозможна. Действительно, с большим трудом можно представить себе, что бы являла собой Земля, не будь на ней растений, а следовательно, и других живых организмов и существ, которые так или иначе связаны с ними.
Скорее всего, земные материки напоминали бы поверхность какой-либо пустынной планеты, и все это было бы окутано смертельным углекислым газом и едким аммиаком. Так было бы, если бы на Земле не было растений и, значит, жизнь не могла существовать как таковая.
Так в чем же сила, дающая все это, и где ее источник? Источник такой силы – наше Солнце. Зеленые листья, словно солнечные механизмы, концентрируют в себе солнечную энергию. А потом начинается работа на Земле, в ходе которой солнечный луч превращается зеленым листом в силу всей окружающей нас жизни.
Значит, можно сказать так: энергию Солнца определенным образом «приземлили» зеленые растения, а потом начали с ее помощью формировать жизнь на самой Земле.
Вот так, не прибегая к точым и довольно непонятным научным формулировкам, может выглядеть общая характеристика фотосинтеза.
Он может происходить только в неповрежденном листе. В этом можно убедиться, если стеклянную палочку под небольшим давлением прокатить по поверхности живого, зеленого листа (т. е. повредить внутреннюю его структуру без каких-либо заметных внешних изменений) — фотосинтез сейчас же прекратится.
Многие открытия естествознания были добыты очень простыми, нехитрыми опытами. И на таких же несложных опытах можно вновь и вновь доказывать великие научные истины.
Ван-Гельмонт, Фредерик Блэкман, К. А. Тимирязев обосновали свои теории на том, что зеленые листья на свету (т. е. когда на них падает солнечный луч) усваивают углекислый газ из воздуха и выделяют в атмосферу кислород. Мы же собственными глазами всегда можем удостовериться, как происходит реакция фотосинтеза.
Для этого надо в стеклянную банку поместить какую-нибудь зеленолистную веточку (зимой можно и от комнатного растения). Затем сделать обычный выдох в эту банку и тотчас же опустить в банку горящую спичку. Мы увидим, что спичка мгновенно потухнет.
Следовательно, это произошло оттого, что в выдохнутом воздухе очень много углекислого газа — около четырех с половиной процентов. А этот газ, как мы знаем, горения не поддерживает.
Продолжим эксперимент. Без промедления закроем банку с зеленой веточкой плотной, тугой пробкой так, чтобы воздух снаружи не мог в нее проникнуть, и выставим на солнечный или яркий электрический свет. Повторим наши действия со спичкой спустя несколько часов. В этом случае мы увидим, что она, опущенная в банку, не погаснет, а будет гореть. Становится очевидным, что воздух внутри банки с зеленой веткой снова стал пригоден для горения в нем. Это произошло потому, что углекислого газа стало меньше, а кислорода больше.
Вот таким простым, как кажется на первый взгляд, способом и поддерживается жизнь.
fb.ru
Физиологический процесс – фотосинтез — Edachnik.ru
Фотосинтез является самым важным физиологическим процессом, который протекает в растениях. Благодаря фотосинтезу в листьях образуются питательные вещества. Первичным продуктом является сахар, из которого синтезируются все другие питательные вещества, необходимые как для растений, так и для животных.
Сахар используется, конечно, и в чистом виде. Фотосинтез интересен еще и тем, что он представляет собой механизм превращения солнечной энергии в химическую и характеризуется высоким коэффициентом полезного, действия.
Зеленые пластиды, используя световую энергию, расщепляют молекулы воды и высвобождают кислород. Водород воды соединяется с углекислым газом, образуя углеводы.
Однако на самом деле процесс значительно сложнее. Он протекает в тонком слое хлоропластов цитоплазмы зеленых растений. Хлоропласта содержат, помимо хлорофилла, каротиноиды и минеральные вещества, среди которых большую роль играют фосфор и железо, а иногда и медь. Хлоропласт, а также каждая из его многочисленных слоистых гранул окружены протеино-липоидными мембранами с внешним липоидным покрытием.
Почти все физиологи растений считают, что при фотосинтезе кислород освобождается из воды. Эту первую стадию процесса можно осуществить с изолированными хлоропластами. Во второй стадии углекислый газ соединяется с двумя атомами водорода воды, образуя продукты фотосинтеза. Роль хлорофилла на этой стадии еще окончательно не выяснена. Важная его функция — поглощение света — вполне очевидна, поскольку ни вода, ни углекислый газ не поглощают видимых лучей спектра.
Сахара прежде считались первым продуктом фотосинтеза. Теперь благодаря усовершенствованию экспериментальной техники, в частности при помощи радиоактивных изотопов, установлено, что первым соединением является фосфоглицериновая кислота — трехуглеродистая кислота, одна из тех, которые образуются при окислении сахара при дыхании, только, конечно, в обратном порядке. Вслед за этим продуктом почти сразу же появляются сахара, липиды и другие вещества с крупными молекулами.
Вода, используемая в фотосинтезе, поглощается корнями виноградного куста из почвы. Затем она поступает в мезофилл листьев через ксилемные сосуды корней ствола, рукавов, через побеги и черешки. Углекислый газ растение берет непосредственно из воздуха.
Он проходит через устьица листьев путем простой газовой диффузии. Концентрация углекислого газа в атмосфере выше, чем в промежутках между клетками листа. Соприкасаясь со стенками клеток мезофилла, углекислый газ растворяется, затем переходит внутрь клеток и достигает хлоропластов, где он используется.
Наряду с основным питательным веществом — сахаром, растение вырабатывает и другие углеводы, а также белки и жиры. Образующийся в зеленых клетках сахар претерпевает множество изменений. Часть сахара расходует самое растение в качестве питательного вещества в процессе дыхания.
Энергия, заключенная в сахаре, высвобождается и дает возможность растению выполнять работу. Сахар, не используемый сразу, превращается в другие углеводы, например во фруктозу — сахар спелого винограда, крахмал — основное запасное питательное вещество виноградного куста, гемицеллюлозу и целлюлозу — материал, из которого состоят клетки различных частей растения.
Так как гемицеллюлоза не представляет собой запасное питательное вещество, ее уровень не уменьшается при остром сокращении количества углеводов в результате дефолиации.
Сахар, не использованный как продукт питания и не превращенный в другие углеводы, путем синтеза может быть превращен в белки, жиры или другие соединения. Как и при образовании сложных углеводов, для этих превращений не нужен свет, необходимую энергию растению дает сахар.
Для синтеза белков требуются не только углекислый газ и вода, но и вещества, содержащиеся в почве, например азот, фосфор, сера, иногда железо, и, возможно, другие элементы. Эти элементы поступают в корни и далее во все части растения в виде нитратов, фосфатов и других соединений.
Отдельные минеральные вещества необходимы для фотосинтеза, некоторые из них используются как компоненты ряда питательных веществ или же требуются для роста и развития растения.
Белки нужны для жизни и роста. Они находятся в растении в протоплазме в виде запасных белков и нуклеопротеинов. Белки образуются из более простых соединений — аминокислот, которые под действием ферментов соединяются в крупные молекулы. Аминокислоты состоят из сахара и азота.
Часть аминокислот содержит также серу. Свыше 20 аминокислот найдено в виноградном растении и его плодах. Любое сочетание этих аминокислот может представлять собой белок. Не удивительно поэтому, что в растениях встречается так много разных белков. Некоторые белки содержат также вещества, не являющиеся аминокислотами.
Синтез аминокислот может происходить в любой части растения. Образовавшиеся аминокислоты могут быть тотчас израсходованы на формирование белков или же переданы другим частям растения для отложения в виде запасов или для формирования белков в новом месте.
Жиры синтезируются из сахара. Они содержат те же элементы, что и сахар, но кислорода в них меньше, чем углерода. Жиры играют примерно ту же роль в растении, что и углеводы. Основная их функция — снабжать растение энергией. В виноградном растении жиры играют небольшую роль, если не принимать во внимание семена, в которых жиры служат питательным веществом. Семена содержат от 10 до 20% масла.
edachnik.ru
что такое, определение, фазы :: SYL.ru
Важнейшим органическим процессом, без которого существование всех живых существ нашей планеты было бы под вопросом, является фотосинтез. Что такое фотосинтез? известно всем со школы. Грубо говоря, это процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды, который происходит на свету и сопровождается выделением кислорода. Более сложное определение звучит следующим образом: фотосинтез – процесс преобразования световой энергии в энергию химических связей веществ органического происхождения при участии фотосинтетических пигментов. В современной практике под фотосинтезом обычно понимают совокупность процессов поглощения, синтеза и использования света в ряде эндергонических реакций, одной из которых является превращение углекислого газа в органические вещества. А теперь давайте узнаем подробнее, как протекает фотосинтез и на какие фазы этот процесс делится!
Общая характеристика
Хлоропласты, которые есть у каждого растения, отвечают за фотосинтез. Что такое хлоропласты? Это овальные пластиды, в которых содержится такой пигмент, как хлорофилл. Именно хлорофилл определяет зеленую окраску растений. У водорослей данный пигмент представлен в составе хроматофор – пигментсодержащих светоотражающих клеток разной формы. Бурые и красные водоросли, которые обитают на значительных глубинах, куда плохо попадает солнечный свет, имеют иные пигменты.
Вещества фотосинтеза входят в состав автотроф – организмов, способных синтезировать из неорганических веществ органические. Они являются самой нижней ступенью пищевой пирамиды, поэтому входят в рацион всех живых организмов планеты Земля.
Польза фотосинтеза
Зачем же нужен фотосинтез? Кислород, который выделяется из растений во время фотосинтеза, поступает в атмосферу. Поднимаясь в ее верхние слои, он образует озон, который защищает земную поверхность от сильного солнечного излучения. Именно благодаря озоновому экрану живые организмы могут комфортно находиться на суше. Кроме того, как известно, кислород нужен для дыхания живых организмов.
Ход процесса
Все начинается с того, что в хлоропласты попадает свет. Под его влиянием органеллы вытягивают из почвы воду, а также делят ее на водород и кислород. Таким образом, имеют место два процесса. Фотосинтез растений начинается в момент, когда листья уже впитали воду и углекислый газ. Световая энергия аккумулируется в тилакоидах – специальных отсеках хлоропластов, и делит молекулу воды на две составляющие. Часть кислорода уходит на дыхание растения, а оставшаяся часть — в атмосферу.
Затем углекислый газ попадает в пиреноиды – белковые гранулы, окруженные крахмалом. Сюда же поступает водород. Смешавшись друг с другом, эти вещества образуют сахар. Эта реакция также проходит с выделением кислорода. Когда сахар (обобщающее название простых углеводов) смешивается с азотом, серой и фосфором, поступающими в растение из почвы, образуется крахмал (сложный углевод), белки, жиры, витамины и прочие вещества, необходимые для жизни растений. В абсолютном большинстве случаев фотосинтез происходит в условиях природного освещения. Однако искусственное освещение также может в нем поучаствовать.
Классы фотосинтеза
Вплоть до 60-х годов двадцатого века науке был известен один механизм восстановления углекислого газа – по С3-пентозофосфатному пути. Недавно австралийские ученые доказали, что у некоторых видов растений данный процесс может протекать по циклу С4-дикарбоновых кислот.
У растений, которые восстанавливают углекислый газ по С3 пути, фотосинтез лучше всего проходит при умеренной температуре и слабой освещенности, в лесах или темных местах. К таковым растениям можно отнести львиную долю культурных растений и почти все овощи, которые составляют основу нашего рациона.
У второго класса растений фотосинтез активнее всего протекает в условиях высокой температуры и сильной освещенности. В эту группу входят растения, которые произрастают в тропическом и теплом климате, к примеру кукуруза, сахарный тростник, сорго и так далее.
Метаболизм растений, кстати говоря, был обнаружен весьма недавно. Ученым удалось выяснить, что некоторые растения имеют специальные ткани для сохранения запасов воды. Углекислый газ у них скапливается в виде органических кислот и переходит в углеводы лишь через 24 часа. Этот механизм дает растениям возможность сэкономить воду.
Как проходит процесс?
Мы уже знаем в общих чертах, как протекает процесс фотосинтеза и какой фотосинтез бывает, теперь давайте познакомимся с ним глубже.
Начинается все с того, что растение поглощает свет. Ей в этом помогает хлорофилл, который в виде хлоропластов располагается в листьях, стеблях и плодах растения. Основное количество данного вещества сконцентрировано именно в листьях. Все дело в том, что благодаря своей плоской структуре, лист притягивает много света. А чем больше света, тем больше энергии для фотосинтеза. Таким образом, листья в растении выступают своеобразными локаторами, улавливающими свет.
Когда свет поглощен, хлорофилл пребывает в возбужденном состоянии. Он передает энергию другим органам растения, которые участвуют в следующей стадии фотосинтеза. Второй этап процесса протекает без участия света и состоит в химической реакции с участием воды, получаемой из почвы, и углекислого газа, получаемого из воздуха. На этой стадии синтезируются углеводы, которые крайне необходимы для жизни любого организма. В данном случае они не только питают само растение, но и передаются животным, которые его съедают. Люди также получают эти вещества, употребив продукты растительного или животного происхождения.
Фазы процесса
Будучи довольно сложным процессом, фотосинтез делится на две фазы: световую и темновую. Как можно понять из названия, для первой фазы обязательно наличие солнечного излучения, а для второй — нет. Во время световой фазы хлорофилл поглощает квант света, образуя молекулы АТФ и НАДН, без которых невозможен фотосинтез. Что такое АТФ и НАДН?
АТФ (аденозитрифосфат) – нуклеиновый кофермент, которые содержит высокоэнергетические связи и служит источником энергии в любом органическом превращении. Соединение часто называют энергетической волютой.
НАДН (никотинамидадениндинуклеотид) – источник водорода, который используется для синтеза углеводов с участием углекислого газа во второй фазе такого процесса, как фотосинтез.
Световая фаза
Хлоропласты содержат много молекул хлорофилла, каждая из которых поглощает свет. Его поглощают и другие пигменты, но они не способны к фотосинтезу. Процесс проходит лишь в части молекул хлорофилла. Остальные молекулы образуют антенные и светособирающие комплексы (ССК). Они накапливают кванты светового излучения и передают их в реакционные центры, которые также называют ловушками. Реакционные центры располагаются в фотосистемах, которых у фотосинтезирующего растения две. Первая содержит молекулу хлорофилла, способную поглощать свет с длиной волны 700 нм, а вторая – 680 нм.
Итак, два типа молекул хлорофилла поглощают свет и возбуждаются, что способствует переходу электронов на более высокий энергетический уровень. Возбужденные электроны, обладающие большим количеством энергии, отрываются и поступают в цепь переносчиков, расположенную в мембранах тилакоидов (внутренние структуры хлоропластов).
Переход электронов
Электрон из первой фотосистемы переходит от хлорофилла Р680 к пластохинону, а электрон из второй системы – к ферредоксину. При этом на месте отрыва электронов в молекуле хлорофилла образуется свободное место.
Для восполнения недостачи молекула хлорофилла Р680 принимает электроны из воды, образуя ионы водорода. А вторая молекула хлорофилла восполняет недостачу через систему переносчиков от первой фотосистемы.
Так протекает световая фаза фотосинтеза, суть которой состоит в переносе электронов. Параллельно электронному транспорту проходит перемещение ионов водорода через мембрану. Это приводит к их накоплению внутри тилакоида. Накапливаясь в большом количестве, они высвобождаются наружу с помощью сопрягающего фактора. Результатом транспорта электронов является образование соединения НАДН. А перенос иона водорода приводит к образованию энергетической валюты АТФ.
По окончании световой фазы в атмосферу поступает кислород, а внутри лепестка образуются АТФ и НАДН. Затем начинается темновая фаза фотосинтеза.
Темновая фаза
Для этой фазы фотосинтеза необходим углекислый газ. Растение постоянно поглощает его из воздуха. С этой целью на поверхности листка есть устьица – специальные структуры, которые при открывании всасывают углекислый газ. Поступая вовнутрь листка, он растворяется в воде и участвует в процессах световой фазы.
Во время световой фазы в большинстве растений углекислый газ связывается с органическим соединением, которое содержит 5 атомов углерода. В результате образуется пара молекул трехуглеродного соединения под названием 3-фосфоглицериновая кислота. Именно из-за того, что первичным результатом процесса является данное соединение, растения с таким типом фотосинтеза называют С3-растениями.
Дальнейшие процессы, проходящие в хлоропластах, весьма сложны для неискушенных обывателей. В конечном итоге получается шестиуглеродное соединение, синтезирующее простые или сложные углеводы. Именно в виде углеводов растение скапливает энергию. Небольшая часть веществ остается в листе и выполняет его нужды. Остальные углеводы циркулируют по всему растению и поступают в те места, где они больше всего нужны.
Фотосинтез зимой
Многие хотя бы раз в жизни задавались вопросом о том, откуда берется кислород в холодное время года. Во-первых, кислород вырабатывается не только лиственными растениями, но и хвойными, а также морскими растениями. И если лиственные растения зимой замирают, то хвойные продолжают дышать, хотя и менее интенсивно. Во-вторых, содержание кислорода в атмосфере не зависит от того, скинули ли деревья свои листья. Кислород занимает 21 % атмосферы, в любой точки нашей планеты в любое время года. Эта величина не меняется, так как воздушные массы перемещаются очень быстро, а зима наступает не одновременно во всех странах. Ну и, в-третьих, зимой в нижних слоях воздуха, которые мы вдыхаем, содержание кислорода даже больше, чем летом. Причина этого явления – низкая температура, из-за которой кислород становится плотнее.
Заключение
Сегодня мы вспомнили, что такое фотосинтез, что такое хлорофил, и как растения выделяют кислород, поглощая углекислый газ. Безусловно, фотосинтез является важнейшим процессом в нашей жизни. Он напоминает нам о необходимости бережного отношения к природе.
www.syl.ru
Фотосинтез и хемосинтез | Дистанционные уроки
27-Фев-2014 | Один Комментарий | Лолита Окольнова
Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.
Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений
Обычно все организмы, способные из неорганических веществ синтезировать органические, т.е. организмы, способные к фотосинтезу и хемосинтезу, относят к автотрофам.
К автотрофам традиционно относят растения и некоторые микроорганизмы.
Кратко мы говорили о фотосинтезе, когда рассматривали строение растительной клетки, давайте разберем весь процесс поподробнее…
Суть фотосинтеза
это полное, суммарное уравнение фотосинтеза
Вступают в процесс | Результат фотосинтеза |
Энергия солнечного света | АТФ (химическая энергия) |
вещества, бедные энергией — CO2, H2O (N, S, P — содержащие соединения) | глюкоза (вещество, богатое энергией) и O2 |
Основное вещество, участвующее в многоступенчатом процессе фотосинтеза — хлорофилл. Именно оно трансформирует солнечную энергию в химическую.
На рисунке указано схематическое изображение молекулы хлорофилла, кстати, молекула очень похожа на молекулу гемоглобина…
Хлорофилл встроены в граны хлоропластов:
Световая фаза фотосинтеза:
(осуществляется на мембранах тилакойдов)
- Свет, попав на молекулу хлорофилла, поглощается им и приводит его в возбужденное состояние — электрон, входящий в состав молекулы, поглотив энергию света, переходит на более высокий энергетический уровень и участвует в процессах синтеза;
- Под действием света так же происходит расщепление (фотолиз) воды:
протоны ( с помощью электронов) превращаются в атомы водорода и расходуются на синтез углеводов; - синтезируется АТФ (энергия)
Темновая фаза фотосинтеза
(протекает в стромах хлоропластов)
собственно синтез глюкозы
Обратите внимание: темновой эта фаза называется не потому что идет ночью — синтез глюкозы происходит, в общем-то, круглосуточно, но для темновой фазы уже не нужна световая энергия.
“Фотосинтез — это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете”.
К.А.Тимирязев.
В результате фотосинтеза на Земле образуется около 150 млрд т органического вещества и выделяется около 200 млрд т свободного кислорода в год. Кроме того, растения вовлекают в круговорот миллиарды тонн азота, фосфора, серы, кальция, магния, калия и других элементов. Хотя зеленый лист использует лишь 1-2% падающего на него света, создаваемые растением органические вещества и кислород в целом обеспечивают существование всего живого на Земле.
Хемосинтез
Хемосинтез осуществляется за счет энергии, выделяющейся при химических реакциях окисления различных неорганических соединений: водорода, сероводорода, аммиака, оксида железа (II) и др.
Соответственно веществам, включенным в метаболизм бактерий, существуют:
- серобактерии — микроорганизмы водоемов, содержащих H2S — источники с очень характерным запахом,
- железобактерии,
- нитрифицирующие бактерии — окисляют аммиак и азотистую кислоту,
- азотфиксирующие бактерии — обогащают почвы, чрезвычайно повышают урожайность,
- водородокисляющие бактерии
Но суть остается та же — это тоже автотрофное питание , так же запасается энергия и это запас в виде молекул АТФ.
Этот тип синтеза используется ТОЛЬКО бактериями.
Хемосинтетики — единственные организмы на земле, не зависящие от энергии солнечного света.
Поэтому бактерии, «практикующие» хемосинтез, могут жить на любой глубине океанов.
По современным оценкам, биомасса «подземной биосферы», которая находится, в частности, под морским дном и включает хемосинтезирующих анаэробных архебактерий, может превышать биомассу остальной биосферы
Изучением фотосинтеза и хемосинтеза занимался С. Н. Виноградский — ученый, который рассматривал влияние микроорганизмов на биосферу (он ввел понятие «экология микроорганизмов»).
Как видите, фотосинтез и хемосинтез — две формы пластического обмена, при котором из неорганических веществ образуются органические вещества.
- в ЕГЭ это вопрос А3 — обмен веществ и фотосинтез
- А10 — физиология растений
Еще на эту тему:
Обсуждение: «Фотосинтез и хемосинтез»
(Правила комментирования)distant-lessons.ru
Процесс фотосинтеза и его значение
Фотосинтез — это процесс преобразования углекислого газа в кислород под воздействием солнечной энергии. Хотя в более широком смысле этого слова подразумевается множество процессов, в результате которых происходит поглощение и преобразование квантов света. И обладают этой способностью не только растения, но и многие микроорганизмы. Так, большую часть кислорода вырабатывают фитопланктоны, обитающие в Мировом океане. Но и роль растений преуменьшать не стоит.
Этапы фотосинтеза
На самом деле, фотосинтез — очень сложный процесс. На первом его этапе идёт поглощение солнечной энергии и её передача другим молекулам, причастным к процессу. На втором этапе — разделение квантов света на заряды, в результате чего становится возможной передача электронов по фотосинтетической цепи. Благодаря этому происходит создание АТФ и НАДФН. Оба этапа имеют общее название — светозависимая стадия фотосинтеза.
Энергия, что накапливается в результате поглощения квантов света, используется в дальнейшем для образования кислорода. Но наличие самого света для этого уже не требуется. На третьем этапе происходят различные биохимические реакции, в результате которых из углекислого газа могут вырабатываться глюкоза, сахар, крахмал и т.д.
Значение фотосинтеза
Именно благодаря данному процессу Солнце является главным источником энергии на нашей планете. Многие организмы и вовсе живут лишь за счёт солнечной энергии. И они же, буквально, выдыхают её в окружающее пространство. Это позволяет другим живым организмам пользоваться ей. К примеру, всем нам известно, что мощнейшими источниками энергии для человечества являются нефть, природный газ, торф и уголь. Но мало кто знает, что вся энергия, что выделяется при сжигании этих полезных ископаемых, была запасена в результате фотосинтеза.
Но важнейшим свойством фотосинтеза, разумеется, является поглощение углекислого газа и выработка кислорода. Ведь именно благодаря этому и существует всё живое на нашей планете. Так что недооценивать важность этого процесса никак нельзя.
naturae.ru
