Vilka ämnesomvandlingar sker under fotosyntesen. Fotosyntesprocessen i biologi. Mörk fas av fotosyntesen
Som namnet antyder är fotosyntes i huvudsak naturlig syntes organiskt material omvandla CO2 från atmosfären och vattnet till glukos och fritt syre.
I detta fall krävs närvaro av solljusets energi.
Den kemiska ekvationen för fotosyntesprocessen i allmänhet kan representeras enligt följande:
Fotosyntesen har två faser: mörkt och ljust. De kemiska reaktionerna i den mörka fasen i fotosyntesen skiljer sig väsentligt från reaktionerna i den ljusa fasen, men de mörka och ljusa faserna av fotosyntesen är beroende av varandra.
Ljusfasen kan uppstå i växtblad uteslutande i solljus. För mörkret är närvaron av koldioxid nödvändig, varför anläggningen ständigt måste absorbera den från atmosfären. Alla jämförande egenskaper hos de mörka och ljusa faserna av fotosyntesen kommer att ges nedan. För detta skapades en jämförande tabell "Faser av fotosyntes".
Ljusfas av fotosyntes
De viktigaste processerna i fotosyntesens ljusfas sker i tylakoidmembranen. Det involverar klorofyll, elektrontransportproteiner, ATP -syntetas (ett enzym som påskyndar reaktionen) och solljus.
Vidare kan reaktionsmekanismen beskrivas enligt följande: när solljus träffar växternas gröna blad, exciteras klorofyllelektroner (negativ laddning) i sin struktur, som, efter att ha passerat till ett aktivt tillstånd, lämnar pigmentmolekylen och hamnar på yttre sidan av thylakoid, vars membran också är negativt laddad. Samtidigt oxideras klorofyllmolekyler och redan oxideras de reduceras, vilket tar elektroner från vatten, som är i bladets struktur.
Denna process leder till det faktum att vattenmolekyler sönderfaller och joner som skapas till följd av vattenfotolys donerar sina elektroner och förvandlas till sådana OH -radikaler som kan utföra ytterligare reaktioner. Vidare kombineras dessa reaktiva OH-radikaler för att skapa fullvärdiga vatten- och syremolekyler. I detta fall frigörs fritt syre till den yttre miljön.
Som ett resultat av alla dessa reaktioner och transformationer är bladet tylakoidmembran å ena sidan positivt laddat (på grund av H + jonen), och å andra sidan - negativt (på grund av elektroner). När skillnaden mellan dessa laddningar på membranets två sidor når mer än 200 mV, passerar protoner genom speciella kanaler för enzymet ATP -syntetas, och på grund av detta omvandlas ADP till ATP (som ett resultat av fosforyleringsprocessen). Och atomväte, som frigörs från vatten, reducerar den specifika bäraren av NADP + till NADPH2. Som du kan se, som ett resultat av fotosyntesens ljusfas, sker tre huvudprocesser:
- syntes av ATP;
- skapande av NADPH2;
- bildning av fritt syre.
Den senare släpps ut i atmosfären, och NADPH2 och ATP deltar i fotosyntesens mörka fas.
Mörk fas av fotosyntesen
De mörka och ljusa faserna av fotosyntesen kännetecknas av en stor energiförbrukning från anläggningens sida, men den mörka fasen går snabbare och kräver mindre energi. De mörka fasreaktionerna kräver inte solljus, så de kan uppstå dag och natt.
Alla huvudprocesser i denna fas sker i växtens kloroplaststroma och är en slags kedja av successiva transformationer av koldioxid från atmosfären. Den första reaktionen i en sådan kedja är fixering av koldioxid. För att få det att gå smidigare och snabbare gav naturen enzymet RuBP-karboxylas, som katalyserar fixeringen av CO2.
Sedan sker en hel cykel av reaktioner, vars slutförande är omvandlingen av fosfoglycerinsyra till glukos (naturligt socker). Alla dessa reaktioner använder energin från ATP och NADPH H2, som skapades i fotosyntesens ljusfas. Förutom glukos bildas också andra ämnen som ett resultat av fotosyntesen. Bland dem finns olika aminosyror, fettsyror, glycerin och nukleotider.
Faser av fotosyntes: jämförelsetabell
| Jämförelsekriterier | Lätt fas | Mörk fas |
| solljus | Nödvändig | Krävs inte |
| Platsen för reaktioner | Kloroplastgranulat | Kloroplast stroma |
| Energiberoende | Beror på solljus | Beror på ATP och NADP H2 som bildas i ljusfasen och på mängden CO2 från atmosfären |
| Initiala ämnen | Klorofyll, elektrontransportproteiner, ATP -syntetas | Koldioxid |
| Fasens väsen och vad som bildas | Fritt O2 frigörs, ATP och NADP H2 bildas | Bildning av naturligt socker (glukos) och absorption av CO2 från atmosfären |
Fotosyntes - video
Fotosyntes- syntes organiska föreningar från oorganisk på grund av ljusenergi (hv). Den totala ekvationen för fotosyntes:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2
Fotosyntes sker med deltagande av fotosyntetiska pigment, som har en unik egenskap att omvandla solljusets energi till energin i en kemisk bindning i form av ATP. Fotosyntetiska pigment är proteinliknande ämnen. Det viktigaste av dessa är klorofyllpigmentet. I eukaryoter är fotosyntetiska pigment inbäddade i det inre membranet av plastider, i prokaryoter, i invaginationer av det cytoplasmatiska membranet.
Kloroplastens struktur liknar mycket strukturen hos mitokondrier. Det inre membranet hos grana thylakoids innehåller fotosyntetiska pigment, liksom proteiner från elektrontransportkedjan och molekyler av enzymet ATP -syntetas.
Fotosyntesprocessen består av två faser: ljus och mörk.
Lätt fas fotosyntesen sker endast i ljuset i grana thylakoid -membranet. I denna fas absorberar klorofyll ljuskvanta, bildar en ATP -molekyl och fotolys av vatten.
Under påverkan av en ljuskvant (hv) förlorar klorofyll elektroner och passerar till ett upphetsat tillstånd:
Chl → Chl + e -
Dessa elektroner överförs av bärare till utsidan, d.v.s. ytan på tylakoidmembranet som vetter mot matrisen, där de ackumuleras.
Samtidigt sker fotolys av vatten inne i tylakoiderna, d.v.s. dess sönderdelning under påverkan av ljus
2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e -
De resulterande elektronerna överförs av bärare till klorofyllmolekyler och återställer dem: klorofyllmolekyler återgår till ett stabilt tillstånd.
Väteprotoner som bildas under fotolys av vatten ackumuleras inuti thylakoid, vilket skapar en H + -reservoar. Som ett resultat laddas tylakoidmembranets inre yta positivt (på grund av H +), och den yttre ytan - negativt (på grund av e -). När motsatt laddade partiklar ackumuleras på båda sidor av membranet ökar potentialskillnaden. När det kritiska värdet för potentialskillnaden nås börjar styrkan hos det elektriska fältet att trycka protoner genom ATP -syntetaskanalen. Den energi som frigörs i detta fall används för fosforylering av ADP -molekyler:
ADP + F → ATP
Bildandet av ATP i fotosyntesprocessen under påverkan av ljusenergi kallas fotofosforylering.
Vätejoner, som befinner sig på den yttre ytan av tylakoidmembranet, möts där med elektroner och bildar atomväte, som binder till vätgasbärarmolekylen NADP (nikotinamid -adenindinukleotidfosfat):
2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2
Under fotosyntesens ljusfas sker sålunda tre processer: bildandet av syre på grund av sönderdelning av vatten, syntesen av ATP, bildandet av väteatomer i form av NADPH H2. Syre diffunderar in i atmosfären, ATP och NADPH H 2 deltar i de mörka fasprocesserna.
Mörk fas fotosyntesen sker i kloroplastmatrisen både i ljuset och i mörkret och är en serie sekventiella transformationer av CO 2 som kommer från luften i Calvin -cykeln. Reaktionerna i den mörka fasen utförs på grund av energin från ATP. I Calvin -cykeln binder CO 2 med väte från NADPH 2 för att bilda glukos.
I fotosyntesprocessen, förutom monosackarider (glukos, etc.) syntetiseras monomerer av andra organiska föreningar - aminosyror, glycerol och fettsyror. Tack vare fotosyntesen förser växter sig och allt liv på jorden med nödvändiga organiska ämnen och syre.
Jämförande egenskaper för fotosyntes och andning av eukaryoter visas i tabellen:
| Skylt | Fotosyntes | Andetag |
|---|---|---|
| Reaktionsekvation | 6CO 2 + 6H 2 O + Ljusenergi → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 | C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6H 2 O + Energi (ATP) |
| Initiala ämnen | Koldioxid, vatten | |
| Reaktionsprodukter | Organiskt material, syre | Koldioxid, vatten |
| Betydelse i ämnescykeln | Syntes av organiska ämnen från oorganiska | Nedbrytning av organiskt material till oorganiskt |
| Energiomvandling | Omvandlar ljusenergi till energi kemiska bindningar organiskt material | Omvandling av energin för kemiska bindningar av organiska ämnen till energin i högenergibindningar av ATP |
| De viktigaste stadierna | Ljus och mörk fas (inklusive Calvin -cykeln) | Ofullständig oxidation (glykolys) och fullständig oxidation (inklusive Krebs -cykeln) |
| Plats för processen | Kloroplast | Hyaloplasma (ofullständig oxidation) och mitokondrier (fullständig oxidation) |
Fotosyntes är omvandling av ljusenergi till energin i kemiska bindningar organiska föreningar.
Fotosyntesen är karakteristisk för växter, inklusive alla alger, ett antal prokaryoter, inklusive cyanobakterier och några encelliga eukaryoter.
I de flesta fall producerar fotosyntesen syre (O 2) som en biprodukt. Detta är dock inte alltid fallet, eftersom det finns flera olika vägar för fotosyntes. Vid syrefrisättning är dess källa vatten, från vilket väteatomer separeras för fotosyntesens behov.
Fotosyntesen består av många reaktioner som involverar olika pigment, enzymer, koenzymer etc. Huvudpigmenten är klorofyller, förutom dem, karotenoider och fykobiliner.
I naturen finns det två vanliga vägar för växtfotosyntes: C3 och C4. Andra organismer har sin egen specificitet av reaktioner. Allt som förenar dessa olika processer under termen "fotosyntes" - i dem totalt omvandlas fotons energi till en kemisk bindning. För jämförelse: under kemosyntes omvandlas energin för den kemiska bindningen av vissa föreningar (oorganiska) till andra - organiska.
Det finns två faser av fotosyntesen - ljus och mörk. Det första beror på ljusstrålningen (hν), vilket är nödvändigt för att reaktionerna ska kunna fortsätta. Den mörka fasen är ljusoberoende.
I växter sker fotosyntesen i kloroplaster. Som ett resultat av alla reaktioner bildas primära organiska ämnen, från vilka kolhydrater, aminosyror, fettsyror etc. syntetiseras Vanligtvis skrivs den totala reaktionen av fotosyntes i förhållande till glukos - den vanligaste produkten av fotosyntes:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2
De syreatomer som utgör O 2 -molekylen tas inte från koldioxid, utan från vatten. Koldioxid är en kolkälla mer viktigt. Tack vare dess bindning har växter möjlighet att syntetisera organiskt material.
Ovanstående kemiska reaktion generaliseras och sammanfattas. Det är långt ifrån essensen i processen. Så glukos bildas inte av sex separata koldioxidmolekyler. CO 2 -bindning sker en molekyl i taget, som först fäster vid det redan existerande femkolsockret.
Prokaryoter kännetecknas av sina egna särdrag hos fotosyntesen. Så hos bakterier är huvudpigmentet bakterioklorofyll, och syre frigörs inte, eftersom väte inte tas från vatten, utan ofta från svavelväte eller andra ämnen. I blågröna alger är klorofyll huvudpigmentet och syre frigörs under fotosyntesen.
Ljusfas av fotosyntes
I ljusfasen av fotosyntesen syntetiseras ATP och NADPH 2 på grund av strålningsenergi. Det händer på kloroplast -tylakoider, där pigment och enzymer bildar komplexa komplex för funktionen av elektrokemiska kretsar, genom vilka elektroner och delvis protoner av väte överförs.
Elektronerna hamnar så småningom vid koenzymet NADP som, när det laddas negativt, lockar några av protonerna till sig själv och blir till NADP · H 2. Dessutom skapar ackumulering av protoner på ena sidan av thylakoidmembranet och elektroner på den andra en elektrokemisk gradient, vars potential används av enzymet ATP -syntetas för att syntetisera ATP från ADP och fosforsyra.
Fotosyntesens huvudpigment är olika klorofyller. Deras molekyler fångar upp utsläpp av vissa, delvis olika, spektra av ljus. I detta fall överförs vissa elektroner av klorofyllmolekyler till en högre energinivå. Detta är ett instabilt tillstånd, och i teorin bör elektroner, genom samma strålning, ge ut i rymden den energi som tas emot utifrån och återgå till föregående nivå. Men i fotosyntetiska celler fångas upphetsade elektroner av acceptorer och överförs med en gradvis minskning av deras energi längs bärarkedjan.
På tylakoidmembran finns det två typer av fotosystem som avger elektroner när de utsätts för ljus. Fotosystem är ett komplext komplex av mestadels klorofyllpigment med ett reaktionscentrum, från vilket elektroner lossnar. I fotosystemet fångar solljuset många molekyler, men all energi samlas in i reaktionscentret.
Elektronerna i fotosystem I, som passerar genom bärarkedjan, reducerar NADP.
Energin hos elektroner som lossnar från fotosystem II används för syntes av ATP. Och elektronerna i fotosystem II själva fyller elektronhålen i fotosystem I.
Hålen i det andra fotosystemet är fyllda med elektroner som härrör från fotolys av vatten... Fotolys sker också med deltagande av ljus och består i sönderdelning av H20 till protoner, elektroner och syre. Det är ett resultat av vattenfotolys som fritt syre bildas. Protoner är involverade i skapandet elektrokemisk gradient och restaurering av NADP. Klorofyll i fotosystem II tar emot elektroner.
Den ungefärliga totala ekvationen för fotosyntesens ljusfas:
H2O + NADP + 2ADP + 2P → ½O 2 + NADPH 2 + 2ATP
Cyklisk transport av elektroner
Ovanstående beskrev den s.k icke-cyklisk ljusfas i fotosyntesen... Finns det några fler cyklisk elektrontransport när NADP -reduktion inte sker... I det här fallet går elektroner från fotosystem I till bärarkedjan, där ATP syntetiseras. Det vill säga, denna elektrontransportkedja tar emot elektroner från fotosystem I, inte II. Det första fotosystemet, liksom, förverkligar en cykel: de utsända elektronerna återvänder till det. På vägen lägger de en del av sin energi på syntesen av ATP.
Fotofosforylering och oxidativ fosforylering
Ljusfasen i fotosyntesen kan jämföras med scenen för cellulär andning - oxidativ fosforylering, som sker på mitokondriella cristae. Även där sker ATP -syntes på grund av överföringen av elektroner och protoner längs bärarkedjan. När det gäller fotosyntes lagras dock energi i ATP inte för cellens behov, utan främst för behoven i fotosyntesens mörka fas. Och om organiska ämnen under andningen fungerar som den primära energikällan, då är det solljus under fotosyntesen. Syntesen av ATP under fotosyntesen kallas fotofosforylering snarare än oxidativ fosforylering.
Mörk fas av fotosyntesen
För första gången studerades den mörka fasen av fotosyntesen i detalj av Calvin, Benson, Bassem. Cykeln av reaktioner som upptäcktes av dem kallades senare Calvin -cykeln, eller C3 fotosyntes. Vissa grupper av växter har en modifierad C4-fotosyntetisk väg, även kallad Hatch-Slack-cykeln.
I de mörka reaktionerna vid fotosyntes fixeras CO 2. Den mörka fasen inträffar i kloroplaststroma.
Reduktionen av CO 2 sker på grund av energin i ATP och reducerande effekt av NADP · H2, som bildas i ljusreaktioner. Utan dem sker inte kolfixering. Därför, även om den mörka fasen inte är direkt beroende av ljus, förekommer den vanligtvis också i ljuset.
Calvin cykel
Den mörka fasens första reaktion är tillsatsen av CO 2 ( karboxyleringe) till 1,5-ribulezobifosfat ( ribulosa-1,5-difosfat) – RiBF... Den senare är dubbelt fosforylerad ribos. Denna reaktion katalyseras av enzymet ribulosa-1,5-difosfatkarboxylas, även kallat rubisco.
Som ett resultat av karboxylering bildas en instabil sexkolförening, som till följd av hydrolys sönderdelas i två trekolmolekyler fosfoglycerinsyra (FHA)- den första produkten av fotosyntes. FHA kallas också fosfoglycerat.
RuBP + CO 2 + H2O → 2FGK
FHA innehåller tre kolatomer, varav en är en del av den sura karboxylgruppen (-COOH):
Tre kolsocker (glyceraldehydfosfat) bildas från FHA triose fosfat (TF), inklusive redan en aldehydgrupp (-CHO):
FHA (3-syra) → TF (3-socker)
Denna reaktion förbrukar energin från ATP och reducerande kraft för NADP · H2. TF är den första kolhydraten i fotosyntesen.
Därefter används det mesta av det triose fosfatet på regenerering av ribulosabifosfat (RuBP), som återigen används för att binda CO2. Regenerering innebär en rad ATP-kostsamma reaktioner som involverar sockerfosfater med 3 till 7 kolatomer.
Denna cykel av RuBF är kärnan i Calvin -cykeln.
En mindre del av TF som bildas i den lämnar Calvin -cykeln. När det gäller 6 bundna koldioxidmolekyler är utbytet 2 triose fosfatmolekyler. Total reaktion av cykeln med input- och output -produkter:
6CO 2 + 6H 2 O → 2ТФ
I detta fall deltar 6 molekyler RuBP i bindningen och 12 FHA -molekyler bildas, vilka omvandlas till 12 TF, varav 10 molekyler finns kvar i cykeln och omvandlas till 6 molekyler RuBP. Eftersom TF är ett trikolsocker, och RuBP är ett femkols, har vi i förhållande till kolatomer: 10 * 3 = 6 * 5. Antalet kolatomer som ger cykeln ändras inte, alla nödvändiga RuBP regenereras. Och sex koldioxidmolekyler som har kommit in i cykeln spenderas på bildandet av två triose fosfatmolekyler som lämnar cykeln.
Calvin -cykeln, per 6 bundna CO 2 -molekyler, förbrukar 18 ATP -molekyler och 12 NADPH 2 -molekyler, som syntetiserades i reaktionerna av ljusfasen i fotosyntesen.
Beräkningen utförs för två triose fosfatmolekyler som lämnar cykeln, eftersom den därefter bildade glukosmolekylen innehåller 6 kolatomer.
Triose fosfat (TP) är slutprodukten av Calvin -cykeln, men det kan knappast kallas slutprodukten av fotosyntes, eftersom det knappast ackumuleras, men reagerar med andra ämnen blir till glukos, sackaros, stärkelse, fett, fettsyror , aminosyror. Förutom TF spelar FGK en viktig roll. Sådana reaktioner är emellertid inte begränsade till fotosyntetiska organismer. I den meningen är fotosyntesens mörka fas densamma som Calvin -cykeln.
Sexkolsocker bildas från FHA genom stegvis enzymatisk katalys fruktos-6-fosfat som blir till glukos... I växter kan glukos polymerisera till stärkelse och cellulosa. Syntesen av kolhydrater liknar den omvända processen med glykolys.
Fotorespiration
Syre hämmar fotosyntesen. Ju mer O 2 tum miljö desto mindre effektiv är CO 2 -bindningsprocessen. Faktum är att enzymet ribulosabifosfatkarboxylas (rubisco) kan reagera inte bara med koldioxid utan också med syre. I det här fallet är de mörka reaktionerna något annorlunda.
Fosfoglykolat är en fosfoglykolsyra. Fosfatgruppen avskiljs omedelbart från den och den förvandlas till glykolsyra (glykolat). Syre behövs igen för att "utnyttja" det. Därför, ju mer syre i atmosfären, desto mer stimulerar den fotorespiration och desto mer behöver växten syre för att bli av med reaktionsprodukterna.
Fotorespiration är förbrukning av syre och produktion av koldioxid, som är beroende av ljus. Det vill säga utbyte av gaser sker som vid andning, men sker i kloroplaster och beror på ljusstrålning. Fotorespiration beror endast på ljus eftersom ribulosabifosfat endast bildas under fotosyntesen.
Under fotorespiration återförs kolatomer från glykolat till Calvin -cykeln i form av fosfoglycerinsyra (fosfoglycerat).
2 Glykolat (C 2) → 2 Glyoxylat (C 2) → 2 Glycin (C 2) - CO 2 → Serin (C 3) → Hydroxipyruvat (C 3) → Glycerat (C 3) → FHA (C 3)
Som du kan se är returen inte komplett, eftersom en kolatom förloras när två molekyler glycin omvandlas till en molekyl av aminosyran serin, medan koldioxid frigörs.
Syre krävs i stegen för att omvandla glykolat till glyoxylat och glycin till serin.
Omvandlingar av glykolat till glyoxylat och sedan till glycin sker i peroxisomer och serin syntetiseras i mitokondrier. Serin kommer igen in i peroxisomerna, där det först producerar hydroxipyruvat och sedan glycerat. Glycerat kommer redan in i kloroplasterna, där FHA syntetiseras från det.
Fotorespiration är typiskt främst för växter med C3 -typ av fotosyntes. Det kan anses vara skadligt eftersom energi går till spillo vid omvandling av glykolat till FHA. Tydligen uppstod fotorespiration på grund av det faktum att gamla växter inte var redo för en stor mängd syre i atmosfären. Ursprungligen skedde deras utveckling i en atmosfär rik på koldioxid, och det var han som huvudsakligen fångade reaktionscentret för Rubisco -enzymet.
C 4 fotosyntes, eller Hatch-Slack-cykeln
Om den första produkten från den mörka fasen vid C3 -fotosyntes är fosfoglycerinsyra, som innehåller tre kolatomer, då vid C4 -vägen är de första produkterna syror som innehåller fyra kolatomer: äppelsyra, oxaloättik, asparaginsyra.
C 4 fotosyntes observeras i många tropiska växter, till exempel sockerrör och majs.
Med 4 -växter absorberar kolmonoxid mer effektivt, de har nästan ingen uttalad fotorespiration.
Växter där fotosyntesens mörka fas fortsätter längs C4 -vägen har en speciell bladstruktur. I den omges de ledande buntarna av ett dubbelskikt av celler. Det inre lagret är täckningen för den ledande balken. Det yttre lagret är mesofyllceller. Kloroplastcellskikt skiljer sig från varandra.
Mesofila kloroplaster kännetecknas av stora granulat, hög aktivitet av fotosystem och frånvaro av enzymet RuBP-karboxylas (rubisco) och stärkelse. Det vill säga kloroplasterna i dessa celler är huvudsakligen anpassade för fotosyntesens ljusfas.
I kloroplasterna i cellerna i det ledande buntet är grana nästan outvecklade, men koncentrationen av RuBP -karboxylas är hög. Dessa kloroplaster är anpassade för fotosyntesens mörka fas.
Koldioxid kommer först in i mesofyllcellerna, binder till organiska syror, transporteras i denna form till slidcellerna, frigörs och binder sedan på samma sätt som i C 3 -växter. Det vill säga C 4 -banan kompletterar snarare än ersätter C 3.
I mesofyll tillsätts CO 2 till fosfoenolpyruvat (PEP) för att bilda oxaloacetat (syra), som innehåller fyra kolatomer:
Reaktionen sker med deltagande av enzymet PEP-karboxylas, som har en högre affinitet för CO 2 än rubisco. Dessutom interagerar PEP-karboxylas inte med syre, vilket betyder att det inte spenderas på fotorespiration. Fördelen med C4 -fotosyntes ligger således i en mer effektiv fixering av koldioxid, en ökning av dess koncentration i mantelcellerna och följaktligen en mer effektiv drift av RiBP -karboxylas, som nästan inte förbrukas för fotorespiration.
Oxaloacetat omvandlas till 4-kol dikarboxylsyra (malat eller aspartat), som transporteras till kloroplasterna i mantelcellerna i de ledande buntarna. Här dekarboxyleras syran (avlägsnande av CO 2), oxideras (väteborttagning) och omvandlas till pyruvat. Väte minskar NADP. Pyruvat återvänder till mesofyll, där PEP regenereras från det med konsumtionen av ATP.
Det fristående CO2 i kloroplasterna i mantelcellerna går till den vanliga C3 -vägen för fotosyntesens mörka fas, det vill säga till Calvin -cykeln.
Fotosyntes längs Hatch-Slack-vägen kräver mer energi.
Man tror att C4 -vägen uppstod i evolutionen senare än C3 -vägen och på många sätt är en anpassning mot fotorespiration.
Var sker fotosyntesen?
gröna växtblad
Definition
1) Lätt fas;
2) Mörk fas.
Faser av fotosyntes
Lätt fas
Mörk fas
Resultat
Var sker fotosyntesen?
Tja, omedelbart när jag svarar på frågan kommer jag att säga att fotosyntesen sker i gröna växtblad, eller snarare i deras celler. Huvudrollen här spelas av kloroplater, speciella celler, utan vilka fotosyntesen är omöjlig. Jag kommer att notera att denna process, fotosyntes, är, tycks jag, en fantastisk egenskap hos levande ting.
När allt kommer omkring vet alla att med hjälp av fotosyntes absorberas koldioxid och syre frigörs. Ett sådant lättförståeligt fenomen, och samtidigt en av de mest komplexa processerna hos levande organismer, där de deltar stor mängd olika partiklar och molekyler. Så att i slutet frigörs syre, som vi alla andas in.
Jag ska försöka berätta hur vi får dyrbart syre.
Definition
Fotosyntes är syntesen av organiska ämnen från oorganiska ämnen som använder solljus. Med andra ord, faller på bladen, ger solljus den nödvändiga energin för fotosyntesprocessen. Som ett resultat bildas organiskt material från oorganiska ämnen och atmosfäriskt syre frigörs.
Fotosyntesen sker i två faser:
1) Lätt fas;
2) Mörk fas.
Jag ska berätta lite om fotosyntesens faser.
Faser av fotosyntes
Lätt fas- som namnet antyder, förekommer i ljuset, på ytmembranet hos gröna bladceller (i vetenskapliga termer, på grannusmembranet). De viktigaste deltagarna här kommer att vara klorofyll, speciella proteinmolekyler (bärarproteiner) och ATP -syntetas, som är en energileverantör.
Ljusfasen, liksom processen för fotosyntes i allmänhet, börjar med verkan av en kvant av ljus på en klorofyllmolekyl. Som ett resultat av denna interaktion blir klorofyll upphetsad, på grund av vilken just denna molekyl förlorar en elektron, som passerar till membranets yttre yta. För att återställa den förlorade elektronen tar klorofyllmolekylen den bort från vattenmolekylen, vilket orsakar dess sönderdelning. Vi vet alla att vatten består av två vätemolekyler och ett syre, och när vatten sönderfaller kommer syre in i atmosfären och positivt laddat väte samlas på membranets inre yta.
Således visade det sig att negativt laddade elektroner är koncentrerade på ena sidan och positivt laddade väteprotoner på den andra. Från detta ögonblick dyker en ATP -syntetasmolekyl upp, som bildar en slags korridor för passage av protoner till elektroner och för att minska denna koncentrationsskillnad, som vi diskuterade nedan. Vid denna punkt slutar och slutar ljusfasen med bildandet av en energimolekyl ATP och restaurering av en specifik bärarmolekyl NADP * H2.
Med andra ord skedde sönderdelningen av vatten, på grund av vilket syre släpptes och en ATP -molekyl bildades, vilket kommer att ge energi för det fortsatta fotosyntesförloppet.
Mörk fas- märkligt nog kan denna fas inträffa både i ljuset och i mörkret. Denna fas sker i speciella organeller i bladceller som är aktivt involverade i fotosyntes (plastider). Denna fas innehåller flera kemiska reaktioner som fortsätter med hjälp av samma ATP -molekyl syntetiserad i den första fasen och NADPH. I sin tur spelas huvudrollerna här av vatten och koldioxid. Den mörka fasen kräver en kontinuerlig energiförsörjning. Koldioxid kommer från atmosfären, väte bildades i den första fasen, ATP -molekylen är ansvarig för energin. Huvudresultatet av den mörka fasen är kolhydrater, det vill säga det mycket organiska material som växter behöver för att leva.
Resultat
Så sker själva processen med bildandet av organiskt material (kolhydrater) från oorganiska ämnen. Som ett resultat får växter de produkter de behöver för livet, och vi får syre i luften. Jag kommer att tillägga att hela denna process uteslutande sker i gröna växter, i de celler där det finns kloroplaster ("gröna celler").
Hjälpsam 0 0 Inte särskilt
Hur är omvandlingen av solljusets energi i fotosyntesens ljusa och mörka faser till energin för kemiska bindningar av glukos? Förklara svaret.
Svar
I fotosyntesens ljusfas omvandlas solljusets energi till energi från upphetsade elektroner, och sedan omvandlas energin hos upphetsade elektroner till energi av ATP och NADPH-H2. I fotosyntesens mörka fas omvandlas energin från ATP och NADPH-H2 till energin för kemiska bindningar av glukos.
Vad händer under ljusfasen av fotosyntesen?
Svar
Klorofyllelektroner, upphetsade av ljusets energi, går längs elektrontransportkedjorna, deras energi lagras i ATP och NADP-H2. Fotolys av vatten sker, syre frigörs.
Vilka är de viktigaste processerna som sker under fotosyntesens mörka fas?
Svar
Glukos bildas av koldioxid som erhålls från atmosfären och väte som erhålls i ljusfasen på grund av energin av ATP som erhålls i ljusfasen.
Vilken funktion har klorofyll i en växtcell?
Svar
Klorofyll deltar i fotosyntesprocessen: i ljusfasen absorberar klorofyll ljus, klorofyllelektronen tar emot ljusenergi, bryts av och går längs elektrontransportkedjan.
Vilken roll spelar elektroner i klorofyllmolekyler i fotosyntesen?
Svar
Klorofyllelektroner, upphetsade av solljus, passerar längs elektrontransportkedjorna och avger sin energi till bildandet av ATP och NADPH-H2.
I vilket skede av fotosyntesen bildas fritt syre?
Svar
I ljusfasen, under fotolys av vatten.
I vilken fas av fotosyntesen sker ATP -syntes?
Svar
I ljusfasen.
Vilket ämne fungerar som en syrekälla under fotosyntesen?
Svar
Vatten (syre frigörs under fotolys av vatten).
Fotosynteshastigheten beror på begränsande (begränsande) faktorer, bland vilka ljus, koldioxidkoncentration och temperatur avges. Varför begränsar dessa faktorer reaktionerna vid fotosyntes?
Svar
Ljus är nödvändigt för att excitera klorofyll, det ger energi för fotosyntesprocessen. Koldioxid är nödvändig i den mörka fasen av fotosyntesen, glukos syntetiseras från den. En temperaturförändring leder till denaturering av enzymer, fotosyntetiska reaktioner saktar ner.
I vilka metaboliska reaktioner i växter är koldioxid den ursprungliga substansen för syntes av kolhydrater?
Svar
I fotosyntesreaktionerna.
I växternas löp fortgår fotosyntesprocessen intensivt. Förekommer det i mogna och omogna frukter? Förklara svaret.
Svar
Fotosyntesen sker i gröna delar av växter utsatta för ljus. Således sker fotosyntesen i skalet av gröna frukter. Fotosyntesen förekommer inte inuti frukter och i huden på mogna (inte gröna) frukter.
