Pochopte význam a úlohu chloroplastov, chlorofylu, grana, tylakoidných membrán a strómy vo fotosyntéze. Umiestnenie, význam a mechanizmy fotosyntézy. Študujte úlohy chloroplastov, chlorofylu, grana, tylakoidných membrán a strómy vo fotosyntéze. Encyklopédia Britannica, Inc. Zobraziť všetky videá k tomuto článku
fotosyntéza , proces, pri ktorom je zelená rastlín a niektoré ďalšie organizmy premieňajú svetelnú energiu na chemickú. Počas fotosyntézy na zelených rastlinách je svetelná energia zachytená a použitá na premenu voda , oxid uhličitý a minerály na kyslík a na energiu bohaté organické látky zlúčeniny .
fotosyntéza Schéma fotosyntézy ukazujúca, ako voda, svetlo a oxid uhličitý absorbuje rastlina, aby produkovala kyslík, cukry a viac oxidu uhličitého. Encyklopédia Britannica, Inc.
Fotosyntéza je rozhodujúca pre existenciu veľkej väčšiny života na Zemi. Je to spôsob, akým sa prakticky všetka energia v biosfére stane dostupnou pre živé bytosti. Ako prvovýrobcovia tvoria fotosyntetické organizmy základ potravinových sietí na Zemi a priamo alebo nepriamo ich konzumujú všetky vyššie formy života. Okrem toho je takmer všetok kyslík v atmosfére spôsobený procesom fotosyntézy. Ak by fotosyntéza skončila, na Zemi by čoskoro bolo málo potravy alebo iných organických látok, väčšina organizmov by zmizla a atmosféra Zeme by nakoniec bola takmer bez plynného kyslíka.
Proces fotosyntézy sa bežne píše: 6COdva+ 6 HdvaO → C.6H12ALEBO6+ 6Odva. To znamená, že reaktanty, šesť molekúl oxidu uhličitého a šesť molekúl vody, sú konvertované svetelnou energiou zachytenou chlorofylom (naznačenou šípkou) na molekulu cukru a šesť molekúl kyslíka, produkty. Cukor je používaný v tele a kyslík sa uvoľňuje ako vedľajší produkt.
Schopnosť fotosyntézy sa nachádza v oboch eukaryotický a prokaryotické organizmy. Najznámejšími príkladmi sú rastliny, pretože až na veľmi málo parazitov alebo mykoheterotrofných druhov obsahujú chlorofyl a vytvárajú si vlastnú potravu. Riasy sú ďalšou dominantnou skupinou eukaryotických fotosyntetických organizmov. Všetky riasy, ktoré zahŕňajú obrovské riasy a mikroskopické rozsievky, sú dôležitými primárnymi producentmi. Sinice a určité sírne baktérie sú fotosyntetické prokaryoty, u ktorých sa vyvinula fotosyntéza. Predpokladá sa, že žiadne zvieratá nie sú samostatne schopné fotosyntézy, hoci smaragdovo-morský slimák môže dočasne začleniť do tela chloroplasty rias na výrobu potravy.
Eukaryote Získajte viac informácií o eukaryotoch. Prokaryote Získajte viac informácií o prokaryotoch.Bolo by nemožné preceňovať význam fotosyntézy pre udržanie života na Zemi. Ak by fotosyntéza skončila, na Zemi by čoskoro bolo málo potravy alebo iných organických látok. Väčšina organizmov by zmizla a časom by bola zemská atmosféra takmer bez plynného kyslíka. Jediným organizmom schopným existovať za takýchto podmienok by boli chemosyntetické baktérie, ktoré môžu využívať chemickú energiu určitých anorganických zlúčenín, a teda nie sú závislé na premene svetelnej energie.
Energia vyrobená fotosyntézou uskutočňovanou rastlinami pred miliónmi rokov je zodpovedná za fosílne palivá (t. J. Uhlie, olej a plyn), ktoré poháňajú priemyselnú spoločnosť. V minulých dobách sa zelené rastliny a malé organizmy, ktoré sa živili rastlinami, množili rýchlejšie, ako sa konzumovali, a ich zvyšky sa ukladali v zemskej kôre sedimentáciou a inými geologickými procesmi. Tam, chránené pred oxidácia , sa tieto organické zvyšky pomaly konvertovali na fosílne palivá. Tieto palivá nielen poskytujú veľkú časť energie používanej v továrňach, domácnostiach a doprave, ale slúžia aj ako surovina pre plasty a iné materiály. syntetický Produkty. Bohužiaľ, moderná civilizácia za pár storočí vyčerpáva prebytok fotosyntetickej produkcie nahromadenej za milióny rokov. V dôsledku toho sa oxid uhličitý, ktorý bol po milióny rokov odstránený zo vzduchu na výrobu sacharidov pri fotosyntéze, vracia neuveriteľne rýchlo. Koncentrácia oxidu uhličitého v zemskej atmosfére rastie najrýchlejšie, ako kedy v histórii Zeme mala, a očakáva sa, že tento jav bude mať veľký význam dôsledky na Zemi podnebie .
Požiadavky na potraviny, materiály a energiu vo svete, v ktorom človek populácia rýchlo rastie, vyvolali potrebu zvýšiť množstvo fotosyntézy aj efektívnosť premeny fotosyntetického výstupu na produkty užitočné pre ľudí. Jedna reakcia na tieto potreby - tzv Zelená revolúcia , Začaté v polovici 20. storočia - dosiahlo enormné zlepšenie poľnohospodárskeho výnosu použitím chemických hnojív, reguláciou škodcov a chorôb rastlín, šľachtením rastlín a mechanizovaným obrábaním, zberom a spracovaním plodín. Toto úsilie obmedzilo silné hladomory na niekoľko oblastí sveta napriek rýchlemu rastu populácie, ale neodstránilo rozsiahlu podvýživu. Začiatkom 90. rokov navyše začala klesať miera zvyšovania výnosov hlavných plodín. Platilo to najmä pre ryžu v Ázii. Rastúce náklady spojené s udržaním vysokej miery poľnohospodárskej výroby, ktorá si vyžadovala stále rastúce vstupy hnojív a pesticídov a neustály vývoj nových odrôd rastlín, sa stali pre poľnohospodárov v mnohých krajinách tiež problematické.
Druhá poľnohospodárska revolúcia založená na rastlinách genetické inžinierstvo , mala viesť k zvýšeniu produktivity rastlín, a tým čiastočne zmierniť podvýživa. Od 70. rokov 20. storočia vlastnili molekulárni biológovia prostriedky na zmenu genetického materiálu rastliny (kyselina deoxyribonukleová alebo DNA) s cieľom dosiahnuť zlepšenie odolnosti proti chorobám a suchu, výťažku a kvality produktu, mrazuvzdornosti a ďalších požadovaných vlastností. Takéto vlastnosti sú však vo svojej podstate zložité a proces vykonávania zmien v kultúrnych rastlinách pomocou genetického inžinierstva sa ukázal byť komplikovanejším, ako sa predpokladalo. V budúcnosti môže takéto genetické inžinierstvo viesť k zlepšeniu procesu fotosyntézy, ale v prvých desaťročiach 21. storočia ešte nebolo potrebné preukázať, že by mohlo dramaticky zvýšiť výnosy plodín.
Ďalšou zaujímavou oblasťou v štúdiu fotosyntézy bolo zistenie, že niektoré zvieratá sú schopné premieňať svetelnú energiu na chemickú. Smaragdovo zelený morský slimák ( Elysia chlorotica ) napríklad získava gény a chloroplasty z Vauchena štrkovo , an riasa konzumuje, čo mu dáva obmedzenú schopnosť produkovať chlorofyl. Keď je dostatok chloroplastov asimilovaný , slimák sa môže vzdať požitia potravy. Voška hrachová ( Acyrthosiphon pisum ) môžu využívať svetlo na výrobu energeticky bohatého zdroja zlúčenina adenosintrifosfátu (ATP); táto schopnosť bola spojená s výrobou karotenoidových pigmentov voškami.
Štúdium fotosyntézy sa začalo v roku 1771 pozorovaniami anglického duchovného a vedca Josepha Priestleyho. Priestley horel sviečku v uzavretej nádobe, kým vzduch v nádobe už nemohol udržať spaľovanie . Potom položil vetvičku ako v kontajneri a zistil, že po niekoľkých dňoch mäta vyprodukovala určitú látku (neskôr rozpoznanú ako kyslík), ktorá umožňovala uzavretému vzduchu opäť podporovať spaľovanie. V roku 1779 holandský lekár Jan Ingenhousz rozšíril prácu Priestleyho a ukázal, že rastlina musí byť vystavená svetlu, ak sa má obnoviť horľavá látka (t. J. Kyslík). Tiež preukázal, že tento proces si vyžaduje prítomnosť zelených tkanív rastliny.
V roku 1782 sa preukázalo, že plyn podporujúci spaľovanie (kyslík) sa formoval na úkor iného plynu alebo stáleho vzduchu, ktorý bol rok predtým identifikovaný ako oxid uhličitý. Experimenty s výmenou plynov v roku 1804 ukázali, že prírastok hmotnosti rastliny pestovanej v starostlivo zváženom kvetináči bol výsledkom absorpcie uhlíka, ktorý pochádzal výlučne z absorbovaného oxidu uhličitého, a vody absorbovanej koreňmi rastlín; rovnováha je kyslík, uvoľňovaný späť do atmosféry. Ubehlo takmer polstoročie, kým sa koncept chemickej energie rozvinul natoľko, aby umožnil objav (roku 1845), že svetelná energia zo slnka sa ukladá ako chemická energia vo výrobkoch vytvorených pri fotosyntéze.
aký je iný názov pre lopatku
Z chemického hľadiska je fotosyntéza energiou svetla proces oxidácie a redukcie . (Oxidácia sa týka odstránenia elektrónov z molekuly; redukcia sa týka prírastku elektrónov molekulou.) Pri fotosyntéze rastlín sa energia svetla používa na pohon oxidácie vody (HdvaO), produkujúci plynný kyslík (Odva), vodíkové ióny (H+) a elektróny. Väčšina odstránených elektrónov a vodíkových iónov sa nakoniec prevedie na oxid uhličitý (COdva), ktorá sa redukuje na ekologické výrobky. Ďalšie elektróny a vodíkové ióny sa používajú na redukciu dusičnanov a síranov na amino a sulfhydrylové skupiny v aminokyselinách, ktoré sú stavebnými kameňmi bielkovín. Vo väčšine zelených buniek sú sacharidy - najmä škrob a cukor sacharóza - sú hlavnými priamymi organickými produktmi fotosyntézy. Celková reakcia, pri ktorej sú sacharidy vyjadrené všeobecným vzorcom (CHdvaO) - vznikajú pri fotosyntéze rastlín, môžeme ich označiť nasledujúcou rovnicou:
Táto rovnica je iba súhrnným vyjadrením, pretože proces fotosyntézy v skutočnosti zahŕňa množstvo reakcií katalyzovaných enzýmami (organické katalyzátory). Tieto reakcie prebiehajú v dvoch fázach: svetelné štádium pozostávajúce z fotochemických (t. J. Zachytávajúcich svetlo) reakcií; a temné štádium, zahŕňajúci chemické reakcie riadené enzýmami. Počas prvého stupňa sa energia svetla absorbuje a použije sa na pohon série prenosov elektrónov, čo vedie k syntéze ATP a nikotínadeníndinukleotidfosfát (NADPH) redukovaný donorom elektrónov. Počas tmavého stupňa sa ATP a NADPH tvorené pri reakciách zachytávajúcich svetlo používajú na redukciu oxidu uhličitého na organické zlúčeniny uhlíka. Táto asimilácia anorganického uhlíka na organické zlúčeniny sa nazýva fixácia uhlíka.
V priebehu 20. storočia poskytli porovnanie medzi fotosyntetickými procesmi v zelených rastlinách a v určitých fotosyntetických sírnych baktériách dôležité informácie o mechanizme fotosyntézy. Sírne baktérie používajú sírovodík (HdvaS) ako zdroj atómov vodíka a pri fotosyntéze produkujú namiesto kyslíka síru. Celková reakcia je
V 30. rokoch 20. storočia holandský biológ Cornelis van Niel uznal, že využitie oxidu uhličitého na tvorbu organických zlúčenín je podobné u oboch typov fotosyntetických organizmov. Navrhujúc, že existujú rozdiely v štádiu závislom od svetla a v charaktere zlúčenín použitých ako zdroj atómov vodíka, navrhol, aby sa vodík prenášal zo sírovodíka (v baktériách) alebo z vody (v zelených rastlinách) na neznámeho akceptora ( s názvom A), ktorá sa znížila na HdvaA. Počas temných reakcií, ktoré sú podobné v baktériách aj v zelených rastlinách, je redukovaný akceptor (HdvaA) reagoval s oxidom uhličitým (COdva) za vzniku sacharidov (CHdvaO) a oxidovať neznámy akceptor na A. Toto domnelý reakcia môže byť vyjadrená ako:
Van Nielov návrh bol dôležitý, pretože populárnou (ale nesprávnou) teóriou bolo, že kyslík sa odstraňuje z oxidu uhličitého (skôr ako vodík z vody, čím sa uvoľňuje kyslík) a že uhlík sa potom kombinuje s vodou za vzniku uhľohydrátu (skôr ako vodík z vody kombinujúci s COdvaza vzniku CHdvaALEBO).
Do roku 1940 chemici používali ťažké izotopy na sledovanie reakcií fotosyntézy. Voda označená izotopom kyslíka (18O) sa použil v prvých pokusoch. Rastliny, ktoré sa fotosyntetizovali za prítomnosti vody obsahujúcej Hdva18O produkovaný plynný kyslík obsahujúci18O; tie, ktoré fotosyntetizovali za prítomnosti normálnej vody, produkovali normálny plynný kyslík. Tieto výsledky poskytli definitívnu podporu pre van Nielovu teóriu, že plynný kyslík produkovaný počas fotosyntézy je odvodený z vody.
