fotosinteza

Razumjeti važnost i ulogu kloroplasta, klorofila, grane, tilakoidnih membrana i strome u fotosintezi

Razumjeti važnost i ulogu kloroplasta, klorofila, grane, tilakoidnih membrana i strome u fotosintezi Mjesto, važnost i mehanizmi fotosinteze. Proučite ulogu kloroplasta, klorofila, grane, tilakoidnih membrana i strome u fotosintezi. Encyclopædia Britannica, Inc. Pogledajte sve videozapise za ovaj članak

fotosinteza , postupak kojim zeleno bilje a neki drugi organizmi transformiraju svjetlosnu energiju u kemijsku. Tijekom fotosinteze u zelenim biljkama, svjetlosna energija se hvata i koristi za pretvorbu voda , ugljični dioksid i minerali u kisik i energetski bogate organske tvari spojevi .



fotosinteza

fotosinteza Dijagram fotosinteze koji prikazuje kako biljka apsorbira vodu, svjetlost i ugljični dioksid kako bi proizvela kisik, šećere i više ugljičnog dioksida. Encyclopædia Britannica, Inc.



Najpopularnija pitanja

Zašto je fotosinteza važna?

Fotosinteza je presudna za postojanje velike većine života na Zemlji. To je način na koji praktički sva energija u biosferi postaje dostupna živim bićima. Kao primarni proizvođači, fotosintetski organizmi čine osnovu Zemljinih prehrambenih mreža i konzumiraju ih izravno ili neizravno svi viši oblici života. Uz to, gotovo sav kisik u atmosferi posljedica je procesa fotosinteze. Kad bi fotosinteza prestala, uskoro bi na Zemlji bilo malo hrane ili drugih organskih tvari, većina organizama bi nestala, a Zemljina atmosfera na kraju postala gotovo bez plinovitog kisika.

Koja je osnovna formula za fotosintezu?

Proces fotosinteze obično se zapisuje kao: 6COdva+ 6HdvaO → C6H12ILI6+ 6Odva. To znači da se reaktanti, šest molekula ugljikovog dioksida i šest molekula vode, svjetlosnom energijom zarobljenom klorofilom (podrazumijevanom strelicom) pretvaraju u molekulu šećera i šest molekula kisika, proizvoda. Šećer koristi organizam, a kisik se oslobađa kao nusproizvod.



Više pročitajte u nastavku: Opće karakteristike: Ukupna reakcija fotosinteze Klorofil Saznajte više o klorofilu.

Koji organizmi mogu fotosintetizirati?

Sposobnost fotosinteze nalazi se u oba eukariotski i prokariotski organizmi. Najpoznatiji primjeri su biljke, jer sve osim vrlo malo parazitskih ili mikoheterotrofnih vrsta sadrže klorofil i proizvode vlastitu hranu. Alge su druga dominantna skupina eukariotskih fotosintetskih organizama. Sve alge, koje uključuju masivne kelpe i mikroskopske dijatomeje, važni su primarni proizvođači. Cijanobakterije a određene sumporne bakterije su fotosintetski prokarioti u kojih je evoluirala fotosinteza. Smatra se da niti jedna životinja nije samostalno sposobna za fotosintezu, premda smaragdno zeleni morski puž može privremeno uklopiti kloroplaste algi u svoje tijelo za proizvodnju hrane.

Eukarioti Saznajte više o eukariotima. Prokarioti Saznajte više o prokarionima.

Bilo bi nemoguće precijeniti važnost fotosinteze u održavanju života na Zemlji. Kad bi fotosinteza prestala, uskoro bi na Zemlji bilo malo hrane ili druge organske tvari. Većina organizama bi nestala, a vremenom bi Zemljina atmosfera postala gotovo bez plinovitog kisika. Jedini organizmi koji bi mogli postojati u takvim uvjetima bile bi kemosintetske bakterije, koje mogu iskoristiti kemijsku energiju određenih anorganskih spojeva i stoga nisu ovisne o pretvorbi svjetlosne energije.

Energija proizvedena fotosintezom koju su biljke provodile prije milijuna godina odgovorna je za fosilna goriva (tj. Ugljen, ulje i plin) koji pokreću industrijsko društvo. U prošlim vijekovima zelene biljke i mali organizmi koji su se hranili biljkama povećavali su se brže nego što su ih konzumirali, a njihovi ostaci taložili su se u Zemljinoj kori sedimentacijom i drugim geološkim procesima. Tamo, zaštićeno od oksidacija , ti su se organski ostaci polako pretvarali u fosilna goriva. Ta goriva ne samo da daju velik dio energije koja se koristi u tvornicama, domovima i transportu, već služe i kao sirovina za plastiku i druge proizvode. sintetička proizvoda. Nažalost, moderna civilizacija koristi za nekoliko stoljeća višak fotosintetske proizvodnje nakupljene milijunima godina. Slijedom toga, ugljični dioksid koji je uklonjen iz zraka kako bi stvorio ugljikohidrate u fotosintezi tijekom milijuna godina vraća se nevjerojatno brzom brzinom. Koncentracija ugljičnog dioksida u Zemljinoj atmosferi raste najbrže ikad u povijesti Zemlje, a očekuje se da će ovaj fenomen imati velike implikacije na Zemljinoj klima .



Zahtjevi za hranom, materijalima i energijom u svijetu u kojem ljudski populacija brzo raste stvorili su potrebu za povećanjem količine fotosinteze i učinkovitost pretvaranja fotosintetskih rezultata u proizvode korisne ljudima. Jedan odgovor na te potrebe - tzv Zelena revolucija , započeta sredinom 20. stoljeća - postigla ogromna poboljšanja u poljoprivrednom prinosu korištenjem kemijskih gnojiva, suzbijanjem štetočina i biljnih bolesti, oplemenjivanjem biljaka i mehaniziranim obrađivanjem, berbom i preradom usjeva. Ovaj je napor ograničio jaku glad na nekoliko područja svijeta unatoč brzom porastu stanovništva, ali nije eliminirao široko rasprostranjenu pothranjenost. Štoviše, početkom ranih 1990-ih, stopa po kojoj su se povećavali prinosi glavnih usjeva počela je opadati. To se posebno odnosilo na rižu u Aziji. Rast troškova povezanih s održavanjem visokih stopa poljoprivredne proizvodnje, koji su zahtijevali sve veće unose gnojiva i pesticida i stalni razvoj novih biljnih sorti, također je postao problematičan za poljoprivrednike u mnogim zemljama.

Druga poljoprivredna revolucija, zasnovana na biljkama genetski inženjering , prognoziralo se da će dovesti do povećanja produktivnosti biljaka, a time i djelomično ublažiti pothranjenost. Od 1970-ih molekularni biolozi posjeduju sredstva za izmjenu biljnog genetskog materijala (deoksiribonukleinska kiselina ili DNA) s ciljem postizanja poboljšanja u otpornosti na bolesti i sušu, prinosu i kvaliteti proizvoda, otpornosti na mraz i drugim poželjnim svojstvima. Međutim, takve su osobine u osnovi složene, a postupak uvođenja promjena u biljke usjeva genetskim inženjeringom pokazao se složenijim nego što se očekivalo. U budućnosti takav genetski inženjering može rezultirati poboljšanjima u procesu fotosinteze, ali do prvih desetljeća 21. stoljeća još nije pokazao da bi mogao dramatično povećati prinose usjeva.

Još jedno intrigantno područje u proučavanju fotosinteze bilo je otkriće da su određene životinje u stanju pretvoriti svjetlosnu energiju u kemijsku. Smaragdno zeleni morski puž ( Elysia chlorotica ), na primjer, stječe gene i kloroplaste od Vauchena šljunkovito , an alga troši, dajući mu ograničenu sposobnost stvaranja klorofila. Kad je dovoljno kloroplasta asimilirani , puž se može odreći gutanja hrane. Graška uš ( Acyrthosiphon pisum ) može iskoristiti svjetlost za proizvodnju energetski bogatih spoj adenozin trifosfat (ATP); ta je sposobnost povezana s proizvodnjom karotenoidnih pigmenata od lisnih uši.



Opće karakteristike

Razvoj ideje

Proučavanje fotosinteze započelo je 1771. godine promatranjem engleskog duhovnika i znanstvenika Josepha Priestleyja. Priestley je zapalio svijeću u zatvorenom spremniku sve dok zrak u spremniku više nije mogao podržavati izgaranje . Zatim je stavio grančicu od kao biljku u spremniku i otkrio da je nakon nekoliko dana metvica proizvela neku tvar (kasnije prepoznatu kao kisik) koja je omogućila da zatvoreni zrak ponovno podržava izgaranje. 1779. godine nizozemski liječnik Jan Ingenhousz proširio je Priestleyev rad, pokazujući da je biljka morala biti izložena svjetlosti ako se želi obnoviti zapaljiva tvar (tj. Kisik). Također je pokazao da ovaj postupak zahtijeva prisutnost zelenih tkiva biljke.

1782. godine pokazano je da se plin koji podupire izgaranje (kisik) stvara na štetu drugog plina ili fiksnog zraka, koji je godinu ranije identificiran kao ugljični dioksid. Pokusi izmjene plinova 1804. godine pokazali su da je dobitak na težini biljke uzgajane u pažljivo izvaganom loncu proizašao iz unosa ugljika koji je u cijelosti proizašao iz apsorbiranog ugljičnog dioksida i vode koju uzima biljno korijenje; ravnoteža je kisik, ispušten natrag u atmosferu. Prošlo je gotovo pola stoljeća prije nego što se koncept kemijske energije razvio u dovoljnoj mjeri da omogući otkriće (1845.) da se svjetlosna energija sa sunca skladišti kao kemijska energija u proizvodima nastalim tijekom fotosinteze.



koliko su duboki bili rovovi u ww1

Ukupna reakcija fotosinteze

U kemijskom smislu, fotosinteza je pod svjetlom proces oksidacije-redukcije . (Oksidacija se odnosi na uklanjanje elektrona iz molekule; redukcija se odnosi na dobitak elektrona molekulom.) U fotosintezi biljaka energija svjetlosti koristi se za poticanje oksidacije vode (HdvaO), proizvodeći plin kisik (Odva), vodikovi ioni (H+) i elektroni. Većina uklonjenih elektrona i vodikovih iona u konačnici se prenosi u ugljični dioksid (COdva), koja se svodi na organske proizvode. Ostali elektroni i vodikovi ioni koriste se za redukciju nitrata i sulfata na amino i sulfhidrilne skupine u aminokiselinama, koje su gradivni blokovi proteina. U većini zelenih stanica ugljikohidrati - posebno škrob i šećer saharoza - glavni su izravni organski proizvodi fotosinteze. Ukupna reakcija u kojoj ugljikohidrati - predstavljeni općom formulom (CHdvaO) - nastaju tijekom fotosinteze biljaka, može se naznačiti sljedećom jednadžbom:

Kemijska jednadžba.



Ova je jednadžba samo sažetak, jer proces fotosinteze zapravo uključuje brojne reakcije katalizirane enzimima (organskim katalizatorima). Te se reakcije odvijaju u dvije faze: svjetlosna faza, koja se sastoji od fotokemijskih (tj. Reakcija hvatanja svjetlosti); i tamna pozornica, koji obuhvaća kemijske reakcije kontrolirane enzimima. Tijekom prve faze, energija svjetlosti se apsorbira i koristi za pogon niza prijenosa elektrona, što rezultira sintezom ATP i nikotinom adenin dinukleotid fosfat (NADPH) s smanjenim donorima elektrona. Tijekom mračne faze, ATP i NADPH nastali u reakcijama hvatanja svjetlosti koriste se za smanjenje ugljičnog dioksida u organske ugljikove spojeve. Ova asimilacija anorganskog ugljika u organske spojeve naziva se fiksacija ugljika.

Tijekom 20. stoljeća usporedbe između fotosintetskih procesa u zelenim biljkama i određenih fotosintetskih sumpornih bakterija dale su važne informacije o fotosintetskom mehanizmu. Sumporne bakterije koriste sumporovodik (HdvaS) kao izvor atoma vodika i tijekom fotosinteze proizvode sumpor umjesto kisika. Ukupna reakcija je



Kemijska jednadžba.

Tridesetih godina 20. stoljeća nizozemski je biolog Cornelis van Niel prepoznao da je korištenje ugljičnog dioksida za stvaranje organskih spojeva slično u dvije vrste fotosintetskih organizama. Sugerirajući da postoje razlike u stupnju ovisnom o svjetlu i u prirodi spojeva koji se koriste kao izvor atoma vodika, predložio je da se vodik prenosi iz sumporovodika (u bakterijama) ili vode (u zelenim biljkama) u nepoznati akceptor ( nazvan A), koji je sveden na HdvaA. Tijekom mračnih reakcija, koje su slične i kod bakterija i kod zelenih biljaka, smanjeni akceptor (HdvaA) reagira s ugljičnim dioksidom (COdva) da nastane ugljikohidrat (CHdvaO) i da oksidira nepoznati akceptor u A. Ovo navodni reakcija se može predstaviti kao:

Kemijska jednadžba.

Van Niel-ov prijedlog bio je važan jer je popularna (ali netočna) teorija glasila da se kisik uklanja iz ugljičnog dioksida (umjesto vodika iz vode, oslobađajući kisik) i da se ugljik zatim kombinira s vodom u ugljikohidrate (a ne vodik iz vode s COdvada nastane CHdvaILI).

Do 1940. kemičari su koristili teške izotope kako bi pratili reakcije fotosinteze. Voda označena izotopom kisika (18O) korišten je u ranim eksperimentima. Biljke koje su fotosintezirale u prisutnosti vode koja sadrži Hdva18O je proizveo kisik koji sadrži plin18O; oni koji su fotosintezirali u prisutnosti normalne vode proizvodili su normalan plin kisik. Ti su rezultati pružili definitivnu potporu van Nielovoj teoriji da plin koji nastaje tijekom fotosinteze potječe iz vode.