Fotosintezė: kas tai yra, proceso santrauka ir žingsniai

fotosintezė yra fotocheminis procesas, kurį sudaro energijos gamyba saulės šviesoje ir anglies fiksavimas iš atmosferos.

Jį galima apibendrinti kaip šviesos energijos transformavimo į cheminę energiją procesą. Terminas fotosintezė turi kaip prasmę sintezė šviesa.

Fotosintezės procesas

Fotosintezės proceso vaizdavimas

Fotosintezė yra procesas, vykstantis augalų ląstelės viduje, iš CO₂ (anglies dioksidas) ir H₂O (vanduo), kaip būdas gaminti gliukozę.

Augalai, dumbliai, cianobakterijos ir kai kurios bakterijos vykdo fotosintezę ir yra vadinamos chlorofilo būtybėmis, nes turi esminį procesui pigmentą - chlorofilą.

Fotosintezė vyksta chloroplastuose - organelėse, esančiose tik augalų ląstelėse, ir kur randamas pigmentas chlorofilas, atsakingas už žalią augalų spalvą.

Pigmentai gali būti apibrėžiami kaip bet kokios rūšies medžiagos, galinčios sugerti šviesą. Chlorofilas yra svarbiausias augalų pigmentas fotonų energijai absorbuoti fotosintezės metu. Procese taip pat dalyvauja kiti pigmentai, tokie kaip karotinoidai ir fikobilinai.

Sugerta saulės šviesa fotosintezės procese atlieka dvi pagrindines funkcijas:

• Padidinkite elektronų perdavimą per junginius, kurie dovanoja ir priima elektronus.
• Sukurkite protonų gradientą, reikalingą ATP sintezei (adenozino trifosfatas - energija).

Taip pat skaitykite apie augalų dalys.

fotosintezės lygtis

Apibendrindami galime paaiškinti fotosintezės procesą atlikdami šią reakciją:

H₂O ir CO₂ yra medžiagos, reikalingos fotosintezei atlikti. Chlorofilo molekulės sugeria saulės šviesą ir suardo H₂O, išlaisvindamas O₂ ir vandenilis. Vandenilis prisijungia prie CO₂ ir formuoja gliukozę.

Šio proceso metu gaunama bendra fotosintezės lygtis, kuri atspindi oksidacijos-redukcijos reakciją. H₂O aukoja elektronus, pavyzdžiui, vandenilį, kad sumažintų CO kiekį₂ formuoti angliavandenius gliukozės pavidalu (C₆H₁₂O₆).

Tačiau fotosintezės procesas yra išsamesnis ir vyksta dviem etapais, kaip matysime toliau.

Fotosintezės žingsniai

Fotosintezė yra padalinta į dvi stadijas: šviesos fazę ir tamsiąją fazę.

šviesos fazė

Šviesos fazė, fotocheminė arba šviečianti, kaip apibūdina pavadinimas, yra reakcijos, kurios vyksta tik esant šviesai ir vyksta chloroplasto tilakoidų plokštelėse.

Saulės spindulių absorbcija ir elektronų perdavimas vyksta per fotosistemas, kurios yra rinkiniai baltymai, pigmentai ir elektronų pernešėjai, kurie sudaro struktūrą tilakoidinėse membranose chloroplastas.

Yra dviejų tipų fotosistemos, kurių kiekvienoje yra apie 300 chlorofilo molekulių:

• I fotosistema: Turi P reakcijos centrą₇₀₀ ir, pageidautina, sugeria 700 nm bangos ilgio šviesą.
• II fotosistema: Turi P reakcijos centrą₆₈₀ ir sugeria šviesą, pageidautina bangos ilgį esant 680 nm.

Abi fotosistemos yra sujungtos elektronų perdavimo grandine ir veikia nepriklausomai, tačiau viena kitą papildo.

Šioje fazėje vyksta du svarbūs procesai: vandens fotofosforilinimas ir fotolizė.

Fotosistemos yra atsakingos už šviesos absorbciją ir elektronų transportavimą energijos gamybai

Fotofosforilinimas

Fotofosforilinimas iš esmės yra P (fosforo) pridėjimas prie ADP (adenozino difosfato), dėl kurio susidaro ATP.

Tą akimirką, kai šviesos fotoną užfiksuoja fotosistemų antenos molekulės, jo energija perkeliama į reakcijos centrus, kur randamas chlorofilas. Kai fotonas patenka į chlorofilą, jis tampa energija ir išskiria elektronus, kurie praėjo per skirtingus akceptorius ir susidarė kartu su H₂O, ATP ir NADPH.

Fotofosforilinimas gali būti dviejų tipų:

• aciklinis fotofosforilinimas: Elektronai, kuriuos išskyrė chlorofilas, grįžta ne į jį, o į kitą fotosistemą. Gamina ATP ir NADPH.
• Ciklinis fotofosforilinimas: Elektronai grįžta į tą patį chlorofilą, kuris juos išskyrė. Formuokite tik ATP.

vandens fotolizė

Vandens fotolizė susideda iš vandens molekulės skaidymo saulės spindulių energija. Proceso metu išsiskyrę elektronai yra naudojami chlorofilo prarastiems elektronams II fotosistemoje pakeisti ir kvėpuojamam deguoniui gaminti.

Bendroji fotolizės arba Hill reakcijos lygtis apibūdinama taip:

Taigi vandens molekulė yra pagrindinis elektronų donoras. Susidarę ATP ir NADPH bus naudojami angliavandenių sintezei iš CO₂. Tačiau tai įvyks kitame etape, tamsioje fazėje.

tamsi fazė

Tamsi fazė, pentozės ciklas arba Kalvino ciklas gali atsirasti, kai nėra šviesos ir nėra šviesos, ir vyksta chloroplastų stromoje. Šios fazės metu iš CO susidarys gliukozė₂. Taigi, nors šviesos fazė teikia energiją, tamsiojoje fazėje vyksta anglies fiksacija.

Kalvino ciklo schema

Peržiūrėkite Kalvino ciklo santrauką:

1. Anglies fiksavimas

• Kiekviename ciklo posūkyje - CO molekulė₂ pridedama. Tačiau norint pagaminti dvi gliceraldehido 3-fosfato molekules ir vieną gliukozės molekulę, reikia šešių pilnų posūkių.
• Šešios ribulozės difosfato (RuDP) molekulės su penkiais anglimis jungiasi su šešiomis CO molekulėmis₂, gaminant 12 fosfoglicerino rūgšties (PGA) molekulių su trimis anglimis.

2. Organinių junginių gamyba

• 12 fosfoglicerido rūgšties (PGAL) molekulių yra redukuojamos iki 12 fosfoglicerino aldehido molekulių.

3. Difosfato ribulozės regeneracija

• Iš 12 fosfoglicerino aldehido molekulių 10 susijungia ir susidaro 6 RuDP molekulės.
• Dvi likusios fosfoglicerino aldehido molekulės padeda pradėti krakmolo ir kitų ląstelių komponentų sintezę.

Fotosintezės pabaigoje susidariusi gliukozė yra suskaidoma, o išsiskyrusi energija leidžia vykti ląstelių metabolizmui. Gliukozės skaidymo procesas yra ląstelinis kvėpavimas.

Fotosintezės svarba

Fotosintezė yra pagrindinis energijos transformavimo biosferoje procesas. Tai palaiko maisto grandinės pagrindą, kai maitinant organinėmis medžiagomis, kurias teikia žalieji augalai, bus gaminamas maistas heterotrofinėms būtybėms.

Taigi fotosintezė turi savo svarbą remdamasi trimis pagrindiniais veiksniais:

• Skatina CO surinkimą₂ atmosferos;
• Atlieka O atnaujinimą₂ atmosferos;
• Tai lemia medžiagos ir energijos srautus ekosistemose.

Fotosintezė ir chemosintezė

Skirtingai nuo fotosintezės, kuriai atsirasti reikia šviesos, chemosintezė atsitinka nesant šviesos. Jį sudaro organinių medžiagų gamyba iš mineralinių medžiagų.

Iš esmės tai yra dviejų pakopų procesas, kurį energijai gauti gauna tik autotrofinės bakterijos. Pirmajame etape neorganinės medžiagos oksiduojasi, o antrame - anglies dioksidas redukuojamas, todėl susidaro organiniai junginiai.

1-as žingsnis: neorganinis junginys + O₂ → Oksiduoti neorganiniai junginiai + cheminė energija
2 etapas: CO₂ + H₂O + cheminė energija → organiniai junginiai + O₂

Sužinokite daugiau, taip pat skaitykite:

• anglies ciklas
• deguonies ciklas
• Botanika: augalų tyrimas