10 įspūdingų fotosintezės faktų

Fotosintezė yra reakcijų visuma, kurios metu anglies dioksidas ir vanduo paverčiami gliukoze ir deguonimi. „RichVintage“ / „Getty Images“.

Fotosintezė yra biocheminių reakcijų, kurios anglies dioksidą ir vandenį paverčia cukrumi, visuma gliukozė ir deguonies. Skaitykite toliau, kad sužinotumėte daugiau apie šią patrauklią ir esminę koncepciją.

01 iš 11

Gliukozė nėra tik maistas.

Gliukozės molekulė gali būti naudojama cheminei energijai gauti arba kaip statybinė medžiaga didesnėms molekulėms gaminti. Mokslo nuotraukų biblioteka – MIRIAM MASLO. / Getty Images

Nors cukraus gliukozė naudojama energijai, ji turi ir kitų tikslų. Pavyzdžiui, augalai naudoja gliukozę kaip statybinį bloką krakmolui, skirtą ilgalaikiam energijos kaupimui, ir celiuliozę konstrukcijoms kurti.

02 iš 11

Lapai yra žali dėl chlorofilo.

Magnis yra chlorofilo molekulės širdyje. Hiob / Getty Images

Dažniausia fotosintezei naudojama molekulė yra chlorofilas . Augalai yra žali, nes jų ląstelėse yra daug chlorofilo. Chlorofilas sugeria saulės energiją, kuri skatina anglies dioksido ir vandens reakciją. Pigmentas atrodo žalias, nes sugeria mėlynos ir raudonos šviesos bangos ilgius, atspindėdamas žalią spalvą.

03 iš 11

Chlorofilas nėra vienintelis fotosintezės pigmentas.

Sulėtėjus chlorofilo gamybai, išryškėja kiti lapų pigmentai. Jenny Dettrick / Getty Images

Chlorofilas nėra viena pigmento molekulė, o veikiau susijusių molekulių, turinčių panašią struktūrą, šeima. Yra ir kitų pigmento molekulių, kurios sugeria/atspindi įvairaus ilgio šviesą.

Augalai atrodo žali, nes gausiausias jų pigmentas yra chlorofilas, tačiau kartais galite pamatyti ir kitas molekules. Rudenį lapai gamina mažiau chlorofilo ruošiantis žiemai. Lėtėjant chlorofilo gamybai, lapai keičia spalvą . Galite pamatyti kitų fotosintetinių pigmentų raudoną, violetinę ir auksinę spalvas. Dumbliai taip pat dažnai rodo kitas spalvas.

04 iš 11

Augalai atlieka fotosintezę organelėse, vadinamose chloroplastais.

Chloroplastas yra fotosintezės vieta augalų ląstelėse. Mokslo nuotraukų biblioteka – ANDRZEJ WOJCICKI / Getty Images

Eukariotinės ląstelės , kaip ir augaluose, turi specializuotų membranomis uždarų struktūrų, vadinamų organelėmis. Chloroplastai ir mitochondrijos yra du pavyzdžiai organelės . Abi organelės dalyvauja energijos gamyboje.

Mitochondrijos atlieka aerobinį ląstelių kvėpavimą, kuris naudoja deguonį adenozino trifosfato (ATP) gamybai. Vieną ar kelias fosfatų grupes iš molekulės suskaidžius, išskiriama energija tokia forma, kurią gali panaudoti augalų ir gyvūnų ląstelės.

Chloroplastuose yra chlorofilo, kuris naudojamas fotosintezėje gaminant gliukozę. Chloroplaste yra struktūrų, vadinamų grana ir stroma. Grana primena krūvą blynų. Bendrai grana forma a struktūra vadinama tilakoidu . Grana ir tilakoidas yra vieta, kur vyksta nuo šviesos priklausomos cheminės reakcijos (tos, kuriose dalyvauja chlorofilas). Skystis aplink graną vadinamas stroma. Čia atsiranda nuo šviesos nepriklausomos reakcijos. Nuo šviesos nepriklausomos reakcijos kartais vadinamos „tamsiosiomis reakcijomis“, tačiau tai tiesiog reiškia, kad šviesa nereikalinga. Reakcijos gali vykti esant šviesai.

05 iš 11

Magiškas skaičius yra šeši.

Gliukozė yra paprastas cukrus, tačiau ji yra didelė molekulė, palyginti su anglies dioksidu ar vandeniu. Vienai gliukozės molekulei ir šešioms deguonies molekulėms pagaminti reikia šešių anglies dioksido ir šešių vandens molekulių. The subalansuota cheminė lygtis bendra reakcija yra tokia:

6CO_du(g) + 6H_duO(l) → C₆H₁₂O₆+ 6O_du(g)

06 iš 11

Fotosintezė yra atvirkštinis ląstelių kvėpavimas.

Tiek fotosintezė, tiek ląstelių kvėpavimas išskiria molekules, naudojamas energijai. Tačiau fotosintezė gamina cukraus gliukozę, kuri yra energijos kaupimo molekulė. Ląstelių kvėpavimas paima cukrų ir paverčia jį tokia forma, kurią gali naudoti tiek augalai, tiek gyvūnai.

Fotosintezei reikalingas anglies dioksidas ir vanduo, kad susidarytų cukrus ir deguonis. Ląstelinis kvėpavimas naudoja deguonį ir cukrų energijai, anglies dioksidui ir vandeniui išleisti.

Augalai ir kiti fotosintetiniai organizmai atlieka abu reakcijų rinkinius. Dieną dauguma augalų paima anglies dioksidą ir išskiria deguonį. Dieną ir naktį augalai naudoja deguonį, kad išskirtų energiją iš cukraus ir anglies dioksidą. Augaluose šios reakcijos nėra vienodos. Žalieji augalai išskiria daug daugiau deguonies nei sunaudoja. Tiesą sakant, jie yra atsakingi už kvėpuojančią Žemės atmosferą.

07 iš 11

Augalai nėra vieninteliai organizmai, kurie atlieka fotosintezę.

Rytietiškos širšės (Vespa orientalis) elektros energijos gamybai naudoja fotosintezę. Hansas Langas / Getty Images

Organizmai, kurie naudoja šviesą energijai, reikalingai patiems gaminti, vadinami gamintojų . Priešingai, vartotojai yra padarai, kurie valgo gamintojus, kad gautų energijos. Nors augalai yra žinomiausi gamintojai, dumbliai, cianobakterijos ir kai kurie protistai taip pat gamina cukrų fotosintezės būdu.

Dauguma žmonių žino, kad dumbliai ir kai kurie vienaląsčiai organizmai yra fotosintetiniai, bet ar žinojote? kai kurie daugialąsčiai gyvūnai yra , taip pat? Kai kurie vartotojai fotosintezę atlieka kaip antrinį energijos šaltinį. Pavyzdžiui, jūros šliužų rūšis ( Elysia chlorotica ) pavagia iš dumblių fotosintetinių organelių chloroplastus ir įdeda juos į savo ląsteles. Dėmėtoji salamandra ( Ambystoma maculatum ) turi simbiotinį ryšį su dumbliais, naudodamas papildomą deguonį mitochondrijoms aprūpinti. Rytietiškos širšės (Vespa orientalis) naudoja pigmentą ksantoperiną, kad šviesą paverstų elektra, kurią ji naudoja kaip saulės elementą naktinei veiklai maitinti.

08 iš 11

Yra daugiau nei viena fotosintezės forma.

CAM augalai vis dar vykdo fotosintezę, tačiau anglies dioksidą sugeria tik naktį. Karlas Tapalesas / Getty Images

Bendra reakcija apibūdina fotosintezės įvestį ir išvestį, tačiau augalai naudoja skirtingus reakcijų rinkinius, kad pasiektų šį rezultatą. Visi augalai naudoja du bendruosius būdus: šviesos reakcijas ir tamsias reakcijas ( Kalvino ciklas ).

„Normalus“ arba C₃Fotosintezė vyksta, kai augalai turi daug vandens. Šis reakcijų rinkinys naudoja fermentas RuBP karboksilazė reaguoja su anglies dioksidu. Procesas yra labai efektyvus, nes augalo ląstelėje vienu metu gali vykti šviesos ir tamsios reakcijos.

C₄fotosintezei vietoj RuBP karboksilazės naudojamas fermentas PEP karboksilazė. Šis fermentas yra naudingas, kai vandens gali pritrūkti, tačiau visos fotosintezės reakcijos negali vykti tose pačiose ląstelėse.

Esant Cassulacean-rūgšties metabolizmui arba CAM fotosintezė , anglies dioksidas į augalus patenka tik naktį, kur jis kaupiamas vakuolėse, kad būtų apdorotas dieną. CAM fotosintezė padeda augalams tausoti vandenį, nes lapų stomos atsidaro tik naktį, kai vėsiau ir drėgniau. Trūkumas yra tas, kad augalas gali gaminti tik gliukozę iš sukaupto anglies dioksido. Kadangi gaminama mažiau gliukozės, dykumos augalai, naudojantys CAM fotosintezę, auga labai lėtai.

09 iš 11

Augalai yra sukurti fotosintezei.

Stomatai yra tarsi mažos durys ant lapų, kurios kontroliuoja deguonies, anglies dioksido ir vandens praėjimą. NNehring / Getty Images

Augalai yra burtininkai, kiek tai susiję su fotosinteze. Visa jų struktūra yra sukurta palaikyti procesą. Augalo šaknys sukurtos taip, kad sugertų vandenį, kuris vėliau pernešamas specialiu kraujagyslių audiniu, vadinamu ksilemu, todėl jo gali būti fotosintetiniame stiebe ir lapuose. Lapuose yra specialių porų, vadinamų stomatomis, kurios kontroliuoja dujų mainus ir riboja vandens praradimą. Lapai gali būti padengti vašku, kad būtų sumažintas vandens praradimas. Kai kurie augalai turi spyglius, skatinančius vandens kondensaciją.

10 iš 11

Fotosintezė leidžia planetai gyventi.

Fotosintetiniai organizmai išskiria deguonį ir fiksuoja anglį, suteikdami Žemei kvėpuojančią atmosferą. Yasuhide Fumoto / Getty Images

Daugelis žmonių žino, kad fotosintezės metu gyvūnams išskiriamas deguonis, kurio reikia gyvybei, tačiau kitas svarbus komponentas reakcijos dalis yra anglies fiksacija. Fotosintetiniai organizmai pašalina anglies dioksidą iš oro. Anglies dioksidas virsta kitais organiniais junginiais, kurie palaiko gyvybę. Nors gyvūnai iškvepia anglies dioksidą, medžiai ir dumbliai veikia kaip anglies absorbentai, todėl didžioji dalis elemento nepatenka į orą.

11 iš 11

Fotosintezės raktai

• Fotosintezė reiškia cheminių reakcijų rinkinį, kurio metu saulės energija paverčia anglies dioksidą ir vandenį į gliukozę ir deguonį.
• Saulės šviesą dažniausiai panaudoja chlorofilas, kuris yra žalias, nes atspindi žalią šviesą. Tačiau yra ir kitų pigmentų, kurie taip pat veikia.
• Augalai, dumbliai, cianobakterijos ir kai kurie protistai atlieka fotosintezę. Kai kurie gyvūnai taip pat yra fotosintetiniai.
• Fotosintezė gali būti pati svarbiausia cheminė reakcija planetoje, nes ji išskiria deguonį ir sulaiko anglį.