Fotosintezės pagrindai – studijų vadovas

Kaip augalai gamina maistą – pagrindinės sąvokos

Fotosintezė – tai cheminių reakcijų visuma, kurios metu augalai ir kiti autotrofai saulės šviesos energiją paverčia cheminiu maistu. Dorlingas Kindersley, Getty Images

Sužinokite apie fotosintezę žingsnis po žingsnio naudodami šį trumpą studijų vadovą. Pradėkite nuo pagrindų:

Greita pagrindinių fotosintezės sąvokų apžvalga

• Augaluose fotosintezė naudojama šviesos energijai iš saulės šviesos paversti į cheminė energija (gliukozės). Anglies dioksidas, vanduo ir šviesa naudojami gliukozei ir deguoniui gaminti.
• Fotosintezė nėra viena cheminė reakcija, o veikiau a cheminių reakcijų rinkinys . Bendra reakcija yra tokia:
  6CO_du+6H_duO + šviesa → C₆H₁₂O₆+ 6O_du
• Fotosintezės reakcijos gali būti suskirstytos į nuo šviesos priklausomas reakcijas ir tamsios reakcijos .
• Chlorofilas yra pagrindinė fotosintezės molekulė, nors dalyvauja ir kiti kartenoidiniai pigmentai. Yra keturi (4) chlorofilo tipai: a, b, c ir d. Nors paprastai manome, kad augalai turi chlorofilo ir atlieka fotosintezę, daugelis mikroorganizmų naudoja šią molekulę, įskaitant kai kuriuos. prokariotinės ląstelės . Augaluose chlorofilas randamas specialioje struktūroje, kuri vadinama chloroplastu.
• Fotosintezės reakcijos vyksta skirtingose ​​chloroplasto vietose. Chloroplastas turi tris membranas (vidinę, išorinę, tilakoidą) ir yra padalintas į tris skyrius (stroma, tilakoidinė erdvė, tarpmembraninė erdvė). Tamsios reakcijos atsiranda stromoje. Silakoidinėse membranose atsiranda šviesos reakcijos.
• Yra ne vienas fotosintezės forma . Be to, kiti organizmai energiją paverčia maistu, naudodamiesi nefotosintezinėmis reakcijomis (pvz., litotrofinės ir metanogeninės bakterijos).
  Fotosintezės produktai

Fotosintezės žingsniai

Štai augalų ir kitų organizmų, naudojamų saulės energijai gaminti cheminei energijai, veiksmų santrauka:

1. Augaluose fotosintezė dažniausiai vyksta lapuose. Čia augalai gali gauti žaliavų fotosintezei vienoje patogioje vietoje. Anglies dioksidas ir deguonis patenka / išeina iš lapų per poras, vadinamas stomatomis. Vanduo į lapus tiekiamas iš šaknų per kraujagyslių sistemą. Chlorofilas, esantis chloroplastai lapų ląstelėse sugeria saulės šviesą.
2. The fotosintezės procesas yra padalintas į dvi pagrindines dalis: nuo šviesos priklausomas reakcijas ir nuo šviesos nepriklausomas arba tamsias reakcijas. Nuo šviesos priklausoma reakcija įvyksta, kai sugaunama saulės energija ir susidaro molekulė, vadinama ATP (adenozino trifosfatu). Tamsi reakcija įvyksta, kai ATP naudojamas gliukozei gaminti (Kalvino ciklas).
3. Chlorofilas ir kiti karotenoidai sudaro vadinamuosius antenų kompleksus. Antenos kompleksai perduoda šviesos energiją į vieną iš dviejų fotocheminės reakcijos centrų tipų: P700, kuris yra „Photosystem I“ dalis, arba P680, kuris yra „Photosystem II“ dalis. Fotocheminės reakcijos centrai yra ant chloroplasto tilakoidinės membranos. Sužadinti elektronai perkeliami į elektronų akceptorius, todėl reakcijos centras lieka oksiduotas.
4. Nuo šviesos nepriklausomos reakcijos gamina angliavandenius naudojant ATP ir NADPH, susidariusius iš šviesos priklausomų reakcijų.

Fotosintezės šviesos reakcijos

Fotosintezės metu sugeriami ne visi šviesos bangos ilgiai. Žalia, daugumos augalų spalva, iš tikrųjų yra atspindima spalva. Sugerta šviesa padalija vandenį į vandenilį ir deguonį:

H2O + šviesos energija → ½ O2 + 2H+ + 2 elektronai

1. Sužadinti elektronai iš Photosystem I gali naudoti elektronų transportavimo grandinę oksiduotam P700 redukavimui. Tai sukuria protonų gradientą, kuris gali generuoti ATP. Galutinis šio kilpinio elektronų srauto, vadinamo cikliniu fosforilinimu, rezultatas yra ATP ir P700 generavimas.
2. Sužadinti elektronai iš Photosystem I galėtų tekėti žemyn kita elektronų transportavimo grandine, kad susidarytų NADPH, kuris naudojamas angliavandeniams sintetinti. Tai neciklinis kelias, kuriame P700 redukuoja sužadintas elektronas iš Photosystem II.
3. Sužadintas elektronas iš Photosystem II teka žemyn elektronų transportavimo grandine nuo sužadinto P680 iki oksiduotos P700 formos, sukurdamas protonų gradientą tarp stromos ir tilakoidų, kuris generuoja ATP. Grynasis šios reakcijos rezultatas vadinamas necikliniu fotofosforilinimu.
4. Vanduo prisideda prie elektronų, reikalingų redukuotam P680 regeneravimui. Kiekvienai NADP+ molekulei redukuoti iki NADPH naudojami du elektronų ir reikia keturių fotonai . Du molekules susidaro ATP.

Fotosintezės tamsiosios reakcijos

Tamsioms reakcijoms šviesa nereikalinga, tačiau ji jų taip pat neslopina. Daugeliui augalų tamsios reakcijos vyksta dienos metu. Tamsioji reakcija vyksta chloroplasto stromoje. Ši reakcija vadinama anglies fiksavimu arba Kalvino ciklas . Šioje reakcijoje anglies dioksidas paverčiamas cukrumi naudojant ATP ir NADPH. Anglies dioksidas sujungiamas su 5 anglies cukrumi, kad susidarytų 6 anglies cukrus. 6 anglies cukrus suskaidomas į dvi cukraus molekules – gliukozę ir fruktozę, kurios gali būti naudojamos sacharozei gaminti. Reakcijai reikia 72 fotonų šviesos.

Fotosintezės efektyvumą riboja aplinkos veiksniai, įskaitant šviesą, vandenį ir anglies dioksidą. Esant karštam ar sausam orui, augalai gali uždaryti stomatus, kad taupytų vandenį. Kai stomatos užsidaro, augalai gali pradėti fotokvėpavimą. Augalai, vadinami C4 augalais, išlaiko aukštą anglies dioksido kiekį ląstelėse, kurios gamina gliukozę, kad būtų išvengta fotokvėpavimo. C4 augalai angliavandenius gamina efektyviau nei įprasti C3 augalai, jei anglies dioksidas yra ribotas ir yra pakankamai šviesos reakcijai palaikyti. Esant vidutinei temperatūrai, augalams tenka per daug energijos, kad būtų naudinga taikyti C4 strategiją (pavadinta 3 ir 4 dėl anglies anglies kiekio tarpinėje reakcijoje). C4 augalai klesti karštame, sausame klimate. Tyrimo klausimai

Štai keletas klausimų, kuriuos galite užduoti sau, kad padėtų nustatyti, ar tikrai suprantate fotosintezės veikimo pagrindus.

1. Apibrėžkite fotosintezę.
2. Kokios medžiagos reikalingos fotosintezei? Kas gaminama?
3. Parašyti bendra reakcija fotosintezei.
4. Apibūdinkite, kas vyksta ciklinio fotosistemos I fosforilinimo metu. Kaip elektronų pernešimas lemia ATP sintezę?
5. Apibūdinkite anglies fiksavimo reakcijas arba Kalvino ciklas . Koks fermentas katalizuoja reakciją? Kokie yra reakcijos produktai?

Ar jautiesi pasiruošęs išbandyti save? Paimkite fotosintezės viktorina !