Fotosinteza este un proces care are ca rezultat formarea și eliberarea de oxigen de către celulele vegetale și unele tipuri de bacterii.
Concept de bază
Fotosinteza nu este altceva decât un lanț de reacții fizice și chimice unice. Ce este? Plantele verzi, precum și unele bacterii, absorb razele soarelui și le transformă în energie electromagnetică. Rezultatul final al fotosintezei este energia legăturilor chimice ale diferiților compuși organici.
Într-o plantă care este iluminată de razele soarelui, reacțiile redox apar într-o anumită secvență. Apa și hidrogenul, care sunt donatori reducători, se deplasează sub formă de electroni la un acceptor oxidant (dioxid de carbon și acetat). Ca rezultat, se formează compuși de carbohidrați redusi, precum și oxigen, care este secretat de plante.
Istoria studiului fotosintezei
De multe milenii, omul a fost convins că nutriția unei plante are loc prin sistemul radicular al acesteia prin sol. La începutul secolului al XVI-lea, naturalistul olandez Jan Van Helmont a efectuat un experiment cu cultivarea unei plante într-un ghiveci. După ce a cântărit solul înainte de plantare și după ce planta a atins o anumită dimensiune, a ajuns la concluzia că toți reprezentanții florei primesc nutrienți în principal din apă. Această teorie a fost urmată de savanți în următoarele două secole.
Neașteptat pentru toată lumea, dar presupunerea corectă despre nutriția plantelor a fost făcută în 1771 de un chimist din Anglia, Joseph Priestley. Experimentele sale au dovedit în mod convingător că plantele sunt capabile să purifice aerul care anterior nu era potrivit pentru respirația umană. Ceva mai târziu, s-a ajuns la concluzia că aceste procese sunt imposibile fără participarea luminii solare. Oamenii de știință au descoperit că frunzele verzi ale plantelor fac mai mult decât să transforme dioxidul de carbon pe care îl primesc în oxigen. Fără acest proces viața lor este imposibilă. Împreună cu apa și sărurile minerale, dioxidul de carbon servește ca hrană pentru plante. Aceasta este semnificația principală a fotosintezei pentru toți reprezentanții florei.
Rolul oxigenului pentru viața pe Pământ
Experimentele efectuate de chimistul englez Priestley au ajutat omenirea să explice de ce aerul de pe planeta noastră rămâne respirabil. La urma urmei, viața este menținută, în ciuda existenței unui număr mare de organisme vii și a arderii nenumărate incendii.
Apariția vieții pe Pământ cu miliarde de ani în urmă a fost pur și simplu imposibilă. Atmosfera planetei noastre nu conținea oxigen liber. Totul s-a schimbat odată cu apariția plantelor. Tot oxigenul din atmosferă de astăzi este rezultatul fotosintezei din frunzele verzi. Acest proces a schimbat fața Pământului și a dat impuls dezvoltării vieții. Această valoare neprețuită a fotosintezei a fost realizată pe deplin de omenire abia la sfârșitul secolului al XVIII-lea.
Nu este o exagerare să afirmăm că însăși existența oamenilor de pe planeta noastră depinde de starea lumii vegetale. Semnificația fotosintezei constă în rolul său principal în cursul diferitelor procese biosferice. La scară globală, această reacție fizico-chimică uimitoare duce la formarea de substanțe organice din cele anorganice.
Clasificarea proceselor de fotosinteză
Trei reacții importante au loc în frunza verde. Sunt fotosinteza. Tabelul în care sunt introduse aceste reacții este folosit în studiul biologiei. Introduceți în rândurile sale:
Fotosinteză;
- schimb de gaze;
- evaporarea apei.
Acele reacții fizico-chimice care apar în plantă la lumina zilei permit frunzelor verzi să elibereze dioxid de carbon și oxigen. Noaptea - doar prima dintre aceste două componente.
Sinteza clorofilei la unele plante are loc chiar și în lumină scăzută și difuză.
Pașii principali
Există două faze ale fotosintezei, care sunt strâns legate. În prima etapă, energia razelor luminoase este convertită în compuși ATP de înaltă energie și agenți reducători NADPH universali. Aceste două elemente sunt produsele primare ale fotosintezei.
La a doua etapă (întunecată), ATP și NADPH obținut sunt folosite pentru a fixa dioxidul de carbon până când acesta este redus la carbohidrați. Cele două faze ale fotosintezei diferă nu numai în timp. Ele apar și în spații diferite. Pentru cei care studiază subiectul „fotosinteză” în biologie, un tabel cu o indicație exactă a caracteristicilor celor două faze va ajuta la o înțelegere mai precisă a procesului.
Mecanismul de producere a oxigenului
După ce plantele absorb dioxidul de carbon, ele sintetizează nutrienți. Acest proces se desfășoară în pigmenți verzi numiți clorofile, sub influența luminii solare. Principalele componente ale acestei reacții uimitoare sunt:
Ușoară;
- cloroplaste;
- apa;
- dioxid de carbon;
- temperatura.
Secvența de fotosinteză
Producția de oxigen de către plante se realizează în etape. Principalele etape ale fotosintezei sunt următoarele:
Absorbția luminii de către clorofile;
- diviziunea prin cloroplaste (organite intracelulare de pigment verde) a apei obtinute din sol in oxigen si hidrogen;
- mișcarea unei părți a oxigenului în atmosferă, iar cealaltă - pentru implementarea procesului respirator de către plante;
- formarea moleculelor de zahăr în granulele proteice (pirenoide) ale plantelor;
- producerea de amidon, vitamine, grăsimi etc. prin amestecarea zahărului cu azotul.
În ciuda faptului că fotosinteza necesită lumină solară, această reacție poate apărea și sub iluminare artificială.
Rolul lumii vegetale pentru Pământ
Principalele procese care au loc în frunza verde au fost deja studiate destul de pe deplin de știința biologiei. Importanța fotosintezei pentru biosferă este enormă. Aceasta este singura reacție care duce la o creștere a cantității de energie liberă.
În procesul de fotosinteză, se formează în fiecare an o sută cincizeci de miliarde de tone de materie organică. În plus, aproape 200 de milioane de tone de oxigen sunt eliberate de plante în această perioadă. În acest sens, se poate susține că rolul fotosintezei este enorm pentru întreaga omenire, deoarece acest proces este principala sursă de energie pe Pământ.
În procesul unei reacții fizico-chimice unice, carbonul, oxigenul și multe alte elemente sunt ciclate. De aici rezultă o altă semnificație importantă a fotosintezei în natură. Această reacție menține o anumită compoziție a atmosferei, în care viața pe Pământ este posibilă.
Procesul care are loc la plante limitează cantitatea de dioxid de carbon, nepermițându-i să se acumuleze în concentrații crescute. De asemenea, este important pentru fotosinteză. Pe Pământ, datorită plantelor verzi, așa-numitul efect de seră nu este creat. Flora protejează în mod fiabil planeta noastră de supraîncălzire.
Lumea plantelor ca bază a nutriției
Rolul fotosintezei este important pentru silvicultură și agricultură. Lumea plantelor este baza nutritivă pentru toate organismele heterotrofe. Cu toate acestea, semnificația fotosintezei constă nu numai în absorbția dioxidului de carbon de către frunzele verzi și în producerea unui astfel de produs finit al unei reacții unice precum zahărul. Plantele sunt capabile să transforme compușii azotați și sulfuric în substanțele care alcătuiesc corpul lor.
Cum se întâmplă? Care este importanța fotosintezei în viața plantelor? Acest proces se realizează prin producerea de ioni de nitrați de către plantă. Aceste elemente se găsesc în apa din sol. Ele intră în plantă prin sistemul radicular. Celulele unui organism verde procesează ionii de nitrat în aminoacizi, care formează lanțuri proteice. În procesul de fotosinteză, se formează și componente de grăsime. Sunt substanțe de rezervă importante pentru plante. Deci, semințele multor fructe conțin ulei nutritiv. Acest produs este important și pentru oameni, deoarece este utilizat în industria alimentară și agricolă.
Rolul fotosintezei în producția de culturi
În practica mondială a muncii întreprinderilor agricole, rezultatele studierii principalelor modele de dezvoltare și creștere a plantelor sunt utilizate pe scară largă. După cum știți, baza formării culturilor este fotosinteza. Intensitatea sa, la rândul ei, depinde de regimul de apă al culturilor, precum și de nutriția minerală a acestora. Cum poate o persoană să crească densitatea culturilor și dimensiunea frunzelor, astfel încât planta să profite la maximum de energia Soarelui și să ia dioxid de carbon din atmosferă? Pentru aceasta, sunt optimizate condițiile de nutriție minerală și de alimentare cu apă a culturilor agricole.
S-a dovedit științific că randamentul depinde de suprafața frunzelor verzi, precum și de intensitatea și durata proceselor care au loc în acestea. Dar, în același timp, o creștere a densității culturilor duce la umbrirea frunzelor. Lumina soarelui nu poate pătrunde în ele, iar din cauza deteriorării ventilației maselor de aer, dioxidul de carbon intră în volume mici. Ca urmare, are loc o scădere a activității procesului de fotosinteză și o scădere a productivității plantelor.
Rolul fotosintezei pentru biosferă
Conform celor mai aproximative estimări, doar plantele autotrofe care trăiesc în apele Oceanului Mondial transformă anual de la 20 la 155 de miliarde de tone de carbon în materie organică. Și asta în ciuda faptului că energia luminii solare este folosită de ei doar cu 0,11%. În ceea ce privește plantele terestre, acestea absorb anual de la 16 la 24 de miliarde de tone de carbon. Toate aceste date arată în mod convingător cât de importantă este fotosinteza în natură. Numai ca urmare a acestei reacții, atmosfera este completată cu oxigenul molecular necesar vieții, care este necesar pentru ardere, respirație și diferite activități industriale. Unii oameni de știință cred că atunci când conținutul de dioxid de carbon din atmosferă crește, rata fotosintezei crește. În același timp, atmosfera este completată cu oxigenul lipsă.
Rolul cosmic al fotosintezei
Plantele verzi sunt mediatori între planeta noastră și Soare. Ele captează energia corpului ceresc și oferă posibilitatea existenței vieții pe planeta noastră.
Fotosinteza este un proces despre care se poate vorbi la scară cosmică, deoarece a contribuit cândva la transformarea imaginii planetei noastre. Datorită reacției care are loc în frunzele verzi, energia razelor solare nu este disipată în spațiu. Trece în energia chimică a substanțelor organice nou formate.
Societatea umană are nevoie de produsele fotosintezei nu numai pentru hrană, ci și pentru activități economice.
Cu toate acestea, nu numai acele raze de soare care cad pe Pământul nostru în prezent sunt importante pentru omenire. Extrem de necesare vieții și implementarea activităților de producție sunt acele produse ale fotosintezei care au fost obținute cu milioane de ani în urmă. Ele se află în intestinele planetei sub formă de straturi de cărbune, gaz combustibil și petrol, depozite de turbă.
Importanța fotosintezei în natură nu a fost de mult timp pe deplin exactă. În etapa inițială a studiului, mulți oameni de știință credeau că plantele emit la fel de mult oxigen pe cât absorb. De fapt, cercetări atente au arătat că munca depusă de plante este la o scară grandioasă. În ciuda dimensiunilor lor relativ mici, spațiile verzi îndeplinesc o serie de funcții utile care au ca scop susținerea vieții pe Pământ.
Cea mai importantă valoare a fotosintezei este furnizarea de energie tuturor ființelor vii de pe planetă, inclusiv oamenilor. În părțile verzi ale plantelor, sub influența luminii solare, încep să se formeze oxigen și o cantitate imensă de energie. Această energie este folosită de plante pentru nevoile proprii doar parțial, iar potențialul neutilizat se acumulează. Apoi plantele merg să hrănească ierbivorele, care le primesc pe cele necesare fără de care dezvoltarea lor va fi imposibilă. Apoi ierbivorele devin hrană pentru prădători, au nevoie și de energie, fără de care viața pur și simplu se va opri.
Puțin departe de aceasta este omul, așa că pentru el adevăratul sens al fotosintezei nu apare imediat. Doar că mulți oameni încearcă să-și demonstreze singuri că nu fac parte din lumea animală a planetei noastre. Din păcate, o astfel de negare nu va duce la nimic, deoarece toate organismele vii depind într-o oarecare măsură unele de altele. Merită să dispari mai multe specii de animale sau plante - iar echilibrul în natură va fi foarte deranjat. Pentru a se adapta la noile condiții de viață, alte organisme vii vor fi nevoite să caute surse alternative de hrană. Adevărat, există cazuri când dispariția unor specii duce la dispariția altora.
Valoarea fotosintezei constă nu numai în producerea de energie, ci și în protecția împotriva distrugerii. Oamenii de știință au încercat de multă vreme să descopere cum a apărut viața pe planeta noastră - și au creat o teorie destul de plauzibilă. S-a dovedit că diversitatea organismelor vii a devenit posibilă numai datorită prezenței unei atmosfere protectoare, care s-a format datorită muncii intense a unui număr mare de plante. Desigur, cu dimensiunea pădurilor moderne și a plantelor individuale, nu se poate crede într-un asemenea miracol, dar plantele antice erau de dimensiuni gigantice.
Vechii giganți ai lumii plantelor au murit, dar chiar și după moarte ei beneficiază de întreaga umanitate. Energia care s-a acumulat în ele intră acum în casele noastre sub formă de cărbune. Astăzi, rolul acestui tip de combustibil a scăzut semnificativ, dar multă vreme omenirea a fost salvată de frig cu ajutorul ei.
De asemenea, nu uitați că plantele străvechi și-au transmis bagheta copacilor și florilor moderne, care mențin siguranța atmosferei. Cu cât sunt mai multe spații verzi de pe planeta noastră, cu atât aerul pe care îl respirăm este mai curat. Distrugerea și creșterea celor nocive a dus la faptul că în stratul de ozon au apărut găuri. Dacă omenirea nu realizează adevăratul rol al fotosintezei, ea se va conduce la autodistrugere. Pur și simplu nu putem supraviețui fără oxigen și protecție, iar numărul pădurilor tropicale continuă să scadă rapid.
Dacă oamenii doresc cu adevărat să salveze viața pe planeta lor, trebuie să înțeleagă pe deplin sensul fotosintezei. Când fiecare individ recunoaște importanța plantelor, când încetăm să tăiem pădurile fără minte, atunci viața pe Pământ va deveni mai bună și mai curată. În caz contrar, oamenii vor trebui să învețe cum să reziste la razele arzătoare ale soarelui, să respire smogul, emisiile nocive și să obțină energie din surse alternative.
Numai de la noi este curbat ceea ce va fi viitorul nostru - și vreau să cred că oamenii vor face alegerea corectă.
Procesul de fotosinteză este unul dintre cele mai importante procese biologice care au loc în natură, deoarece datorită acestuia se formează substanțe organice din dioxid de carbon și apă sub acțiunea luminii, acest fenomen se numește fotosinteză. Și cel mai important, în procesul de fotosinteză, are loc o alocare, care este vitală pentru existența vieții pe planeta noastră uimitoare.
Istoria descoperirii fotosintezei
Istoria descoperirii fenomenului fotosintezei datează de patru secole în trecut, când în 1600 un anume om de știință belgian Jan Van Helmont a pus la cale un experiment simplu. El a pus o ramură de salcie (înregistrând anterior greutatea inițială) într-o pungă, care conținea și 80 kg de pământ. Și apoi, timp de cinci ani, planta a fost udată exclusiv cu apă. Care a fost surpriza omului de știință când, după cinci ani, greutatea plantei a crescut cu 60 kg, în ciuda faptului că masa pământului a scăzut cu doar 50 de grame, de unde a provenit o astfel de creștere în greutate impresionantă, a rămas un mister pentru omul de știință.
Următorul experiment important și interesant, care a devenit preludiul descoperirii fotosintezei, a fost pus la cale de omul de știință englez Joseph Priestley în 1771 (este curios că, prin natura profesiei sale, domnul Priestley a fost preot al Bisericii Anglicane). , dar a intrat în istorie ca un om de știință remarcabil). Ce a făcut domnul Priestley? A pus un șoarece sub o șapcă și cinci zile mai târziu a murit. Apoi a așezat din nou un alt șoarece sub capac, dar de data aceasta, împreună cu șoarecele sub capac, era o crenguță de mentă și, ca urmare, șoarecele a rămas în viață. Rezultatul obținut l-a condus pe om de știință la ideea că există un proces opus respirației. O altă concluzie importantă a acestui experiment a fost descoperirea oxigenului ca fiind vital pentru toate ființele vii (primul șoarece a murit din absența lui, în timp ce al doilea a supraviețuit datorită unei crengute de mentă, care a creat oxigen în timpul fotosintezei).
Astfel, s-a stabilit faptul că părțile verzi ale plantelor sunt capabile să elibereze oxigen. Apoi, deja în 1782, omul de știință elvețian Jean Senebier a demonstrat că dioxidul de carbon se descompune în plante verzi sub influența luminii - de fapt, a fost descoperită o altă latură a fotosintezei. Apoi, după încă 5 ani, omul de știință francez Jacques Busengo a descoperit că absorbția apei de către plante are loc și în timpul sintezei substanțelor organice.
Iar coarda finală dintr-o serie de descoperiri științifice legate de fenomenul fotosintezei a fost descoperirea botanistului german Julius Sachs, care în 1864 a reușit să demonstreze că volumul de dioxid de carbon consumat și oxigenul eliberat are loc într-un raport de 1:1.
Importanța fotosintezei în viața umană
Dacă vă imaginați la figurat, frunza oricărei plante poate fi comparată cu un mic laborator, ale cărui ferestre sunt orientate spre partea însorită. Chiar în acest laborator are loc formarea substanțelor organice și a oxigenului, care stă la baza existenței vieții organice pe Pământ. Într-adevăr, fără oxigen și fotosinteză, viața pur și simplu nu ar exista pe Pământ.
Dar dacă fotosinteza este atât de importantă pentru viață și eliberarea de oxigen, atunci cum trăiesc oamenii (și nu numai oamenii), de exemplu, într-un deșert în care există un minim de plante verzi sau, de exemplu, într-un oraș industrial unde copacii sunt rari. Faptul este că plantele terestre reprezintă doar 20% din oxigenul eliberat în atmosferă, în timp ce restul de 80% sunt emise de mare și algele oceanice, nu fără motiv oceanele sunt uneori numite „plămânii planetei noastre”. .
Formula de fotosinteză
Formula generală pentru fotosinteză poate fi scrisă după cum urmează:
Apă + Dioxid de Carbon + Lumină > Carbohidrați + Oxigen
Și aceasta este formula reacției chimice a fotosintezei
6CO 2 + 6H 2 O \u003d C6H 12 O 6 + 6O 2
Importanța fotosintezei pentru plante
Și acum să încercăm să răspundem la întrebarea de ce plantele au nevoie de fotosinteză. De fapt, furnizarea de oxigen atmosferei planetei noastre este departe de a fi singurul motiv pentru care are loc fotosinteza; acest proces biologic este vital nu numai pentru oameni și animale, ci și pentru plante înseși, deoarece substanțele organice care se formează în timpul fotosintezei formează baza vieții plantelor.
Cum se întâmplă fotosinteza
Principalul motor al fotosintezei este clorofila - un pigment special conținut în celulele vegetale, care, printre altele, este responsabil pentru culoarea verde a copacilor și a altor plante. Clorofila este un compus organic complex, care are și o proprietate importantă - capacitatea de a absorbi lumina soarelui. Absorbând-o, clorofila este cea care activează acel mic laborator biochimic conținut în fiecare frunză mică, în fiecare iarbă și în fiecare algă. Apoi are loc fotosinteza (vezi formula de mai sus), în timpul căreia are loc transformarea apei și a dioxidului de carbon în carbohidrați necesari plantelor și oxigen necesar tuturor viețuitoarelor. Mecanismele fotosintezei sunt o creație strălucitoare a naturii.
Fazele fotosintezei
De asemenea, procesul de fotosinteză constă în două etape: lumină și întuneric. Și mai jos vom scrie în detaliu despre fiecare dintre ele.
Fotosinteză este procesul de sinteză a substanțelor organice din substanțe anorganice folosind energia luminii. În marea majoritate a cazurilor, fotosinteza este efectuată de plante folosind organele celulare precum cloroplaste conţinând pigment verde clorofilă.
Dacă plantele nu ar fi capabile să sintetizeze materie organică, atunci aproape toate celelalte organisme de pe Pământ nu ar avea ce să mănânce, deoarece animalele, ciupercile și multe bacterii nu pot sintetiza substanțe organice din cele anorganice. Ei le absorb doar pe cele gata făcute, le împart în altele mai simple, din care le asamblează din nou pe cele complexe, dar deja caracteristice corpului lor.
Acesta este cazul dacă vorbim foarte pe scurt despre fotosinteză și rolul acesteia. Pentru a înțelege fotosinteza, trebuie să spuneți mai multe: ce substanțe anorganice specifice sunt folosite, cum are loc sinteza?
Fotosinteza necesită două substanțe anorganice - dioxid de carbon (CO 2 ) și apă (H 2 O). Primul este absorbit din aer de părțile aeriene ale plantelor, în principal prin stomate. Apa - din sol, de unde este livrata celulelor fotosintetice de catre sistemul conductor al plantelor. Fotosinteza necesită și energia fotonilor (hν), dar aceștia nu pot fi atribuiți materiei.
În total, în urma fotosintezei, se formează materia organică și oxigenul (O 2). De obicei, în materie organică, se înțelege cel mai adesea glucoza (C 6 H 12 O 6).
Compușii organici sunt alcătuiți în mare parte din atomi de carbon, hidrogen și oxigen. Se găsesc în dioxid de carbon și apă. Cu toate acestea, fotosinteza eliberează oxigen. Atomii săi provin din apă.
Pe scurt și în general, ecuația pentru reacția fotosintezei este de obicei scrisă după cum urmează:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Dar această ecuație nu reflectă esența fotosintezei, nu o face de înțeles. Uite, deși ecuația este echilibrată, are în total 12 atomi în oxigen liber.Dar noi am spus că provin din apă și sunt doar 6.
De fapt, fotosinteza are loc în două faze. Primul se numește ușoară, al doilea - întuneric. Astfel de denumiri se datorează faptului că lumina este necesară doar pentru faza luminoasă, faza întunecată este independentă de prezența sa, dar asta nu înseamnă că merge în întuneric. Faza luminoasă curge pe membranele tilacoidelor cloroplastei, faza întunecată - în stroma cloroplastei.
În faza uşoară, legarea CO2 nu are loc. Există doar captarea energiei solare de către complexele de clorofilă, stocarea acesteia în ATP, utilizarea energiei pentru reducerea NADP la NADP * H 2. Fluxul de energie din clorofilă excitat de lumină este asigurat de electronii transmiși prin lanțul de transport de electroni al enzimelor construite în membranele tilacoide.
Hidrogenul pentru NADP este luat din apă, care, sub acțiunea luminii solare, se descompune în atomi de oxigen, protoni de hidrogen și electroni. Acest proces se numește fotoliză. Oxigenul din apă nu este necesar pentru fotosinteză. Atomii de oxigen din două molecule de apă se combină pentru a forma oxigen molecular. Ecuația de reacție pentru faza luminoasă a fotosintezei arată pe scurt astfel:
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2
Astfel, eliberarea de oxigen are loc în faza luminoasă a fotosintezei. Numărul de molecule de ATP sintetizate din ADP și acid fosforic pe fotoliza unei molecule de apă poate fi diferit: unul sau două.
Deci, ATP și NADP * H 2 intră în faza întunecată din faza luminoasă. Aici, energia primului și forța de restabilire a celui de-al doilea sunt cheltuite pentru legarea dioxidului de carbon. Această etapă a fotosintezei nu poate fi explicată simplu și pe scurt, deoarece nu se desfășoară în așa fel încât șase molecule de CO 2 să se combine cu hidrogenul eliberat din moleculele NADP * H 2 și se formează glucoza:
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reacția are loc cu cheltuirea energiei din ATP, care se descompune în ADP și acid fosforic).
Reacția de mai sus este doar o simplificare pentru ușurință de înțelegere. De fapt, moleculele de dioxid de carbon se leagă una câte una, alăturându-se materiei organice cu cinci atomi de carbon deja pregătite. Se formează o substanță organică instabilă cu șase atomi de carbon, care se descompune în molecule de carbohidrați cu trei atomi de carbon. Unele dintre aceste molecule sunt folosite pentru resinteza substanței inițiale cu cinci atomi de carbon pentru legarea CO2. Această resinteză este asigurată Ciclul Calvin. O parte mai mică a moleculelor de carbohidrați, care include trei atomi de carbon, părăsește ciclul. Deja din ele și din alte substanțe, toate celelalte substanțe organice (carbohidrați, grăsimi, proteine) sunt sintetizate.
Adică, de fapt, zaharurile cu trei atomi de carbon, și nu glucoza, ies din faza întunecată a fotosintezei.
Fiecare ființă vie de pe planetă are nevoie de hrană sau energie pentru a supraviețui. Unele organisme se hrănesc cu alte creaturi, în timp ce altele își pot produce propriile nutrienți. Ei își produc singuri hrana, glucoza, într-un proces numit fotosinteză.
Fotosinteza și respirația sunt interconectate. Rezultatul fotosintezei este glucoza, care este stocată ca energie chimică în organism. Această energie chimică stocată provine din conversia carbonului anorganic (dioxid de carbon) în carbon organic. Procesul de respirație eliberează energia chimică stocată.
Pe lângă produsele pe care le produc, plantele au nevoie și de carbon, hidrogen și oxigen pentru a supraviețui. Apa absorbită din sol oferă hidrogen și oxigen. În timpul fotosintezei, carbonul și apa sunt folosite pentru a sintetiza alimentele. Plantele au nevoie și de nitrați pentru a produce aminoacizi (un aminoacid este un ingredient pentru producerea proteinelor). În plus, au nevoie de magneziu pentru a produce clorofilă.
Nota: Se numesc viețuitoare care depind de alte alimente. Ierbivorele, cum ar fi vacile, precum și plantele care mănâncă insecte, sunt exemple de heterotrofe. Se numesc ființe vii care își produc propria hrană. Plantele verzi și algele sunt exemple de autotrofe.
În acest articol, veți afla mai multe despre cum are loc fotosinteza la plante și despre condițiile necesare pentru acest proces.
Definiţia photosynthesis
Fotosinteza este procesul chimic prin care plantele, unele și algele produc glucoză și oxigen din dioxid de carbon și apă, folosind doar lumina ca sursă de energie.
Acest proces este extrem de important pentru viața de pe Pământ, deoarece eliberează oxigen, de care depinde toată viața.
De ce plantele au nevoie de glucoză (hrană)?
La fel ca oamenii și alte viețuitoare, și plantele au nevoie de hrană pentru a rămâne în viață. Valoarea glucozei pentru plante este următoarea:
- Glucoza obtinuta din fotosinteza este folosita in timpul respiratiei pentru a elibera energia necesara plantei pentru alte procese vitale.
- Celulele vegetale transformă, de asemenea, o parte din glucoză în amidon, care este utilizat după cum este necesar. Din acest motiv, plantele moarte sunt folosite ca biomasă deoarece înmagazinează energie chimică.
- Glucoza este, de asemenea, necesară pentru a produce alte substanțe chimice, cum ar fi proteinele, grăsimile și zaharurile din plante necesare creșterii și altor procese esențiale.
Fazele fotosintezei
Procesul de fotosinteză este împărțit în două faze: lumină și întuneric.
Faza ușoară a fotosintezei
După cum sugerează și numele, fazele luminoase au nevoie de lumina soarelui. În reacțiile dependente de lumină, energia luminii solare este absorbită de clorofilă și transformată în energie chimică stocată sub forma moleculei purtătoare de electroni NADPH (nicotinamidă adenin dinucleotidă fosfat) și a moleculei energetice ATP (adenozin trifosfat). Fazele de lumină apar în membranele tilacoide din cloroplast.
Faza întunecată a fotosintezei sau ciclul Calvin
În faza întunecată sau ciclul Calvin, electronii excitați din faza luminoasă furnizează energie pentru formarea carbohidraților din moleculele de dioxid de carbon. Fazele independente de lumină sunt uneori numite ciclu Calvin din cauza naturii ciclice a procesului.
Deși fazele întunecate nu folosesc lumina ca reactant (și ca rezultat pot apărea ziua sau noaptea), ele necesită produsele reacțiilor dependente de lumină pentru a funcționa. Moleculele independente de lumină depind de moleculele purtătoare de energie ATP și NADPH pentru a crea noi molecule de carbohidrați. După transferul de energie către molecule, purtătorii de energie revin la fazele de lumină pentru a obține electroni mai energici. În plus, mai multe enzime în fază întunecată sunt activate de lumină.
Diagrama fazelor fotosintezei
Nota: Aceasta înseamnă că fazele întunecate nu vor continua dacă plantele sunt lipsite de lumină prea mult timp, deoarece folosesc produsele fazelor luminoase.
Structura frunzelor plantelor
Nu putem înțelege pe deplin fotosinteza fără a ști mai multe despre structura frunzelor. Frunza este adaptată să joace un rol vital în procesul de fotosinteză.
Structura externă a frunzelor
- Pătrat
Una dintre cele mai importante caracteristici ale plantelor este suprafața mare a frunzelor. Majoritatea plantelor verzi au frunze largi, plate și deschise, care sunt capabile să capteze atâta energie solară (lumina solară) cât este necesară pentru fotosinteză.
- Vena centrală și pețiol
nervura mediană și pețiolul se unesc și formează baza frunzei. Pețiolul poziționează frunza în așa fel încât să primească cât mai multă lumină.
- limbul frunzei
Frunzele simple au o singură limbă, în timp ce frunzele compuse au mai multe. Lama frunzei este una dintre cele mai importante componente ale frunzei, care este direct implicată în procesul de fotosinteză.
- venelor
O rețea de vene din frunze transportă apa de la tulpini la frunze. Glucoza eliberată este trimisă și în alte părți ale plantei din frunze prin vene. În plus, aceste părți ale frunzei susțin și țin placa frunzei plată pentru o captare mai bună a luminii solare. Dispunerea nervurilor (venația) depinde de tipul de plantă.
- baza frunzelor
Baza frunzei este partea sa cea mai inferioară, care este articulată cu tulpina. Adesea, la baza frunzei există o pereche de stipule.
- marginea frunzei
In functie de tipul de planta, marginea frunzei poate avea diverse forme, printre care: intreaga, zimtata, zimtata, crestata, crenata etc.
- Vârful frunzei
La fel ca marginea frunzei, vârful vine într-o varietate de forme, inclusiv: ascuțit, rotund, tocit, alungit, retras etc.
Structura internă a frunzelor
Mai jos este o diagramă apropiată a structurii interne a țesuturilor frunzelor:
- Cuticulă
Cuticula acționează ca principalul strat protector pe suprafața plantei. De regulă, este mai gros în vârful frunzei. Cuticula este acoperită cu o substanță asemănătoare ceară care protejează planta de apă.
- Epidermă
Epiderma este un strat de celule care este țesutul tegumentar al frunzei. Funcția sa principală este de a proteja țesuturile interne ale frunzei de deshidratare, deteriorări mecanice și infecții. De asemenea, reglează procesul de schimb de gaze și transpirație.
- Mezofila
Mezofila este țesutul principal al plantei. Aici are loc procesul de fotosinteză. La majoritatea plantelor, mezofila este împărțită în două straturi: cel superior este palisat și cel inferior este spongios.
- Celulele protectoare
Celulele de gardă sunt celule specializate din epiderma frunzelor care sunt utilizate pentru a controla schimbul de gaze. Ele îndeplinesc o funcție de protecție a stomatelor. Porii stomatici devin mari atunci cand apa este disponibila in mod liber, in caz contrar celulele protectoare devin letargice.
- Stoma
Fotosinteza depinde de pătrunderea dioxidului de carbon (CO2) din aer prin stomate în țesuturile mezofile. Oxigenul (O2), obținut ca produs secundar al fotosintezei, iese din plantă prin stomată. Când stomatele sunt deschise, apa se pierde prin evaporare și trebuie completată prin fluxul de transpirație de către apa preluată de rădăcini. Plantele sunt nevoite să echilibreze cantitatea de CO2 absorbită din aer și pierderea de apă prin porii stomatici.
Condiții necesare pentru fotosinteză
Următoarele sunt condițiile de care plantele au nevoie pentru a efectua procesul de fotosinteză:
- Dioxid de carbon. Un gaz natural incolor, inodor găsit în aer și are denumirea științifică CO2. Se formează în timpul arderii carbonului și a compușilor organici și apare și în timpul respirației.
- Apă. Substanță chimică lichidă transparentă, inodoră și fără gust (în condiții normale).
- Ușoară. Deși lumina artificială este potrivită și pentru plante, lumina naturală a soarelui creează, în general, cele mai bune condiții pentru fotosinteză, deoarece conține radiații ultraviolete naturale, care au un efect pozitiv asupra plantelor.
- Clorofilă. Este un pigment verde care se găsește în frunzele plantelor.
- Nutrienți și minerale. Produse chimice și compuși organici pe care rădăcinile plantelor îi absorb din sol.
Ce se formează în urma fotosintezei?
- Glucoză;
- Oxigen.
(Energia luminoasă este afișată în paranteze deoarece nu este o substanță)
Nota: Plantele iau CO2 din aer prin frunze și apa din sol prin rădăcini. Energia luminii vine de la Soare. Oxigenul rezultat este eliberat în aer din frunze. Glucoza rezultată poate fi transformată în alte substanțe, cum ar fi amidonul, care este folosit ca depozit de energie.
Dacă factorii care favorizează fotosinteza sunt absenți sau prezenți în cantități insuficiente, acest lucru poate afecta negativ planta. De exemplu, mai puțină lumină creează condiții favorabile pentru insectele care mănâncă frunzele unei plante, în timp ce lipsa apei o încetinește.
Unde are loc fotosinteza?
Fotosinteza are loc în interiorul celulelor plantelor, în plastide mici numite cloroplaste. Cloroplastele (se găsesc mai ales în stratul mezofil) conțin o substanță verde numită clorofilă. Mai jos sunt alte părți ale celulei care lucrează cu cloroplastul pentru a efectua fotosinteza.
Structura unei celule vegetale
Funcțiile părților celulelor vegetale
- : oferă suport structural și mecanic, protejează celulele de bacterii, fixează și definește forma celulei, controlează rata și direcția de creștere și dă formă plantelor.
- : oferă o platformă pentru majoritatea proceselor chimice controlate de enzime.
- : acționează ca o barieră, controlând mișcarea substanțelor în și în afara celulei.
- : așa cum este descris mai sus, ele conțin clorofilă, o substanță verde care absoarbe energia luminoasă în timpul fotosintezei.
- : o cavitate din citoplasma celulară care stochează apă.
- : conține o marcă genetică (ADN) care controlează activitatea celulei.
Clorofila absoarbe energia luminoasă necesară pentru fotosinteză. Este important de reținut că nu toate lungimile de undă de culoare ale luminii sunt absorbite. Plantele absorb în principal lungimile de undă roșii și albastre - nu absorb lumina în intervalul verde.
Dioxid de carbon în timpul fotosintezei
Plantele iau dioxid de carbon din aer prin frunzele lor. Dioxidul de carbon se infiltrează printr-o mică gaură din partea inferioară a frunzei - stomatele.
Partea inferioară a frunzei are celule puțin distanțate pentru a permite dioxidului de carbon să ajungă la alte celule ale frunzei. De asemenea, permite oxigenului produs prin fotosinteză să părăsească cu ușurință frunza.
Dioxidul de carbon este prezent în aerul pe care îl respirăm în concentrații foarte scăzute și este un factor necesar în faza întunecată a fotosintezei.
Lumina în procesul de fotosinteză
Foaia are de obicei o suprafață mare, astfel încât poate absorbi multă lumină. Suprafața sa superioară este protejată de pierderea apei, boli și intemperii printr-un strat ceros (cuticulă). Partea de sus a foii este locul unde cade lumina. Acest strat de mezofilă se numește palisadă. Este adaptat să absoarbă o cantitate mare de lumină, deoarece conține multe cloroplaste.
În fazele de lumină, procesul de fotosinteză crește cu mai multă lumină. Mai multe molecule de clorofilă sunt ionizate și se generează mai mult ATP și NADPH dacă fotonii de lumină sunt concentrați pe o frunză verde. Deși lumina este extrem de importantă în fazele luminoase, trebuie remarcat faptul că prea multă ea poate deteriora clorofila și poate reduce procesul de fotosinteză.
Fazele de lumină nu depind prea mult de temperatură, apă sau dioxid de carbon, deși toate sunt necesare pentru a finaliza procesul de fotosinteză.
Apa în timpul fotosintezei
Plantele primesc apa de care au nevoie pentru fotosinteză prin rădăcini. Au fire de păr de rădăcină care cresc în sol. Rădăcinile se caracterizează printr-o suprafață mare și pereți subțiri, ceea ce permite trecerea cu ușurință a apei prin ele.
Imaginea prezintă plante și celulele lor cu suficientă apă (stânga) și lipsa acesteia (dreapta).
Nota: Celulele radiculare nu conțin cloroplaste, deoarece sunt de obicei în întuneric și nu pot fotosintetiza.
Dacă planta nu absoarbe suficientă apă, se va ofili. Fără apă, planta nu va putea fotosintetiza suficient de repede și poate chiar să moară.
Care este importanța apei pentru plante?
- Oferă minerale dizolvate care susțin sănătatea plantelor;
- Este mijlocul de transport;
- Sprijină stabilitatea și corectitudinea;
- Se răcește și se saturează cu umiditate;
- Face posibilă desfășurarea diferitelor reacții chimice în celulele vegetale.
Importanța fotosintezei în natură
Procesul biochimic al fotosintezei folosește energia luminii solare pentru a transforma apa și dioxidul de carbon în oxigen și glucoză. Glucoza este folosită ca elemente de bază în plante pentru creșterea țesuturilor. Astfel, fotosinteza este modul în care se formează rădăcinile, tulpinile, frunzele, florile și fructele. Fără procesul de fotosinteză, plantele nu pot crește sau se pot reproduce.
- Producătorii
Datorită capacității lor fotosintetice, plantele sunt cunoscute ca producători și servesc drept coloana vertebrală a aproape fiecărui lanț alimentar de pe Pământ. (Algele sunt echivalentul plantei). Toate alimentele pe care le mâncăm provin de la organisme care sunt fotosintetice. Mâncăm aceste plante direct sau mâncăm animale precum vacile sau porcii care consumă alimente vegetale.
- Baza lanțului trofic
În cadrul sistemelor acvatice, plantele și algele formează, de asemenea, baza lanțului trofic. Algele servesc drept hrană pentru care, la rândul lor, acționează ca o sursă de hrană pentru organismele mai mari. Fără fotosinteză în mediul acvatic, viața ar fi imposibilă.
- Eliminarea dioxidului de carbon
Fotosinteza transformă dioxidul de carbon în oxigen. În timpul fotosintezei, dioxidul de carbon din atmosferă intră în plantă și apoi este eliberat sub formă de oxigen. În lumea de astăzi, în care nivelurile de dioxid de carbon cresc într-un ritm alarmant, orice proces care elimină dioxidul de carbon din atmosferă este important pentru mediu.
- Ciclul nutrienților
Plantele și alte organisme fotosintetice joacă un rol vital în ciclul nutrienților. Azotul din aer este fixat în țesuturile plantelor și devine disponibil pentru fabricarea proteinelor. Oligoelementele găsite în sol pot fi, de asemenea, încorporate în țesutul vegetal și puse la dispoziție ierbivorelor mai în sus în lanțul trofic.
- dependență de fotosinteză
Fotosinteza depinde de intensitatea și calitatea luminii. La ecuator, unde lumina soarelui este din belșug pe tot parcursul anului, iar apa nu este factorul limitativ, plantele au rate mari de creștere și pot deveni destul de mari. În schimb, fotosinteza este mai puțin frecventă în părțile mai adânci ale oceanului, deoarece lumina nu pătrunde în aceste straturi și, ca urmare, acest ecosistem este mai steril.
