Fotosyntéza produkuje molekuly. Proces fotosyntézy: stručne a jasne pre deti

Rastliny získavajú vodu a minerály z koreňov. Listy poskytujú rastlinám organickú výživu. Na rozdiel od koreňov nie sú v pôde, ale vo vzduchu, preto neposkytujú výživu pôdy, ale vzduchu.

Z histórie štúdia vzdušnej výživy rastlín

Poznatky o výžive rastlín sa hromadili postupne. Asi pred 350 rokmi holandský vedec Jan Helmont prvýkrát experimentoval so štúdiom výživy rastlín. Vŕbu pestoval v hlinenej nádobe naplnenej zeminou, do ktorej pridával iba vodu. Vedec starostlivo zvážil opadané lístie. Po piatich rokoch sa hmotnosť vŕby spolu s opadanými listami zvýšila o 74,5 kg a hmotnosť pôdy sa znížila len o 57 g. Na základe toho Helmont dospel k záveru, že všetky látky v rastline nie sú tvorené z pôdy. , ale z vody. Názor, že rastlina sa zväčšuje len vďaka vode, pretrval až do konca 18. storočia.

V roku 1771 anglický chemik Joseph Priestley študoval oxid uhličitý, alebo, ako to nazval, „skazený vzduch“ a urobil pozoruhodný objav. Ak zapálite sviečku a prikryjete ju sklenenou pokrievkou, po troche vyhorenia zhasne. Myš pod takouto kapucňou sa začne dusiť. Ak však pod čiapku myšou umiestnite konárik mäty, myš sa nezadusí a žije ďalej. To znamená, že rastliny „opravujú“ vzduch pokazený dýchaním zvierat, to znamená, že premieňajú oxid uhličitý na kyslík.

Nemecký botanik Julius Sachs v roku 1862 experimentmi dokázal, že zelené rastliny produkujú nielen kyslík, ale vytvárajú aj organické látky, ktoré slúžia ako potrava pre všetky ostatné organizmy.

Fotosyntéza

Hlavným rozdielom medzi zelenými rastlinami a inými živými organizmami je prítomnosť chloroplastov obsahujúcich chlorofyl v ich bunkách. Chlorofyl má tú vlastnosť, že zachytáva slnečné lúče, ktorých energia je potrebná na tvorbu organických látok. Proces vzniku organickej hmoty z oxidu uhličitého a vody pomocou slnečnej energie sa nazýva fotosyntéza (grécky pbo1os svetlo). Pri procese fotosyntézy vznikajú nielen organické látky – cukry, ale uvoľňuje sa aj kyslík.

Schematicky možno proces fotosyntézy znázorniť takto:

Voda je absorbovaná koreňmi a presúva sa cez vodivý systém koreňov a stonky k listom. Oxid uhličitý je súčasťou vzduchu. Do listov sa dostáva cez otvorené prieduchy. Absorpciu oxidu uhličitého uľahčuje štruktúra listu: plochý povrch listových čepelí, ktorý zväčšuje oblasť kontaktu so vzduchom, a prítomnosť veľkého počtu prieduchov v koži.

Cukry vznikajúce v dôsledku fotosyntézy sa premieňajú na škrob. Škrob je organická látka, ktorá sa nerozpúšťa vo vode. Kgo sa dá ľahko zistiť pomocou roztoku jódu.

Dôkaz tvorby škrobu v listoch vystavených svetlu

Dokážme, že v zelených listoch rastlín vzniká škrob z oxidu uhličitého a vody. Za týmto účelom zvážte experiment, ktorý kedysi uskutočnil Julius Sachs.

Izbová rastlina (pelargónie alebo prvosienka) sa dva dni uchováva v tme, aby sa všetok škrob spotreboval na životne dôležité procesy. Potom sa niekoľko listov prikryje na oboch stranách čiernym papierom tak, aby bola pokrytá iba časť z nich. Cez deň je rastlina vystavená svetlu a v noci je dodatočne osvetlená pomocou stolovej lampy.

Po dni sa skúmané listy odrežú. Aby sa zistilo, v ktorej časti listového škrobu vzniká, listy sa povaria vo vode (aby škrobové zrná napučali) a potom sa uchovávajú v horúcom alkohole (chlorofyl sa rozpustí a list sa zafarbí). Potom sa listy premyjú vodou a ošetria slabým roztokom jódu. Plochy listov, ktoré boli vystavené svetlu, teda pôsobením jódu získavajú modrú farbu. To znamená, že v bunkách osvetlenej časti listu vznikol škrob. Preto k fotosyntéze dochádza iba na svetle.

Dôkazy o potrebe oxidu uhličitého pre fotosyntézu

Aby sa dokázalo, že oxid uhličitý je potrebný na tvorbu škrobu v listoch, izbová rastlina sa tiež najprv udržiava v tme. Jeden z listov sa potom vloží do banky s malým množstvom vápennej vody. Banka sa uzavrie vatovým tampónom. Rastlina je vystavená svetlu. Oxid uhličitý je absorbovaný vápennou vodou, takže nebude v banke. List sa odreže a rovnako ako v predchádzajúcom pokuse sa skúma na prítomnosť škrobu. Uchováva sa v horúcej vode a alkohole a spracuje sa roztokom jódu. V tomto prípade však bude výsledok experimentu iný: list nezmodrie, pretože neobsahuje škrob. Preto je na tvorbu škrobu okrem svetla a vody potrebný oxid uhličitý.

Takto sme odpovedali na otázku, akú potravu rastlina prijíma zo vzduchu. Prax ukázala, že ide o oxid uhličitý. Je nevyhnutný pre tvorbu organických látok.

Organizmy, ktoré si nezávisle vytvárajú organické látky na stavbu svojho tela, sa nazývajú autotrofamné (grécky autos - sám, trofe - potrava).

Dôkaz tvorby kyslíka počas fotosyntézy

Aby ste dokázali, že rastliny počas fotosyntézy uvoľňujú kyslík do vonkajšieho prostredia, zvážte experiment s vodnou rastlinou Elodea. Výhonky Elodea sa ponoria do nádoby s vodou a na vrchu sa prikryjú lievikom. Na koniec lievika umiestnite skúmavku naplnenú vodou. Rastlina je vystavená svetlu dva až tri dni. Vo svetle elodea vytvára plynové bubliny. Hromadia sa v hornej časti skúmavky a vytláčajú vodu. Aby sa zistilo, o aký plyn ide, skúmavka sa opatrne vyberie a vloží sa do nej tlejúca trieska. Črepina jasne bliká. To znamená, že v banke sa nahromadil kyslík, ktorý podporuje spaľovanie.

Kozmická úloha rastlín

Rastliny obsahujúce chlorofyl sú schopné absorbovať slnečnú energiu. Preto K.A. Timiryazev nazval ich úlohu na Zemi kozmickou. Časť slnečnej energie uloženej v organickej hmote môže byť dlho skladovaná. Uhlie, rašelina, ropa sú tvorené látkami, ktoré v dávnych geologických dobách vytvárali zelené rastliny a absorbovali energiu Slnka. Spálením prírodných horľavých materiálov človek uvoľňuje energiu, ktorú pred miliónmi rokov uchovávali zelené rastliny.

Fotosyntéza prebieha v rastlinách (hlavne v ich listoch) na svetle.

Ide o proces, pri ktorom z oxidu uhličitého a vody vzniká organická látka glukóza (jeden z druhov cukrov). Ďalej sa glukóza v bunkách premení na zložitejšiu látku, škrob. Glukóza aj škrob sú sacharidy.

Proces fotosyntézy neprodukuje len organickú hmotu, ale ako vedľajší produkt vzniká aj kyslík.

Oxid uhličitý a voda sú anorganické látky, zatiaľ čo glukóza a škrob sú organické. Preto sa často hovorí, že fotosyntéza je proces tvorby organických látok z anorganických látok vo svetle. Len rastliny, niektoré jednobunkové eukaryoty a niektoré baktérie sú schopné fotosyntézy. V bunkách zvierat a húb k takémuto procesu nedochádza, preto sú nútené absorbovať organické látky z prostredia. V tomto ohľade sa rastliny nazývajú autotrofy a zvieratá a huby sa nazývajú heterotrofy.

Proces fotosyntézy v rastlinách prebieha v chloroplastoch, ktoré obsahujú zelený pigment chlorofyl.

Aby sa fotosyntéza mohla uskutočniť, potrebujete:

chlorofyl,

oxid uhličitý.

Počas procesu fotosyntézy sa tvoria:

organická hmota,

kyslík.

Rastliny sú prispôsobené na zachytávanie svetla. V mnohých bylinných rastlinách sa listy zhromažďujú v takzvanej bazálnej ružici, keď si listy navzájom netienia. Pre stromy je charakteristická listová mozaika, v ktorej listy rastú tak, aby si navzájom čo najmenej tienili. V rastlinách sa čepele listov môžu otáčať smerom k svetlu v dôsledku ohýbania listových stopiek. S tým všetkým sú tieňomilné rastliny, ktoré môžu rásť len v tieni.

Vodapre fotosyntézuprichádzado listovod koreňovpozdĺž stonky. Preto je dôležité, aby rastlina dostávala dostatok vlahy. Pri nedostatku vody a niektorých minerálov je proces fotosyntézy brzdený.

Oxid uhličitýodobratých na fotosyntézupriamoz ničoho ničlisty. Kyslík, ktorý rastlina produkuje pri fotosyntéze, sa naopak uvoľňuje do ovzdušia. Výmenu plynov uľahčujú medzibunkové priestory (priestor medzi bunkami).

Organické látky vznikajúce pri fotosyntéze sa čiastočne využívajú v samotných listoch, ale hlavne prúdia do všetkých ostatných orgánov a premieňajú sa na iné organické látky, využívajú sa v energetickom metabolizme a premieňajú sa na rezervné živiny.

Fotosyntéza rastlín

Fotosyntéza je jedinečný fyzikálny a chemický proces, ktorý na Zemi vykonávajú všetky zelené rastliny a niektoré baktérie a zabezpečuje premenu elektromagnetickej energie slnečných lúčov na energiu chemických väzieb rôznych organických zlúčenín. Základom fotosyntézy je sekvenčný reťazec redoxných reakcií, pri ktorých dochádza k prenosu elektrónov z donoru - redukčného činidla (voda, vodík) na akceptor - oxidačné činidlo (CO2, acetát) za vzniku redukovaných zlúčenín (sacharidov) a uvoľňovanie O2, ak je voda oxidovaná

Fotosyntéza zohráva vedúcu úlohu v procesoch biosféry, čo vedie v celosvetovom meradle k tvorbe organickej hmoty z anorganickej hmoty.

Fotosyntetické organizmy využívajúce slnečnú energiu vo fotosyntéznych reakciách spájajú život na Zemi s vesmírom a v konečnom dôsledku určujú celú jeho zložitosť a rozmanitosť. Heterotrofné organizmy – živočíchy, huby, väčšina baktérií, ako aj nechlorofylové rastliny a riasy – vďačia za svoju existenciu autotrofným organizmom – fotosyntetickým rastlinám, ktoré na Zemi vytvárajú organickú hmotu a dopĺňajú stratu kyslíka v atmosfére. Ľudstvo si čoraz viac uvedomuje zjavnú pravdu, prvýkrát vedecky podloženú K.A. Timiryazev a V.I. Vernadsky: ekologický blahobyt biosféry a samotná existencia ľudstva závisí od stavu vegetačného krytu našej planéty.

Procesy vyskytujúce sa v hárku

List vykonáva tri dôležité procesy - fotosyntézu, odparovanie vody a výmenu plynov. Počas procesu fotosyntézy sa organické látky syntetizujú v listoch z vody a oxidu uhličitého pod vplyvom slnečného žiarenia. Počas dňa, v dôsledku fotosyntézy a dýchania, rastlina uvoľňuje kyslík a oxid uhličitý av noci iba oxid uhličitý produkovaný počas dýchania.

Väčšina rastlín je schopná syntetizovať chlorofyl pri slabom osvetlení. Na priamom slnku sa chlorofyl syntetizuje rýchlejšie.
Svetelná energia potrebná na fotosyntézu sa v určitých medziach absorbuje tým viac, čím menej je list stmavnutý. Preto si rastliny v procese evolúcie vyvinuli schopnosť otočiť čepeľ listu smerom k svetlu, aby na ňu dopadlo viac slnečného svetla. Listy na rastline sú usporiadané tak, aby sa navzájom netlačili.
Timiryazev dokázal, že zdrojom energie pre fotosyntézu sú prevažne červené lúče spektra. Naznačuje to absorpčné spektrum chlorofylu, kde najintenzívnejší absorpčný pás pozorujeme v červenej časti a menej intenzívny v modrofialovej.

Foto: Nat Tarbox

Chloroplasty obsahujú pigmenty karotén a xantofyl spolu s chlorofylom. Oba tieto pigmenty pohlcujú modré a čiastočne aj zelené lúče a prepúšťajú červené a žlté. Niektorí vedci pripisujú karoténu a xantofylu úlohu clon, ktoré chránia chlorofyl pred ničivými účinkami modrých lúčov.
Proces fotosyntézy pozostáva z množstva sekvenčných reakcií, z ktorých niektoré prebiehajú pri absorpcii svetelnej energie a niektoré v tme. Stabilnými konečnými produktmi fotosyntézy sú sacharidy (cukry a potom škrob), organické kyseliny, aminokyseliny a bielkoviny.
Fotosyntéza prebieha rôznou rýchlosťou za rôznych podmienok.

Intenzita fotosyntézy závisí aj od fázy vývoja rastlín. Maximálna intenzita fotosyntézy sa pozoruje vo fáze kvitnutia.
Normálny obsah oxidu uhličitého vo vzduchu je 0,03 % objemu. Zníženie obsahu oxidu uhličitého vo vzduchu znižuje intenzitu fotosyntézy. Zvýšenie obsahu oxidu uhličitého na 0,5 % zvyšuje rýchlosť fotosyntézy takmer úmerne. S ďalším zvýšením obsahu oxidu uhličitého sa však intenzita fotosyntézy nezvyšuje a pri 1% rastlina trpí.

Rastliny odparujú alebo prepúšťajú veľmi veľké množstvo vody. Vyparovanie vody je jednou z príčin vzostupného prúdu. V dôsledku odparovania vody rastlinou sa v nej hromadia minerály a pri solárnom ohreve dochádza k priaznivému poklesu teploty pre rastlinu.
Rastlina reguluje proces odparovania vody prácou prieduchov. Ukladanie kutikuly alebo voskového povlaku na epidermis, tvorba jej chĺpkov a iné úpravy sú zamerané na zníženie neregulovanej transperácie.

Proces fotosyntézy a neustále prebiehajúce dýchanie živých buniek listov vyžaduje výmenu plynov medzi vnútornými tkanivami listu a atmosférou. Počas fotosyntézy sa asimilovaný oxid uhličitý absorbuje z atmosféry a vracia sa do atmosféry ako kyslík.
Použitie metódy izotopovej analýzy ukázalo, že kyslík vrátený do atmosféry 16O patrí vode, a nie oxidu uhličitému vo vzduchu, v ktorom prevláda jeho ďalší izotop 15O. Pri dýchaní živých buniek (oxidácia organických látok vo vnútri bunky voľným kyslíkom na oxid uhličitý a vodu) je potrebné prijímať kyslík z atmosféry a vracať oxid uhličitý. Táto výmena plynu sa tiež uskutočňuje hlavne cez stomatálny aparát.

Proces fotosyntézy pozostáva z dvoch po sebe nasledujúcich a vzájomne prepojených etáp: svetlo (fotochemické) a tmavé (metabolické). V prvej fáze sa energia svetelných kvánt absorbovaných fotosyntetickými pigmentmi premení na energiu chemických väzieb vysokoenergetickej zlúčeniny ATP a univerzálneho redukčného činidla NADPH - vlastných primárnych produktov fotosyntézy, alebo tzv. sila“. V temných reakciách fotosyntézy sa na svetle vznikajúci ATP a NADPH využívajú v cykle fixácie oxidu uhličitého a jeho následnej redukcie na sacharidy.
Vo všetkých fotosyntetických organizmoch prebiehajú fotochemické procesy svetelného štádia fotosyntézy v špeciálnych membránach premieňajúcich energiu nazývaných tylakoidné membrány a sú organizované do takzvaného elektrónového transportného reťazca. Temné reakcie fotosyntézy prebiehajú mimo tylakoidných membrán (v cytoplazme u prokaryotov a v stróme chloroplastu u rastlín). Svetlé a tmavé štádiá fotosyntézy sú teda oddelené v priestore a čase.

Rýchlosť fotosyntézy v drevinách sa značne líši v závislosti od interakcie mnohých vonkajších a vnútorných faktorov a tieto interakcie sa v priebehu času menia a líšia sa medzi jednotlivými druhmi.

Fotosyntetická kapacita sa niekedy hodnotí podľa čistého prírastku sušiny. Takéto údaje sú obzvlášť dôležité, pretože zisk predstavuje priemerný skutočný nárast hmotnosti počas dlhého časového obdobia v podmienkach prostredia, ktoré zahŕňajú normálne periodické namáhanie.
Niektoré druhy krytosemenných rastlín vykonávajú fotosyntézu efektívne pri nízkej aj vysokej intenzite svetla. Mnohé nahosemenné rastliny sú oveľa produktívnejšie pri vysokých svetelných podmienkach. Porovnanie týchto dvoch skupín pri nízkej a vysokej intenzite svetla často poskytuje odlišný obraz fotosyntetickej kapacity z hľadiska akumulácie živín. Okrem toho nahosemenné rastliny často akumulujú určitú suchú hmotu počas vegetačného pokoja, zatiaľ čo opadavé krytosemenné rastliny ju strácajú dýchaním. Preto nahosemenná rastlina s mierne nižšou rýchlosťou fotosyntézy ako opadavá krytosemenná rastlina počas obdobia rastu môže akumulovať toľko alebo viac celkovej suchej hmoty počas roka v dôsledku oveľa dlhšieho obdobia fotosyntetickej aktivity.

Prvé experimenty s fotosyntézou uskutočnil Joseph Priestley v rokoch 1770-1780, keď upozornil na „kazenie“ vzduchu v uzavretej nádobe s horiacou sviečkou (vzduch už nedokázal podporovať horenie, zvieratá umiestnené v udusilo sa) a jeho „náprava“ rastlinami . Priestley dospel k záveru, že rastliny produkujú kyslík, ktorý je potrebný na dýchanie a spaľovanie, ale nevšimol si, že rastliny na to potrebujú svetlo. Čoskoro to ukázal Jan Ingenhouse. Neskôr sa zistilo, že rastliny okrem uvoľňovania kyslíka absorbujú oxid uhličitý a za účasti vody na svetle syntetizujú organické látky. V roku 1842 Robert Mayer na základe zákona o zachovaní energie predpokladal, že rastliny premieňajú energiu slnečného žiarenia na energiu chemických väzieb. V roku 1877 nazval W. Pfeffer tento proces fotosyntéza.

N.Yu.FEOKTISTOVA

Nočný život rastlín

Orchidea Dendrobium speciosum, otvárajúca kvety iba v noci

Čo „robia“ rastliny v noci? Chcem len odpovedať na túto otázku: "Odpočívajú." Koniec koncov, zdalo by sa, že celý „aktívny život“ rastliny prebieha počas dňa. Počas dňa sa kvety otvárajú a sú opeľované hmyzom, listy sa rozvinú, mladé stonky rastú a naťahujú vrcholy smerom k slnku. Počas denného svetla rastliny využívajú slnečnú energiu na premenu oxidu uhličitého, ktorý absorbujú z atmosférického vzduchu, na cukor.

Organické látky však rastlina nielen syntetizuje – využíva ich aj v procese dýchania, pričom ho opäť oxiduje na oxid uhličitý a absorbuje kyslík. Ale množstvo kyslíka, ktoré rastliny potrebujú na dýchanie, je asi 30-krát menšie ako množstvo, ktoré uvoľňujú počas fotosyntézy. V noci, v tme, nedochádza k fotosyntéze, ale aj v tomto čase rastliny spotrebúvajú tak málo kyslíka, že sa nás to vôbec netýka. Preto je stará tradícia odstraňovania rastlín z pacientovej izby v noci úplne neopodstatnená.

Existuje aj množstvo druhov rastlín, ktoré v noci spotrebúvajú oxid uhličitý. Keďže energia zo slnečného žiarenia potrebná na úplné zníženie uhlíka nie je v súčasnosti k dispozícii, cukor sa samozrejme netvorí. Oxid uhličitý absorbovaný zo vzduchu sa však ukladá v zložení kyseliny jablčnej alebo asparágovej, ktoré sa potom už na svetle opäť rozkladajú a uvoľňujú CO2. Práve tieto molekuly oxidu uhličitého sú zaradené do cyklu základných reakcií fotosyntézy – takzvaného Calvinovho cyklu. Vo väčšine rastlín sa tento cyklus začína zachytením molekuly CO2 priamo zo vzduchu. Táto „jednoduchá“ metóda sa nazýva cesta fotosyntézy C3 a ak je oxid uhličitý predbežne uložený v kyseline jablčnej, je to cesta C4.

Zdalo by sa, prečo potrebujeme ďalšie komplikácie? V prvom rade preto, aby sme šetrili vodou. Koniec koncov, rastlina môže absorbovať oxid uhličitý iba cez otvorené prieduchy, cez ktoré sa voda vyparuje. A cez deň, v horúčavách, sa cez prieduchy stráca oveľa viac vody ako v noci. A v rastlinách C4 sú prieduchy počas dňa uzavreté a voda sa neodparuje. Tieto zariadenia vykonávajú výmenu plynu počas chladných nočných hodín. Okrem toho je dráha C4 vo všeobecnosti efektívnejšia, umožňuje syntézu väčšieho množstva organických látok za jednotku času. Ale iba v podmienkach dobrého osvetlenia a pri dostatočne vysokej teplote vzduchu.

Fotosyntéza C4 je teda charakteristická pre „južanov“ - rastliny z horúcich oblastí. Je súčasťou väčšiny kaktusov, niektorých ďalších sukulentov a mnohých bromélií - napríklad známeho ananásu ( Ananas comosus), cukrová trstina a kukurica.

Zaujímavé je, že už v roku 1813, dávno predtým, ako boli známe biochemické reakcie, ktoré sú základom fotosyntézy, napísal výskumník Benjamin Hayne Linnean Scientific Society, že listy mnohých sukulentných rastlín chutili ráno obzvlášť štipľavo a potom, na poludnie, ich chuť sa stáva jemnejšou.

Schopnosť využívať CO2 viazaný v organických kyselinách je daná geneticky, no realizácia tohto programu je pod kontrolou aj vonkajšieho prostredia. Počas silného dažďa, keď nehrozí vyschnutie a je nízka hladina svetla, môžu rastliny C4 počas dňa otvárať prieduchy a prejsť na obvyklú cestu C3.

Čo sa ešte môže stať rastlinám v noci?

Niektoré druhy sa prispôsobili, aby prilákali svojich opeľovačov v noci. Na to používajú rôzne prostriedky: vôňu, ktorá sa v noci zintenzívňuje, a farbu, ktorá je príjemná a viditeľná pre oči nočných opeľovačov - biela alebo žltkasto-béžová. Na takéto kvety lietajú mole. Sú to tí, ktorí opeľujú kvety jazmínu ( jazmín), gardénie ( Gardenia), mesačné kvety ( Ipomea alba), noktul alebo nočná fialka ( Hesperis), Lyubka bifolia ( Platanthera bifolia), kučeravá ľalia ( Lilium martagon) a množstvo ďalších rastlín.

Lilium martagon, vintage kresba

A existujú rastliny (nazývajú sa chiropterofilné), ktoré v noci opeľujú netopiere. Väčšina týchto rastlín je v trópoch Ázie, Ameriky a Austrálie a menej v Afrike. Sú to banány, agáve, boababy, niektorí zástupcovia čeľadí myrtovitých, strukoviny, begoniaceae, gesneriaceae a cyanaceae.

Kvety chiropterofilných rastlín sa otvárajú až za súmraku a nie sú veľmi svetlé - spravidla sú zelenožlté, hnedé alebo fialové. Vôňa takýchto kvetov je veľmi špecifická, pre nás často nepríjemná, no pre netopiere pravdepodobne príťažlivá. Okrem toho sú kvety chiropterofilných rastlín zvyčajne veľké, majú silný periant a sú vybavené „pristávacími miestami“ pre ich opeľovače. Takýmito miestami môžu byť hrubé stopky a stopky alebo bezlisté oblasti vetiev susediacich s kvetmi.

Niektoré chiropterofilné rastliny dokonca „hovoria“ so svojimi opeľovačmi a priťahujú ich. Keď vinič kvitne Mucuna holtonii, patriaci do čeľade bôbovitých a rastúci v tropických lesoch Strednej Ameriky, je pripravený na opelenie, jeden z jeho okvetných lístkov nadobúda špecifický konkávny tvar. Tento konkávny lalok koncentruje a odráža signál vysielaný netopiermi pri hľadaní potravy, čím ich informuje o ich polohe.

Ale nielen cicavce chiroptera opeľujú kvety. V trópoch je známych viac ako 40 druhov živočíchov z iných rádov, ktoré sa aktívne podieľajú na opeľovaní asi 25 druhov rastlín. Mnohé z týchto rastlín, podobne ako tie, ktoré opeľujú netopiere, majú kvety, ktoré sú veľké a robustné, často páchnuce a produkujú veľké množstvo peľu a nektáru. Zvyčajne je počet kvetov na takýchto rastlinách alebo v ich kvetenstvách malý, kvety sú umiestnené nízko nad zemou a otvárajú sa iba v noci, aby poskytli maximálny komfort pre nočné zvieratá.

Nočný život kvetov sa neobmedzuje len na prilákanie opeľovačov. Mnohé rastliny v noci zatvárajú okvetné lístky, ale hmyz zostáva cez noc vo vnútri kvetu. Najznámejším príkladom takéhoto „hotela“ pre hmyz je amazonská ľalia ( Victoria amasonica). Európania ju prvýkrát videli v roku 1801 a podrobný popis rastliny urobil v roku 1837 anglický botanik Schomburg. Vedec bol jednoducho šokovaný svojimi obrovskými listami a nádhernými kvetmi a pomenoval kvetinu „Nymphea Victoria“ na počesť anglickej kráľovnej Viktórie.

Semená amazonskej Viktórie boli prvýkrát odoslané do Európy v roku 1827, ale potom nevyklíčili. V roku 1846 boli semená opäť odoslané do Európy, tentoraz vo fľašiach s vodou. A cestu nielen perfektne odolali, ale vyvinuli sa aj na plnohodnotné rastliny, ktoré vykvitli po 3 rokoch. Stalo sa to v botanickej záhrade Kew v Anglicku. Správa o tom, že sa Victoria chystá rozkvitnúť, sa rýchlo rozšírila nielen medzi zamestnancami botanickej záhrady, ale aj medzi umelcami a reportérmi. V skleníku sa zhromaždil obrovský dav. Všetci dychtivo sledovali hodiny a čakali, kým sa kvet otvorí. O 5. hodine večer sa ešte zatvorený púčik vzniesol nad vodu, otvorili sa jeho sepaly a objavili sa snehobiele lupienky. Po skleníku sa šírila nádherná vôňa zrelého ananásu. O niekoľko hodín neskôr sa kvetina zatvorila a ponorila sa pod vodu. Znova sa objavil až o 19:00 na druhý deň. Ale na prekvapenie všetkých prítomných, okvetné lístky zázračného kvetu už neboli biele, ale žiarivo ružové. Čoskoro začali opadávať, pričom ich farba bola čoraz intenzívnejšia. Po úplnom opadnutí okvetných lístkov sa začal aktívny pohyb tyčiniek, ktorý bol podľa svedectva prítomných dokonca počuteľný.

Ale okrem mimoriadnej krásy majú kvety Viktórie aj úžasné vlastnosti spojené s priťahovaním hmyzu. Prvý deň sa teplota v bielom kvete Viktórie zvýši asi o 11°C v porovnaní s okolitým vzduchom a večer s nástupom chladu sa na tomto „teplom mieste“ hromadí veľké množstvo hmyzu. Okrem toho sa na plodolistoch kvetu vytvárajú špeciálne potravinové telá, ktoré lákajú aj opeľovače. Keď sa kvetina zatvorí a ponorí sa pod vodu, potopí sa s ňou aj hmyz. Tam strávia noc a celý nasledujúci deň, kým kvet opäť nevystúpi na povrch. Len teraz je už chladno a nie je voňavé a hmyz naložený peľom lieta hľadať nové teplé a voňavé biele kvety, aby ich opelil a zároveň strávil noc v ďalšom teplom a bezpečnom „hoteli“.

Ďalší, možno nemenej krásny kvet poskytuje nočné ubikácie svojim opeľovačom – lotos. Existujú dva druhy lotosu. V Starom svete rastie lotos s ružovými kvetmi a v Amerike - americký lotos so žltými kvetmi. Lotos dokáže vo vnútri svojich kvetov udržiavať relatívne stálu teplotu – oveľa vyššiu ako je teplota okolitého vzduchu. Aj keď je vonku len +10°C, vo vnútri kvetu je +30...+35°C!

Lotosové kvety sa zahrievajú 1–2 dni pred otvorením a 2–4 dni sa v nich udržiava konštantná teplota. Počas tejto doby prašníky dozrievajú a stigma piestika je schopná prijímať peľ.

Lotos opeľujú chrobáky a včely, ktorých aktívny let si vyžaduje teplotu len okolo 30°C. Ak sa hmyz ocitne v kvete po jeho zatvorení a strávi noc v teple a pohodlí, aktívne sa pohybuje a je pokrytý peľom, potom ráno, keď sa kvet otvorí, môže okamžite lietať na iné kvety. „Obyvatelia“ lotosu tak získavajú výhodu nad otupeným hmyzom, ktorý strávil noc v chlade. Teplo kvetu, prenesené na hmyz, teda prispieva k prosperite populácie lotosu.

Mnoho členov rodiny aroidov, ako je obrovský amorphophallus ( Amorphophallus titanus), známe monstera a filodendrony majú kvetné stopky, ktoré v noci produkujú teplo, čím zvyšujú vôňu a pomáhajú opeľujúcemu hmyzu stráviť noc s maximálnym pohodlím. Nepríjemný zápach amorfofalu láka napríklad množstvo chrobákov, ktoré medzi lupienkami obrieho súkvetia nachádzajú teplý byt, jedlo, manželských partnerov. Ďalšou zaujímavou rastlinou z čeľade aroidov je Typophonium brownii – napodobňuje haldy zvieracieho trusu, priťahuje hnojové chrobáky, ktoré v noci „zachytáva“ a núti na seba nosiť peľ.

Fotosyntéza je proces syntézy organických látok z anorganických pomocou svetelnej energie. V drvivej väčšine prípadov fotosyntézu uskutočňujú rastliny pomocou bunkových organel ako napr chloroplasty obsahujúci zelený pigment chlorofyl.

Ak by rastliny neboli schopné syntetizovať organickú hmotu, potom by takmer všetky ostatné organizmy na Zemi nemali čo jesť, pretože zvieratá, huby a mnohé baktérie nedokážu syntetizovať organické látky z anorganických. Nasávajú len hotové, rozdeľujú ich na jednoduchšie, z ktorých opäť zostavujú zložité, ale už charakteristické pre ich telo.

To je prípad, ak o fotosyntéze a jej úlohe hovoríme veľmi stručne. Aby sme pochopili fotosyntézu, musíme si povedať viac: aké konkrétne anorganické látky sa používajú, ako prebieha syntéza?

Na fotosyntézu sú potrebné dve anorganické látky – oxid uhličitý (CO2) a voda (H2O). Prvý je absorbovaný zo vzduchu nadzemnými časťami rastlín najmä cez prieduchy. Voda pochádza z pôdy, odkiaľ ju vodivý systém rastliny dodáva do fotosyntetických buniek. Fotosyntéza tiež vyžaduje energiu fotónov (hν), ale nemožno ich pripísať hmote.

Celkovo pri fotosyntéze vzniká organická hmota a kyslík (O2). Organickou hmotou sa najčastejšie rozumie glukóza (C6H12O6).

Organické zlúčeniny sú väčšinou zložené z atómov uhlíka, vodíka a kyslíka. Nachádzajú sa v oxide uhličitom a vode. Počas fotosyntézy sa však uvoľňuje kyslík. Jeho atómy sa berú z vody.

Stručne a všeobecne, rovnica pre reakciu fotosyntézy sa zvyčajne píše takto:

6C02 + 6H20 -> C6H12O6 + 602

Ale táto rovnica neodráža podstatu fotosyntézy a nerobí ju zrozumiteľnou. Pozri, hoci rovnica je vyvážená, celkový počet atómov vo voľnom kyslíku je 12. Ale povedali sme, že pochádzajú z vody a je ich len 6.

V skutočnosti prebieha fotosyntéza v dvoch fázach. Prvý sa volá svetlo, druhý - tmavé. Takéto názvy sú spôsobené tým, že svetlo je potrebné iba pre svetlú fázu, tmavá fáza je nezávislá od jeho prítomnosti, ale to neznamená, že sa vyskytuje v tme. Svetlá fáza sa vyskytuje na membránach tylakoidov chloroplastu, tmavá fáza sa vyskytuje v stróme chloroplastu.

Počas svetelnej fázy nedochádza k viazaniu CO2. Všetko, čo sa deje, je zachytávanie slnečnej energie komplexmi chlorofylu, jej ukladanie do ATP a využitie energie na redukciu NADP na NADP*H2. Tok energie zo svetlom excitovaného chlorofylu zabezpečujú elektróny prenášané pozdĺž elektrónového transportného reťazca enzýmov zabudovaných do tylakoidných membrán.

Vodík pre NADP pochádza z vody, ktorá sa slnečným žiarením rozkladá na atómy kyslíka, vodíkové protóny a elektróny. Tento proces sa nazýva fotolýza. Na fotosyntézu nie je potrebný kyslík z vody. Atómy kyslíka z dvoch molekúl vody sa spájajú a vytvárajú molekulárny kyslík. Reakčná rovnica pre svetelnú fázu fotosyntézy stručne vyzerá takto:

H2O + (ADP+P) + NADP → ATP + NADP*H2 + ½O2

K uvoľňovaniu kyslíka teda dochádza počas svetelnej fázy fotosyntézy. Počet molekúl ATP syntetizovaných z ADP a kyseliny fosforečnej na fotolýzu jednej molekuly vody môže byť rôzny: jedna alebo dve.

Takže ATP a NADP*H2 prichádzajú zo svetlej fázy do tmavej fázy. Tu sa energia prvého a redukčná sila druhého vynakladajú na viazanie oxidu uhličitého. Tento krok fotosyntézy nemožno vysvetliť jednoducho a stručne, pretože neprebieha tak, že sa šesť molekúl CO2 spojí s vodíkom uvoľneným z molekúl NADP*H2 za vzniku glukózy:

6CO2 + 6NADP*H2 -> 6H12O6 + 6NADP
(reakcia nastáva s výdajom energie ATP, ktorá sa rozkladá na ADP a kyselinu fosforečnú).

Uvedená reakcia je len zjednodušením, aby bola ľahšie pochopiteľná. V skutočnosti sa molekuly oxidu uhličitého viažu po jednej a spájajú už pripravenú päťuhlíkovú organickú látku. Vzniká nestabilná šesťuhlíková organická látka, ktorá sa rozkladá na trojuhlíkové molekuly sacharidov. Niektoré z týchto molekúl sa používajú na resyntézu pôvodnej päťuhlíkovej látky na viazanie CO2. Táto resyntéza je zabezpečená Calvinov cyklus. Menšina uhľohydrátových molekúl obsahujúcich tri atómy uhlíka opúšťa cyklus. Z nich a iných látok sa syntetizujú všetky ostatné organické látky (sacharidy, tuky, bielkoviny).

To znamená, že z temnej fázy fotosyntézy vychádzajú trojuhlíkové cukry, nie glukóza.

Ľudský život, ako všetky živé veci na Zemi, je nemožný bez dýchania. Vdychujeme kyslík zo vzduchu a vydychujeme oxid uhličitý. Ale prečo kyslík nedochádza? Ukazuje sa, že vzduch v atmosfére je nepretržite zásobovaný kyslíkom. A k tejto saturácii dochádza práve vďaka fotosyntéze.

Fotosyntéza – jednoduchá a jasná!

Každý človek musí pochopiť, čo je fotosyntéza. Aby ste to dosiahli, nemusíte vôbec písať zložité vzorce; stačí pochopiť dôležitosť a mágiu tohto procesu.

Hlavnú úlohu v procese fotosyntézy zohrávajú rastliny - tráva, stromy, kríky. Práve v listoch rastlín dochádza v priebehu miliónov rokov k úžasnej premene oxidu uhličitého na kyslík, ktorý je pre život tak potrebný pre tých, ktorí radi dýchajú. Pokúsme sa analyzovať celý proces fotosyntézy v poriadku.

1. Rastliny odoberajú z pôdy vodu s rozpustenými minerálmi - dusík, fosfor, mangán, draslík, rôzne soli - celkovo viac ako 50 rôznych chemických prvkov. Rastliny to potrebujú na výživu. Ale rastliny prijímajú zo zeme len 1/5 potrebných látok. Zvyšné 4/5 dostanú zo vzduchu!

2. Rastliny absorbujú oxid uhličitý zo vzduchu. Ten istý oxid uhličitý, ktorý vydýchneme každú sekundu. Rastliny dýchajú oxid uhličitý, rovnako ako my dýchame kyslík. Ale to nestačí.

3. Nenahraditeľnou zložkou v prírodnom laboratóriu je slnečné žiarenie. Slnečné lúče v listoch rastlín prebúdzajú mimoriadnu chemickú reakciu. Ako sa to stane?

4. V listoch rastlín je úžasná látka - chlorofyl. Chlorofyl dokáže zachytávať prúdy slnečného žiarenia a neúnavne spracovávať vzniknutú vodu, mikroelementy a oxid uhličitý na organické látky potrebné pre každého živého tvora na našej planéte. V tejto chvíli rastliny uvoľňujú kyslík do atmosféry! Je to práca chlorofylu, ktorú vedci nazývajú zložitým slovom - fotosyntéza.

Prezentáciu na tému Fotosyntéza je možné stiahnuť na vzdelávacom portáli

Prečo je teda tráva zelená?

Teraz, keď vieme, že rastlinné bunky obsahujú chlorofyl, je na túto otázku veľmi ľahké odpovedať. Niet divu, že chlorofyl sa prekladá zo starovekej gréčtiny ako „zelený list“. Na fotosyntézu využíva chlorofyl všetky slnečné lúče okrem zeleného. Trávu a listy rastlín vidíme zelené práve preto, že chlorofyl je zelený.

Význam fotosyntézy.

Význam fotosyntézy nemožno preceňovať – bez fotosyntézy by sa v atmosfére našej planéty nahromadilo priveľa oxidu uhličitého, väčšina živých organizmov by jednoducho nemohla dýchať a zomrela by. Naša Zem by sa zmenila na planétu bez života. Aby sme tomu zabránili, každý človek na planéte Zem si musí pamätať, že sme rastlinám veľmi zaviazaní.

Preto je také dôležité vytvárať v mestách čo najviac parkov a zelených plôch. Chráňte tajgu a džungľu pred zničením. Alebo len zasaďte strom vedľa svojho domu. Alebo nelámať konáre. Len účasť každého človeka na planéte Zem pomôže zachovať život na našej domovskej planéte.

Ale význam fotosyntézy presahuje premenu oxidu uhličitého na kyslík. V dôsledku fotosyntézy sa v atmosfére vytvorila ozónová vrstva, ktorá chráni planétu pred škodlivými lúčmi ultrafialového žiarenia. Rastliny sú potravou pre väčšinu živých vecí na Zemi. Jedlo je potrebné a zdravé. Výživová hodnota rastlín je tiež výsledkom fotosyntézy.

Nedávno sa chlorofyl aktívne používa v medicíne. Ľudia už dávno vedia, že choré zvieratá inštinktívne jedia zelené listy, aby sa liečili. Vedci zistili, že chlorofyl je podobný látke v ľudských krvinkách a dokáže skutočné zázraky.

Fotosyntéza je zložitý proces, ktorý zahŕňa celý systém chemických reakcií. Časom sa predlžuje a pozostáva z dvoch fáz. Prvá fáza prebieha iba vo svetle a nazýva sa svetelná fáza. Druhá, tmavá, fáza nezávisí od svetelnej energie a vyskytuje sa vo svetle aj v tme.

Vo svetle

Svetelná fáza začína tým, že svetelné kvantá zasiahnu molekuly chlorofylu, ktoré sa nachádzajú vo vnútri tylakoidov - plochých membránových cisterien v tvare disku.

Ryža. 1. Štruktúra chloroplastu.

V tomto prípade molekuly chlorofylu prechádzajú do excitovaného stavu a strácajú elektróny. Namiesto stratených elektrónov získavajú elektróny z molekúl H₂O alebo OH¯ iónov.

Nastáva rozklad vody (fotolýza) a uvoľňovanie plynného kyslíka, ktoré iniciuje chlorofyl. Jedna molekula kyslíka vzniká z dvoch molekúl vody.

2Н₂О → 4Н⁺ + 4е¯ + О₂

TOP 4 článkyktorí spolu s týmto čítajú

Voľné elektróny a vodík prechádzajú zložitým reťazcom nosných látok a sú fixované v molekulách NADPH₂.

Ryža. 2. Schéma svetelnej fázy fotosyntézy.

Vplyvom energie excitovaných elektrónov dochádza aj k syntéze molekúl ATP z ADP a kyseliny fosforečnej.

Ak sa kyslík považuje za vedľajší produkt svetlej fázy, potom ATP možno považovať za hlavný, pretože jeho energia sa vynaloží na tvorbu organických látok z CO₂ v tmavej fáze.

Energia svetla sa tak stáva energiou chemických väzieb ATP.

Vo svetle aj v tme

Reakcie tmavej fázy prebiehajú mimo tylakoidov, v stróme chloroplastu, ktorý je svojimi vlastnosťami biokoloid.

Podstatou procesov tejto fázy je premena atmosférického oxidu uhličitého na rôzne organické látky.

Rastliny C3 a C4

Existujú dva spôsoby fotosyntézy, charakteristické pre rôzne druhy rastlín. Väčšina druhov patrí medzi C₃ rastliny. To znamená, že v prvej fáze tmavej fázy sa tvoria triatómové uhľovodíky:

CO₂ + ribulóza difosfát (RDP) + H2O → 2 molekuly kyseliny fosfoglycerínovej (PGA).

RDF: 5 atómov C. FGK: 3 atómy C.

Organické látky nevznikajú pridávaním molekúl CO₂, ale pridávaním CO₂ k existujúcim sacharidom.

CO₂ sa teda zúčastňuje vnútrobunkového metabolizmu rastliny.

V rastlinách C4 sa tvoria tetraatómové kyseliny:

jablko;
oxalacetát;
aspartát.

С₄ – rastliny sú tropického pôvodu a sú veľmi svetlomilné. Ide o cirok, proso, kukuricu, cukrovú trstinu atď.

Produkty prvého stupňa prechádzajú cyklom reakcií, pri ktorých vzniká mnoho látok, ktoré bunka využíva.

Vo všetkých rastlinách sa tmavá fáza končí tvorbou glukózy, fruktózy a iných šesťatómových sacharidov.

Je dokázané, že pri fotosyntéze sa syntetizujú aj proteíny a iné produkty.

Ryža. 3. Schéma temnej fázy fotosyntézy.

Znaky fáz fotosyntézy, ako aj výsledky procesov prebiehajúcich v oboch fázach sú uvedené v tabuľke:

Čo sme sa naučili?

Po porovnateľnej charakterizácii dvoch fáz fotosyntézy sme určili, že svetelná fáza je prípravná. Počas svetelnej fázy: vzniká kyslík, energia sa ukladá vo forme ATP, hromadí sa vodík. Tmavá fáza využíva zdroje získané počas svetlej fázy a končí tvorbou rôznych organických zlúčenín.

Test na danú tému

Vyhodnotenie správy

Priemerné hodnotenie: 4.6. Celkový počet získaných hodnotení: 195.

Fotosyntéza- proces syntézy organických látok pomocou svetelnej energie. Organizmy, ktoré sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických zlúčenín, sa nazývajú autotrofné. Fotosyntéza je charakteristická len pre bunky autotrofných organizmov. Heterotrofné organizmy nie sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických zlúčenín.
Bunky zelených rastlín a niektorých baktérií majú špeciálne štruktúry a komplexy chemikálií, ktoré im umožňujú zachytávať energiu zo slnečného žiarenia.

Úloha chloroplastov vo fotosyntéze

Rastlinné bunky obsahujú mikroskopické útvary – chloroplasty. Sú to organely, v ktorých sa absorbuje energia a svetlo a premieňajú sa na energiu ATP a iných molekúl – nosičov energie. Zrnká chloroplastov obsahujú chlorofyl, komplexnú organickú látku. Chlorofyl zachytáva svetelnú energiu na použitie pri biosyntéze glukózy a iných organických látok. Enzýmy potrebné na syntézu glukózy sa nachádzajú aj v chloroplastoch.

Svetelná fáza fotosyntézy

Kvantum červeného svetla absorbovaného chlorofylom prenáša elektrón do excitovaného stavu. Elektrón excitovaný svetlom získava veľkú zásobu energie, v dôsledku čoho sa posúva na vyššiu energetickú hladinu. Elektrón excitovaný svetlom možno prirovnať ku kameňu zdvihnutému do výšky, ktorý tiež získava potenciálnu energiu. Stráca ho pádom z výšky. Excitovaný elektrón sa akoby v krokoch pohybuje pozdĺž reťazca komplexných organických zlúčenín zabudovaných do chloroplastu. Pohybom z jedného kroku na druhý elektrón stráca energiu, ktorá sa využíva na syntézu ATP. Elektrón, ktorý plytval energiou, sa vracia do chlorofylu. Nová časť svetelnej energie opäť excituje elektrón chlorofylu. Opäť ide rovnakou cestou, pričom energiu vynakladá na tvorbu molekúl ATP.
Vodíkové ióny a elektróny, potrebné na obnovu molekúl prenášajúcich energiu, vznikajú štiepením molekúl vody. Rozklad molekúl vody v chloroplastoch vykonáva špeciálny proteín pod vplyvom svetla. Tento proces sa nazýva fotolýza vody.
Energiu slnečného žiarenia teda rastlinná bunka priamo využíva na:
1. excitácia elektrónov chlorofylu, ktorých energia sa ďalej vynakladá na tvorbu ATP a iných molekúl nosičov energie;
2. fotolýza vody, dodanie vodíkových iónov a elektrónov do svetelnej fázy fotosyntézy.
To uvoľňuje kyslík ako vedľajší produkt fotolýznych reakcií. Štádium, počas ktorého sa vďaka energii svetla tvoria energeticky bohaté zlúčeniny - ATP a molekuly prenášajúce energiu, volal svetelná fáza fotosyntézy.

Temná fáza fotosyntézy

Chloroplasty obsahujú päťuhlíkové cukry, z ktorých jeden ribulóza difosfát, je akceptor oxidu uhličitého. Špeciálny enzým viaže päťuhlíkový cukor s oxidom uhličitým vo vzduchu. V tomto prípade vznikajú zlúčeniny, ktoré sa pomocou energie ATP a iných molekúl nosičov energie redukujú na šesťuhlíkovú molekulu glukózy. Svetelná energia premenená počas svetelnej fázy na energiu ATP a iných molekúl nosičov energie sa teda využíva na syntézu glukózy. Tieto procesy môžu prebiehať v tme.
Z rastlinných buniek sa podarilo izolovať chloroplasty, ktoré v skúmavke pod vplyvom svetla vykonávali fotosyntézu – tvorili nové molekuly glukózy a absorbovali oxid uhličitý. Ak sa zastavilo osvetlenie chloroplastov, zastavila sa aj syntéza glukózy. Ak sa však k chloroplastom pridali ATP a molekuly redukovaných nosičov energie, syntéza glukózy sa obnovila a mohla pokračovať v tme. To znamená, že svetlo je skutočne potrebné len na syntézu ATP a nabíjanie molekúl prenášajúcich energiu. Absorpcia oxidu uhličitého a tvorba glukózy v rastlinách volal temná fáza fotosyntézy pretože vie chodiť v tme.
Intenzívne osvetlenie a zvýšený obsah oxidu uhličitého vo vzduchu vedú k zvýšenej aktivite fotosyntézy.

Fotosyntéza bez chlorofylu

Priestorová lokalizácia

Fotosyntéza rastlín sa vyskytuje v chloroplastoch: izolované dvojmembránové organely bunky. Chloroplasty sa nachádzajú v bunkách plodov a stoniek, ale hlavným orgánom fotosyntézy, anatomicky prispôsobeným na jej priebeh, je list. V liste je tkanivo palisádového parenchýmu najbohatšie na chloroplasty. U niektorých sukulentov s degenerovanými listami (ako sú kaktusy) je hlavná fotosyntetická aktivita spojená so stonkou.

Svetlo pre fotosyntézu je lepšie zachytené vďaka plochému tvaru listu, ktorý poskytuje vysoký pomer povrchu k objemu. Voda sa dodáva z koreňa cez rozvinutú sieť ciev (listové žily). Oxid uhličitý vstupuje čiastočne difúziou cez kutikulu a epidermis, ale väčšina difunduje do listu cez prieduchy a cez list cez medzibunkový priestor. Rastliny, ktoré vykonávajú fotosyntézu CAM, vyvinuli špeciálne mechanizmy na aktívnu asimiláciu oxidu uhličitého.

Vnútorný priestor chloroplastu je vyplnený bezfarebným obsahom (stroma) a je preniknutý membránami (lamelami), ktoré po vzájomnom spojení vytvárajú tylakoidy, ktoré sú zase zoskupené do stohov nazývaných grana. Intratylakoidný priestor je oddelený a nekomunikuje so zvyškom strómy, predpokladá sa tiež, že vnútorný priestor všetkých tylakoidov spolu komunikuje. Svetelné štádiá fotosyntézy sú obmedzené na membrány, autotrofná fixácia CO 2 prebieha v stróme.

Chloroplasty majú svoju vlastnú DNA, RNA, ribozómy (typ 70. rokov) a dochádza k syntéze bielkovín (hoci tento proces je riadený z jadra). Nie sú znova syntetizované, ale vznikajú delením predchádzajúcich. To všetko umožnilo považovať ich za potomkov voľných cyanobaktérií, ktoré sa stali súčasťou eukaryotickej bunky v procese symbiogenézy.

Fotosystém I

Svetlozberný komplex I obsahuje približne 200 molekúl chlorofylu.

V reakčnom centre prvého fotosystému sa nachádza dimér chlorofylu a s absorpčným maximom pri 700 nm (P700). Po excitácii svetelným kvantom obnoví primárny akceptor - chlorofyl a, čím sa obnoví sekundárny akceptor (vitamín K 1 alebo fylochinón), po ktorom sa elektrón prenesie na ferredoxín, ktorý pomocou enzýmu ferredoxín-NADP reduktázy redukuje NADP.

Plastocyanínový proteín, redukovaný v komplexe b 6 f, je transportovaný do reakčného centra prvého fotosystému zo strany intratylakoidného priestoru a prenáša elektrón na oxidovaný P700.

Cyklický a pseudocyklický transport elektrónov

Okrem kompletnej necyklickej elektrónovej dráhy opísanej vyššie bola objavená cyklická a pseudocyklická dráha.

Podstatou cyklickej dráhy je, že ferredoxín namiesto NADP redukuje plastochinón, ktorý ho prenesie späť na komplex b 6 f. Výsledkom je väčší protónový gradient a viac ATP, ale žiadny NADPH.

V pseudocyklickej dráhe ferredoxín redukuje kyslík, ktorý sa ďalej premieňa na vodu a môže byť použitý vo fotosystéme II. V tomto prípade sa tiež netvorí NADPH.

Temné javisko

V tmavom štádiu za účasti ATP a NADPH dochádza k redukcii CO 2 na glukózu (C 6 H 12 O 6). Hoci svetlo nie je pre tento proces potrebné, podieľa sa na jeho regulácii.

C 3 fotosyntéza, Calvinov cyklus

Tretí stupeň zahŕňa 5 molekúl PHA, ktoré sa tvorbou 4-, 5-, 6- a 7-uhlíkových zlúčenín spoja do 3 5-uhlíkových ribulóza-1,5-bifosfátov, čo vyžaduje 3ATP.

Nakoniec sú na syntézu glukózy potrebné dve PHA. Na vytvorenie jednej z jeho molekúl je potrebných 6 cyklov otáčok, 6 CO 2, 12 NADPH a 18 ATP.

C 4 fotosyntéza

Hlavné články: Hatch-Slack-Karpilov cyklus, C4 fotosyntéza

Pri nízkej koncentrácii CO 2 rozpusteného v stróme katalyzuje ribulózabifosfátkarboxyláza oxidačnú reakciu ribulóza-1,5-bifosfátu a jeho rozklad na kyselinu 3-fosfoglycerínovú a kyselinu fosfoglykolovú, ktoré sú nútené využívať v procese fotorespirácie .

Na zvýšenie koncentrácie CO 2 rastliny typu 4 C zmenili anatómiu listov. Calvinov cyklus je lokalizovaný v bunkách puzdra cievneho zväzku, v bunkách mezofylu sa pôsobením PEP karboxylázy karboxyluje fosfoenolpyruvát za vzniku kyseliny oxaloctovej, ktorá sa premieňa na malát alebo aspartát a transportuje do buniek puzdra, kde sa dekarboxyluje za vzniku pyruvátu, ktorý sa vracia do mezofylových buniek.

So 4 fotosyntéza prakticky nie je sprevádzaná stratami ribulóza-1,5-bifosfátu z Calvinovho cyklu, a preto je účinnejšia. Na syntézu 1 molekuly glukózy však potrebuje nie 18, ale 30 ATP. To má opodstatnenie v trópoch, kde si horúce podnebie vyžaduje udržiavanie prieduchov uzavretých, čo bráni vstupu CO 2 do listu, ako aj pri ruderálnej životnej stratégii.

samotná fotosyntéza

Neskôr sa zistilo, že rastliny okrem uvoľňovania kyslíka absorbujú oxid uhličitý a za účasti vody na svetle syntetizujú organické látky. Na základe zákona zachovania energie Robert Mayer predpokladal, že rastliny premieňajú energiu slnečného žiarenia na energiu chemických väzieb. W. Pfeffer nazval tento proces fotosyntézou.

Chlorofyly prvýkrát izolovali P. J. Peltier a J. Caventou. M. S. Tsvetovi sa podarilo oddeliť pigmenty a študovať ich oddelene pomocou chromatografickej metódy, ktorú vytvoril. Absorpčné spektrá chlorofylu študoval K. A. Timiryazev, ktorý rozvíjaním Mayerových princípov ukázal, že práve absorbované lúče umožňujú zvýšiť energiu systému a vytvárať vysokoenergetické väzby C-C namiesto slabých väzieb C-O a O-H ( predtým sa verilo, že pri fotosyntéze sa používajú žlté lúče, ktoré nie sú absorbované listovými pigmentmi). Podarilo sa to vďaka metóde, ktorú vytvoril na účtovanie fotosyntézy založenej na absorbovanom CO 2: počas experimentov s osvetlením rastliny svetlom rôznych vlnových dĺžok (rôznych farieb) sa ukázalo, že intenzita fotosyntézy sa zhoduje s absorpčným spektrom chlorofylu. .

Redoxný charakter fotosyntézy (kyslíkovej aj anoxygénnej) predpokladal Cornelis van Niel. To znamenalo, že kyslík vo fotosyntéze sa tvorí výlučne z vody, čo experimentálne potvrdil A.P. Vinogradov v experimentoch s izotopovou značkou. Robert Hill zistil, že proces oxidácie vody (a uvoľňovania kyslíka) a asimilácie CO 2 možno oddeliť. W. D. Arnon stanovil mechanizmus svetelných štádií fotosyntézy a podstatu procesu asimilácie CO 2 odhalil Melvin Calvin pomocou izotopov uhlíka koncom 40. rokov, za čo mu bola udelená Nobelova cena.

Iné fakty

pozri tiež

Literatúra

Hala D., Rao K. Fotosyntéza: Transl. z angličtiny - M.: Mir, 1983.
Fyziológia rastlín / vyd. Prednášal prof. Ermaková I. P. - M.: Akadémia, 2007
Molekulárna biológia buniek / Albertis B., Bray D. a kol., V 3 zv. - M.: Mir, 1994
Rubin A.B. Biofyzika. V 2 sv. - M.: Vydavateľstvo. Moskovská univerzita a veda, 2004.
Chernavskaya N. M.,