фотосинтез

Понять важность и роль хлоропластов, хлорофилла, граны, тилакоидных мембран и стромы в фотосинтезе.

Понимать важность и роль хлоропластов, хлорофилла, граны, тилакоидных мембран и стромы в фотосинтезе. Местоположение, важность и механизмы фотосинтеза. Изучите роль хлоропластов, хлорофилла, граны, тилакоидных мембран и стромы в фотосинтезе. Британская энциклопедия, Inc. Смотрите все видео для этой статьи

фотосинтез , процесс, с помощью которого зеленый растения и некоторые другие организмы преобразуют световую энергию в химическую энергию. Во время фотосинтеза у зеленых растений световая энергия улавливается и используется для преобразования вода , углекислый газ и минералы в кислород и богатые энергией органические соединения .



фотосинтез

фотосинтез Схема фотосинтеза, показывающая, как вода, свет и углекислый газ поглощаются растением, чтобы произвести кислород, сахар и больше углекислого газа. Британская энциклопедия, Inc.



Популярные вопросы

Почему фотосинтез важен?

Фотосинтез имеет решающее значение для существования подавляющего большинства форм жизни на Земле. Таким образом, практически вся энергия биосферы становится доступной для живых существ. В качестве основных продуцентов фотосинтезирующие организмы составляют основу пищевых сетей Земли и прямо или косвенно потребляются всеми высшими формами жизни. Кроме того, почти весь кислород в атмосфере возникает в процессе фотосинтеза. Если фотосинтез прекратится, на Земле скоро останется мало пищи или другого органического вещества, большинство организмов исчезнет, ​​а атмосфера Земли в конечном итоге станет почти лишенной газообразного кислорода.

Какая основная формула фотосинтеза?

Процесс фотосинтеза обычно записывается как: 6COдва+ 6HдваО → С6ЧАС12ИЛИ ЖЕ6+ 6Oдва. Это означает, что реагенты, шесть молекул углекислого газа и шесть молекул воды, преобразуются световой энергией, захваченной хлорофиллом (показано стрелкой), в молекулу сахара и шесть молекул кислорода, продукты. Сахар используется организмом, а кислород выделяется как побочный продукт.



Подробнее читайте ниже: Общая характеристика: Общая реакция фотосинтеза. Хлорофилл Узнайте больше о хлорофилле.

Какие организмы могут фотосинтезировать?

Способность к фотосинтезу присутствует в обоих эукариотический и прокариотические организмы. Самыми известными примерами являются растения, поскольку все виды паразитов или микогетеротрофов, за исключением очень немногих, содержат хлорофилл и сами производят пищу. Водоросли являются другой доминирующей группой эукариотических фотосинтезирующих организмов. Все водоросли, в том числе массивные водоросли и микроскопические диатомовые водоросли, являются важными первичными продуцентами. Цианобактерии и некоторые серные бактерии являются фотосинтезирующими прокариотами, у которых фотосинтез развился. Считается, что никакие животные не обладают независимой способностью к фотосинтезу, хотя изумрудно-зеленый морской слизень может временно включать хлоропласты водорослей в свое тело для производства пищи.

Эукариоты Узнайте больше об эукариотах. Прокариоты Узнайте больше о прокариотах.

Невозможно переоценить важность фотосинтеза в поддержании жизни на Земле. Если фотосинтез прекратится, на Земле скоро останется мало пищи и других органических веществ. Большинство организмов исчезнет, ​​и со временем атмосфера Земли станет почти лишенной газообразного кислорода. Единственными организмами, способными существовать в таких условиях, могут быть хемосинтезирующие бактерии, которые могут использовать химическую энергию определенных неорганических соединений и, таким образом, не зависят от преобразования световой энергии.

Энергия, произведенная в результате фотосинтеза, осуществляемого растениями миллионы лет назад, отвечает за ископаемое топливо (например, уголь, масло , и газ), которые питают индустриальное общество. В прошлые века зеленые растения и мелкие организмы, которые питались растениями, росли быстрее, чем они потреблялись, а их остатки откладывались в земной коре в результате осаждения и других геологических процессов. Там, защищенный от окисление эти органические остатки медленно превращались в ископаемое топливо. Эти виды топлива не только обеспечивают большую часть энергии, используемой на заводах, в домах и на транспорте, но также служат сырьем для производства пластмасс и других материалов. синтетический продукты. К сожалению, современная цивилизация израсходует за несколько столетий избыток фотосинтетической продукции, накопленной за миллионы лет. Следовательно, углекислый газ, который был удален из воздуха для образования углеводов в процессе фотосинтеза в течение миллионов лет, возвращается с невероятно быстрой скоростью. Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли растет самыми быстрыми темпами за всю историю Земли, и ожидается, что это явление будет иметь серьезные последствия. подразумеваемое на Земле климат .



Требования к продуктам питания, материалам и энергии в мире, где человек быстро растет популяция, возникла необходимость в увеличении как количества фотосинтеза, так и эффективность преобразования продукции фотосинтеза в продукты, полезные для людей. Один из вариантов ответа на эти нужды - так называемый Зеленая революция , начавшаяся в середине 20-го века, позволила значительно повысить урожайность сельскохозяйственных культур за счет использования химических удобрений, борьбы с вредителями и болезнями растений, селекции растений и механизированной обработки почвы, сбора урожая и обработки урожая. Эти усилия ограничили жестокий голод в нескольких регионах мира, несмотря на быстрый рост населения, но не устранили широко распространенное недоедание. Более того, с начала 1990-х годов темпы роста урожайности основных сельскохозяйственных культур начали снижаться. Особенно это касалось риса в Азии. Растущие затраты, связанные с поддержанием высоких темпов сельскохозяйственного производства, для чего требовалось постоянно увеличивающееся количество удобрений и пестицидов и постоянное развитие новых сортов растений, также стали проблемой для фермеров во многих странах.

Вторая сельскохозяйственная революция, основанная на растениеводстве генная инженерия , как прогнозировалось, приведет к увеличению продуктивности растений и, таким образом, частично облегчить недоедание. С 1970-х годов молекулярные биологи обладали средствами изменения генетического материала растения (дезоксирибонуклеиновой кислоты или ДНК) с целью улучшения устойчивости к болезням и засухе, выхода и качества продукции, морозостойкости и других желаемых свойств. Однако такие черты по своей сути сложны, и процесс внесения изменений в культурные растения с помощью генной инженерии оказался более сложным, чем предполагалось. В будущем такая генная инженерия может привести к улучшению процесса фотосинтеза, но к первым десятилетиям 21-го века она еще не продемонстрировала, что может резко повысить урожайность сельскохозяйственных культур.

Еще одна интригующая область в изучении фотосинтеза - открытие того, что некоторые животные способны преобразовывать световую энергию в химическую. Изумрудно-зеленый морской слизень ( Elysia chlorotica ), например, приобретает гены и хлоропласты из Ваучена гравийная , водоросль он потребляет, что ограничивает его способность производить хлорофилл. Когда достаточно хлоропластов ассимилированный , слизняк может отказаться от приема пищи. Гороховая тля ( Acyrthosiphon pisum ) может использовать свет для производства энергоемких сложный аденозинтрифосфат (АТФ); эта способность была связана с производством тлей каротиноидных пигментов.



Общие характеристики

Развитие идеи

Изучение фотосинтеза началось в 1771 году с наблюдений, сделанных английским священником и ученым Джозефом Пристли. Пристли зажег свечу в закрытом контейнере до тех пор, пока воздух внутри контейнера не перестал поддерживать горение . Затем он поместил веточку в виде растение в контейнере и обнаружил, что через несколько дней мята произвела некоторое вещество (позже известное как кислород), которое позволило ограниченному воздуху снова поддерживать горение. В 1779 году голландский врач Ян Ингенхауз расширил работу Пристли, показав, что для восстановления горючего вещества (то есть кислорода) растение необходимо подвергать воздействию света. Он также продемонстрировал, что этот процесс требует наличия зеленых тканей растения.

В 1782 году было продемонстрировано, что поддерживающий горение газ (кислород) образовывался за счет другого газа, или фиксированного воздуха, который годом ранее был идентифицирован как двуокись углерода. Эксперименты по газообмену в 1804 году показали, что увеличение веса растения, выращенного в тщательно взвешенном горшке, было результатом поглощения углерода, который полностью происходил из поглощенного углекислого газа, и воды, поглощенной корнями растений; Остальное - кислород, выпущенный обратно в атмосферу. Прошло почти полвека, прежде чем концепция химической энергии получила достаточное развитие, чтобы сделать возможным открытие (в 1845 году), что солнечная световая энергия сохраняется в виде химической энергии в продуктах, образующихся во время фотосинтеза.



почему в США используются стандартные измерения

Общая реакция фотосинтеза

С химической точки зрения фотосинтез - это световая энергия. окислительно-восстановительный процесс . (Окисление относится к удалению электронов из молекулы; восстановление относится к получению электронов молекулой.) При фотосинтезе растений энергия света используется для окисления воды (HдваO), производя газообразный кислород (Oдва), ионы водорода (H+) и электроны. Большая часть удаленных электронов и ионов водорода в конечном итоге переходит в диоксид углерода (COдва), который сводится к органическим продуктам. Другие электроны и ионы водорода используются для восстановления нитратов и сульфатов до амино- и сульфгидрильных групп в аминокислотах, которые являются строительными блоками белков. В большинстве зеленых клеток углеводы, особенно крахмал и сахар сахароза - основные прямые органические продукты фотосинтеза. Общая реакция, в которой углеводы представлены общей формулой (CHдваО) - образуются в процессе фотосинтеза растений, можно указать по следующему уравнению:

Химическое уравнение.



Это уравнение является всего лишь сводным утверждением, поскольку процесс фотосинтеза на самом деле включает многочисленные реакции, катализируемые ферментами (органическими катализаторами). Эти реакции протекают в две стадии: световая стадия, состоящая из фотохимических (т. Е. Светозахватывающих) реакций; и темная сцена, в составе химические реакции, контролируемые ферментами. На первом этапе энергия света поглощается и используется для управления серией передач электронов, что приводит к синтезу АТФ и восстановленный донорами электронов никотин-адениндинуклеотидфосфат (НАДФН). В темноте АТФ и НАДФН, образующиеся в реакциях захвата света, используются для восстановления диоксида углерода до органических углеродных соединений. Эта ассимиляция неорганического углерода в органические соединения называется фиксацией углерода.

В течение 20-го века сравнение фотосинтетических процессов у зеленых растений и у некоторых фотосинтезирующих серных бактерий дало важную информацию о фотосинтетическом механизме. Серные бактерии используют сероводород (HдваS) как источник атомов водорода и производят серу вместо кислорода во время фотосинтеза. Общая реакция



Химическое уравнение.

В 1930-х годах голландский биолог Корнелис ван Ниль признал, что использование углекислого газа для образования органических соединений одинаково у двух типов фотосинтезирующих организмов. Предполагая, что существуют различия в светозависимой стадии и в природе соединений, используемых в качестве источника атомов водорода, он предположил, что водород переносится из сероводорода (у бактерий) или воды (у зеленых растений) на неизвестный акцептор ( называемый A), который был сведен к HдваA. Во время темновой реакции, сходной как у бактерий, так и у зеленых растений, восстановленный акцептор (HдваA) реагировал с диоксидом углерода (COдва) с образованием углеводов (CHдваO) и окислить неизвестный акцептор до A. Это предполагаемый реакцию можно представить как:

Химическое уравнение.

Предложение Ван Нила было важно, потому что популярная (но неверная) теория заключалась в том, что кислород удаляется из углекислого газа (а не водород из воды, высвобождая кислород), и что углерод затем объединяется с водой с образованием углеводов (а не из водорода из воды, объединяющего с COдвасформировать CHдваИЛИ ЖЕ).

К 1940 году химики использовали тяжелые изотопы для отслеживания реакций фотосинтеза. Вода помечена изотопом кислорода (18O) использовался в ранних экспериментах. Растения, фотосинтезирующие в присутствии воды, содержащей Hдва18O образовался газообразный кислород, содержащий18О; те, которые фотосинтезировали в присутствии нормальной воды, производили нормальный газообразный кислород. Эти результаты окончательно подтвердили теорию ван Нила о том, что газообразный кислород, образующийся во время фотосинтеза, получен из воды.