Има три вида пластиди:
- хлоропласти- зелено, функция - фотосинтеза
- хромопласти- червени и жълти, са разрушени хлоропласти, могат да дадат ярки цветове на венчелистчета и плодове.
- левкопласти- безцветен, функция - съхранение на вещества.
Структурата на хлоропластите
Покрити с две мембрани. Външната мембрана е гладка, вътрешната има израстъци навътре - тилакоиди. Купчините от къси тилакоиди се наричат зърна, те увеличават площта на вътрешната мембрана, за да поемат възможно най-много фотосинтетични ензими.
Вътрешната среда на хлоропласта се нарича строма. Съдържа кръгова ДНК и рибозоми, поради което хлоропластите самостоятелно изграждат част от своите протеини, поради което се наричат полуавтономни органели. (Смята се, че преди пластидите са били свободни бактерии, които са били абсорбирани от голяма клетка, но не са били усвоени.)
Фотосинтеза (проста)
В зелените листа на светло
В хлоропластите с помощта на хлорофил
От въглероден диоксид и вода
Синтезират се глюкоза и кислород.
Фотосинтеза (средна трудност)
1. Светлинна фаза.
Среща се на светлина в граната на хлоропластите. Под въздействието на светлината се извършва разлагане (фотолиза) на водата, при което се отделя кислород, както и водородни атоми (NADP-H) и енергия на АТФ, които се използват в следващия етап.
2. Тъмна фаза.
Среща се както на светлина, така и на тъмно (светлина не е необходима), в стромата на хлоропластите. От въглероден диоксид, получен от околната среда, и водородни атоми, получени в предишния етап, глюкозата се синтезира, като се използва енергията на АТФ, получена в предишния етап.
Изберете една, най-правилната опция. Клетъчен органел, съдържащ ДНК молекула
1) рибозома
2) хлоропласт
3) клетъчен център
4) Комплекс Голджи
Отговор
Изберете една, най-правилната опция. В синтеза на какво вещество участват водородните атоми в тъмната фаза на фотосинтезата?
1) NADP-2H
2) глюкоза
3) АТФ
4) вода
Отговор
Изберете една, най-правилната опция. Коя клетъчна органела съдържа ДНК?
1) вакуола
2) рибозома
3) хлоропласт
4) лизозома
Отговор
Изберете една, най-правилната опция. В клетките първичният синтез на глюкоза се осъществява в
1) митохондрии
2) ендоплазмен ретикулум
3) Комплекс Голджи
4) хлоропласти
Отговор
Изберете една, най-правилната опция. Молекулите на кислорода по време на фотосинтезата се образуват поради разлагането на молекулите
1) въглероден диоксид
2) глюкоза
3) АТФ
4) вода
Отговор
Изберете една, най-правилната опция. Процесът на фотосинтеза трябва да се разглежда като една от важните връзки в кръговрата на въглерода в биосферата, тъй като по време на
1) растенията абсорбират въглерод от неживата природа в живата материя
2) растенията отделят кислород в атмосферата
3) организмите отделят въглероден диоксид по време на дишането
4) промишленото производство допълва атмосферата с въглероден диоксид
Отговор
Изберете една, най-правилната опция. Верни ли са следните твърдения за фотосинтезата? А) В светлинната фаза енергията на светлината се преобразува в енергията на химичните връзки на глюкозата. Б) Реакциите на тъмната фаза протичат върху тилакоидните мембрани, в които влизат молекулите на въглеродния диоксид.
1) само А е правилно
2) само B е правилно
3) и двете преценки са правилни
4) и двете преценки са неправилни
Отговор
ХЛОРОПЛАСТ
1. Всички от следните характеристики, с изключение на две, могат да се използват за описание на структурата и функциите на хлоропласта. Идентифицирайте две характеристики, които „отпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) е органела с двойна мембрана
2) има собствена затворена ДНК молекула
3) е полуавтономен органел
4) образува вретеното
5), изпълнен с клетъчен сок със захароза
Отговор
2. Изберете три характеристики на структурата и функциите на хлоропластите
1) вътрешните мембрани образуват кристи
2) много реакции протичат в зърната
3) в тях се извършва синтез на глюкоза
4) са мястото на липидния синтез
5) се състои от две различни частици
6) двойномембранни органели
Отговор
3. Изберете три верни отговора от шест и запишете числата, под които са посочени. В хлоропластите на растителните клетки протичат следните процеси:
1) хидролиза на полизахариди
2) разграждане на пирогроздена киселина
3) фотолиза на вода
4) разграждане на мазнините до мастни киселини и глицерол
5) синтез на въглехидрати
6) Синтез на АТФ
Отговор
ХЛОРОПЛАСТИТЕ ОСВЕН
1. Следните термини, с изключение на два, се използват за описание на пластиди. Посочете два термина, които „отпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени в таблицата.
1) пигмент
2) гликокаликс
3) грана
4) Криста
5) тилакоид
Отговор
2. Всички освен две от следните характеристики могат да се използват за описание на хлоропластите. Идентифицирайте две характеристики, които „изпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) органели с двойна мембрана
2) използват светлинна енергия за създаване на органични вещества
3) вътрешните мембрани образуват кристи
4) синтезът на глюкоза се извършва върху мембраните на кристалите
5) изходните материали за синтеза на въглехидрати са въглероден диоксид и вода
Отговор
СТРОМА - ТИЛАКОИД
Установете съответствие между процесите и тяхната локализация в хлоропластите: 1) строма, 2) тилакоид. Напишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) използване на АТФ
Б) фотолиза на вода
Б) стимулиране на хлорофила
Г) образуване на пентоза
Г) пренос на електрони по ензимната верига
Отговор
1. Характеристиките, изброени по-долу, с изключение на две, се използват за описание на структурата и функциите на изобразената клетъчна органела. Идентифицирайте две характеристики, които „изпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
2) натрупва ATP молекули
3) осигурява фотосинтеза
5) има полуавтономия
Отговор
2. Всички характеристики, изброени по-долу, с изключение на две, могат да се използват за описание на клетъчния органел, показан на фигурата. Идентифицирайте две характеристики, които „отпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) едномембранен органел
2) се състои от кристи и хроматин
3) съдържа кръгова ДНК
4) синтезира собствен протеин
5) способен на разделяне
Отговор
Характеристиките, изброени по-долу, с изключение на две, се използват за описание на структурата и функциите на изобразената клетъчна органела. Идентифицирайте две характеристики, които „изпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) разгражда биополимерите до мономери
2) натрупва ATP молекули
3) осигурява фотосинтеза
4) се отнася до органели с двойна мембрана
5) има полуавтономия
Отговор
СВЕТЛИНА
1. Изберете два верни отговора от пет и запишете числата, под които са посочени. По време на светлинната фаза на фотосинтезата в клетката
1) кислородът се образува в резултат на разлагането на водните молекули
2) въглехидратите се синтезират от въглероден диоксид и вода
3) настъпва полимеризация на молекулите на глюкозата, за да се образува нишесте
4) Синтезират се АТФ молекули
5) енергията на молекулите на АТФ се изразходва за синтеза на въглехидрати
Отговор
2. Посочете три верни твърдения от общия списък и запишете номерата, под които са посочени в таблицата. По време на светлинната фаза на фотосинтезата се случва
1) фотолиза на вода
4) водородна връзка с NADP+ транспортера
Отговор
СВЕТЛИНА ОСВЕН
1. Всички знаци по-долу, с изключение на два, могат да се използват за определяне на процесите на светлинната фаза на фотосинтезата. Идентифицирайте две характеристики, които „отпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) фотолиза на вода
2) редукция на въглеродния диоксид до глюкоза
3) синтез на АТФ молекули с помощта на енергията на слънчевата светлина
4) образуване на молекулярен кислород
5) използване на енергията на АТФ молекулите за синтеза на въглехидрати
Отговор
2. Всички характеристики, изброени по-долу, с изключение на две, могат да се използват за описание на светлинната фаза на фотосинтезата. Идентифицирайте две характеристики, които „отпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) се образува страничен продукт - кислород
2) се среща в стромата на хлоропласта
3) свързване на въглероден диоксид
4) Синтез на АТФ
5) фотолиза на вода
Отговор
3. Всички характеристики, изброени по-долу, с изключение на две, се използват за описание на етапа на фотосинтезата, показан на фигурата. Идентифицирайте две характеристики, които „изпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени. На този етап
1) възниква синтез на глюкоза
2) започва цикълът на Калвин
3) Синтезира се АТФ
4) настъпва фотолиза на водата
5) водородът се свързва с NADP
Отговор
ТЪМНО
Изберете три опции. Тъмната фаза на фотосинтезата се характеризира с
1) появата на процеси върху вътрешните мембрани на хлоропластите
2) синтез на глюкоза
3) фиксиране на въглероден диоксид
4) хода на процесите в стромата на хлоропластите
5) наличието на фотолиза на водата
6) Образуване на АТФ
Отговор
ТЪМНО ОСВЕН
1. Понятията, изброени по-долу, с изключение на две, се използват за описание на тъмната фаза на фотосинтезата. Идентифицирайте две концепции, които „изпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
2) фотолиза
3) окисление на NADP 2H
4) грана
5) строма
Отговор
2. Всички характеристики, изброени по-долу, с изключение на две, се използват за описание на тъмната фаза на фотосинтезата. Идентифицирайте две характеристики, които „отпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) образуване на кислород
2) фиксиране на въглероден диоксид
3) използване на АТФ енергия
4) синтез на глюкоза
5) стимулиране на хлорофила
Отговор
СВЕТЛО ТЪМНО
1. Установете съответствие между процеса на фотосинтеза и фазата, в която се случва: 1) светлина, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) образуване на NADP-2H молекули
Б) отделяне на кислород
Б) синтез на монозахариди
Г) синтез на АТФ молекули
Г) добавяне на въглероден диоксид към въглехидрати
Отговор
2. Установете съответствие между характеристиката и фазата на фотосинтезата: 1) светлина, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) фотолиза на вода
Б) фиксиране на въглероден диоксид
Б) разделяне на АТФ молекули
Г) възбуждане на хлорофила от светлинни кванти
Г) синтез на глюкоза
Отговор
3. Установете съответствие между процеса на фотосинтеза и фазата, в която протича: 1) светло, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) образуване на NADP*2H молекули
Б) отделяне на кислород
Б) синтез на глюкоза
Г) синтез на АТФ молекули
Г) намаляване на въглеродния диоксид
Отговор
4. Установете съответствие между процесите и фазата на фотосинтезата: 1) светло, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) полимеризация на глюкоза
B) свързване на въглероден диоксид
Б) Синтез на АТФ
Г) фотолиза на вода
Г) образуване на водородни атоми
Д) синтез на глюкоза
Отговор
5. Установете съответствие между фазите на фотосинтезата и техните характеристики: 1) светло, 2) тъмно. Напишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) протича фотолиза на водата
Б) Образува се АТФ
Б) в атмосферата се отделя кислород
Г) протича с разхода на АТФ енергия
Г) реакциите могат да възникнат както на светлина, така и на тъмно
Отговор
6 сб. Установете съответствие между фазите на фотосинтезата и техните характеристики: 1) светлина, 2) тъмнина. Напишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) възстановяване на NADP+
Б) транспорт на водородни йони през мембраната
Б) среща се в граната на хлоропластите
Г) синтезират се въглехидратни молекули
Г) електроните на хлорофила се преместват на по-високо енергийно ниво
E) Консумира се ATP енергия
Отговор
ФОРМИРАНЕ 7:
А) движение на възбудени електрони
B) превръщане на NADP-2R в NADP+
Б) окисляване на NADPH
Г) образува се молекулярен кислород
Г) протичат процеси в стромата на хлоропласта
ПОСЛЕДВАНЕ
1. Установете правилната последователност от процеси, протичащи по време на фотосинтезата. Запишете номерата, под които са посочени в таблицата.
1) Използване на въглероден диоксид
2) Образуване на кислород
3) Синтез на въглехидрати
4) Синтез на АТФ молекули
5) Възбуждане на хлорофила
Отговор
2. Установете правилната последователност на процесите на фотосинтеза.
1) преобразуване на слънчевата енергия в ATP енергия
2) образуване на възбудени електрони на хлорофил
3) фиксиране на въглероден диоксид
4) образуване на нишесте
5) превръщане на енергията на АТФ в енергия на глюкозата
Отговор
3. Установете последователността на процесите, протичащи по време на фотосинтезата. Запишете съответната последователност от числа.
1) фиксиране на въглероден диоксид
2) Разграждане на АТФ и освобождаване на енергия
3) синтез на глюкоза
4) синтез на АТФ молекули
5) стимулиране на хлорофила
Отговор
ФОТОСИНТЕЗА
Изберете клетъчни органели и техните структури, участващи в процеса на фотосинтеза.
1) лизозоми
2) хлоропласти
3) тилакоиди
4) зърна
5) вакуоли
6) рибозоми
Отговор
ФОТОСИНТЕЗА ОСВЕН
Всички освен две от следните характеристики могат да се използват за описание на процеса на фотосинтеза. Определете две характеристики, които „отпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени във вашия отговор.
1) За осъществяване на процеса се използва светлинна енергия.
2) Процесът протича в присъствието на ензими.
3) Централна роля в процеса принадлежи на молекулата на хлорофила.
4) Процесът е придружен от разпадане на молекулата на глюкозата.
5) Процесът не може да се случи в прокариотни клетки.
Отговор
Анализирайте таблицата. Попълнете празните клетки в таблицата, като използвате дадените в списъка понятия и термини. За всяка клетка с букви изберете подходящия термин от предоставения списък.
1) тилакоидни мембрани
2) светлинна фаза
3) фиксиране на неорганичен въглерод
4) фотосинтеза на вода
5) тъмна фаза
6) клетъчна цитоплазма
Отговор
Анализирайте таблицата „Реакции на фотосинтезата“. За всяка буква изберете съответния термин от предоставения списък.
1) окислително фосфорилиране
2) окисление на NADP-2H
3) тилакоидни мембрани
4) гликолиза
5) добавяне на въглероден диоксид към пентозата
6) образуване на кислород
7) образуване на рибулозодифосфат и глюкоза
8) синтез на 38 АТФ
Отговор
Вмъкнете в текста „Синтез на органични вещества в растение“ липсващите термини от предложения списък, като използвате цифрови обозначения. Запишете избраните числа в реда, съответстващ на буквите. Растенията съхраняват необходимата за съществуването си енергия под формата на органични вещества. Тези вещества се синтезират по време на __________ (A). Този процес се случва в клетките на листата в __________ (B) - специални зелени пластиди. Те съдържат специално зелено вещество – __________ (B). Предпоставка за образуването на органични вещества в допълнение към водата и въглеродния диоксид е __________ (D).
Списък с термини:
1) дишане
2) изпаряване
3) левкопласт
4) храна
5) светлина
6) фотосинтеза
7) хлоропласт
8) хлорофил
Отговор
Установете съответствие между етапите на процеса и процесите: 1) фотосинтеза, 2) биосинтеза на протеини. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) освобождаване на свободен кислород
Б) образуване на пептидни връзки между аминокиселините
Б) синтез на иРНК върху ДНК
Г) процес на превод
Г) възстановяване на въглехидратите
E) превръщане на NADP+ в NADP 2H
Отговор
© Д. В. Поздняков, 2009-2019
Знаете ли, че всяко зелено листо е миниатюрна „фабрика” за хранителни вещества и кислород, които са необходими за нормалния живот не само на животните, но и на хората. Фотосинтезата е процес на производство на тези вещества от вода и въглероден диоксид от атмосферата. Това е много сложен химичен процес, протичащ с участието на светлина. Несъмнено всеки се интересува от това как протича процесът на фотосинтеза. Процесът се състои от два етапа: първият етап е поглъщането на светлинни кванти, а вторият етап е използването на тяхната енергия в различни химични реакции.
Как протича процесът на фотосинтеза?
Растението абсорбира светлина с помощта на зелено вещество, наречено хлорофил. Хлорофилът се съдържа в хлоропластите, които се намират в плодовете и стъблата. Но особено голям брой от тях се намират в листата, тъй като листът, поради доста простата си структура, може да привлече голямо количество светлина и съответно да получи много повече енергия за процеса на фотосинтеза.
Хлорофилът след абсорбиране е във възбудено състояние и предава енергия на други молекули на растителното тяло, особено тези, които участват директно във фотосинтезата. Вторият етап от процеса на фотосинтеза протича без задължителното участие на светлина и се състои в получаване на химическа връзка с участието на въглероден диоксид, който се получава от вода и въздух. На този етап се синтезират различни много полезни за живота вещества, като глюкоза и нишесте.
Самите растения използват тези органични вещества, за да подхранват различните си части, както и да поддържат нормални жизнени функции. Освен това тези вещества се получават и от животни, които се хранят с растения. Човек получава тези вещества, като яде храни от растителен и животински произход.
Условия за фотосинтеза
Процесът на фотосинтеза може да се случи не само под въздействието на изкуствена светлина, но и на слънчева светлина. В природата, като правило, растенията активно извършват дейността си през пролетта и лятото, тоест във време, когато е необходима много слънчева светлина. През есента има по-малко светлина, дните са скъсени, листата пожълтяват и след това падат. Но веднага щом се появи топлото пролетно слънце, зелената зеленина се събужда и зелените „фабрики“ възобновяват работата си, за да осигурят голямо количество хранителни вещества и кислород, които са толкова необходими за живота.
Къде протича процесът фотосинтеза?
Фотосинтезата се извършва главно, както казахме по-горе, ако си спомняте, в листата на растенията, поради причината, че те имат способността да получават голямо количество светлина, което е толкова необходимо за процеса на фотосинтеза.
В заключение можем да обобщим и да кажем, че процес като фотосинтезата е неразделна част от живота на растенията. Надяваме се, че нашата статия е помогнала на много хора да разберат какво е фотосинтезата и защо е необходима.
Историята на откриването на удивителен и жизнено важен феномен като фотосинтезата е дълбоко вкоренена в миналото. Преди повече от четири века, през 1600 г., белгийският учен Ян Ван Хелмонт извършва прост експеримент. Той постави върбова клонка в торба с 80 кг пръст. Ученият записва първоначалното тегло на върбата и след това полива растението изключително с дъждовна вода в продължение на пет години. Представете си изненадата на Ян Ван Хелмонт, когато той претегли отново върбата. Теглото на растението се увеличи с 65 кг, а масата на земята намаля само с 50 грама! Откъде растението има 64 кг 950 грама хранителни вещества, остава загадка за учения!
Следващият значим експеримент по пътя към откриването на фотосинтезата принадлежи на английския химик Джоузеф Пристли. Ученият поставил мишка под капака и пет часа по-късно гризачът умрял. Когато Пристли постави стръкче мента с мишката и също покри гризача с капачка, мишката остана жива. Този експеримент доведе учения до идеята, че има процес, противоположен на дишането. Ян Ингенхаус през 1779 г. установява факта, че само зелените части на растенията са способни да отделят кислород. Три години по-късно швейцарският учен Жан Сенебиер доказа, че въглеродният диоксид под въздействието на слънчевата светлина се разлага в органелите на зелените растения. Само пет години по-късно френският учен Жак Бусинго, провеждайки лабораторни изследвания, открива факта, че усвояването на вода от растенията се извършва и по време на синтеза на органични вещества. Епохалното откритие е направено през 1864 г. от немския ботаник Юлиус Закс. Той успя да докаже, че обемът на консумирания въглероден диоксид и отделения кислород се срещат в съотношение 1:1.
Фотосинтезата е един от най-важните биологични процеси
Научно казано, фотосинтезата (от старогръцки φῶς – светлина и σύνθεσις – връзка, свързване) е процес, при който на светлината от въглероден диоксид и вода се образуват органични вещества. Основната роля в този процес принадлежи на фотосинтетичните сегменти.
Образно казано, листът на растението може да се сравни с лаборатория, чиито прозорци гледат към слънчевата страна. Именно в него се образуват органични вещества. Този процес е в основата на съществуването на целия живот на Земята.
Мнозина разумно ще зададат въпроса: какво дишат хората, които живеят в град, където дори не можете да намерите дърво или стрък трева през деня с огън? Отговорът е много прост. Факт е, че сухоземните растения представляват само 20% от кислорода, отделен от растенията. Водораслите играят водеща роля в производството на кислород в атмосферата. Те представляват 80% от произведения кислород. Говорейки с езика на числата, както растенията, така и водораслите отделят годишно 145 милиарда тона (!) кислород в атмосферата! Не напразно световните океани се наричат „белите дробове на планетата“.
Общата формула за фотосинтеза е следната:
Вода + въглероден диоксид + светлина → въглехидрати + кислород
Защо растенията се нуждаят от фотосинтеза?
Както разбрахме, фотосинтезата е необходимо условие за съществуването на човека на Земята. Това обаче не е единствената причина фотосинтезиращите организми активно да произвеждат кислород в атмосферата. Факт е, че както водораслите, така и растенията годишно образуват повече от 100 милиарда органични вещества (!), които са в основата на тяхната жизнена дейност. Спомняйки си експеримента на Ян Ван Хелмонт, разбираме, че фотосинтезата е в основата на храненето на растенията. Научно доказано е, че 95% от реколтата се определя от органичните вещества, получени от растението в процеса на фотосинтеза, а 5% от минералните торове, които градинарят внася в почвата.
Съвременните летни жители обръщат основно внимание на почвеното хранене на растенията, забравяйки за въздушното му хранене. Не е известно каква реколта могат да получат градинарите, ако внимават за процеса на фотосинтеза.
Въпреки това, нито растенията, нито водораслите биха могли да произвеждат толкова активно кислород и въглехидрати, ако не разполагат с удивителен зелен пигмент - хлорофил.
Мистерията на зеления пигмент
Основната разлика между растителните клетки и клетките на други живи организми е наличието на хлорофил. Между другото, именно той е отговорен за това, че листата на растенията са оцветени в зелено. Това сложно органично съединение има едно невероятно свойство: може да абсорбира слънчева светлина! Благодарение на хлорофила става възможен и процесът на фотосинтеза.
Два етапа на фотосинтезата
С прости думи, фотосинтезата е процес, при който водата и въглеродният диоксид, абсорбирани от растението на светлина с помощта на хлорофил, образуват захар и кислород. По този начин неорганичните вещества изненадващо се превръщат в органични. Получената в резултат на преобразуването захар е източник на енергия за растенията.
Фотосинтезата има два етапа: светъл и тъмен.
Светлинна фаза на фотосинтезата
Осъществява се върху тилакоидни мембрани.
Тилакоидите са мембранно ограничени структури. Те се намират в стромата на хлоропласта.
Редът на събитията в светлинния етап на фотосинтезата е:
- Светлината удря молекулата на хлорофила, която след това се абсорбира от зеления пигмент и го кара да се възбуди. Електронът, включен в молекулата, преминава на по-високо ниво и участва в процеса на синтез.
- Водата се разделя, по време на която протоните се превръщат във водородни атоми под въздействието на електрони. Впоследствие те се изразходват за синтеза на въглехидрати.
- В последния етап на светлинния етап се синтезира АТФ (аденозин трифосфат). Това е органично вещество, което играе ролята на универсален енергиен акумулатор в биологичните системи.
Тъмна фаза на фотосинтезата
Мястото, където се появява тъмната фаза, е стромата на хлоропластите. По време на тъмната фаза се освобождава кислород и се синтезира глюкоза. Мнозина ще помислят, че тази фаза е получила това име, защото процесът, протичащ в рамките на този етап, се случва изключително през нощта. Всъщност това не е съвсем вярно. Синтезът на глюкоза се извършва денонощно. Факт е, че на този етап светлинната енергия вече не се консумира, което означава, че тя просто не е необходима.
Значението на фотосинтезата за растенията
Вече установихме факта, че растенията се нуждаят от фотоинтеза не по-малко от нас. Много е лесно да се говори за мащаба на фотосинтезата по отношение на числа. Учените са изчислили, че само земните растения съхраняват толкова слънчева енергия, колкото биха могли да консумират 100 мегаполиса в рамките на 100 години!
Дишането на растенията е обратен процес на фотосинтезата. Смисълът на дишането на растенията е да освобождава енергия по време на процеса на фотосинтеза и да я насочва към нуждите на растенията. С прости думи, добивът е разликата между фотосинтезата и дишането. Колкото повече фотосинтеза и по-слабо дишане, толкова по-голяма е реколтата и обратното!
Фотосинтезата е удивителен процес, който прави живота на Земята възможен!
В природата, под въздействието на слънчевата светлина, протича жизненоважен процес, без който нито едно живо същество на планетата Земя не може. В резултат на реакцията във въздуха се отделя кислород, който дишаме. Този процес се нарича фотосинтеза. Какво е фотосинтезата от научна гледна точка и какво се случва в хлоропластите на растителните клетки, ще разгледаме по-долу.
Фотосинтезата в биологията е превръщането на органични вещества и кислород от неорганични съединения под въздействието на слънчевата енергия. Характерно е за всички фотоавтотрофи, които са способни сами да произвеждат органични съединения.
Такива организми включват растения, зелени и лилави бактерии и цианобактерии (синьо-зелени водорасли).
Фотоавтотрофните растения абсорбират вода от почвата и въглероден диоксид от въздуха. Под въздействието на слънчевата енергия се образува глюкоза, която впоследствие се превръща в полизахарид - нишесте, необходим на растителните организми за хранене и производство на енергия. В околната среда се отделя кислород – важно вещество, използвано от всички живи организми за дишане.
Как протича фотосинтезата. Една химическа реакция може да бъде представена с помощта на следното уравнение:
6СО2 + 6Н2О + Е = С6Н12О6 + 6О2
Фотосинтетичните реакции протичат в растенията на клетъчно ниво, а именно в хлоропластите, съдържащи основния пигмент хлорофил. Това съединение не само придава зелен цвят на растенията, но и участва активно в самия процес.
За да разберете по-добре процеса, трябва да се запознаете със структурата на зелените органели - хлоропластите.
Структурата на хлоропластите
Хлоропластите са клетъчни органели, които се срещат само в растенията и цианобактериите. Всеки хлоропласт е покрит с двойна мембрана: външна и вътрешна. Вътрешната част на хлоропласта е изпълнена със строма - основното вещество, чиято консистенция наподобява цитоплазмата на клетката.
Хролопласт структура
Стромата на хлоропласта се състои от:
- тилакоиди - структури, наподобяващи плоски торбички, съдържащи пигмента хлорофил;
- гран - тилакоидни групи;
- ламела - тубули, които свързват граната на тилакоидите.
Всяка грана изглежда като купчина монети, където всяка монета е тилакоид, а ламелата е рафт, върху който са подредени граните. В допълнение, хлоропластите имат своя собствена генетична информация, представена от двойноверижни ДНК вериги, както и рибозоми, които участват в синтеза на протеини, маслени капки и нишестени зърна.
Полезно видео: фотосинтеза
Основни фази
Фотосинтезата има две редуващи се фази: светла и тъмна. Всеки има свои собствени характеристики и продукти, образувани по време на определени реакции. Две фотосистеми, образувани от спомагателните пигменти за събиране на светлина хлорофил и каротеноид, пренасят енергия към основния пигмент. В резултат светлинната енергия се превръща в химическа енергия - АТФ (аденозинтрифосфорна киселина). Какво се случва в процесите на фотосинтеза.
Светлина
Светлинната фаза възниква, когато фотони от светлина ударят растението. В хлоропласта се среща върху тилакоидните мембрани.
Основни процеси:
- Пигментите на Photosystem I започват да „поглъщат“ фотони от слънчева енергия, които се предават към реакционния център.
- Под въздействието на светлинни фотони електроните се „възбуждат” в пигментната молекула (хлорофил).
- „Възбуденият” електрон се прехвърля към външната мембрана на тилакоида с помощта на транспортни протеини.
- Същият електрон взаимодейства със сложното съединение NADP (никотинамид аденин динуклеотид фосфат), редуцирайки го до NADP*H2 (това съединение участва в тъмната фаза).
Подобни процеси протичат във фотосистема II. „Възбудените” електрони напускат реакционния център и се прехвърлят към външната мембрана на тилакоидите, където се свързват с акцептора на електрони, връщат се във фотосистема I и я възстановяват.
Светлинна фаза на фотосинтезата
Как се възстановява фотосистема II? Това се случва поради фотолизата на водата - реакцията на разделяне на H2O. Първо, водната молекула дава електрони на реакционния център на фотосистема II, поради което се получава нейното намаляване. След това водата се разделя напълно на водород и кислород. Последният прониква в околната среда през устицата на епидермиса на листа.
Фотолизата на водата може да се опише с помощта на уравнението:
2H2O = 4H + 4e + O2
Освен това по време на светлинната фаза се синтезират молекули на АТФ - химическа енергия, която отива в образуването на глюкоза. Тилакоидната мембрана съдържа ензимна система, която участва в образуването на АТФ. Този процес възниква в резултат на факта, че водородният йон се прехвърля през канал на специален ензим от вътрешната обвивка към външната обвивка. След което се освобождава енергия.
Важно е да се знае!По време на светлата фаза на фотосинтезата се произвежда кислород, както и АТФ енергия, която се използва за синтеза на монозахариди в тъмната фаза.
Тъмно
Реакциите на тъмната фаза се случват денонощно, дори без наличието на слънчева светлина. Фотосинтетичните реакции протичат в стромата (вътрешната среда) на хлоропласта. Тази тема е изследвана по-подробно от Мелвин Калвин, в чиято чест реакциите на тъмната фаза се наричат цикъл на Калвин или C3 - път.
Този цикъл протича в 3 етапа:
- Карбоксилиране.
- Възстановяване.
- Регенерация на акцептори.
По време на карбоксилирането вещество, наречено рибулозен бифосфат, се свързва с частици въглероден диоксид. За тази цел се използва специален ензим - карбоксилаза. Образува се нестабилно шествъглеродно съединение, което почти веднага се разделя на 2 молекули PGA (фосфоглицеринова киселина).
За възстановяване на PHA се използва енергията на ATP и NADP*H2, образувани по време на светлинната фаза. Последователните реакции произвеждат тривъглеродна захар с фосфатна група.
По време на регенерацията на акцепторите част от молекулите на PGA се използват за възстановяване на молекулите на рибулозния бифосфат, който е акцептор на CO2. Освен това чрез последователни реакции се образува монозахарид - глюкоза. За всички тези процеси се използва енергията на АТФ, образуван в светлинната фаза, както и НАДФ*Н2.
Процесите на превръщане на 6 молекули въглероден диоксид в 1 молекула глюкоза изискват разграждането на 18 молекули АТФ и 12 молекули NADP*H2. Тези процеси могат да бъдат изобразени с помощта на следното уравнение:
6СО2 + 24Н = С6Н12О6 + 6Н2О
Впоследствие от образуваната глюкоза се синтезират по-сложни въглехидрати - полизахариди: нишесте, целулоза.
Забележка!По време на фотосинтезата на тъмната фаза се образува глюкоза - органично вещество, необходимо за храненето на растенията и производството на енергия.
Таблицата на фотосинтезата по-долу ще ви помогне да разберете по-добре основната същност на този процес.
Сравнителна таблица на фазите на фотосинтезата
Въпреки че цикълът на Калвин е най-характерен за тъмната фаза на фотосинтезата, някои тропически растения се характеризират с цикъла на Hatch-Slack (C4 път), който има свои собствени характеристики. По време на карбоксилирането в цикъла на Hatch-Slack не се образува фосфоглицеринова киселина, а други, като оксалооцетна, ябълчена, аспарагинова. Освен това по време на тези реакции въглеродният диоксид се натрупва в растителните клетки и не се отстранява чрез обмен на газ, както в повечето случаи.
Впоследствие този газ участва във фотосинтетичните реакции и образуването на глюкоза. Също така си струва да се отбележи, че C4 пътят на фотосинтезата изисква повече енергия от цикъла на Калвин. Основните реакции и продукти на образуване в цикъла на Hatch-Slack не се различават от цикъла на Калвин.
Благодарение на реакциите на цикъла на Hatch-Slack, фотодишането практически не се случва в растенията, тъй като устицата на епидермиса са в затворено състояние. Това им позволява да се адаптират към специфични условия на живот:
- екстремна топлина;
- сух климат;
- повишена соленост на местообитанията;
- липса на CO2.
Сравнение на светли и тъмни фази
Значение в природата
Благодарение на фотосинтезата се образува кислород - жизненоважно вещество за процесите на дишане и натрупване на енергия в клетките, което позволява на живите организми да растат, да се развиват, да се възпроизвеждат и участва пряко в работата на всички физиологични системи на човека и животинско тяло.
важно!Кислородът в атмосферата образува озоново кълбо, което предпазва всички организми от вредното въздействие на опасната ултравиолетова радиация.
Полезно видео: подготовка за Единен държавен изпит по биология - фотосинтеза
Заключение
Благодарение на способността си да синтезират кислород и енергия, растенията формират първата връзка във всички хранителни вериги, като са производители. Чрез консумацията на зелени растения всички хетеротрофи (животни, хора) получават жизненоважни ресурси заедно с храната. Благодарение на процеса, протичащ в зелените растения и цианобактериите, се поддържа постоянен газов състав на атмосферата и животът на земята.
Във връзка с
Фотосинтезата е процес, който води до образуването и освобождаването на кислород от растителните клетки и някои видове бактерии.
Основна концепция
Фотосинтезата не е нищо повече от верига от уникални физични и химични реакции. В какво се състои? Зелените растения, както и някои бактерии, абсорбират слънчевата светлина и я превръщат в електромагнитна енергия. Крайният резултат от фотосинтезата е енергията на химичните връзки на различни органични съединения.
В растение, изложено на слънчева светлина, окислително-възстановителните реакции протичат в определена последователност. Водата и водородът, които са донорни редуциращи агенти, се придвижват под формата на електрони към акцепторния окислител (въглероден диоксид и ацетат). В резултат на това се образуват редуцирани въглехидратни съединения, както и кислород, който се отделя от растенията.
История на изучаването на фотосинтезата
В продължение на много хилядолетия човекът е бил убеден, че храненето на растението става чрез кореновата му система през почвата. В началото на шестнадесети век холандският натуралист Ян Ван Хелмонт провежда експеримент с отглеждане на растение в саксия. След като претегли почвата преди засаждането и след като растението достигна определен размер, той заключи, че всички представители на флората получават хранителни вещества главно от водата. Учените се придържаха към тази теория през следващите два века.
Неочаквано, но правилно предположение за храненето на растенията е направено през 1771 г. от английския химик Джоузеф Пристли. Проведените от него експерименти убедително доказват, че растенията са способни да пречистват въздуха, който преди е бил неподходящ за дишане от човека. Малко по-късно се стигна до заключението, че тези процеси са невъзможни без участието на слънчева светлина. Учените са открили, че зелените листа на растенията правят повече от просто преобразуване на въглеродния диоксид, който получават, в кислород. Без този процес животът им е невъзможен. Заедно с водата и минералните соли въглеродният диоксид служи като храна за растенията. Това е основното значение на фотосинтезата за всички представители на флората.
Ролята на кислорода за живота на Земята
Експериментите, проведени от английския химик Пристли, помогнаха на човечеството да обясни защо въздухът на нашата планета остава годен за дишане. В крайна сметка животът се поддържа въпреки съществуването на огромен брой живи организми и изгарянето на безброй огньове.
Възникването на живот на Земята преди милиарди години беше просто невъзможно. Атмосферата на нашата планета не съдържаше свободен кислород. Всичко се промени с появата на растенията. Целият кислород в атмосферата днес е резултат от фотосинтезата, протичаща в зелените листа. Този процес промени облика на Земята и даде тласък на развитието на живота. Това безценно значение на фотосинтезата е напълно осъзнато от човечеството едва в края на 18 век.
Не е преувеличено да се каже, че самото съществуване на хората на нашата планета зависи от състоянието на растителния свят. Значението на фотосинтезата се състои в нейната водеща роля за протичането на различни биосферни процеси. В глобален мащаб тази удивителна физикохимична реакция води до образуването на органични вещества от неорганични.
Класификация на процесите на фотосинтеза
Три важни реакции протичат в зелено листо. Представляват фотосинтезата. Таблицата, в която са записани тези реакции, се използва в изучаването на биологията. Линиите му включват:
фотосинтеза;
- газообмен;
- изпаряване на водата.
Тези физикохимични реакции, които се случват в растението през деня, позволяват на зелените листа да отделят въглероден диоксид и кислород. На тъмно - само първият от тези два компонента.
Синтезът на хлорофил в някои растения се случва дори при слабо и дифузно осветление.
Основни етапи
Има две фази на фотосинтезата, които са тясно свързани помежду си. На първия етап енергията на светлинните лъчи се преобразува във високоенергийни съединения ATP и универсални редуциращи агенти NADPH. Тези два елемента са основните продукти на фотосинтезата.
Във втория (тъмен) етап, получените ATP и NADPH се използват за фиксиране на въглероден диоксид, докато се редуцира до въглехидрати. Двете фази на фотосинтезата се различават не само по време. Те също се срещат в различни пространства. За всеки, който изучава темата "фотосинтеза" в биологията, таблица с точно посочване на характеристиките на двете фази ще помогне за по-точното разбиране на процеса.
Механизъм на производство на кислород
След като растенията абсорбират въглероден диоксид, се синтезират хранителни вещества. Този процес протича в зелените пигменти, наречени хлорофили, когато са изложени на слънчева светлина. Основните компоненти на тази невероятна реакция са:
Светлина;
- хлоропласти;
- вода;
- въглероден двуокис;
- температура.
Последователност на фотосинтезата
Растенията произвеждат кислород на етапи. Основните етапи на фотосинтезата са както следва:
Поглъщане на светлина от хлорофили;
- разделяне на водата, получена от почвата, на кислород и водород от хлоропласти (вътреклетъчни органели на зелен пигмент);
- движение на една част от кислорода в атмосферата, а другата за дихателния процес на растенията;
- образуване на захарни молекули в протеинови гранули (пиреноиди) на растенията;
- производство на нишесте, витамини, мазнини и др. в резултат на смесване на захар с азот.
Въпреки факта, че фотосинтезата изисква слънчева светлина, тази реакция може да се случи и при изкуствена светлина.
Ролята на флората за Земята
Основните процеси, протичащи в зеленото листо, вече са напълно изучени от биологията. Значението на фотосинтезата за биосферата е огромно. Това е единствената реакция, която води до увеличаване на количеството свободна енергия.
В процеса на фотосинтеза всяка година се образуват сто и петдесет милиарда тона органични вещества. Освен това през този период растенията отделят почти 200 милиона тона кислород. В тази връзка може да се твърди, че ролята на фотосинтезата е огромна за цялото човечество, тъй като този процес служи като основен източник на енергия на Земята.
В процеса на уникална физикохимична реакция се осъществява цикълът на въглерод, кислород и много други елементи. Това предполага друго важно значение на фотосинтезата в природата. Тази реакция поддържа определен състав на атмосферата, при който е възможен живот на Земята.
Процес, протичащ в растенията, ограничава количеството въглероден диоксид, предотвратявайки натрупването му в повишени концентрации. Това също е важна роля за фотосинтезата. На Земята, благодарение на зелените растения, не се създава така нареченият парников ефект. Флората надеждно защитава нашата планета от прегряване.
Флората като основа на храненето
Ролята на фотосинтезата е важна за горското и селското стопанство. Растителният свят е хранителната база за всички хетеротрофни организми. Въпреки това, значението на фотосинтезата се състои не само в абсорбирането на въглероден диоксид от зелените листа и производството на такъв краен продукт с уникална реакция като захарта. Растенията са способни да преобразуват азотни и серни съединения във вещества, които изграждат телата им.
как става това Какво е значението на фотосинтезата в живота на растенията? Този процес се осъществява чрез производството на нитратни йони от растението. Тези елементи се намират в почвената вода. Те навлизат в растението през кореновата система. Клетките на зеления организъм преработват нитратните йони в аминокиселини, които образуват протеинови вериги. Процесът на фотосинтеза също произвежда мастни компоненти. Те са важни резервни вещества за растенията. По този начин семената на много плодове съдържат питателно масло. Този продукт е важен и за хората, тъй като се използва в хранително-вкусовата и селскостопанската промишленост.
Ролята на фотосинтезата в растениевъдството
В световната практика на селскостопанските предприятия резултатите от изучаването на основните модели на развитие и растеж на растенията се използват широко. Както знаете, основата за образуване на култури е фотосинтезата. Интензивността му от своя страна зависи от водния режим на посевите, както и от минералното им хранене. Как човек постига увеличаване на гъстотата на културата и размера на листата, така че растението да използва максимално слънчевата енергия и да поема въглероден диоксид от атмосферата? За постигането на това се оптимизират условията за минерално хранене и водоснабдяване на земеделските култури.
Научно доказано е, че добивът зависи от площта на зелените листа, както и от интензивността и продължителността на процесите, протичащи в тях. Но в същото време увеличаването на плътността на културата води до засенчване на листата. Слънчевата светлина не може да проникне до тях и поради влошаването на вентилацията на въздушните маси въглеродният диоксид влиза в малки количества. В резултат на това активността на процеса на фотосинтеза намалява и продуктивността на растенията намалява.
Ролята на фотосинтезата за биосферата
Според най-груби оценки само автотрофните растения, живеещи във водите на Световния океан, превръщат годишно от 20 до 155 милиарда тона въглерод в органична материя. И това въпреки факта, че енергията на слънчевите лъчи се използва от тях само с 0,11%. Що се отнася до сухоземните растения, те годишно абсорбират от 16 до 24 милиарда тона въглерод. Всички тези данни убедително показват колко важна е фотосинтезата в природата. Само в резултат на тази реакция атмосферата се допълва с молекулярен кислород, необходим за живота, който е необходим за изгаряне, дишане и различни промишлени дейности. Някои учени смятат, че когато нивата на въглероден диоксид в атмосферата се повишат, скоростта на фотосинтезата се увеличава. В същото време атмосферата се попълва с липсващ кислород.
Космическата роля на фотосинтезата
Зелените растения са посредници между нашата планета и Слънцето. Те улавят енергията на небесното тяло и осигуряват съществуването на живот на нашата планета.
Фотосинтезата е процес, който може да се обсъжда в космически мащаб, тъй като някога е допринесъл за трансформацията на образа на нашата планета. Благодарение на реакцията, протичаща в зелените листа, енергията на слънчевите лъчи не се разсейва в пространството. Тя се превръща в химическа енергия на новообразуваните органични вещества.
Човешкото общество се нуждае от продуктите на фотосинтезата не само за храна, но и за икономически дейности.
Но не само тези слънчеви лъчи, които падат върху нашата Земя в момента, са важни за човечеството. Продуктите на фотосинтезата, получени преди милиони години, са изключително необходими за живота и производствените дейности. Те се намират в недрата на планетата под формата на пластове въглища, горими газове и нефт и торфени находища.
