ישנם שלושה סוגים של פלסטידים:

• כלורופלסטים- ירוק, פונקציה - פוטוסינתזה
• כרומופלסטים- אדום וצהוב, הם כלורופלסטים רעועים, יכולים לתת צבעים עזים לעלי כותרת ולפירות.
• לוקופלסטים- חסר צבע, פונקציה - אחסון חומרים.

מבנה הכלורופלסטים

מכוסה בשני ממברנות. הממברנה החיצונית חלקה, הפנימית בעלת יציאות פנימה - תילקואידים. ערימות של thylakoids קצר נקראות דגנים, הם מגדילים את שטח הממברנה הפנימית כדי להכיל כמה שיותר אנזימים פוטוסינתטיים.

הסביבה הפנימית של הכלורופלסט נקראת סטרומה. הוא מכיל DNA מעגלי וריבוזומים, שבגללם הכלורופלסטים יוצרים חלק מהחלבונים שלהם באופן עצמאי, וזו הסיבה שהם נקראים אברונים חצי אוטונומיים. (ההערכה היא שפלסידים היו בעבר חיידקים חופשיים שנספגו על ידי תא גדול, אך לא עוכלו.)

פוטוסינתזה (פשוט)

בעלים הירוקים באור
בכלורופלסטים באמצעות כלורופיל
מפחמן דו חמצני ומים
גלוקוז וחמצן מסונתזים.

פוטוסינתזה (קושי בינוני)

1. שלב קל.
מתרחש באור בגרנה של הכלורופלסטים. בהשפעת האור מתרחש פירוק (פוטוליזה) של מים, המייצר חמצן, אשר משתחרר, כמו גם אטומי מימן (NADP-H) ואנרגיית ATP, המשמשים בשלב הבא.

2. שלב חשוך.
מתרחש גם באור וגם בחושך (אין צורך באור), בסטרומה של הכלורופלסטים. מפחמן דו חמצני המתקבל מהסביבה ומאטומי מימן שהתקבלו בשלב הקודם, גלוקוז מסונתז באמצעות אנרגיית ה-ATP שהתקבלה בשלב הקודם.

בחר אחת, האפשרות הנכונה ביותר. אברון תאי המכיל מולקולת DNA
1) ריבוזום
2) כלורופלסט
3) מרכז תאים
4) מתחם גולגי

תשובה

בחר אחת, האפשרות הנכונה ביותר. בסינתזה של איזה חומר משתתפים אטומי מימן בשלב האפל של הפוטוסינתזה?
1) NADP-2H
2) גלוקוז
3) ATP
4) מים

תשובה

בחר אחת, האפשרות הנכונה ביותר. איזה אברון תאי מכיל DNA?
1) ואקוול
2) ריבוזום
3) כלורופלסט
4) ליזוזום

תשובה

בחר אחת, האפשרות הנכונה ביותר. בתאים, סינתזה ראשונית של גלוקוז מתרחשת ב
1) מיטוכונדריה
2) רטיקולום אנדופלזמי
3) מתחם גולגי
4) כלורופלסטים

תשובה

בחר אחת, האפשרות הנכונה ביותר. מולקולות חמצן במהלך פוטוסינתזה נוצרות עקב פירוק מולקולות
1) פחמן דו חמצני
2) גלוקוז
3) ATP
4) מים

תשובה

בחר אחת, האפשרות הנכונה ביותר. יש להתייחס לתהליך הפוטוסינתזה כאחד מהחוליות החשובות במחזור הפחמן בביוספרה, שכן במהלך
1) צמחים סופגים פחמן מהטבע הדומם לחומר חי
2) צמחים משחררים חמצן לאטמוספירה
3) אורגניזמים משחררים פחמן דו חמצני במהלך הנשימה
4) ייצור תעשייתי ממלא את האטמוספירה בפחמן דו חמצני

תשובה

בחר אחת, האפשרות הנכונה ביותר. האם ההצהרות הבאות לגבי פוטוסינתזה נכונות? א) בשלב האור, אנרגיית האור מומרת לאנרגיה של קשרים כימיים של גלוקוז. ב) תגובות פאזה כהה מתרחשות על ממברנות thylakoid, שלתוכם נכנסות מולקולות פחמן דו חמצני.
1) רק A נכון
2) רק B נכון
3) שני פסקי הדין נכונים
4) שני פסקי הדין אינם נכונים

תשובה

כלורופלסט
1. ניתן להשתמש בכל המאפיינים הבאים, מלבד שניים, לתיאור המבנה והתפקודים של הכלורופלסט. זהה שני מאפיינים ש"נושרים" מהרשימה הכללית ורשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים.
1) הוא אברון כפול קרום
2) יש מולקולת DNA סגורה משלה
3) הוא אברון חצי אוטונומי
4) יוצר את הציר
5) מלא במוהל תאים עם סוכרוז

תשובה

2. בחרו שלוש תכונות של המבנה והתפקודים של הכלורופלסטים
1) ממברנות פנימיות יוצרות cristae
2) תגובות רבות מתרחשות בדגנים
3) מתרחשת בהם סינתזה של גלוקוז
4) הם האתר של סינתזת שומנים
5) מורכב משני חלקיקים שונים
6) אברונים כפולים קרומיים

תשובה

3. בחרו שלוש תשובות נכונות מתוך שש ורשמו את המספרים שמתחתם הם מצוינים. התהליכים הבאים מתרחשים בכלורופלסטים של תאי צמחים:
1) הידרוליזה של פוליסכרידים
2) פירוק של חומצה פירובית
3) פוטוליזה של מים
4) פירוק שומנים לחומצות שומן וגליצרול
5) סינתזה של פחמימות
6) סינתזת ATP

תשובה

כלורופלסטים למעט
1. המונחים הבאים, למעט שניים, משמשים לתיאור פלסטידים. זהה שני מונחים ש"נושרים" מהרשימה הכללית ורשום את המספרים שמתחתיהם הם מצוינים בטבלה.
1) פיגמנט
2) גליקוקליקס
3) גרנה
4) קריסטה
5) thylakoid

תשובה

2. ניתן להשתמש בכל המאפיינים הבאים מלבד שניים לתיאור כלורופלסטים. זהה שני מאפיינים ש"נופלים" מהרשימה הכללית ורשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים.
1) אברונים כפולים
2) להשתמש באנרגיית אור כדי ליצור חומרים אורגניים
3) ממברנות פנימיות יוצרות cristae
4) סינתזת גלוקוז מתרחשת על ממברנות ה-cristae
5) חומרי המוצא לסינתזת פחמימות הם פחמן דו חמצני ומים

תשובה

STROMA - THYLAKOID
קבע התאמה בין התהליכים ולוקליזציה שלהם בכלורופלסטים: 1) סטרומה, 2) thylakoid. כתוב את המספרים 1 ו-2 בסדר המתאים לאותיות.
א) שימוש ב-ATP
ב) פוטוליזה של מים
ב) גירוי של כלורופיל
ד) היווצרות פנטוז
ד) העברת אלקטרונים לאורך שרשרת האנזים

תשובה

1. התכונות המפורטות להלן, למעט שתיים, משמשות לתיאור המבנה והתפקודים של אברון התא המתואר. זהה שני מאפיינים ש"נופלים" מהרשימה הכללית ורשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים.

2) צובר מולקולות ATP
3) מספק פוטוסינתזה

5) יש חצי אוטונומיה

תשובה

2. ניתן להשתמש בכל המאפיינים המפורטים להלן, למעט שניים, כדי לתאר את אברון התא המוצג באיור. זהה שני מאפיינים ש"נושרים" מהרשימה הכללית ורשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים.
1) אברון חד ממברנה
2) מורכב מקריסטה וכרומטין
3) מכיל DNA מעגלי
4) מסנתז את החלבון שלו
5) מסוגל לחלוקה

תשובה

התכונות המפורטות להלן, למעט שתיים, משמשות לתיאור המבנה והתפקודים של אברון התא המתואר. זהה שני מאפיינים ש"נופלים" מהרשימה הכללית ורשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים.
1) מפרק ביופולימרים למונומרים
2) צובר מולקולות ATP
3) מספק פוטוסינתזה
4) מתייחס לאברונים כפולים ממברנה
5) יש חצי אוטונומיה

תשובה

אוֹר
1. בחרו שתי תשובות נכונות מתוך חמש ורשמו את המספרים שמתחתם הם מצוינים. בשלב האור של הפוטוסינתזה בתא
1) חמצן נוצר כתוצאה מפירוק מולקולות מים
2) פחמימות מסונתזות מפחמן דו חמצני ומים
3) מתרחשת פילמור של מולקולות גלוקוז ליצירת עמילן
4) מולקולות ATP מסונתזות
5) האנרגיה של מולקולות ATP מושקעת בסינתזה של פחמימות

תשובה

2. זהה שלוש היגדים נכונים מתוך הרשימה הכללית, ורשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים בטבלה. במהלך שלב האור של הפוטוסינתזה מתרחשת
1) פוטוליזה של מים


4) חיבור מימן עם הטרנספורטר NADP+

תשובה

קל למעט
1. ניתן להשתמש בכל הסימנים למטה, מלבד שניים, כדי לקבוע את התהליכים של שלב האור של הפוטוסינתזה. זהה שני מאפיינים ש"נושרים" מהרשימה הכללית ורשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים.
1) פוטוליזה של מים
2) הפחתת פחמן דו חמצני לגלוקוז
3) סינתזה של מולקולות ATP תוך שימוש באנרגיה של אור השמש
4) היווצרות חמצן מולקולרי
5) שימוש באנרגיה של מולקולות ATP לסינתזה של פחמימות

תשובה

2. ניתן להשתמש בכל המאפיינים המפורטים להלן, מלבד שניים, לתיאור שלב האור של הפוטוסינתזה. זהה שני מאפיינים ש"נושרים" מהרשימה הכללית ורשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים.
1) נוצר תוצר לוואי - חמצן
2) מתרחשת בסטרומה של הכלורופלסט
3) קישור של פחמן דו חמצני
4) סינתזת ATP
5) פוטוליזה של מים

תשובה

3. כל המאפיינים המפורטים להלן, מלבד שניים, משמשים לתיאור שלב הפוטוסינתזה המוצג באיור. זהה שני מאפיינים ש"נופלים" מהרשימה הכללית ורשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים. בשלב זה
1) מתרחשת סינתזה של גלוקוז
2) מתחיל מחזור קלווין
3) ATP מסונתז
4) מתרחשת פוטוליזה של מים
5) מימן מתחבר עם NADP

תשובה

אפל
בחר שלוש אפשרויות. השלב האפל של הפוטוסינתזה מאופיין ב
1) התרחשות תהליכים על הממברנות הפנימיות של כלורופלסטים
2) סינתזת גלוקוז
3) קיבוע של פחמן דו חמצני
4) מהלך התהליכים בסטרומה של כלורופלסטים
5) נוכחות של פוטוליזה של מים
6) היווצרות ATP

תשובה

חשוך למעט
1. המושגים המפורטים להלן, למעט שניים, משמשים לתיאור השלב האפל של הפוטוסינתזה. זהה שני מושגים ש"נושרים" מהרשימה הכללית ורשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים.

2) פוטוליזה
3) חמצון של NADP 2H
4) גרנה
5) סטרומה

תשובה

2. כל המאפיינים המפורטים להלן, מלבד שניים, משמשים לתיאור השלב האפל של הפוטוסינתזה. זהה שני מאפיינים ש"נושרים" מהרשימה הכללית ורשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים.
1) היווצרות חמצן
2) קיבוע פחמן דו חמצני
3) שימוש באנרגיית ATP
4) סינתזת גלוקוז
5) גירוי של כלורופיל

תשובה

כהה בהיר
1. קבע התאמה בין תהליך הפוטוסינתזה לשלב בו הוא מתרחש: 1) אור, 2) כהה. כתוב את המספרים 1 ו-2 בסדר הנכון.
א) היווצרות מולקולות NADP-2H
ב) שחרור חמצן
ב) סינתזה של חד סוכרים
ד) סינתזה של מולקולות ATP
ד) הוספת פחמן דו חמצני לפחמימה

תשובה

2. קבע התאמה בין המאפיין לשלב של הפוטוסינתזה: 1) אור, 2) כהה. כתוב את המספרים 1 ו-2 בסדר הנכון.
א) פוטוליזה של מים
ב) קיבוע פחמן דו חמצני
ב) פיצול מולקולות ATP
ד) עירור של כלורופיל על ידי קוואנטות אור
ד) סינתזת גלוקוז

תשובה

3. קבע התאמה בין תהליך הפוטוסינתזה לשלב בו הוא מתרחש: 1) אור, 2) כהה. כתוב את המספרים 1 ו-2 בסדר הנכון.
א) היווצרות מולקולות NADP*2H
ב) שחרור חמצן
ב) סינתזת גלוקוז
ד) סינתזה של מולקולות ATP
ד) הפחתת פחמן דו חמצני

תשובה

4. קבע התאמה בין התהליכים לשלב הפוטוסינתזה: 1) אור, 2) כהה. כתוב את המספרים 1 ו-2 בסדר המתאים לאותיות.
א) פילמור של גלוקוז
ב) קשירת פחמן דו חמצני
ב) סינתזת ATP
ד) פוטוליזה של מים
ד) יצירת אטומי מימן
ה) סינתזת גלוקוז

תשובה

5. קבע התאמה בין שלבי הפוטוסינתזה לבין המאפיינים שלהם: 1) אור, 2) כהה. כתוב את המספרים 1 ו-2 בסדר המתאים לאותיות.
א) מתרחשת פוטוליזה של מים
ב) נוצר ATP
ב) חמצן משתחרר לאטמוספירה
ד) ממשיך עם ההוצאה של אנרגיית ATP
ד) תגובות יכולות להתרחש גם באור וגם בחושך

תשובה

6 שבת. קבע התאמה בין שלבי הפוטוסינתזה לבין המאפיינים שלהם: 1) אור, 2) כהה. כתוב את המספרים 1 ו-2 בסדר המתאים לאותיות.
א) שחזור של NADP+
ב) הובלה של יוני מימן על פני הממברנה
ב) מתרחשת בגראנה של כלורופלסטים
ד) מולקולות פחמימות מסונתזות
ד) אלקטרונים של כלורופיל עוברים לרמת אנרגיה גבוהה יותר
ה) נצרכת אנרגיית ATP

תשובה

גיבוש 7:
א) תנועה של אלקטרונים נרגשים
ב) המרה של NADP-2R ל-NADP+
ב) חמצון של NADPH
ד) נוצר חמצן מולקולרי
ד) תהליכים מתרחשים בסטרומה של הכלורופלסט

המשך
1. קבע את הרצף הנכון של תהליכים המתרחשים במהלך הפוטוסינתזה. רשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים בטבלה.
1) שימוש בפחמן דו חמצני
2) היווצרות חמצן
3) סינתזת פחמימות
4) סינתזה של מולקולות ATP
5) עירור של כלורופיל

תשובה

2. קבע את הרצף הנכון של תהליכי הפוטוסינתזה.
1) המרת אנרגיה סולארית לאנרגיית ATP
2) היווצרות אלקטרונים נרגשים של כלורופיל
3) קיבוע פחמן דו חמצני
4) היווצרות עמילן
5) המרה של אנרגיית ATP לאנרגיית גלוקוז

תשובה

3. קבע את רצף התהליכים המתרחשים במהלך הפוטוסינתזה. רשום את רצף המספרים המתאים.
1) קיבוע פחמן דו חמצני
2) פירוק ATP ושחרור אנרגיה
3) סינתזת גלוקוז
4) סינתזה של מולקולות ATP
5) גירוי של כלורופיל

תשובה

פוטוסינתזה
בחר אברוני תאים והמבנים שלהם המעורבים בתהליך הפוטוסינתזה.
1) ליזוזומים
2) כלורופלסטים
3) thylakoids
4) דגנים
5) ואקוולים
6) ריבוזומים

תשובה

פוטוסינתזה למעט
ניתן להשתמש בכל המאפיינים הבאים מלבד שניים כדי לתאר את תהליך הפוטוסינתזה. זהה שני מאפיינים ש"נושרים" מהרשימה הכללית, ורשום את המספרים שמתחתם הם מצוינים בתשובתך.
1) אנרגיית אור משמשת לביצוע התהליך.
2) התהליך מתרחש בנוכחות אנזימים.
3) התפקיד המרכזי בתהליך שייך למולקולת הכלורופיל.
4) התהליך מלווה בפירוק מולקולת הגלוקוז.
5) התהליך אינו יכול להתרחש בתאים פרוקריוטיים.

תשובה

נתח את הטבלה. מלא את התאים הריקים של הטבלה באמצעות המושגים והמונחים המופיעים ברשימה. עבור כל תא עם אותיות, בחר את המונח המתאים מהרשימה המסופקת.
1) ממברנות thylakoid
2) שלב קל
3) קיבוע של פחמן אנאורגני
4) פוטוסינתזה של מים
5) שלב חשוך
6) ציטופלזמה של התא

תשובה

נתח את הטבלה "תגובות פוטוסינתזה". עבור כל אות, בחר את המונח המתאים מהרשימה המסופקת.
1) זרחן חמצוני
2) חמצון של NADP-2H
3) ממברנות thylakoid
4) גליקוליזה
5) הוספת פחמן דו חמצני לפנטוז
6) היווצרות חמצן
7) היווצרות ריבולוז דיפוספט וגלוקוז
8) סינתזה של 38 ATP

תשובה

הכנס לטקסט "סינתזה של חומרים אורגניים בצמח" את המונחים החסרים מהרשימה המוצעת, תוך שימוש בסימונים מספריים. רשום את המספרים שנבחרו בסדר המתאים לאותיות. צמחים אוגרים את האנרגיה הדרושה לקיומם בצורה של חומרים אורגניים. חומרים אלה מסונתזים במהלך __________ (A). תהליך זה מתרחש בתאי עלים ב__________ (ב) - פלסטידים ירוקים מיוחדים. הם מכילים חומר ירוק מיוחד - __________ (ב). תנאי מוקדם ליצירת חומרים אורגניים בנוסף למים ופחמן דו חמצני הוא __________ (D).
רשימת מונחים:
1) נשימה
2) אידוי
3) לויקופסט
4) אוכל
5) אור
6) פוטוסינתזה
7) כלורופלסט
8) כלורופיל

תשובה

יצירת התאמה בין שלבי התהליך לתהליכים: 1) פוטוסינתזה, 2) ביוסינתזה של חלבון. כתוב את המספרים 1 ו-2 בסדר הנכון.
א) שחרור חמצן חופשי
ב) יצירת קשרים פפטידים בין חומצות אמינו
ב) סינתזה של mRNA על DNA
ד) תהליך תרגום
ד) שיקום פחמימות
ה) המרה של NADP+ ל-NADP 2H

תשובה

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

האם אתה יודע שכל עלה ירוק הוא "מפעל" מיניאטורי של חומרים מזינים וחמצן, הכרחי לחיים נורמליים לא רק לבעלי חיים, אלא גם לבני אדם. פוטוסינתזה היא תהליך ייצור החומרים הללו ממים ופחמן דו חמצני מהאטמוספירה. זהו תהליך כימי מורכב מאוד המתרחש בהשתתפות האור. ללא ספק, כולם מתעניינים כיצד מתרחש תהליך הפוטוסינתזה. התהליך מורכב משני שלבים: השלב הראשון הוא בליעת קוונטות האור, והשלב השני הוא שימוש באנרגיה שלהם בתגובות כימיות שונות.

כיצד מתרחש תהליך הפוטוסינתזה?
הצמח סופג אור באמצעות חומר ירוק הנקרא כלורופיל. הכלורופיל כלול בכלורופלסטים, הנמצאים בפירות ובגבעולים. אבל מספר גדול במיוחד מהם נמצא בעלים, מכיוון שהעלה, בשל המבנה הפשוט למדי שלו, יכול למשוך כמות גדולה של אור, ובהתאם, לקבל הרבה יותר אנרגיה לתהליך הפוטוסינתזה.
הכלורופיל, לאחר ספיגה, נמצא במצב נרגש ומעביר אנרגיה למולקולות אחרות של גוף הצמח, במיוחד אלו שלוקחות חלק ישירות בפוטוסינתזה. השלב השני של תהליך הפוטוסינתזה מתרחש ללא השתתפות חובה של האור ומורכב מהשגת קשר כימי בהשתתפות פחמן דו חמצני, המתקבל ממים ואוויר. בשלב זה מסונתזים חומרים שונים מאוד שימושיים לחיים, כמו גלוקוז ועמילן.

הצמחים עצמם משתמשים בחומרים אורגניים אלה כדי להזין את חלקיהם השונים, כמו גם כדי לשמור על תפקודי חיים תקינים. בנוסף, חומרים אלו מתקבלים גם על ידי בעלי חיים הניזונים מצמחים. אדם משיג את החומרים הללו על ידי אכילת מזונות ממקור צמחי ובעלי חיים.

תנאים לפוטוסינתזה
תהליך הפוטוסינתזה יכול להתרחש לא רק בהשפעת אור מלאכותי, אלא גם אור שמש. בטבע, ככלל, צמחים מבצעים את פעילותם באופן פעיל באביב ובקיץ, כלומר, בזמן שבו יש צורך בהרבה אור שמש. יש פחות אור בסתיו, הימים מתקצרים, העלים מצהיבים ואז נושרים. אבל ברגע שמופיעה השמש האביבית החמימה, העלווה הירוקה מתעוררת ו"המפעלים" הירוקים חוזרים לעבודתם שוב על מנת לספק כמות גדולה של חומרים מזינים וחמצן, הנחוצים כל כך לחיים.

היכן מתרחש תהליך הפוטוסינתזה?
הפוטוסינתזה מתרחשת בעיקר, כפי שאמרנו לעיל, אם אתה זוכר, בעלים של צמחים, מהסיבה שיש להם את היכולת לקלוט כמות גדולה של אור, שהיא כל כך הכרחית לתהליך הפוטוסינתזה.

לסיכום, ניתן לסכם ולומר שתהליך כמו פוטוסינתזה הוא חלק בלתי נפרד מחיי הצומח. אנו מקווים שהמאמר שלנו עזר לאנשים רבים להבין מהי פוטוסינתזה ומדוע היא נחוצה.

ההיסטוריה של גילוי תופעה מדהימה וחשובה ביותר כמו פוטוסינתזה נטועה עמוק בעבר. לפני יותר מארבע מאות שנה, בשנת 1600, ביצע המדען הבלגי יאן ואן הלמונט ניסוי פשוט. הוא הניח ענף ערבה בשקית שהכילה 80 ק"ג אדמה. המדען רשם את המשקל הראשוני של הערבה, ולאחר מכן השקה את הצמח אך ורק במי גשמים במשך חמש שנים. דמיינו את ההפתעה של יאן ואן הלמונט כאשר שקל מחדש את הערבה. משקל הצמח עלה ב-65 ק"ג, ומסת כדור הארץ ירדה ב-50 גרם בלבד! היכן קיבל הצמח 64 ק"ג 950 גרם של חומרים מזינים נותרו בגדר תעלומה עבור המדען!

הניסוי המשמעותי הבא בדרך לגילוי הפוטוסינתזה היה שייך לכימאי האנגלי ג'וזף פריסטלי. המדען שם עכבר מתחת למכסה המנוע, וכעבור חמש שעות מת המכרסם. כשפריסטלי הניח גבעול נענע עם העכבר וכיסה גם את המכרסם בכיפה, העכבר נשאר בחיים. ניסוי זה הוביל את המדען לרעיון שיש תהליך מנוגד לנשימה. Jan Ingenhouse בשנת 1779 קבע את העובדה שרק חלקים ירוקים של צמחים מסוגלים לשחרר חמצן. שלוש שנים מאוחר יותר, המדען השוויצרי ז'אן סנבייר הוכיח שפחמן דו חמצני, בהשפעת אור השמש, מתפרק באברוני צמחים ירוקים. רק חמש שנים לאחר מכן, המדען הצרפתי ז'אק בוסינגו, שערך מחקר מעבדתי, גילה את העובדה שספיגת המים על ידי צמחים מתרחשת גם במהלך סינתזה של חומרים אורגניים. התגלית התקופה נעשתה בשנת 1864 על ידי הבוטנאי הגרמני יוליוס זאקס. הוא הצליח להוכיח שנפח הפחמן הדו-חמצני הנצרך והחמצן המשתחרר מתרחש ביחס של 1:1.

פוטוסינתזה היא אחד התהליכים הביולוגיים המשמעותיים ביותר

במונחים מדעיים, פוטוסינתזה (מיוונית עתיקה φῶς - אור ו-σύνθεσις - חיבור, קישור) היא תהליך שבו נוצרים חומרים אורגניים מפחמן דו חמצני ומים באור. התפקיד העיקרי בתהליך זה שייך למקטעים פוטוסינתטיים.

אם מדברים באופן פיגורטיבי, ניתן להשוות עלה צמח למעבדה, שחלונותיה פונים לצד שטוף השמש. זה בו כי היווצרות של חומרים אורגניים מתרחשת. תהליך זה הוא הבסיס לקיומם של כל החיים על פני כדור הארץ.

רבים ישאלו באופן סביר את השאלה: מה נושמים אנשים שגרים בעיר, שבה אתה אפילו לא יכול למצוא עץ או עלה דשא במהלך היום עם אש? התשובה פשוטה מאוד. העובדה היא שצמחים יבשתיים מהווים רק 20% מהחמצן שמשחרר צמחים. אצות ים ממלאות תפקיד מוביל בייצור חמצן לאטמוספירה. הם מהווים 80% מהחמצן המיוצר. אם מדברים בשפת המספרים, גם צמחים וגם אצות משחררים מדי שנה 145 מיליארד טון (!) של חמצן לאטמוספירה! לא בכדי נקראים האוקיינוסים בעולם "ריאות כדור הארץ".

הנוסחה הכללית לפוטוסינתזה היא כדלקמן:

מים + פחמן דו חמצני + אור → פחמימות + חמצן

מדוע צמחים זקוקים לפוטוסינתזה?

כפי שלמדנו, פוטוסינתזה היא תנאי הכרחי לקיום אנושי על פני כדור הארץ. עם זאת, זו לא הסיבה היחידה לכך שאורגניזמים פוטוסינתטיים מייצרים חמצן לאטמוספירה באופן פעיל. העובדה היא שגם אצות וגם צמחים יוצרים מדי שנה יותר מ-100 מיליארד חומרים אורגניים (!), המהווים את הבסיס לפעילות חייהם. כשזוכרים את הניסוי של יאן ואן הלמונט, אנו מבינים שפוטוסינתזה היא הבסיס לתזונת הצמח. הוכח מדעית כי 95% מהיבול נקבע על ידי החומרים האורגניים שמקבל הצמח בתהליך הפוטוסינתזה, ו-5% על ידי הדשנים המינרליים שהגנן מורח על הקרקע.

תושבי הקיץ המודרניים מקדישים את תשומת הלב העיקרית לתזונת הקרקע של צמחים, ושוכחים את תזונת האוויר שלה. לא ידוע איזה סוג של קציר גננים יכולים לקבל אם היו זהירים בתהליך הפוטוסינתזה.

עם זאת, לא צמחים ולא אצות יכלו לייצר חמצן ופחמימות בצורה כל כך פעילה אם לא היה להם פיגמנט ירוק מדהים - כלורופיל.

תעלומת הפיגמנט הירוק

ההבדל העיקרי בין תאי צמחים לתאי אורגניזמים חיים אחרים הוא נוכחות של כלורופיל. אגב, הוא זה שאחראי לעובדה שעלי הצמחים בצבע ירוק. לתרכובת האורגנית המורכבת הזו יש תכונה אחת מדהימה: היא יכולה לספוג אור שמש! הודות לכלורופיל, תהליך הפוטוסינתזה מתאפשר גם.

שני שלבים של פוטוסינתזה

במילים פשוטות, פוטוסינתזה היא תהליך שבו מים ופחמן דו חמצני הנספגים על ידי צמח באור בעזרת כלורופיל יוצרים סוכר וחמצן. בדרך זו, חומרים אנאורגניים הופכים באופן מפתיע לאורגניים. הסוכר המתקבל כתוצאה מהמרה מהווה מקור אנרגיה לצמחים.

לפוטוסינתזה שני שלבים: אור וחושך.

שלב קל של פוטוסינתזה

זה מתבצע על ממברנות thylakoid.

Thylakoids הם מבנים מוגבלים לממברנה. הם ממוקמים בסטרומה של הכלורופלסט.

סדר האירועים בשלב האור של הפוטוסינתזה הוא:

1. האור פוגע במולקולת הכלורופיל, שנספגת לאחר מכן בפיגמנט הירוק וגורמת לו להתרגש. האלקטרון הכלול במולקולה עובר לרמה גבוהה יותר ומשתתף בתהליך הסינתזה.
2. מים מתפצלים, במהלכו מומרים פרוטונים לאטומי מימן בהשפעת אלקטרונים. לאחר מכן, הם מוציאים על סינתזה של פחמימות.
3. בשלב הסופי של שלב האור, ATP (Adenosine triphosphate) מסונתז. זהו חומר אורגני הממלא את התפקיד של מצבר אנרגיה אוניברסלי במערכות ביולוגיות.

שלב אפל של פוטוסינתזה

המקום בו מתרחשת השלב הכהה הוא הסטרומה של הכלורופלסטים. בשלב החשוך משתחרר חמצן ומסונתז גלוקוז. רבים יחשבו ששלב זה קיבל את השם הזה מכיוון שהתהליך המתרחש בשלב זה מתרחש אך ורק בלילה. למעשה, זה לא לגמרי נכון. סינתזת גלוקוז מתרחשת מסביב לשעון. העובדה היא שבשלב זה אנרגיית האור אינה נצרכת עוד, מה שאומר שהיא פשוט לא נחוצה.

חשיבות הפוטוסינתזה לצמחים

כבר קבענו את העובדה שצמחים צריכים פוטוינטזה לא פחות מאיתנו. קל מאוד לדבר על קנה המידה של הפוטוסינתזה במונחים של מספרים. מדענים חישבו שצמחי אדמה לבדם אוגרים כמה אנרגיה סולארית שאפשר לצרוך על ידי 100 מגה ערים בתוך 100 שנים!

נשימה של צמחים היא תהליך הפוך מפוטוסינתזה. המשמעות של נשימה צמחית היא לשחרר אנרגיה בתהליך הפוטוסינתזה ולכוון אותה לצרכי הצמחים. במילים פשוטות, תשואה היא ההבדל בין פוטוסינתזה לנשימה. ככל שהפוטוסינתזה גדולה יותר והנשימה נמוכה יותר, הקציר גדול יותר ולהיפך!

פוטוסינתזה היא תהליך מדהים שמאפשר חיים על פני כדור הארץ!

בטבע, בהשפעת אור השמש, מתרחש תהליך חיוני, שבלעדיו אף יצור חי אחד על פני כדור הארץ לא יכול לעשות זאת. כתוצאה מהתגובה משתחרר חמצן לאוויר, אותו אנו נושמים. תהליך זה נקרא פוטוסינתזה. מהי פוטוסינתזה מנקודת מבט מדעית, ומה קורה בכלורופלסטים של תאי צמחים, נשקול להלן.

פוטוסינתזה בביולוגיה היא טרנספורמציה של חומרים אורגניים וחמצן מתרכובות אנאורגניות בהשפעת אנרגיית השמש. זה אופייני לכל הפוטו-אוטוטרופים המסוגלים לייצר תרכובות אורגניות בעצמם.

אורגניזמים כאלה כוללים צמחים, חיידקים ירוקים וסגולים וציאנובקטריה (אצות כחולות-ירקות).

צמחים פוטואוטוטרופיים סופגים מים מהאדמה ופחמן דו חמצני מהאוויר. בהשפעת אנרגיית השמש נוצר גלוקוז, אשר הופך לאחר מכן לפוליסכריד - עמילן, הנחוץ לאורגניזמים צמחיים לצורך תזונה והפקת אנרגיה. חמצן משתחרר לסביבה - חומר חשוב המשמש את כל היצורים החיים לנשימה.

כיצד מתרחשת פוטוסינתזה. ניתן לייצג תגובה כימית באמצעות המשוואה הבאה:

6СО2 + 6Н2О + E = С6Н12О6 + 6О2

תגובות פוטוסינתטיות מתרחשות בצמחים ברמה התאית, כלומר בכלורופלסטים המכילים את הפיגמנט העיקרי כלורופיל. תרכובת זו לא רק מעניקה לצמחים את צבעם הירוק, אלא גם לוקחת חלק פעיל בתהליך עצמו.

כדי להבין טוב יותר את התהליך, אתה צריך להכיר את המבנה של אברונים ירוקים - כלורופלסטים.

מבנה הכלורופלסטים

כלורופלסטים הם אברוני תאים שנמצאים רק בצמחים ובציאנובקטריה. כל כלורופלסט מכוסה בקרום כפול: חיצוני ופנימי. החלק הפנימי של הכלורופלסט מלא בסטרומה - החומר העיקרי, שעקביותו דומה לציטופלזמה של התא.

מבנה כרולופלסט

סטרומת הכלורופלסט מורכבת מ:

• thylakoids - מבנים הדומים שקים שטוחים המכילים את הפיגמנט כלורופיל;
• גראן - קבוצות thylakoid;
• lamella - צינוריות המחברים את גרנה של thylakoids.

כל גרנה נראית כמו ערימת מטבעות, כאשר כל מטבע הוא תילקואיד, והלמלה היא מדף עליו מונחות הגרנות. בנוסף, לכלורופלסטים מידע גנטי משלהם, המיוצג על ידי גדילי DNA דו-גדיליים, כמו גם ריבוזומים, הלוקחים חלק בסינתזה של חלבון, טיפות שמן ודגני עמילן.

סרטון שימושי: פוטוסינתזה

שלבים עיקריים

לפוטוסינתזה שני שלבים מתחלפים: אור וחושך. לכל אחד יש מאפיינים משלו ומוצרים הנוצרים במהלך תגובות מסוימות. שתי מערכות פוטו, הנוצרות מהפיגמנטים המסייעים לקצירת האור, כלורופיל וקרוטנואיד, מעבירות אנרגיה לפיגמנט הראשי. כתוצאה מכך, אנרגיית האור הופכת לאנרגיה כימית - ATP (חומצה טריפוספורית אדנוזין). מה קורה בתהליכי הפוטוסינתזה.

אוֹר

שלב האור מתרחש כאשר פוטונים של אור פוגעים בצמח. בכלורופלסט הוא מתרחש על ממברנות התילקואיד.

תהליכים עיקריים:

1. פיגמנטים של מערכת צילום I מתחילים "לספוג" פוטונים של אנרגיית השמש, המועברים למרכז התגובה.
2. בהשפעת פוטוני האור, אלקטרונים "מתרגשים" במולקולת הפיגמנט (כלורופיל).
3. האלקטרון ה"נרגש" מועבר לממברנה החיצונית של התילקואיד באמצעות חלבוני תחבורה.
4. אותו אלקטרון יוצר אינטראקציה עם התרכובת המורכבת NADP (ניקוטינאמיד אדנין דינוקלאוטיד פוספט), ומפחית אותה ל-NADP*H2 (תרכובת זו מעורבת בשלב האפל).

תהליכים דומים מתרחשים במערכת הצילום II. אלקטרונים "נרגשים" עוזבים את מרכז התגובה ומועברים לממברנה החיצונית של התילקואידים, שם הם נקשרים למקבל האלקטרונים, חוזרים לפוטוסיסטם I ומשחזרים אותה.

שלב קל של פוטוסינתזה

כיצד משחזרים את photosystem II? זה מתרחש עקב פוטוליזה של מים - תגובת הפיצול של H2O. ראשית, מולקולת המים נותנת אלקטרונים למרכז התגובה של מערכת הצילום II, שבגללה מתרחשת ההפחתה שלה. לאחר מכן, המים מתפצלים לחלוטין למימן ולחמצן. האחרון חודר לתוך הסביבה דרך הסטומטה של ​​האפידרמיס של העלה.

ניתן לתאר פוטוליזה של מים באמצעות המשוואה:

2H2O = 4H + 4e + O2

בנוסף, בשלב האור נוצרות מולקולות ATP - אנרגיה כימית הנכנסת ליצירת גלוקוז. קרום התילקואיד מכיל מערכת אנזימטית שלוקחת חלק ביצירת ATP. תהליך זה מתרחש כתוצאה מכך שיון מימן מועבר דרך תעלה של אנזים מיוחד מהקליפה הפנימית לקליפה החיצונית. לאחר מכן משתחררת אנרגיה.

חשוב לדעת!בשלב האור של הפוטוסינתזה, נוצר חמצן, כמו גם אנרגיית ATP, המשמשת לסינתזה של חד-סוכרים בשלב הכהה.

אפל

תגובות פאזה כהה מתרחשות מסביב לשעון, אפילו ללא נוכחות של אור שמש. תגובות פוטוסינתטיות מתרחשות בסטרומה (הסביבה הפנימית) של הכלורופלסט. נושא זה נחקר ביתר פירוט על ידי מלווין קלווין, שלכבודו נקראות התגובות של השלב האפל מחזור קלווין, או C3 - נתיב.

מחזור זה מתרחש בשלושה שלבים:

1. קרבוקסילציה.
2. התאוששות.
3. התחדשות של מקבלים.

במהלך הקרבוקסילציה, חומר הנקרא ריבולוז ביפוספט מתחבר עם חלקיקי פחמן דו חמצני. לשם כך משתמשים באנזים מיוחד - קרבוקסילאז. נוצרת תרכובת לא יציבה של שישה פחמנים, שמתפצלת כמעט מיד ל-2 מולקולות של PGA (חומצה פוספוגליצרית).

כדי לשחזר PHA, נעשה שימוש באנרגיה של ATP ו-NADP*H2 שנוצרו בשלב האור. תגובות עוקבות מייצרות סוכר תלת-פחמן עם קבוצת פוספט.

במהלך התחדשות המקבלים, חלק ממולקולות ה-PGA משמש לשחזור מולקולות ריבולוזה ביספוספט, שהיא קולטת CO2. יתר על כן, באמצעות תגובות עוקבות, נוצר חד סוכר - גלוקוז. עבור כל התהליכים הללו, נעשה שימוש באנרגיה של ATP שנוצרת בשלב האור, כמו גם NADP*H2.

תהליכי המרת 6 מולקולות של פחמן דו חמצני למולקולה אחת של גלוקוז דורשים פירוק של 18 מולקולות ATP ו-12 מולקולות NADP*H2. ניתן לתאר תהליכים אלה באמצעות המשוואה הבאה:

6СО2 + 24Н = С6Н12О6 + 6Н2О

לאחר מכן, פחמימות מורכבות יותר מסונתזות מהגלוקוז שנוצר - פוליסכרידים: עמילן, תאית.

הערה!במהלך הפוטוסינתזה של השלב האפל נוצר גלוקוז - חומר אורגני הכרחי להזנת צמחים ולהפקת אנרגיה.

טבלת הפוטוסינתזה שלהלן תעזור לך להבין טוב יותר את המהות הבסיסית של תהליך זה.

טבלה השוואתית של שלבי פוטוסינתזה

למרות שמחזור קלווין הוא האופייני ביותר לשלב האפל של הפוטוסינתזה, חלק מהצמחים הטרופיים מאופיינים במחזור ה- Hatch-Slack (נתיב C4), שיש לו מאפיינים משלו. במהלך הקרבוקסילציה במחזור Hatch-Slack, לא נוצרת חומצה פוספוגליצרית, אלא אחרות כמו אוקסלואצטית, מאלית, אספרטית. כמו כן, במהלך תגובות אלו, פחמן דו חמצני מצטבר בתאי הצמח, ואינו מוסר באמצעות חילופי גזים, כמו ברובם.

לאחר מכן, גז זה מעורב בתגובות פוטוסינתטיות וביצירת גלוקוז. ראוי גם לציין שמסלול הפוטוסינתזה C4 דורש יותר אנרגיה מאשר מחזור קלווין. התגובות והתוצרים העיקריים של היווצרות במחזור Hatch-Slack אינם שונים ממחזור קלווין.

הודות לתגובות של מחזור Hatch-Slack, photorespiration כמעט ואינה מתרחשת בצמחים, מכיוון שהסטומטה של ​​האפידרמיס במצב סגור. זה מאפשר להם להסתגל לתנאי חיים ספציפיים:

• חום קיצוני;
• אקלים יבש;
• מליחות מוגברת של בתי גידול;
• חוסר CO2.

השוואה בין שלבים בהירים לחושך

משמעות בטבע

הודות לפוטוסינתזה נוצר חמצן - חומר חיוני לתהליכי הנשימה והצטברות האנרגיה בתוך התאים, המאפשר לאורגניזמים חיים לגדול, להתפתח, להתרבות, ומעורב ישירות בעבודה של כל המערכות הפיזיולוגיות של האדם והאדם. גוף חיה.

חָשׁוּב!החמצן באטמוספרה יוצר כדור אוזון, המגן על כל האורגניזמים מפני ההשפעות המזיקות של קרינה אולטרה סגולה מסוכנת.

סרטון שימושי: הכנה למבחן המדינה המאוחדת בביולוגיה - פוטוסינתזה

סיכום

הודות ליכולת לסנתז חמצן ואנרגיה, צמחים מהווים את החוליה הראשונה בכל שרשראות המזון, בהיותם יצרנים. על ידי צריכת צמחים ירוקים, כל ההטרוטרופים (בעלי חיים, אנשים) מקבלים משאבים חיוניים יחד עם מזון. הודות לתהליך המתרחש בצמחים ירוקים ובציאנובקטריה, נשמר הרכב גז קבוע של האטמוספירה והחיים על פני כדור הארץ.

בקשר עם

פוטוסינתזה היא התהליך המביא להיווצרות ושחרור חמצן על ידי תאי צמחים וסוגים מסוימים של חיידקים.

קונספט בסיסי

פוטוסינתזה היא לא יותר משרשרת של תגובות פיזיקליות וכימיות ייחודיות. ממה זה מורכב? צמחים ירוקים, כמו גם כמה חיידקים, סופגים את אור השמש וממירים אותם לאנרגיה אלקטרומגנטית. התוצאה הסופית של פוטוסינתזה היא האנרגיה של קשרים כימיים של תרכובות אורגניות שונות.

בצמח החשוף לאור השמש מתרחשות תגובות חיזור ברצף מסוים. מים ומימן, שהם חומרים מפחיתי תורם, עוברים בצורה של אלקטרונים לחומר המחמצן המקובל (פחמן דו חמצני ואצטט). כתוצאה מכך, נוצרות תרכובות מופחתות של פחמימות, כמו גם חמצן, אשר משתחרר על ידי צמחים.

היסטוריה של חקר הפוטוסינתזה

במשך אלפי שנים, האדם היה משוכנע שהתזונה של הצמח מתרחשת דרך מערכת השורשים שלו דרך האדמה. בתחילת המאה השש עשרה, חוקר הטבע ההולנדי יאן ואן הלמונט ערך ניסוי בגידול צמח בעציץ. לאחר שקילת האדמה לפני השתילה ולאחר שהצמח הגיע לגודל מסוים, הוא הגיע למסקנה שכל נציגי הצמחייה קיבלו חומרי הזנה בעיקר ממים. מדענים דבקו בתיאוריה זו במשך המאות הבאות.

הנחה בלתי צפויה אך נכונה לגבי תזונת צמחים נעשתה בשנת 1771 על ידי הכימאי האנגלי ג'וזף פריסטלי. הניסויים שביצע הוכיחו באופן משכנע שצמחים מסוגלים לטהר אוויר שבעבר לא היה מתאים לנשימה אנושית. מעט מאוחר יותר, הגיע למסקנה שתהליכים אלה בלתי אפשריים ללא השתתפות אור השמש. מדענים מצאו שעלי צמחים ירוקים עושים יותר מאשר רק להמיר את הפחמן הדו חמצני שהם מקבלים לחמצן. בלי התהליך הזה החיים שלהם בלתי אפשריים. יחד עם מים ומלחי מינרלים, פחמן דו חמצני משמש מזון לצמחים. זוהי המשמעות העיקרית של פוטוסינתזה עבור כל נציגי הצומח.

תפקיד החמצן לחיים על פני כדור הארץ

הניסויים שביצע הכימאי האנגלי פריסטלי עזרו לאנושות להסביר מדוע האוויר על הפלנטה שלנו נותר נושם. אחרי הכל, החיים נשמרים למרות קיומם של מספר עצום של אורגניזמים חיים ושריפת אינספור שריפות.

הופעת החיים על פני כדור הארץ לפני מיליארדי שנים הייתה פשוט בלתי אפשרית. האטמוספירה של הפלנטה שלנו לא הכילה חמצן חופשי. הכל השתנה עם הופעת הצמחים. כל החמצן באטמוספירה כיום הוא תוצאה של פוטוסינתזה המתרחשת בעלים ירוקים. תהליך זה שינה את מראה כדור הארץ ונתן תנופה להתפתחות החיים. משמעות חשובה זו של פוטוסינתזה התממשה במלואה על ידי האנושות רק בסוף המאה ה-18.

אין זה מוגזם לומר שעצם קיומם של אנשים על הפלנטה שלנו תלוי במצבו של עולם הצומח. חשיבותה של הפוטוסינתזה טמונה בתפקידה המוביל להתרחשות של תהליכי ביוספרה שונים. בקנה מידה עולמי, תגובה פיזיקוכימית מדהימה זו מובילה להיווצרות של חומרים אורגניים מחומרים אנאורגניים.

סיווג תהליכי פוטוסינתזה

שלוש תגובות חשובות מתרחשות בעלה ירוק. הם מייצגים פוטוסינתזה. הטבלה שבה נרשמות תגובות אלו משמשת בחקר הביולוגיה. השורות שלה כוללות:

פוטוסינתזה;
- חילופי גז;
- אידוי של מים.

אותן תגובות פיזיקוכימיות המתרחשות בצמח במהלך אור יום מאפשרות לעלים ירוקים לשחרר פחמן דו חמצני וחמצן. בחושך - רק הראשון מבין שני המרכיבים הללו.

הסינתזה של כלורופיל בחלק מהצמחים מתרחשת אפילו בתאורה נמוכה ומפוזרת.

שלבים עיקריים

ישנם שני שלבים של פוטוסינתזה, הקשורים זה לזה באופן הדוק. בשלב הראשון, האנרגיה של קרני האור מומרת לתרכובות עתירות אנרגיה ATP וחומרים מפחיתים אוניברסליים NADPH. שני היסודות הללו הם התוצרים העיקריים של הפוטוסינתזה.

בשלב השני (כהה), משתמשים ב-ATP וב-NADPH המתקבלים לקיבוע פחמן דו חמצני עד שהוא מצטמצם לפחמימות. שני השלבים של הפוטוסינתזה שונים לא רק בזמן. הם מתרחשים גם בחללים שונים. לכל מי שלומד את הנושא "פוטוסינתזה" בביולוגיה, טבלה עם אינדיקציה מדויקת של המאפיינים של שני השלבים תסייע בהבנה מדויקת יותר של התהליך.

מנגנון ייצור חמצן

לאחר שצמחים סופגים פחמן דו חמצני, חומרים מזינים מסונתזים. תהליך זה מתרחש בפיגמנטים ירוקים הנקראים כלורופילים כאשר הם נחשפים לאור השמש. המרכיבים העיקריים של התגובה המדהימה הזו הם:

אוֹר;
- כלורופלסטים;
- מים;
- פחמן דו חמצני;
- טמפרטורה.

רצף של פוטוסינתזה

צמחים מייצרים חמצן בשלבים. השלבים העיקריים של הפוטוסינתזה הם כדלקמן:

קליטת אור על ידי כלורופילים;
- חלוקה של מים המתקבלים מהאדמה לחמצן ומימן על ידי כלורופלסטים (אברונים תוך תאיים של פיגמנט ירוק);
- תנועה של חלק אחד של חמצן לאטמוספירה, והשני לתהליך הנשימה של צמחים;
- היווצרות מולקולות סוכר בגרגרי חלבון (פירנואידים) של צמחים;
- ייצור עמילנים, ויטמינים, שומנים וכו'. כתוצאה מערבוב סוכר עם חנקן.

למרות העובדה שפוטוסינתזה דורשת אור שמש, תגובה זו יכולה להתרחש גם באור מלאכותי.

תפקידה של הצומח עבור כדור הארץ

התהליכים הבסיסיים המתרחשים בעלה ירוק כבר נחקרו במלואם על ידי מדע הביולוגיה. חשיבותה של הפוטוסינתזה לביוספרה היא עצומה. זוהי התגובה היחידה שמובילה לעלייה בכמות האנרגיה החופשית.

במהלך תהליך הפוטוסינתזה נוצרים מדי שנה מאה וחמישים מיליארד טונות של חומרים אורגניים. בנוסף, במהלך תקופה זו, צמחים משחררים כמעט 200 מיליון טון חמצן. בהקשר זה ניתן לטעון שתפקידה של הפוטוסינתזה הוא עצום עבור האנושות כולה, שכן תהליך זה משמש כמקור האנרגיה העיקרי על פני כדור הארץ.

בתהליך של תגובה פיסיקוכימית ייחודית מתרחש מחזור הפחמן, החמצן ואלמנטים רבים אחרים. זה מרמז על משמעות חשובה נוספת של פוטוסינתזה בטבע. תגובה זו שומרת על הרכב מסוים של האטמוספירה שבה מתאפשרים חיים על פני כדור הארץ.

תהליך המתרחש בצמחים מגביל את כמות הפחמן הדו חמצני, ומונע ממנו להצטבר בריכוזים מוגברים. זהו גם תפקיד חשוב לפוטוסינתזה. על כדור הארץ, הודות לצמחים ירוקים, לא נוצר מה שנקרא אפקט החממה. פלורה מגינה באופן אמין על כוכב הלכת שלנו מפני התחממות יתר.

פלורה כבסיס לתזונה

תפקידה של הפוטוסינתזה חשוב ליעור ולחקלאות. עולם הצומח הוא הבסיס התזונתי לכל האורגניזמים ההטרוטרופיים. עם זאת, המשמעות של פוטוסינתזה טמונה לא רק בספיגת פחמן דו חמצני על ידי עלים ירוקים ובייצור של מוצר מוגמר כזה של תגובה ייחודית כמו סוכר. צמחים מסוגלים להפוך תרכובות חנקן וגופרית לחומרים המרכיבים את גופם.

איך זה קורה? מהי חשיבותה של פוטוסינתזה בחיי הצומח? תהליך זה מתבצע באמצעות ייצור יוני חנקה על ידי הצמח. יסודות אלה נמצאים במי הקרקע. הם נכנסים לצמח דרך מערכת השורשים. התאים של אורגניזם ירוק מעבדים יוני חנקה לחומצות אמינו, המרכיבות שרשראות חלבון. תהליך הפוטוסינתזה מייצר גם רכיבי שומן. הם חומרי רזרבה חשובים לצמחים. לפיכך, הזרעים של פירות רבים מכילים שמן מזין. מוצר זה חשוב גם לבני אדם, מכיוון שהוא משמש בתעשיות המזון והחקלאות.

תפקידה של פוטוסינתזה בייצור יבול

בפרקטיקה העולמית של מפעלים חקלאיים, נעשה שימוש נרחב בתוצאות של לימוד הדפוסים הבסיסיים של התפתחות וגידול צמחים. כידוע, הבסיס להיווצרות יבול הוא פוטוסינתזה. עוצמתו, בתורה, תלויה במשטר המים של הגידולים, כמו גם בתזונה המינרלית שלהם. כיצד משיג אדם עלייה בצפיפות היבול ובגודל העלים כך שהצמח ינצל מקסימום את אנרגיית השמש ולוקח פחמן דו חמצני מהאטמוספירה? כדי להשיג זאת, התנאים להזנה מינרלית ואספקת מים לגידולים חקלאיים מיואבים.

הוכח מדעית כי התשואה תלויה בשטח העלים הירוקים, כמו גם בעוצמת ומשך התהליכים המתרחשים בהם. אבל במקביל, עלייה בצפיפות היבול מובילה להצללה של העלים. אור השמש אינו יכול לחדור אליהם, ובשל הידרדרות האוורור של המוני האוויר, פחמן דו חמצני נכנס בנפחים קטנים. כתוצאה מכך, פעילות תהליך הפוטוסינתזה פוחתת ותפוקת הצמח יורדת.

תפקידה של פוטוסינתזה לביוספרה

על פי ההערכות הגסות ביותר, רק צמחים אוטוטרופיים החיים במימי האוקיינוס ​​העולמי ממירים מדי שנה בין 20 ל-155 מיליארד טונות של פחמן לחומר אורגני. וזאת למרות שהאנרגיה של קרני השמש משמשת אותם רק ב-0.11%. באשר לצמחים יבשתיים, הם סופגים מדי שנה בין 16 ל-24 מיליארד טון פחמן. כל הנתונים הללו מעידים באופן משכנע עד כמה חשובה הפוטוסינתזה בטבע. רק כתוצאה מתגובה זו מתחדשת האטמוספירה בחמצן המולקולרי הדרוש לחיים, הדרוש לבעירה, לנשימה ולפעילויות תעשייתיות שונות. כמה מדענים מאמינים שכאשר רמות הפחמן הדו חמצני באטמוספירה עולות, קצב הפוטוסינתזה עולה. במקביל, האווירה מתחדשת בחמצן חסר.

התפקיד הקוסמי של הפוטוסינתזה

צמחים ירוקים הם מתווכים בין הפלנטה שלנו לשמש. הם לוכדים את האנרגיה של הגוף השמימי ומבטיחים את קיומם של חיים על הפלנטה שלנו.

פוטוסינתזה היא תהליך שניתן לדון בו בקנה מידה קוסמי, שכן פעם היא תרמה לשינוי הדימוי של הפלנטה שלנו. הודות לתגובה המתרחשת בעלים ירוקים, אנרגיית קרני השמש אינה מתפזרת בחלל. זה הופך לאנרגיה כימית של חומרים אורגניים שזה עתה נוצרו.

החברה האנושית זקוקה לתוצרי הפוטוסינתזה לא רק למזון, אלא גם לפעילות כלכלית.

עם זאת, לא רק אותן קרני שמש הנופלות על כדור הארץ שלנו בזמן הנוכחי חשובות לאנושות. אותם תוצרים של פוטוסינתזה שהושגו לפני מיליוני שנים נחוצים ביותר לחיים ולפעילויות הייצור. הם נמצאים במעיים של כדור הארץ בצורה של שכבות של פחם, גז דליק ונפט, ומרבצי כבול.