fotosüntees

Mõista kloroplastide, klorofülli, grana, tülakoidmembraanide ja strooma tähtsust ja rolli fotosünteesis

Mõistke kloroplastide, klorofülli, grana, tülakoidmembraanide ja strooma tähtsust ja rolli fotosünteesis Fotosünteesi asukoht, tähtsus ja mehhanismid. Uurige kloroplastide, klorofülli, grana, tülakoidmembraanide ja stroomade rolli fotosünteesis. Encyclopædia Britannica, Inc. Vaadake kõiki selle artikli videoid

fotosüntees , protsess, mille käigus roheline taimed ja teatud muud organismid muudavad valgusenergia keemiliseks energiaks. Rohelistes taimedes fotosünteesi käigus püütakse valguse energiat ja kasutatakse muundamiseks vesi , süsinikdioksiid ja mineraalid hapnikuks ja energiarikkaks orgaaniliseks ühendid .



fotosüntees

fotosüntees Fotosünteesi skeem, mis näitab, kuidas vesi, valgus ja süsinikdioksiid imenduvad taimes hapniku, suhkrute ja suurema süsinikdioksiidi tootmiseks. Encyclopædia Britannica, Inc.



Kõige populaarsemad küsimused

Miks on fotosüntees oluline?

Fotosüntees on valdava osa Maa elu olemasolu jaoks kriitilise tähtsusega. See on viis, kuidas praktiliselt kogu biosfääri energia muutub elusolenditele kättesaadavaks. Esmatootjatena moodustavad fotosünteesivad organismid Maa toiduvõrkude aluse ja neid tarbivad otseselt või kaudselt kõik kõrgemad eluvormid. Lisaks on peaaegu kogu atmosfääri hapnik tingitud fotosünteesi protsessist. Kui fotosüntees lakkaks, oleks varsti Maal vähe toitu või muid orgaanilisi aineid, enamik organisme kaoks ja Maa atmosfääris puuduks lõpuks peaaegu gaasiline hapnik.

Mis on fotosünteesi põhivalem?

Fotosünteesi protsess on tavaliselt kirjutatud järgmiselt: 6COkaks+ 6HkaksO → C6H12VÕI6+ 6Okaks. See tähendab, et reagendid, kuus süsinikdioksiidi molekuli ja kuus veemolekuli, muudetakse klorofülli (noolega vihjatud) poolt püütud valgusenergia abil suhkru molekuliks ja kuueks hapniku molekuliks, saaduseks. Organism kasutab suhkrut ja kõrvalsaadusena eraldub hapnik.



Loe lähemalt allpool: Üldised omadused: Fotosünteesi üldine reaktsioon Klorofüll Lisateave klorofülli kohta.

Milliseid organisme saab fotosünteesida?

Fotosünteesimise võime on mõlemas eukarüootne ja prokarüootsed organismid. Tuntumad näited on taimed, kuna kõik, välja arvatud väga vähesed parasiit- või mükoheterotroofsed liigid, sisaldavad klorofülli ja toodavad ise toitu. Vetikad on eukarüootsete fotosünteetiliste organismide teine ​​domineeriv rühm. Kõik vetikad, sealhulgas massiivsed pruunvetikad ja mikroskoopilised diatoomid, on olulised esmatootjad. Tsüanobakterid ja teatud väävlibakterid on fotosünteesivad prokarüoodid, milles fotosüntees arenes. Arvatakse, et ükski loom ei ole fotosünteesiks iseseisvalt võimeline, ehkki smaragdrohelise mere nälkjas võib toiduks tootmiseks ajutiselt lisada vetika kloroplasti.

Eukarüoot Lisateave eukarüootide kohta. Prokarüoot Lisateave prokarüootide kohta.

Fotosünteesi tähtsust Maa elu säilitamisel oleks võimatu üle hinnata. Kui fotosüntees lakkaks, oleks varsti Maal vähe toitu või muid orgaanilisi aineid. Enamik organisme kaob ja aja jooksul muutub Maa atmosfäär peaaegu ilma gaasilisest hapnikust. Ainsad organismid, kes sellistes tingimustes suudavad eksisteerida, oleksid kemosünteetilised bakterid, mis suudavad ära kasutada teatud anorgaaniliste ühendite keemilist energiat ja ei sõltu seega valgusenergia muundamisest.

Miljonite aastate eest tehaste fotosünteesi abil toodetud energia on fossiilkütuste (st kivisöe, õli ja gaas), mis võimendab tööstusühiskonda. Varasematel aegadel kasvasid taimedest toitunud rohelised taimed ja väikesed organismid kiiremini kui neid tarbiti ning nende jäänused ladestusid settes ja muudes geoloogilistes protsessides Maa kooresse. Seal kaitstud oksüdeerumine , muundati need orgaanilised jäägid aeglaselt fossiilkütusteks. Need kütused ei paku mitte ainult suurt osa tehastes, kodudes ja transpordis kasutatavast energiast, vaid on ka plastide ja muude materjalide tooraine sünteetiline tooted. Kahjuks kasutab kaasaegne tsivilisatsioon mõne sajandi jooksul ära miljonite aastate jooksul kogunenud fotosünteetilise tootmise üleliigse osa. Sellest tulenevalt tagastatakse miljonite aastate jooksul fotosünteesi käigus õhust süsivesikute tootmiseks eemaldatud süsinikdioksiid tagasi uskumatult kiiresti. Süsinikdioksiidi kontsentratsioon Maa atmosfääris tõuseb kõige kiiremini kui kunagi varem Maa ajaloos ja eeldatavasti on sellel nähtusel suur tagajärjed Maa peal kliima .



Nõuded toidule, materjalidele ja energiale maailmas, kus inimlik kiiresti kasvav elanikkond on tekitanud vajaduse suurendada nii fotosünteesi kui ka tõhusus fotosünteetilise väljundi teisendamine inimestele kasulikeks toodeteks. Üks vastus neile vajadustele - nn Roheline revolutsioon , mis algas 20. sajandi keskpaigas - saavutas tohutu paranemise põllumajandussaagis keemiliste väetiste kasutamise, kahjurite ja taimehaiguste tõrje, sordiaretuse ning mehaanilise mullaharimise, koristamise ja saagi töötlemise abil. See pingutus piiras tõsise näljahäda vähestes piirkondades maailmas, hoolimata rahvastiku kiirest kasvust, kuid see ei kõrvaldanud laialdast alatoitumist. Pealegi hakkas 1990. aastate algusest peamiste põllukultuuride saagikuse kasvutempo langema. Eriti puudutas see riisi Aasias. Paljude riikide põllumajandustootjate jaoks muutusid problemaatiliseks ka põllumajandustoodangu kõrge taseme säilitamisega seotud kulud, mis nõudsid väetiste ja pestitsiidide üha suuremat sisendit ning uute taimesortide pidevat arendamist.

Teine põllumajanduslik revolutsioon, mis põhineb taimel geenitehnoloogia prognooside kohaselt suurendab taimede tootlikkust ja seeläbi osaliselt leevendada alatoitumus. Alates 1970. aastatest on molekulaarbioloogidel olnud vahendid taime geneetilise materjali (deoksüribonukleiinhape või DNA) muutmiseks, et parandada haiguste ja põudade vastupidavust, toodete saagikust ja kvaliteeti, külmakindlust ja muid soovitavaid omadusi. Sellised tunnused on aga oma olemuselt keerukad ning kultuurtaimede muutmine geenitehnoloogia abil on osutunud oodatust keerulisemaks. Tulevikus võib selline geenitehnoloogia kaasa tuua fotosünteesi protsessi paranemise, kuid 21. sajandi esimesteks kümnenditeks pidi see veel näitama, et see võib dramaatiliselt suurendada saagi saaki.

Teine huvitav koht fotosünteesi uurimisel on olnud avastus, et teatud loomad on võimelised muundama valgusenergiat keemiliseks energiaks. Smaragdroheline mere nälkjas ( Elysia chlorotica ) omandab näiteks geenid ja kloroplastid Vauchena kruusane , an vetikad see tarbib, andes talle piiratud võime toota klorofülli. Kui kloroplasti on piisavalt omastatav , võib nälkjas toidu sissevõtmisest loobuda. Hernes lehetäide ( Acyrthosiphon pisum ) saab valgust kasutada energiarikka tootmiseks ühend adenosiinitrifosfaat (ATP); seda võimet on seostatud lehetäide karotenoidpigmentide tootmisega.



Üldised omadused

Idee arendamine

Fotosünteesi uurimist alustati 1771. aastal inglise vaimuliku ja teadlase Joseph Priestley tähelepanekutega. Priestley oli suletud anumas küünla põletanud, kuni õhk konteineris enam ei toetanud põlemine . Seejärel pani ta oksake as taime konteinerisse ja avastas, et mitme päeva pärast oli piparmünt tootnud mõnda ainet (hiljem tunnistatud hapnikuks), mis võimaldas piiratud õhul taas põlemist toetada. 1779. aastal laiendas Hollandi arst Jan Ingenhousz Priestley tööd ja näitas, et põlev aine (st hapnik) taastamiseks tuli taime valguse kätte saada. Ta näitas ka, et see protsess eeldas taime roheliste kudede olemasolu.

1782. aastal demonstreeriti, et põlemist toetav gaas (hapnik) tekkis teise gaasi ehk fikseeritud õhu arvelt, mis oli eelmisel aastal kindlaks tehtud kui süsinikdioksiid. Gaasivahetuse katsed 1804. aastal näitasid, et hoolikalt kaalutud potis kasvatatud taime kaalutõus tulenes süsiniku omastamisest, mis pärines täielikult imendunud süsinikdioksiidist, ja taime juurtest võetud veest; tasakaal on hapnik, mis lastakse tagasi atmosfääri. Ligi pool sajandit möödus enne, kui keemilise energia kontseptsioon oli piisavalt arenenud, et võimaldada avastada (1845. aastal), et päikesest pärinev valgusenergia salvestub keemilise energiana fotosünteesi käigus tekkinud toodetesse.



kapitalism on tuntud ka kui mis

Fotosünteesi üldine reaktsioon

Keemiliselt on fotosüntees valguse käes oksüdatsiooni – redutseerimise protsess . (Oksüdeerimine viitab elektronide eemaldamisele molekulist; redutseerimine viitab elektronide võimendumisele molekuli poolt.) Taime fotosünteesis kasutatakse valguse energiat vee (HkaksHapnikugaasi (Okaks), vesinikioonid (H+) ja elektronid. Enamik eemaldatud elektronidest ja vesinikuioonidest viiakse lõpuks süsinikdioksiidi (COkaks), mis on vähendatud mahepõllundustoodeteks. Teisi elektrone ja vesiniku ioone kasutatakse nitraadi ja sulfaadi redutseerimiseks aminohapetes amino- ja sulfhüdrüülrühmadeks, mis on valkude ehituskivid. Enamikus rohelistes rakkudes on süsivesikud - eriti tärklis ja suhkur sahharoos - fotosünteesi peamised otsesed orgaanilised saadused. Süsivesikute üldine reaktsioon - üldvalemiga (CHkaksO) - moodustuvad taimede fotosünteesi ajal, saab näidata järgmise võrrandiga:

Keemiline võrrand.



See võrrand on vaid kokkuvõtlik väide, sest fotosünteesiprotsess hõlmab tegelikult arvukaid ensüümide (orgaanilised katalüsaatorid) katalüüsitavaid reaktsioone. Need reaktsioonid toimuvad kahes etapis: valguse staadium, mis koosneb fotokeemilistest (s.t valguse püüdmise) reaktsioonidest; ja pime lava, mis sisaldab ensüümidega kontrollitavad keemilised reaktsioonid. Esimesel etapil neeldub valguse energia ja seda kasutatakse elektronide ülekande seeria juhtimiseks, mille tulemuseks on ATP ja elektronidoonor-redutseeritud nikotiinadeniin-dinukleotiidfosfaat (NADPH). Pimedas staadiumis kasutatakse valguse püüdmise reaktsioonides tekkinud ATP ja NADPH süsinikdioksiidi redutseerimiseks orgaanilisteks süsinikuühenditeks. Anorgaanilise süsiniku assimileerumist orgaanilisteks ühenditeks nimetatakse süsiniku fikseerimiseks.

20. sajandi jooksul andsid roheliste taimede fotosünteesiprotsesside ja teatud fotosünteesivate väävlibakterite võrdlus fotosünteesimehhanismi kohta olulist teavet. Väävlibakterid kasutavad vesiniksulfiidi (HkaksS) vesinikuaatomite allikana ja toodavad fotosünteesi käigus hapniku asemel väävlit. Üldine reaktsioon on



Keemiline võrrand.

1930. aastatel tunnistas Hollandi bioloog Cornelis van Niel, et süsinikdioksiidi kasutamine orgaaniliste ühendite moodustamiseks oli kahte tüüpi fotosünteesivate organismide puhul sarnane. Oletades, et valguses sõltuvas etapis ja vesinikuaatomite allikana kasutatavate ühendite olemuses on erinevusi, tegi ta ettepaneku viia vesinik vesiniksulfiidist (bakterites) või veest (rohelistes taimedes) tundmatule aktseptorile ( nimega A), mis taandati väärtuseks HkaksA. Pimedate reaktsioonide ajal, mis on sarnased nii bakterites kui ka rohelistes taimedes, redutseeritud aktseptor (HkaksA) reageerinud süsinikdioksiidiga (COkaks) süsivesikute (CHkaksO) ja oksüdeerida tundmatu aktseptor A-ks oletatav reaktsiooni võib kujutada järgmiselt:

Keemiline võrrand.

Van Nieli ettepanek oli oluline, sest populaarne (kuid vale) teooria oli olnud see, et süsinikdioksiidist eemaldati hapnik (mitte veest vesinik, vabastades hapnikku) ja seejärel ühendati süsinik veega, moodustades süsivesikud (mitte veest saadud vesinik koos CO-gakaksmoodustamaks CHkaksVÕI).

1940. aastaks kasutasid keemikud fotosünteesi reaktsioonide jälgimiseks raskeid isotoope. Hapniku isotoopiga märgistatud vesi (18O) kasutati varajastes katsetes. Taimed, mis fotosünteesivad H-d sisaldava vee juuresolekulkaks18O tootis hapnikku sisaldavat gaasi18O; need, mis fotosünteesisid normaalse vee juuresolekul, tekitasid normaalse hapnikugaasi. Need tulemused toetasid lõplikult van Nieli teooriat, et fotosünteesi käigus tekkiv hapnikugaas pärineb veest.