Ποιοι μετασχηματισμοί ουσιών συμβαίνουν κατά τη φωτοσύνθεση. Τι είναι η φωτοσύνθεση ή γιατί το γρασίδι είναι πράσινο; Διαστημικός ρόλος των φυτών

Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης είναι μια από τις πιο σημαντικές βιολογικές διεργασίες που συμβαίνουν στη φύση, επειδή χάρη σε αυτήν σχηματίζονται οργανικές ουσίες από διοξείδιο του άνθρακα και νερό υπό τη δράση του φωτός, αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φωτοσύνθεση. Και το πιο σημαντικό, στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, εμφανίζεται μια κατανομή, η οποία είναι ζωτικής σημασίας για την ύπαρξη ζωής στον εκπληκτικό πλανήτη μας.

Η ιστορία της ανακάλυψης της φωτοσύνθεσης

Η ιστορία της ανακάλυψης του φαινομένου της φωτοσύνθεσης χρονολογείται τέσσερις αιώνες στο παρελθόν, όταν το 1600 κάποιος Βέλγος επιστήμονας Jan Van Helmont δημιούργησε ένα απλό πείραμα. Τοποθέτησε ένα κλαδί ιτιάς (έχοντας προηγουμένως καταγράψει το αρχικό του βάρος) σε μια σακούλα, η οποία περιείχε επίσης 80 κιλά χώμα. Και μετά για πέντε χρόνια το φυτό ποτίστηκε αποκλειστικά με νερό. Ποια ήταν η έκπληξη του επιστήμονα όταν, μετά από πέντε χρόνια, το βάρος του φυτού αυξήθηκε κατά 60 κιλά, παρά το γεγονός ότι η μάζα της γης μειώθηκε μόνο κατά 50 γραμμάρια, από όπου προήλθε μια τόσο εντυπωσιακή αύξηση βάρους παρέμεινε μυστήριο. ο επιστήμονας.

Το επόμενο σημαντικό και ενδιαφέρον πείραμα, που έγινε το κατώφλι για την ανακάλυψη της φωτοσύνθεσης, δημιουργήθηκε από τον Άγγλο επιστήμονα Joseph Priestley το 1771 (είναι περίεργο ότι από τη φύση του επαγγέλματός του, ο κ. Priestley ήταν ιερέας της Αγγλικανικής Εκκλησίας , αλλά έμεινε στην ιστορία ως εξαιρετικός επιστήμονας). Τι έκανε ο κύριος Priestley; Τοποθέτησε ένα ποντίκι κάτω από ένα καπάκι και πέντε μέρες αργότερα πέθανε. Έπειτα τοποθέτησε πάλι ένα άλλο ποντίκι κάτω από το καπάκι, αλλά αυτή τη φορά, μαζί με το ποντίκι κάτω από το καπάκι, υπήρχε ένα κλαδάκι μέντας, και ως αποτέλεσμα, το ποντίκι έμεινε ζωντανό. Το αποτέλεσμα που προέκυψε οδήγησε τον επιστήμονα στην ιδέα ότι υπάρχει μια διαδικασία αντίθετη από την αναπνοή. Ένα άλλο σημαντικό συμπέρασμα αυτού του πειράματος ήταν η ανακάλυψη του οξυγόνου ως ζωτικού για όλα τα έμβια όντα (το πρώτο ποντίκι πέθανε από την απουσία του, ενώ το δεύτερο επέζησε χάρη σε ένα κλαδάκι μέντας, το οποίο δημιούργησε οξυγόνο κατά τη φωτοσύνθεση).

Έτσι, διαπιστώθηκε το γεγονός ότι τα πράσινα μέρη των φυτών είναι ικανά να απελευθερώνουν οξυγόνο. Στη συνέχεια, ήδη το 1782, ο Ελβετός επιστήμονας Jean Senebier απέδειξε ότι το διοξείδιο του άνθρακα αποσυντίθεται σε πράσινα φυτά υπό την επίδραση του φωτός - στην πραγματικότητα, ανακαλύφθηκε μια άλλη πλευρά της φωτοσύνθεσης. Στη συνέχεια, μετά από άλλα 5 χρόνια, ο Γάλλος επιστήμονας Jacques Busengo ανακάλυψε ότι η απορρόφηση νερού από τα φυτά συμβαίνει και κατά τη σύνθεση οργανικών ουσιών.

Και η τελευταία συγχορδία σε μια σειρά επιστημονικών ανακαλύψεων που σχετίζονται με το φαινόμενο της φωτοσύνθεσης ήταν η ανακάλυψη του Γερμανού βοτανολόγου Julius Sachs, ο οποίος το 1864 κατάφερε να αποδείξει ότι ο όγκος του διοξειδίου του άνθρακα που καταναλώνεται και του οξυγόνου που απελευθερώνεται συμβαίνει σε αναλογία 1:1.

Η σημασία της φωτοσύνθεσης στη ζωή του ανθρώπου

Αν φανταστείτε μεταφορικά, το φύλλο οποιουδήποτε φυτού μπορεί να συγκριθεί με ένα μικρό εργαστήριο, τα παράθυρα του οποίου βλέπουν στην ηλιόλουστη πλευρά. Σε αυτό ακριβώς το εργαστήριο γίνεται ο σχηματισμός οργανικών ουσιών και οξυγόνου, που είναι η βάση για την ύπαρξη οργανικής ζωής στη Γη. Πράγματι, χωρίς οξυγόνο και φωτοσύνθεση, η ζωή απλά δεν θα υπήρχε στη Γη.

Αλλά αν η φωτοσύνθεση είναι τόσο σημαντική για τη ζωή και την απελευθέρωση οξυγόνου, τότε πώς ζουν οι άνθρωποι (και όχι μόνο οι άνθρωποι), για παράδειγμα, σε μια έρημο όπου υπάρχουν ελάχιστα πράσινα φυτά ή, για παράδειγμα, σε μια βιομηχανική πόλη όπου τα δέντρα είναι σπάνια. Το γεγονός είναι ότι τα χερσαία φυτά αντιπροσωπεύουν μόνο το 20% του οξυγόνου που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα, ενώ το υπόλοιπο 80% απελευθερώνεται από τη θάλασσα και τα φύκια των ωκεανών, δεν είναι χωρίς λόγο ότι οι ωκεανοί αποκαλούνται μερικές φορές «οι πνεύμονες του πλανήτη μας». .

Τύπος φωτοσύνθεσης

Ο γενικός τύπος για τη φωτοσύνθεση μπορεί να γραφτεί ως εξής:

Νερό + Διοξείδιο του άνθρακα + Φως > Υδατάνθρακες + Οξυγόνο

Και αυτός είναι ο τύπος για τη χημική αντίδραση της φωτοσύνθεσης

6CO 2 + 6H 2 O \u003d C6H 12 O 6 + 6O 2

Η σημασία της φωτοσύνθεσης για τα φυτά

Και τώρα ας προσπαθήσουμε να απαντήσουμε στο ερώτημα γιατί τα φυτά χρειάζονται φωτοσύνθεση. Στην πραγματικότητα, η παροχή οξυγόνου στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας δεν είναι ο μόνος λόγος για τη φωτοσύνθεση· αυτή η βιολογική διαδικασία είναι ζωτικής σημασίας όχι μόνο για τους ανθρώπους και τα ζώα, αλλά και για τα ίδια τα φυτά, επειδή οι οργανικές ουσίες που σχηματίζονται κατά τη φωτοσύνθεση αποτελούν βάση της ζωής των φυτών.

Πώς γίνεται η φωτοσύνθεση

Η κύρια μηχανή της φωτοσύνθεσης είναι η χλωροφύλλη - μια ειδική χρωστική ουσία που περιέχεται στα φυτικά κύτταρα, η οποία, μεταξύ άλλων, είναι υπεύθυνη για το πράσινο χρώμα των φύλλων των δέντρων και άλλων φυτών. Η χλωροφύλλη είναι μια σύνθετη οργανική ένωση, η οποία έχει επίσης μια σημαντική ιδιότητα - την ικανότητα να απορροφά το ηλιακό φως. Απορροφώντας το, είναι η χλωροφύλλη που ενεργοποιεί αυτό το μικρό βιοχημικό εργαστήριο που περιέχεται σε κάθε μικρό φύλλο, σε κάθε γρασίδι και σε κάθε φύκι. Στη συνέχεια λαμβάνει χώρα η φωτοσύνθεση (δείτε τον παραπάνω τύπο), κατά την οποία λαμβάνει χώρα η μετατροπή του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα σε υδατάνθρακες απαραίτητους για τα φυτά και οξυγόνο απαραίτητο για όλα τα ζωντανά όντα. Οι μηχανισμοί της φωτοσύνθεσης είναι ένα λαμπρό δημιούργημα της φύσης.

Φάσεις φωτοσύνθεσης

Επίσης, η διαδικασία της φωτοσύνθεσης αποτελείται από δύο στάδια: το φως και το σκοτάδι. Και παρακάτω θα γράψουμε αναλυτικά για καθένα από αυτά.

Πού γίνεται η φωτοσύνθεση;

φύλλα πράσινων φυτών

Ορισμός

1) ελαφριά φάση?

2) σκοτεινή φάση.

Φάσεις φωτοσύνθεσης

ελαφριά φάση

σκοτεινή φάση

Αποτέλεσμα

Πού γίνεται η φωτοσύνθεση;

Λοιπόν, απαντώντας αμέσως στην ερώτηση, θα πω ότι η φωτοσύνθεση συμβαίνει μέσα φύλλα πράσινων φυτώνή μάλλον στα κελιά τους. Τον κύριο ρόλο εδώ παίζουν οι χλωροπλάστες, ειδικά κύτταρα, χωρίς τα οποία η φωτοσύνθεση είναι αδύνατη. Θα σημειώσω ότι αυτή η διαδικασία, η φωτοσύνθεση, είναι, μου φαίνεται, μια καταπληκτική ιδιότητα των ζωντανών όντων.

Όλοι γνωρίζουν ότι η φωτοσύνθεση απορροφά διοξείδιο του άνθρακα και απελευθερώνει οξυγόνο. Ένα τόσο ευνόητο φαινόμενο, και ταυτόχρονα μια από τις πιο σύνθετες διαδικασίες των ζωντανών οργανισμών, στην οποία συμμετέχει ένας τεράστιος αριθμός διαφορετικών σωματιδίων και μορίων. Έτσι ώστε στο τέλος να απελευθερωθεί το οξυγόνο που αναπνέουμε όλοι.

Λοιπόν, θα προσπαθήσω να σας πω πώς παίρνουμε πολύτιμο οξυγόνο.

Ορισμός

Η φωτοσύνθεση είναι η σύνθεση οργανικών ουσιών από ανόργανες ουσίες χρησιμοποιώντας το ηλιακό φως. Με άλλα λόγια, πέφτοντας στα φύλλα, το ηλιακό φως παρέχει την απαραίτητη ενέργεια για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται οργανική ύλη από ανόργανη ύλη και απελευθερώνεται οξυγόνο του αέρα.

Η φωτοσύνθεση προχωρά σε 2 φάσεις:

1) ελαφριά φάση?

2) σκοτεινή φάση.

Επιτρέψτε μου να σας πω λίγα λόγια για τις φάσεις της φωτοσύνθεσης.

Φάσεις φωτοσύνθεσης

ελαφριά φάση- όπως υποδηλώνει το όνομα, εμφανίζεται στο φως, στην επιφανειακή μεμβράνη των πράσινων κυττάρων των φύλλων (με επιστημονικούς όρους, στη μεμβράνη της γιαγιάς). Οι κύριοι συμμετέχοντες εδώ θα είναι η χλωροφύλλη, τα ειδικά μόρια πρωτεΐνης (πρωτεΐνες φορείς) και η συνθετάση ATP, η οποία είναι προμηθευτής ενέργειας.

Η φωτεινή φάση, όπως και η διαδικασία της φωτοσύνθεσης γενικά, ξεκινά με τη δράση ενός ελαφρού κβαντικού σε ένα μόριο χλωροφύλλης. Ως αποτέλεσμα αυτής της αλληλεπίδρασης, η χλωροφύλλη εισέρχεται σε διεγερμένη κατάσταση, λόγω της οποίας αυτό ακριβώς το μόριο χάνει ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο περνά στην εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης. Περαιτέρω, για να αποκατασταθεί το χαμένο ηλεκτρόνιο, το μόριο της χλωροφύλλης το απομακρύνει από το μόριο του νερού, γεγονός που προκαλεί την αποσύνθεσή του. Όλοι γνωρίζουμε ότι το νερό αποτελείται από δύο μόρια υδρογόνου και ένα οξυγόνο, και όταν το νερό αποσυντίθεται, το οξυγόνο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα και το θετικά φορτισμένο υδρογόνο συγκεντρώνεται στην εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης.

Έτσι, αποδείχθηκε ότι τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια συγκεντρώνονται στη μία πλευρά και τα θετικά φορτισμένα πρωτόνια υδρογόνου στην άλλη. Από αυτή τη στιγμή, εμφανίζεται ένα μόριο συνθετάσης ATP, το οποίο σχηματίζει ένα είδος διαδρόμου για τη διέλευση των πρωτονίων στα ηλεκτρόνια και για τη μείωση αυτής της διαφοράς συγκέντρωσης, την οποία συζητήσαμε παρακάτω. Σε αυτό το σημείο, η φωτεινή φάση τελειώνει και τελειώνει με το σχηματισμό ενός ενεργειακού μορίου ΑΤΡ και την αποκατάσταση ενός συγκεκριμένου μορίου φορέα NADP*H2.

Με άλλα λόγια, έγινε η αποσύνθεση του νερού, λόγω της οποίας απελευθερώθηκε οξυγόνο και σχηματίστηκε ένα μόριο ATP, το οποίο θα παρέχει ενέργεια για την περαιτέρω ροή της φωτοσύνθεσης.

σκοτεινή φάση- Παραδόξως, αυτή η φάση μπορεί να προχωρήσει τόσο στο φως όσο και στο σκοτάδι. Αυτή η φάση λαμβάνει χώρα σε ειδικά οργανίδια των κυττάρων των φύλλων που συμμετέχουν ενεργά στη φωτοσύνθεση (πλαστίδια). Αυτή η φάση περιλαμβάνει αρκετές χημικές αντιδράσεις που προχωρούν με τη βοήθεια του ίδιου μορίου ATP που συντίθεται στην πρώτη φάση και του NADPH. Με τη σειρά τους, οι κύριοι ρόλοι εδώ ανήκουν στο νερό και το διοξείδιο του άνθρακα. Η σκοτεινή φάση απαιτεί συνεχή παροχή ενέργειας. Το διοξείδιο του άνθρακα προέρχεται από την ατμόσφαιρα, το υδρογόνο σχηματίστηκε στην πρώτη φάση, το μόριο ATP είναι υπεύθυνο για την ενέργεια. Το κύριο αποτέλεσμα της σκοτεινής φάσης είναι οι υδατάνθρακες, δηλαδή τα ίδια τα οργανικά που χρειάζονται τα φυτά για να ζήσουν.

Αποτέλεσμα

Έτσι συμβαίνει η ίδια η διαδικασία σχηματισμού οργανικής ύλης (υδατάνθρακες) από ανόργανη ύλη. Ως αποτέλεσμα, τα φυτά λαμβάνουν τα προϊόντα που χρειάζονται για τη ζωή και εμείς λαμβάνουμε οξυγόνο από τον αέρα. Θα προσθέσω ότι όλη αυτή η διαδικασία γίνεται αποκλειστικά σε πράσινα φυτά, στα κύτταρα των οποίων υπάρχουν χλωροπλάστες («πράσινα κύτταρα»).

Χρήσιμο0 0 Όχι πολύ καλό

Πώς μετατρέπεται η ενέργεια του ηλιακού φωτός στις φωτεινές και σκοτεινές φάσεις της φωτοσύνθεσης σε ενέργεια χημικών δεσμών γλυκόζης; Εξηγήστε την απάντηση.

Απάντηση

Στη φάση φωτός της φωτοσύνθεσης, η ενέργεια του ηλιακού φωτός μετατρέπεται σε ενέργεια διεγερμένων ηλεκτρονίων και στη συνέχεια η ενέργεια των διεγερμένων ηλεκτρονίων μετατρέπεται σε ενέργεια του ATP και του NADP-H2. Στη σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης, η ενέργεια του ATP και του NADP-H2 μετατρέπεται σε ενέργεια των χημικών δεσμών γλυκόζης.

Τι συμβαίνει κατά την ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης;

Απάντηση

Τα ηλεκτρόνια της χλωροφύλλης, διεγερμένα από την ενέργεια του φωτός, πηγαίνουν κατά μήκος των αλυσίδων μεταφοράς ηλεκτρονίων, η ενέργειά τους αποθηκεύεται σε ATP και NADP-H2. Γίνεται φωτόλυση του νερού, απελευθερώνεται οξυγόνο.

Ποιες είναι οι κύριες διεργασίες που λαμβάνουν χώρα κατά τη σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης;

Απάντηση

Από το διοξείδιο του άνθρακα που λαμβάνεται από την ατμόσφαιρα και το υδρογόνο που λαμβάνεται στην ελαφριά φάση, σχηματίζεται γλυκόζη λόγω της ενέργειας του ATP που λαμβάνεται στην ελαφριά φάση.

Ποια είναι η λειτουργία της χλωροφύλλης σε ένα φυτικό κύτταρο;

Απάντηση

Η χλωροφύλλη εμπλέκεται στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης: στη φάση του φωτός, η χλωροφύλλη απορροφά το φως, το ηλεκτρόνιο της χλωροφύλλης λαμβάνει φωτεινή ενέργεια, διασπάται και πηγαίνει κατά μήκος της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Τι ρόλο παίζουν τα ηλεκτρόνια της χλωροφύλλης στη φωτοσύνθεση;

Απάντηση

Τα ηλεκτρόνια της χλωροφύλλης, διεγερμένα από το ηλιακό φως, περνούν μέσα από αλυσίδες μεταφοράς ηλεκτρονίων και δίνουν την ενέργειά τους στο σχηματισμό του ATP και του NADP-H2.

Σε ποιο στάδιο της φωτοσύνθεσης παράγεται ελεύθερο οξυγόνο;

Απάντηση

Στην ελαφριά φάση, κατά τη φωτόλυση του νερού.

Σε ποια φάση της φωτοσύνθεσης συμβαίνει η σύνθεση ATP;

Απάντηση

ελαφριά φάση.

Ποια είναι η πηγή οξυγόνου κατά τη φωτοσύνθεση;

Απάντηση

Νερό (το οξυγόνο απελευθερώνεται κατά τη φωτόλυση του νερού).

Ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης εξαρτάται από περιοριστικούς (περιοριστικούς) παράγοντες, μεταξύ των οποίων είναι το φως, η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα, η θερμοκρασία. Γιατί αυτοί οι παράγοντες περιορίζουν τις αντιδράσεις φωτοσύνθεσης;

Απάντηση

Το φως είναι απαραίτητο για τη διέγερση της χλωροφύλλης, παρέχει ενέργεια για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το διοξείδιο του άνθρακα χρειάζεται στη σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης· από αυτό συντίθεται γλυκόζη. Μια αλλαγή στη θερμοκρασία οδηγεί στη μετουσίωση των ενζύμων, οι αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης επιβραδύνονται.

Σε ποιες μεταβολικές αντιδράσεις στα φυτά είναι το διοξείδιο του άνθρακα η αρχική ουσία για τη σύνθεση υδατανθράκων;

Απάντηση

στις αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης.

Στα φύλλα των φυτών προχωρά εντατικά η διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Εμφανίζεται σε ώριμους και άγουρους καρπούς; Εξηγήστε την απάντηση.

Απάντηση

Η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα στα πράσινα μέρη των φυτών που εκτίθενται στο φως. Έτσι, η φωτοσύνθεση συμβαίνει στη φλούδα των πράσινων φρούτων. Μέσα στον καρπό και στη φλούδα των ώριμων (όχι πράσινων) καρπών δεν γίνεται φωτοσύνθεση.

Φωτοσύνθεσηείναι η διαδικασία σύνθεσης οργανικών ουσιών από ανόργανες ουσίες με χρήση φωτεινής ενέργειας. Στη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων, η φωτοσύνθεση πραγματοποιείται από φυτά χρησιμοποιώντας κυτταρικά οργανίδια όπως π.χ χλωροπλάστεςπου περιέχει πράσινη χρωστική ουσία χλωροφύλλη.

Εάν τα φυτά δεν ήταν ικανά να συνθέσουν οργανική ύλη, τότε σχεδόν όλοι οι άλλοι οργανισμοί στη Γη δεν θα είχαν τίποτα να φάνε, αφού τα ζώα, οι μύκητες και πολλά βακτήρια δεν μπορούν να συνθέσουν οργανικές ουσίες από ανόργανες. Απορροφούν μόνο τα έτοιμα, τα χωρίζουν σε πιο απλά, από τα οποία πάλι συναρμολογούν πολύπλοκα, αλλά ήδη χαρακτηριστικά του σώματός τους.

Αυτό συμβαίνει αν μιλήσουμε πολύ σύντομα για τη φωτοσύνθεση και τον ρόλο της. Για να κατανοήσετε τη φωτοσύνθεση, πρέπει να πείτε περισσότερα: ποιες συγκεκριμένες ανόργανες ουσίες χρησιμοποιούνται, πώς γίνεται η σύνθεση;

Η φωτοσύνθεση απαιτεί δύο ανόργανες ουσίες - διοξείδιο του άνθρακα (CO 2) και νερό (H 2 O). Το πρώτο απορροφάται από τον αέρα από τα εναέρια μέρη των φυτών κυρίως μέσω των στομάτων. Νερό - από το έδαφος, από όπου παραδίδεται στα φωτοσυνθετικά κύτταρα από το αγώγιμο σύστημα των φυτών. Η φωτοσύνθεση απαιτεί επίσης την ενέργεια των φωτονίων (hν), αλλά δεν μπορούν να αποδοθούν στην ύλη.

Συνολικά, ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, σχηματίζεται οργανική ύλη και οξυγόνο (O 2). Συνήθως, υπό την οργανική ύλη, εννοείται πιο συχνά η γλυκόζη (C 6 H 12 O 6).

Οι οργανικές ενώσεις αποτελούνται κυρίως από άτομα άνθρακα, υδρογόνου και οξυγόνου. Βρίσκονται στο διοξείδιο του άνθρακα και στο νερό. Ωστόσο, η φωτοσύνθεση απελευθερώνει οξυγόνο. Τα άτομά του προέρχονται από το νερό.

Συνοπτικά και γενικά, η εξίσωση για την αντίδραση της φωτοσύνθεσης συνήθως γράφεται ως εξής:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Αλλά αυτή η εξίσωση δεν αντικατοπτρίζει την ουσία της φωτοσύνθεσης, δεν την κάνει κατανοητή. Κοίτα, αν και η εξίσωση είναι ισορροπημένη, έχει συνολικά 12 άτομα σε ελεύθερο οξυγόνο.Αλλά είπαμε ότι προέρχονται από το νερό και είναι μόνο 6 από αυτά.

Στην πραγματικότητα, η φωτοσύνθεση γίνεται σε δύο φάσεις. Το πρώτο λέγεται φως, δεύτερο - σκοτάδι. Τέτοιες ονομασίες οφείλονται στο γεγονός ότι το φως χρειάζεται μόνο για τη φάση του φωτός, η σκοτεινή φάση είναι ανεξάρτητη από την παρουσία της, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι πηγαίνει στο σκοτάδι. Η φωτεινή φάση ρέει στις μεμβράνες των θυλακοειδών του χλωροπλάστη, η σκοτεινή φάση - στο στρώμα του χλωροπλάστη.

Στην ελαφριά φάση, η δέσμευση CO 2 δεν λαμβάνει χώρα. Υπάρχει μόνο η δέσμευση της ηλιακής ενέργειας από σύμπλοκα χλωροφύλλης, η αποθήκευση της σε ATP, η χρήση ενέργειας για τη μείωση του NADP σε NADP * H 2. Η ροή ενέργειας από τη χλωροφύλλη που διεγείρεται από το φως παρέχεται από ηλεκτρόνια που μεταδίδονται μέσω της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων των ενζύμων που είναι ενσωματωμένες στις θυλακοειδή μεμβράνες.

Το υδρογόνο για το NADP λαμβάνεται από το νερό, το οποίο, υπό τη δράση του ηλιακού φωτός, αποσυντίθεται σε άτομα οξυγόνου, πρωτόνια υδρογόνου και ηλεκτρόνια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται φωτόλυση. Το οξυγόνο από το νερό δεν χρειάζεται για τη φωτοσύνθεση. Τα άτομα οξυγόνου από δύο μόρια νερού συνδυάζονται για να σχηματίσουν μοριακό οξυγόνο. Η εξίσωση αντίδρασης για την ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης μοιάζει εν συντομία ως εξής:

H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2

Έτσι, η απελευθέρωση οξυγόνου συμβαίνει στην ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης. Ο αριθμός των μορίων ATP που συντίθενται από ADP και φωσφορικό οξύ ανά φωτόλυση ενός μορίου νερού μπορεί να είναι διαφορετικός: ένα ή δύο.

Έτσι, το ATP και το NADP * H 2 εισέρχονται στη σκοτεινή φάση από τη φάση του φωτός. Εδώ, η ενέργεια του πρώτου και η δύναμη αποκατάστασης του δεύτερου ξοδεύονται στη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα. Αυτό το βήμα της φωτοσύνθεσης δεν μπορεί να εξηγηθεί απλά και συνοπτικά, γιατί δεν προχωρά με τέτοιο τρόπο ώστε έξι μόρια CO 2 να ενωθούν με το υδρογόνο που απελευθερώνεται από τα μόρια NADP * H 2 και να σχηματιστεί γλυκόζη:

6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(η αντίδραση γίνεται με τη δαπάνη ενέργειας από το ATP, το οποίο διασπάται σε ADP και φωσφορικό οξύ).

Η παραπάνω αντίδραση είναι απλώς μια απλοποίηση για ευκολία κατανόησης. Στην πραγματικότητα, τα μόρια του διοξειδίου του άνθρακα συνδέονται ένα κάθε φορά, ενώνοντας την ήδη παρασκευασμένη οργανική ύλη πέντε άνθρακα. Σχηματίζεται μια ασταθής οργανική ουσία έξι άνθρακα, η οποία διασπάται σε μόρια υδατανθράκων τριών ανθράκων. Μερικά από αυτά τα μόρια χρησιμοποιούνται για την επανασύνθεση της αρχικής ουσίας πέντε άνθρακα για δέσμευση CO 2. Αυτή η επανασύνθεση παρέχεται Κύκλος Calvin. Ένα μικρότερο μέρος των μορίων υδατανθράκων, που περιλαμβάνει τρία άτομα άνθρακα, φεύγει από τον κύκλο. Ήδη από αυτά και άλλες ουσίες συντίθενται όλες οι άλλες οργανικές ουσίες (υδατάνθρακες, λίπη, πρωτεΐνες).

Δηλαδή, στην πραγματικότητα, τα σάκχαρα τριών άνθρακα, και όχι η γλυκόζη, βγαίνουν από τη σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης.

Τα φυτά λαμβάνουν νερό και μέταλλα από τις ρίζες τους. Τα φύλλα παρέχουν βιολογική θρέψη των φυτών. Σε αντίθεση με τις ρίζες, δεν βρίσκονται στο έδαφος, αλλά στον αέρα, επομένως δεν εκτελούν τη διατροφή του εδάφους, αλλά του αέρα.

Από την ιστορία της μελέτης της τροφοδοσίας στον αέρα των φυτών

Η γνώση για τη διατροφή των φυτών συσσωρεύεται σταδιακά. Πριν από περίπου 350 χρόνια, ο Ολλανδός επιστήμονας Jan Helmont δημιούργησε για πρώτη φορά ένα πείραμα για τη μελέτη της διατροφής των φυτών. Σε ένα πήλινο δοχείο με χώμα, φύτρωσε μια ιτιά, προσθέτοντας εκεί μόνο νερό. Ο επιστήμονας ζύγισε προσεκτικά τα πεσμένα φύλλα. Πέντε χρόνια αργότερα, η μάζα της ιτιάς, μαζί με τα πεσμένα φύλλα, αυξήθηκε κατά 74,5 kg και η μάζα του εδάφους μειώθηκε μόνο κατά 57 g. Με βάση αυτό, ο Helmont κατέληξε στο συμπέρασμα ότι όλες οι ουσίες του φυτού δεν σχηματίζονται από το έδαφος , αλλά από νερό. Η άποψη ότι το φυτό αυξάνεται σε μέγεθος μόνο λόγω του νερού παρέμεινε μέχρι τα τέλη του 18ου αιώνα.

Το 1771, ο Άγγλος χημικός Joseph Priestley μελέτησε το διοξείδιο του άνθρακα ή τον «χαλασμένο αέρα» όπως το αποκαλούσε, και έκανε μια αξιοσημείωτη ανακάλυψη. Αν ανάψετε ένα κερί και το καλύψετε με ένα γυάλινο καπάκι, τότε, αφού κάψει λίγο, θα σβήσει. Ένα ποντίκι κάτω από ένα τέτοιο καπάκι αρχίζει να ασφυκτιά. Ωστόσο, εάν ένα κλαδί μέντας τοποθετηθεί κάτω από το καπάκι μαζί με το ποντίκι, τότε το ποντίκι δεν ασφυκτιά και συνεχίζει να ζει. Αυτό σημαίνει ότι τα φυτά «διορθώνουν» τον αέρα που χαλάει η αναπνοή των ζώων, δηλαδή μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα σε οξυγόνο.

Το 1862, ο Γερμανός βοτανολόγος Julius Sachs απέδειξε μέσα από πειράματα ότι τα πράσινα φυτά όχι μόνο απελευθερώνουν οξυγόνο, αλλά δημιουργούν και οργανικές ουσίες που χρησιμεύουν ως τροφή για όλους τους άλλους οργανισμούς.

Φωτοσύνθεση

Η κύρια διαφορά μεταξύ των πράσινων φυτών και άλλων ζωντανών οργανισμών είναι η παρουσία στα κύτταρά τους χλωροπλαστών που περιέχουν χλωροφύλλη. Η χλωροφύλλη έχει την ικανότητα να συλλαμβάνει τις ακτίνες του ήλιου, η ενέργεια των οποίων είναι απαραίτητη για τη δημιουργία οργανικών ουσιών. Η διαδικασία σχηματισμού οργανικής ύλης από διοξείδιο του άνθρακα και νερό με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας ονομάζεται φωτοσύνθεση (ελληνικά: pholos light). Στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, δεν σχηματίζονται μόνο οργανικές ουσίες - σάκχαρα, αλλά απελευθερώνεται και οξυγόνο.

Σχηματικά, η διαδικασία της φωτοσύνθεσης μπορεί να απεικονιστεί ως εξής:

Το νερό απορροφάται από τις ρίζες και μετακινείται μέσω του αγώγιμου συστήματος των ριζών και του στελέχους προς τα φύλλα. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι συστατικό του αέρα. Εισέρχεται στα φύλλα μέσω ανοιχτών στομάτων. Η δομή του φύλλου συμβάλλει στην απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα: η επίπεδη επιφάνεια των λεπίδων των φύλλων, η οποία αυξάνει την περιοχή επαφής με τον αέρα και η παρουσία μεγάλου αριθμού στομάτων στο δέρμα.

Τα σάκχαρα που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης μετατρέπονται σε άμυλο. Το άμυλο είναι μια οργανική ουσία που δεν διαλύεται στο νερό. Ποιος είναι εύκολο να εντοπιστεί με διάλυμα ιωδίου.

Στοιχεία σχηματισμού αμύλου σε φύλλα εκτεθειμένα στο φως

Ας αποδείξουμε ότι στα πράσινα φύλλα των φυτών, το άμυλο σχηματίζεται από διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Για να το κάνετε αυτό, σκεφτείτε το πείραμα, το οποίο κάποτε οργανώθηκε από τον Julius Sachs.

Ένα φυτό εσωτερικού χώρου (γεράνι ή primrose) διατηρείται για δύο ημέρες στο σκοτάδι, έτσι ώστε όλο το άμυλο να χρησιμοποιείται για ζωτικές διαδικασίες. Στη συνέχεια καλύπτονται πολλά φύλλα και από τις δύο πλευρές με μαύρο χαρτί ώστε να καλύπτεται μόνο ένα μέρος τους. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, το φυτό εκτίθεται στο φως και τη νύχτα φωτίζεται επιπλέον με επιτραπέζιο φωτιστικό.

Μετά από μια μέρα, τα μελετημένα φύλλα κόβονται. Για να μάθετε σε ποιο μέρος του αμύλου των φύλλων έχει σχηματιστεί, τα φύλλα βράζονται κατά βούληση (ώστε να διογκωθούν οι κόκκοι του αμύλου) και στη συνέχεια διατηρούνται σε ζεστό οινόπνευμα (η χλωροφύλλη διαλύεται και το φύλλο αποχρωματίζεται). Στη συνέχεια τα φύλλα πλένονται σε νερό και επεξεργάζονται με ασθενές διάλυμα ιωδίου. Tc μέρη των φύλλων που βρίσκονταν στο φως αποκτούν μπλε χρώμα από τη δράση του ιωδίου. Αυτό σημαίνει ότι το άμυλο σχηματίστηκε στα κελιά του φωτισμένου τμήματος του φύλλου. Επομένως, η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα μόνο παρουσία φωτός.

Στοιχεία για την ανάγκη για διοξείδιο του άνθρακα για φωτοσύνθεση

Για να αποδειχθεί ότι το διοξείδιο του άνθρακα είναι απαραίτητο για το σχηματισμό αμύλου στα φύλλα, το φυτό εσωτερικού χώρου διατηρείται επίσης προηγουμένως στο σκοτάδι. Στη συνέχεια ένα από τα φύλλα τοποθετείται σε μια φιάλη με μικρή ποσότητα ασβεστόνερου. Η φιάλη κλείνεται με βαμβάκι. Το φυτό είναι εκτεθειμένο. Το διοξείδιο του άνθρακα απορροφάται από το ασβεστόνερο, επομένως δεν θα βρίσκεται στη φιάλη. Το φύλλο κόβεται και, όπως και στο προηγούμενο πείραμα, εξετάζεται για την παρουσία αμύλου. Παλαιώνεται σε ζεστό νερό και οινόπνευμα, επεξεργασμένο με διάλυμα ιωδίου. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, το αποτέλεσμα του πειράματος θα είναι διαφορετικό: το φύλλο δεν γίνεται μπλε, γιατί. δεν περιέχει άμυλο. Επομένως, για τον σχηματισμό αμύλου, εκτός από το φως και το νερό, χρειάζεται και διοξείδιο του άνθρακα.

Έτσι, απαντήσαμε στο ερώτημα τι είδους τροφή λαμβάνει το φυτό από τον αέρα. Η εμπειρία έχει δείξει ότι είναι διοξείδιο του άνθρακα. Είναι απαραίτητο για το σχηματισμό οργανικής ύλης.

Οι οργανισμοί που δημιουργούν ανεξάρτητα οργανικές ουσίες για να χτίσουν το σώμα τους ονομάζονται αυτότροφοι (ελληνικά autos - εαυτός, trofe - τροφή).

Στοιχεία για το σχηματισμό οξυγόνου κατά τη φωτοσύνθεση

Για να αποδείξετε ότι κατά τη φωτοσύνθεση, τα φυτά απελευθερώνουν οξυγόνο στο εξωτερικό περιβάλλον, εξετάστε το πείραμα με το υδρόβιο φυτό Elodea. Οι βλαστοί Elodea κατεβαίνουν σε ένα δοχείο με νερό και καλύπτονται με ένα χωνί από πάνω. Τοποθετήστε έναν δοκιμαστικό σωλήνα γεμάτο με νερό στο τέλος του χωνιού. Το φυτό εκτίθεται στο φως για δύο έως τρεις ημέρες. Το Elodea εκπέμπει φυσαλίδες αερίου όταν εκτίθεται στο φως. Συσσωρεύονται στην κορυφή του σωλήνα, εκτοπίζοντας το νερό. Για να μάθουμε τι είδους αέριο είναι, ο δοκιμαστικός σωλήνας αφαιρείται προσεκτικά και εισάγεται μέσα του ένα σιγαστήρα που σιγοκαίει. Η δάδα φουντώνει έντονα. Αυτό σημαίνει ότι έχει συσσωρευτεί οξυγόνο στη φιάλη, υποστηρίζοντας την καύση.

Διαστημικός ρόλος των φυτών

Τα φυτά που περιέχουν χλωροφύλλη είναι σε θέση να απορροφούν την ηλιακή ενέργεια. Ως εκ τούτου, η Κ.Α. Ο Timiryazev αποκάλεσε τον ρόλο τους στη Γη κοσμικό. Μέρος της ηλιακής ενέργειας που αποθηκεύεται σε οργανική ύλη μπορεί να αποθηκευτεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ο άνθρακας, η τύρφη, το λάδι σχηματίζονται από ουσίες που δημιουργήθηκαν από πράσινα φυτά στους αρχαίους γεωλογικούς χρόνους και απορροφούσαν την ενέργεια του Ήλιου. Με την καύση φυσικών εύφλεκτων υλικών, ένα άτομο απελευθερώνει την ενέργεια που αποθηκεύτηκε πριν από εκατομμύρια χρόνια από τα πράσινα φυτά.