Energia ze światła słonecznego, woda zaabsorbowana przez korzenie i dwutlenek węgla z atmosfery wytwarzają glukozę i tlen w procesie fotosyntezy
Fotosynteza jest procesem, w którym rośliny i niektóre mikroorganizmy wytwarzają substancje takie jak węglowodany. Jest to endotermiczny (pobiera ciepło) proces chemiczny, który wykorzystuje światło słoneczne do przekształcenia dwutlenku węgla w cukry. Cukry są wykorzystywane przez komórkę jako energia oraz do budowy innych rodzajów cząsteczek.
Fotosynteza jest bardzo ważna dla życia na Ziemi. Rośliny zielone budują się za pomocą fotosyntezy. Wykorzystują ją również algi, protisty i niektóre bakterie. Pewnym wyjątkiem są organizmy, które bezpośrednio uzyskują energię z reakcji chemicznych; organizmy te nazywane są chemoautotrofami.
Fotosynteza może zachodzić na różne sposoby, ale są pewne jej części wspólne.
6 CO2(g) + 6 H2O + fotony → C6H12O6(aq) + 6 O2(g) dwutlenek węgla + woda + energia świetlna → glukoza + tlen Dwutlenek węgla dostaje się do liścia przez aparaty szparkowe na drodze dyfuzji z atmosfery. Woda jest pobierana z gleby przez komórki włośnikowe korzenia, które mają zwiększoną powierzchnię do zwiększonego pobierania wody.
Fotosynteza zachodzi w chloroplastach w liściach (lub innych zielonych tkankach). Zawierają one chlorofil, zielony pigment, który pochłania energię świetlną. W liściach, komórki palisadowe mają chloroplasty do wychwytywania światła.
Tlen jest produktem odpadowym fotosyntezy: wychodzi z rośliny w procesie oddychania. Cały tlen w atmosferze ma swoje pochodzenie w roślinach (w tym tych mikroorganizmów, które wykonują fotosyntezę)
Glukoza jest wykorzystywana w oddychaniu (do uwalniania energii w komórkach). Jest ona przechowywana w postaci skrobi (która jest przekształcana z powrotem w glukozę do oddychania w ciemności). Glukoza może być również przekształcana w inne związki służące do wzrostu i rozmnażania np. celulozę, nektar, fruktozę, aminokwasy i tłuszcze.
Reakcje procesu
Schemat chloroplastu
Fotosynteza ma dwa główne zestawy reakcji. Reakcje zależne od światła potrzebują światła do wykonania pracy; oraz reakcje niezależne od światła, które nie potrzebują światła do wykonania pracy.
Reakcje zależne od światła
Strona główna: Reakcja zależna od światła
Energia świetlna ze słońca jest wykorzystywana do rozszczepiania cząsteczek wody (fotoliza). Światło słoneczne uderza w chloroplasty w roślinie. Powoduje to enzym do rozszczepienia wody. Woda, po rozszczepieniu, daje tlen, wodór i elektrony.
Wodór, wraz z elektronami energetyzowanymi przez światło, przekształca NADP w NADPH, który jest następnie wykorzystywany w reakcjach niezależnych od światła. Tlen dyfunduje z rośliny jako produkt odpadowy fotosyntezy, a ATP jest syntetyzowany z ADP i fosforanu nieorganicznego. Wszystko to dzieje się w ziarnistościach chloroplastów.
Reakcja ciemna
Strona główna: Reakcja niezależna od światła
Podczas tej reakcji cukry są budowane z wykorzystaniem dwutlenku węgla i produktów reakcji zależnych od światła (ATP i NADPH) oraz różnych innych związków chemicznych występujących w roślinie w Cyklu Calvina. Dlatego też reakcja niezależna od światła nie może zachodzić bez reakcji zależnej od światła. Dwutlenek węgla dyfunduje do rośliny i wraz z substancjami chemicznymi w chloroplaście, ATP i NADPH, glukoza jest wytwarzana i ostatecznie transportowana wokół rośliny poprzez translokację.
Faktory wpływające na fotosyntezę
Okres życia
-4500 –
–
-4000 –
–
-3500 –
–
-3000 –
–
-.2500 –
–
-2000 –
–
-1500 –
–
-1000 –
–
-500 –
–
0 –
Pojedyncze-…komórkowe
życie
←
←
Najstarsze rozmnażanie płciowe
.
Skala osi: miliony lat.
Pomarańczowe etykiety: znane epoki lodowcowe.
Zobacz także: Oś czasu człowieka i Oś czasu przyrody
Są trzy główne czynniki wpływające na fotosyntezę:
- Natężenie światła
- Stężenie dwutlenku węgla
- Temperatura
Natężenie światła
Jeśli na roślinę świeci mało światła, reakcje zależne od światła nie będą działać wydajnie. Oznacza to, że fotoliza (rozkład wody przez światło) nie będzie zachodzić szybko, a zatem niewiele NADPH i ATP będzie wytwarzane. Ten niedobór NADPH i ATP doprowadzi do tego, że reakcje niezależne od światła nie będą działać, ponieważ NADPH i ATP są potrzebne, aby reakcje niezależne od światła mogły działać.
Wymagana intensywność światła jest łatwa do zbadania w roślinie wodnej, takiej jak rdestnica. Bańki tlenu wydany może być liczone lub objętość mierzona. Poprzez zmianę odległości między światłem a rośliną, intensywność światła jest zmienna. Zmiana natężenia światła wpłynie na zmianę tempa fotosyntezy. Sztuczne oświetlenie może być stosowane w ciemności, aby zmaksymalizować tempo fotosyntezy.
Poziomy dwutlenku węgla
Dwutlenek węgla jest wykorzystywany w reakcjach niezależnych od światła. Łączy się on z NADPH i ATP oraz różnymi innymi substancjami chemicznymi (takimi jak bisfosforan rybulozy), tworząc glukozę. Dlatego, jeśli nie ma wystarczającej ilości dwutlenku węgla, wtedy będzie nagromadzenie NADPH i ATP i nie powstanie wystarczająca ilość glukozy.
Temperatura
W reakcjach fotosyntezy działa wiele enzymów – takich jak enzym w fotolizie. Wszystkie enzymy pracują najlepiej w swojej optymalnej temperaturze. Wszystkie reakcje zależne i niezależne od światła będą zachodzić normalnie w średnich lub optymalnych temperaturach. Rośliny tropikalne mają wyższe optimum temperaturowe niż rośliny przystosowane do klimatu umiarkowanego.
Gdy temperatury są zbyt niskie, jest mało energii kinetycznej, więc szybkość reakcji spada. Jeśli temperatury są zbyt wysokie, enzymy ulegają denaturacji i kataliza reakcji fotosyntezy zatrzymuje się.
Szklarnie muszą utrzymywać optymalną temperaturę dla normalnego funkcjonowania roślin.
Wczesna ewolucja
Pierwsze organizmy fotosyntetyzujące prawdopodobnie wyewoluowały we wczesnym okresie historii życia. Mogły one używać środków redukujących, takich jak wodór lub siarkowodór, jako źródła elektronów, a nie wody. Sinice pojawiły się później, a produkowany przez nie nadmiar tlenu przyczynił się do katastrofy tlenowej. Umożliwiło to ewolucję złożonego życia.
Efektywność
Dzisiaj średnia szybkość przechwytywania energii przez fotosyntezę na całym świecie wynosi około 130 terawatów, co jest około sześć razy większe niż obecna moc wykorzystywana przez ludzką cywilizację. Organizmy fotosyntetyzujące przekształcają również około 100-115 tysięcy milionów ton metrycznych węgla w biomasę rocznie.
Powiązane strony
- Cykl kalwinowy
- Oddychanie komórkowe
- Fizjologia roślin
Obrazy dla dzieci
.
-
Złożony obraz przedstawiający globalne rozmieszczenie fotosyntezy, w tym zarówno fitoplanktonu oceanicznego jak i roślinności lądowej. Ciemnoczerwone i niebiesko-zielone oznaczają regiony o wysokiej aktywności fotosyntetycznej, odpowiednio w oceanie i na lądzie.
-
-
Komórki roślinne z widocznymi chloroplastami (z mchu, Plagiomnium affine)
-
Portret Jana Baptysty van Helmonta autorstwa Mary Beale, ok.1674
-
Melvin Calvin pracuje w swoim laboratorium fotosyntezy.
-
List jest podstawowym miejscem fotosyntezy u roślin.
.
