Fosinteza este procesul prin care plantele și unele microorganisme produc substanțe precum carbohidrații. Este un proces chimic endotermic (preia căldură) care folosește lumina soarelui pentru a transforma dioxidul de carbon în zaharuri. Zaharurile sunt folosite de celulă ca energie și pentru a construi alte tipuri de molecule.
Fotogeneza este foarte importantă pentru viața pe Pământ. Plantele verzi se construiesc singure cu ajutorul fotosintezei. Algele, protiștii și unele bacterii o folosesc de asemenea. Unele excepții sunt organismele care își obțin energia direct din reacții chimice; aceste organisme se numesc chimioautotrofe.
Fosinteza se poate realiza în diferite moduri, dar există câteva părți care sunt comune.
6 CO2(g) + 6 H2O + fotoni → C6H12O6(aq) + 6 O2(g) dioxid de carbon + apă + energie luminoasă → glucoză + oxigen Dioxidul de carbon intră în frunză prin stomate prin difuzie din atmosferă. Apa este absorbită din sol de către celulele capilare ale rădăcinilor, care au o suprafață mai mare pentru o absorbție sporită a apei.
Fosinteza are loc în cloroplastele din frunze (sau alte țesuturi verzi). Acestea conțin clorofilă, pigmentul verde care absoarbe energia luminoasă. În frunze, celulele palisadei au cloroplaste pentru a capta lumina.
Oxigenul este un produs rezidual al fotosintezei: el iese din plantă prin respirație. Tot oxigenul din atmosferă își are originea în plante (inclusiv în acele microorganisme care fac fotosinteză)
Glucoza este folosită în respirație (pentru a elibera energie în celule). Ea este stocată sub formă de amidon (care este transformat din nou în glucoză pentru respirație la întuneric). De asemenea, glucoza poate fi transformată în alți compuși pentru creștere și reproducere, de exemplu celuloză, nectar, fructoză, aminoacizi și grăsimi.
Reacțiile procesului
Fotogeneza are două seturi principale de reacții. Reacțiile dependente de lumină, care au nevoie de lumină pentru a acționa; și reacțiile independente de lumină, care nu au nevoie de lumină pentru a acționa.
Reacții dependente de lumină
Energia luminoasă de la soare este folosită pentru a scinda moleculele de apă (fotoliză). Lumina solară atinge cloroplastele din plantă. Aceasta determină o enzimă să scindeze apa. Apa, atunci când este scindată, dă oxigen, hidrogen și electroni.
Hidrogenul, împreună cu electronii energizați de lumină, transformă NADP în NADPH, care este apoi folosit în reacțiile independente de lumină. Oxigenul gazos difuzează în afara plantei ca un produs rezidual al fotosintezei, iar ATP este sintetizat din ADP și fosfat anorganic. Toate acestea se întâmplă în granulele cloroplastelor.
Reacția de întuneric
În timpul acestei reacții, zaharurile sunt construite folosind dioxidul de carbon și produsele reacțiilor dependente de lumină (ATP și NADPH) și diverse alte substanțe chimice care se găsesc în plantă în ciclul Calvin. Prin urmare, reacția independentă de lumină nu poate avea loc fără reacția dependentă de lumină. Dioxidul de carbon difuzează în plantă și, împreună cu substanțele chimice din cloroplast, ATP și NADPH, se produce glucoza și, în final, este transportată în jurul plantei prin translocație.
Factori care afectează fotosinteza
.
.
.
.
Etichete portocalii: vârstele glaciare cunoscute.
Vezi și:
De asemenea, vezi: Cronologia umană și Cronologia naturii
Există trei factori principali care influențează fotosinteza:
- Intensitatea luminii
- Concentrația de dioxid de carbon
- Temperatura
Intensitatea luminii
Dacă o plantă este slab luminată, reacțiile dependente de lumină nu vor funcționa eficient. Acest lucru înseamnă că fotoliza (descompunerea apei de către lumină) nu va avea loc rapid și, prin urmare, se va produce puțin NADPH și ATP. Această lipsă de NADPH și ATP va duce la faptul că reacțiile independente de lumină nu vor funcționa, deoarece NADPH și ATP sunt necesare pentru ca reacțiile independente de lumină să funcționeze.
Intensitatea de lumină necesară este ușor de investigat la o plantă acvatică, cum ar fi iarba de baltă. Bulele de oxigen degajate pot fi numărate sau volumul poate fi măsurat. Prin modificarea distanței dintre lumină și plantă, se face ca intensitatea luminii să varieze. Modificarea intensității luminii va afecta modificarea ratei de fotosinteză. Iluminarea artificială poate fi folosită în întuneric pentru a maximiza rata de fotosinteză.
Nivelurile de dioxid de carbon
Dioxidul de carbon este folosit în reacțiile independente de lumină. Acesta se combină cu NADPH și ATP și diverse alte substanțe chimice (cum ar fi Ribuloză bifosfat) pentru a forma glucoză. Prin urmare, dacă nu există suficient dioxid de carbon, atunci va exista o acumulare de NADPH și ATP și nu se va forma suficientă glucoză.
Temperatura
Există multe enzime care lucrează în reacțiile fotosintetice – cum ar fi enzima din fotoliză. Toate enzimele funcționează cel mai bine la temperatura lor optimă. Toate reacțiile dependente și independente de lumină vor avea loc în mod normal la temperaturile medii sau optime. Plantele tropicale au o temperatură optimă mai mare decât plantele adaptate la climatele temperate.
Când temperaturile sunt prea scăzute, există puțină energie cinetică, astfel încât viteza de reacție scade. Dacă temperaturile sunt prea ridicate, enzimele se denaturează și cataliza reacției de fotosinteză se oprește.
Serele trebuie să mențină o temperatură optimă pentru funcționarea normală a plantelor.
Evoluția timpurie
Primele organisme fotosintetice au evoluat probabil la începutul istoriei vieții. Este posibil ca acestea să fi folosit agenți reducători, cum ar fi hidrogenul sau hidrogenul sulfurat, ca surse de electroni, mai degrabă decât apa. Cianobacteriile au apărut mai târziu, iar excesul de oxigen produs de acestea a contribuit la catastrofa oxigenului. Acest lucru a făcut posibilă evoluția vieții complexe.
Eficacitate
Astăzi, rata medie de captare a energiei prin fotosinteză la nivel global este de aproximativ 130 terawați, ceea ce este de aproximativ șase ori mai mare decât puterea actuală folosită de civilizația umană. Organismele fotosintetice transformă, de asemenea, aproximativ 100-115 mii de milioane de tone metrice de carbon în biomasă pe an.
Pagini conexe
- Ciclul Calvin
- Respirația celulară
- Fiziologia plantelor
Imagini pentru copii
.
-
Imagine compozită care arată distribuția globală a fotosintezei, incluzând atât fitoplanctonul oceanic, cât și vegetația terestră. Roșu închis și albastru-verde indică regiuni cu activitate fotosintetică ridicată în ocean și, respectiv, pe uscat.
-
Schema „Z”
-
Celule vegetale cu cloroplaste vizibile (de la un mușchi, Plagiomnium affine)
-
Portretul lui Jan Baptist van Helmont de Mary Beale, c.1674
-
Melvin Calvin lucrează în laboratorul său de fotosinteză.
-
Frunza este locul principal de fotosinteză la plante.