Fotosinteza i vrijednost biljaka u prirodi. Vrijednost i uloga fotosinteze. Biljni svijet kao baza snage

Istorija fotosinteze.Za Millennia, ljudi su vjerovali da se biljka hrani isključivo zbog korijena, upijajući njihovu pomoć sve potrebne tvari iz tla. Pogledajte ovo gledište trajalo je početkom XIX veka. Holandski naturalista Yang van Gelmont. Težio je zemlju u loncu i posadio tamo bijeg vrba. Pet godina je zalijevao drvo, a potom je osušio zemlju i izvagao ga i biljku. Iva teži sedamdeset i pet kilograma, a težina zemlje promijenila je samo nekoliko stotina grama. Zaključak naučnika bio je takav - biljke primaju hranjive sastojke, prije svega, ne iz tla i iz vode.

Za dva veka osnovana je teorija prehrane vode biljaka u nauci. Listovi na ovoj teoriji pomogli su samo da biljka isparava prekomjerna vlaga.

Na najneočekivanije, ali pravilna pretpostavka prehrane biljaka, naučnici su došli samo na početak devetnaestog stoljeća. Važna uloga u razumijevanju ovog procesa odigrala je otkriće, koju je izveo engleski hemičar, Joseph je privukao 1771. godine. Podesio je iskustvo, kao rezultat toga što je zaključio: biljke pročišćavaju zrak i čine ga pogodnim za disanje. Kasnije se ispostavilo: tako da biljka čisti zrak je potreban.

Deset godina kasnije naučnici su shvatili da biljka nije jednostavno pretvorila ugljični dioksid u kisik. Ugljični dioksid potrebni su postrojenjima za život, služi za njih stvarne hrane (zajedno sa vodom i mineralnim solima).

Zračna elektrana naziva se fotosintezom. Kisik u procesu fotosinteze istaknut je kao neobičan proizvod.

Prije milijarde godina na zemlji nije bilo slobodnog kisika. Sav kisik koji udiše gotovo sva živa bića naše planete izoliraju se postrojenjima u procesu fotosinteze. Psisanteza je uspjela promijeniti cjelokupni izgled naše planete.

Počevši od 70-ih. Prošlo vrijeme, u Rusiji je dobijen veliki napredak u oblasti fotosinteze. Radovi ruskih naučnika Purievich, Ivanovo, Ricter, Ivanov, Kosticheva, proučavali su mnogim stranama ovog procesa.

Vrijednost fotosinteze nije realizirana na relativno nedavno. Aristotel i drugi učenjaci Grčke, posmatrajući životne procese životinja ovise o unosu hrane, vjeruju da su biljke minirane "hrane" iz tla.

Nešto prije više od tri stotine godina u jednom od prvih pažljivo osmišljenih bioloških eksperimenata, holandski ljekar Yang van Gelmont predstavio je dokaze da nijedno tlo ne hrani biljku. Van Gelmont odrastao je malo stabla vrbe u loncu gline, dodajući samo vodu u nju.

Pet godina kasnije težina igle povećana je za 74,4 kg, dok je težina tla smanjena samo na 57

Na kraju XVIII vijeka, engleski naučnik Joseph Priestley rekao je da je "slučajno otkrio metodu korekcije zraka koja je razmažena sagorijevanjem svijeća." 1771. 1771, privlačeni su "... ... stavili živu grančicu mente u zatvorenom brodu u kojoj je sagorijevala vosak, a 21. od istog mjeseca je otkrila da je" ... još jedna svijeća može se osvijetliti u istoj posudi. " "Priroda uživa u principu za ispravljanje da se priroda uživa", privukla je, "bilo je biljka". Proširio je svoja zapažanja i ubrzo pokazao da je zrak, "fiksna" biljka, nije "nije prikladna za miš".

Eksperimenti su prvi put dodani da objasne zašto zrak na zemlji ostaje "čist" i može podržati život, uprkos izgaranju bezbrojnih svjetla i disanja mnogih živih organizama. Rekao je: "Zahvaljujući tim otkrićima, sigurni smo da biljke rastu ne uzalud, već pročišćavaju i dodaju našu atmosferu."

Kasnije je holandski ljekar Yang Ingeneza (1730-1799) potvrdio da se posao privlači i pokazao da se zrak "ispravi" samo na suncu i samo zelenim dijelovima biljke. 1796. godine Ingenhause sugerirali su da ugljični dioksid razgrađuje na fotosintezi na C i O 2, a 2 se dodjeljuju kao plin. Nakon toga, utvrđeno je da je omjer ugljičnih atoma, vodonika i kisika u šećerima i škrob takav da jedan ugljenični atom čini za jednu molekulu vode, što ukazuje na riječ "ugljikohidrate". Smatralo se općenito prihvaćenim da se ugljikohidrati formiraju od C i H 2 O, a O 2 se odlikuje od ugljičnog dioksida. Ovo je prilično razumna hipoteza bila je široko prepoznata, ali kao što se pokazalo kasnije, bilo je potpuno netačno.

Istraživač koji je negirao ovu općenito prihvaćenu teoriju bio je Cornelius Van Nile sa Sveučilišta Stamford, kada je on i dalje student-diploman, proučavao metabolizam različitih fotosintetskih bakterija. Jedna grupa takvih bakterija, naime ljubičaste sumporne bakterije, vraća se od ugljikohidrata, ali ne dodjeljuje 2. Ljubičaste sive bakterije za fotosintezu potrebna je vodonik sulfid. Kao rezultat fotosinteze unutar bakterijskih ćelija, su sumporne čestice. Van Neil je otkrio da se za ove bakterije fotosinteza jednadžba može zabilježiti kao:

C O 2 + 2N 2 S (CH 2 O) + H 2 O + 2S.

Ova činjenica nije privukla pažnju istraživača do van Neil nije napravio podebljanu poruku i nije predlažila sljedeće kompatibilne fotosisteze:

C O 2 + 2N 2 A (CH 2 O) + H 2 O + 2A.

U ovoj jednadžbi, H 2 a predstavlja ili vodu ili drugu oksidiranu supstancu, poput vodonika sulfida ili besplatnog H 2. U zelenim biljkama i algama H 2 A \u003d N 2 O. To je, van Nile sugerira da je H 2 O, a ne ugljični dioksid koji se deluje tokom fotosinteze. Ova sjajna ideja, nominirana tridesetih godina, eksperimentalno se dokazala kasnije, kada istraživači koji koriste teške izotope O 2 (18 o 2), putanje kiseonika iz vode u gasovito stanje:

C O 2 + 2N 2 18 O 2 (CH 2 O) + H 2 O + 18 O 2.

Tako za alge ili zelene biljke u kojima voda služi kao donator elektrona, ukupna fotosinteza jednadžba je napisana na sljedeći način:

6CO 2 + 12N 2 o C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6N 2 O.

Procesi koji se javljaju u listu.List vježba tri važna procesa - fotosintezu, isparavanje razmjene vode i gasa. U procesu fotosinteze u listovima vode i ugljičnog dioksida, organske tvari sintetizirane su pod djelovanjem sunčeve svjetlosti. Kao rezultat fotosinteze i disanja, biljka dijeli kisik i ugljični dioksid, a noću - samo ugljični dioksid formiran tijekom disanja.

Većina biljaka može sintetizirati hlorofil sa slabom rasvjetom. S direktnom sunčevom svjetlošću, hlorofil se sintetizira brže.

Lagana energija potrebna za fotosintezu u poznatim granicama apsorbira se, veći je najmanji list zamračen. Stoga su biljke u procesu evolucije razvile sposobnost za rotiranje lista na svjetlost na svjetlost tako da je pala više sunčevih zraka. Listovi na postrojenju nalaze se tako da ne ugrize jedni druge.

Timiryazev je dokazao da je izvor energije za fotosintezu pretežno crvene zrake spektra. To ukazuje na apsorpcijski spektar klorofila, gdje se najintenzivniji apsorpcijski opseg opaža u crvenoj, a manje intenzivno - u plavo-ljubičastom dijelu.

U kloroplastima, zajedno sa klorofilom, postoje karotenski pigmenti i ksantofill. Oba ova pigmenata apsorbiraju plave i dijelom zelene zrake i preskoči crveno i žuto. Neki naučnici pripisuju ulogu ekrana koji štite hlorofil iz destruktivnih efekata plavih zraka.

Proces fotosinteze sastoji se od niza uzastopnih reakcija, od kojih neki teče apsorpcijom svjetlosne energije, a dio je u mraku. Održivi završni fotosinteza Proizvodi su ugljikohidrati (šećer, a zatim škrob), organske kiseline, aminokiseline, proteini.

Fotosinteza pod različitim uvjetima vrši se s različitim intenzitetom.

Intenzitet fotosinteze takođe zavisi od faze razvoja biljaka. Maksimalni intenzitet fotosinteze primećen je u fazi cvjetanja.

Uobičajeni sadržaj ugljičnog dioksida u zraku je 0,03% po volumen. Smanjenje sadržaja ugljičnog dioksida u zraku smanjuje intenzitet fotosinteze. Povećani sadržaj ugljičnog dioksida do 0,5% povećava intenzitet fotosinteze gotovo proporcionalno. Međutim, sa daljnjim povećanjem sadržaja ugljičnog dioksida, intenzitet fotosinteze se ne povećava, a na 1% - biljci pati.

Biljke isparavaju, ili trans špere, vrlo veliki broj Voda. Isparavanje vode jedan je od razloga za struju prema gore. Zbog isparavanja vode po biljci, mineralne tvari nakupljaju se u njemu, a temperatura je korisna za postrojenje tokom solarnog grijanja. Ponekad se transpare smanjuje temperaturu postrojenja na 6 o C.

Postrojenje regulira proces isparavanja vode kroz rad Stitza. Taloženje kutikule ili depilate, na epidermum, formiranje njegovih dlačica i drugih uređaja usmjerene su na smanjenje nereguliranog transparata.

Proces fotosinteze i stalno disanje živih ćelija lista zahtijevaju razmjenu plina između unutarnjih tkiva lista i atmosfere. U procesu fotosinteze iz atmosfere apsomilirani ugljični dioksid apsorbira i kisik se vraća u atmosferu.

Upotreba metode analize izotopa pokazala je da se kisik vratio u atmosferu (16 o) pripada vodi, a ne ugljenično zračni gas u kojem njegova druga izotopa prevladava - 15 O. sa dahom živih ćelija (oksidacija slobodnog kiseonika Organske tvari unutar ćelije do plina i vode ugljičnog dioksida, potrebno je unijeti atmosferu kisika i povrat ugljičnog dioksida. Ova razmjena plina uglavnom se vrši kroz dodijeljeni aparat.

Moderne ideje o fotosintezi.Trenutno je poznato da fotosinteza se odvija dvije faze, ali samo jedan od njih je u svjetlu. Dokaz dvostupanjskog procesa prvi je dobio 1905. godine engleskog fiziologa biljaka F.F. Blacklin, koji je istraživao učinak osvjetljenja i temperature na količinu fotosinteze.

Na osnovu eksperimenata Blacklin je donio sljedeće zaključke.

1. Postoji jedna grupa laganih neovisnih reakcija koja ne ovise o temperaturi. Obim tih reakcija u rasponu niskog osvjetljenja mogao bi se povećati sa sve većim osvjetljenjem, ali ne i sa povećanjem temperature.

2. Postoji druga grupa reakcija ovisnih o temperaturi, a ne od svetlosti. Pokazalo se da su obje grupe reakcija potrebne za provedbu fotosinteze. Povećanje količine samo jedne reakcijske grupe povećava jačinu cjelokupnog procesa, ali samo sve dok druga grupa reakcija ne počne držati prvo. Nakon toga, potrebno je ubrzati drugu grupu reakcija tako da prvi može ići bez ograničenja.

Stoga je pokazano da obje faze imaju lagane ovise o: "svjetlo i tamno". Važno je zapamtiti da se tamne reakcije obično odvijaju i trebaju proizvode svjetlosne faze. Izraz "tamne reakcije" jednostavno znači da svjetlost nije uključena u njih.

Količina tamnih reakcija povećava se s povećanjem temperature, ali samo do 30 o, a zatim počinje padati. Na osnovu ove činjenice sugerirali su da su tamne reakcije katalizirane enzimima, jer razmjena enzimskih reakcija ovisi o temperaturi. Nakon toga se pokazalo da je ovaj zaključak učinjen pogrešno.

U prvoj fazi fotosinteze (svjetlosne reakcije), lagana energija se koristi za formiranje ATP-a (adenozine-trifhosfate molekule) i elektroenergetskih nosača elektrona. U drugoj fazi fotosinteze (tamne reakcije) energetski proizvodi formirani u laganim reakcijama koriste se za vraćanje CO 2 na jednostavan šećer (glukoza).

Proces fotosinteze sve više privlači pažnju naučnika. Nauka je blizu rješavanja najvažnijeg pitanja - umjetno stvaranje uz pomoć svjetlosne energije vrijednih organskih tvari od široko rasprostranjenih anorganskih tvari. Problem fotosinteze je tipovoljno razvijen botanijom, hemičarima, fizičarima i drugim stručnjacima.

Nedavno je sinteza formaldehide i šećernih tvari iz vodenih rješenja karbonatne kiseline već umjetno dobijena; U isto vrijeme igra se uloga svjetlucave apsorbera, umjesto hlorofila kobalta i nikl karbonata. Nedavno sintetiziralo molekulu hlorofila.

Uspjesi nauke u oblasti sinteze organske tvari uzrokuju pucanje udarca idealističkom nastavom - vitalizmom, koji je tvrdio da formiranje organskih tvari iz neorganskih potreba treba posebnu "životnu snagu" i da osoba ne može sintetizirati složene organske materije.

Fotosinteza u biljkama se vrši u kloroplastima. Uključuje: energetsku transformaciju (laki postupak), pretvaranje tvari (tamni proces). Proces svjetla javlja se u hilakoidima, tamnim - u stromi hloroplasta. Generalizirana cirkulacija fotosinteze izgleda ovako:

6CO 2 + 12N 2 o C 6 H 12 O 6 + 6N 2 O + 6O 2.

Dva procesa fotosinteze izražavaju se zasebnim jednadžbama:

12N 2 O 12h 2 + 6o 2 + ATP energija;

(Svjetlosni proces)

12h 2 + 6o 2 + ATP energija C 6 H 12 O 6 + H 2 O.

(Tamni proces)

Vrijednost fotosinteze u prirodi.Fotosinteza je jedini proces u biosferi koji vodi do povećanja njegove slobodne energije zbog vanjskog izvora. Energija pohranjena u fotosintezu proizvoda - glavni izvor energije za čovječanstvo.

Svake godine na Zemlji se formira 150 milijardi tona organske tvari kao rezultat fotosinteze na zemlji i razlikuju se oko 200 miliona tona slobodnog kisika.

Ciklus kisika, ugljika i drugih elemenata koji su uključeni u fotosintezu podržava moderni sastav atmosfere neophodne za život na zemlji. Psisanteza sprečava povećanje koncentracije CO 2, sprječavajući pregrijavanje zemlje zbog takozvanog "efekta staklene bašte".

Budući da su zelene biljke direktna ili posredovana prehrambena baza podataka svih ostalih heterotrofičnih organizama, fotosinteza zadovoljava potrebu za hranom svih živih na našoj planeti. Najvažnija je osnova za ruralno i šumarstvo. Iako su mogućnosti izlaganja, još uvijek su male, ali ipak su u određenoj mjeri korišteni. Povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida u zraku do 0,1% (na primjer, protiv 0,3% u prirodnoj atmosferi) za povećanje prinosa krastavaca i rajčice utrostručilo je.

Kvadratni metar površine lišća za jedan sat proizvodi se oko jednog grama šećera; To znači da su sve biljke približne procjene izvršene od atmosfere sa 100 do 200 milijardi tona godišnje. Oko 60% ovog iznosa apsorbiraju šume koje zauzimaju 30% nepokrivene ledene površine, 32% - zemaljske zemlje, a preostalih 8% su stepenice i pustinjske mesta, kao i gradovi i gradovi.

Zelena postrojenja može ne samo koristiti ugljični dioksid i stvarati šećer, već i pretvoriti dušikove jedinjenja i sumpornog spojeva u tvarima koje su osnivale njegovo tijelo. Kroz korijenski sustav biljka se dobiva nitratnim jonima otopinim u tlu vode i obrađuje ih u svojim ćelijama u aminokiselinama - glavne komponente svih proteinskih spojeva. Debele komponente nastaju i iz spojeva koji su rezultirale metaboličkim procesima i energijom. Masne kiseline i glicerin imaju masti i ulja koja služe za biljku uglavnom rezervnim stubovima. U sjemenkama od oko 80% svih biljaka, masti se nalaze kao bogata energija slobodne tvari. Dobijanje sjemena, masti i ulja igraju važnu ulogu u poljoprivrednoj i prehrambenoj industriji.

Značenje i uloga fotosinteze

Glavni izvor energije

Riječ "fotosinteza" znači doslovno stvaranje ili montažu nečega pod djelovanjem svjetlosti. Obično govoreći o fotosintezi, znače proces kojom biljke u suncu sintetišu organske jedinjenja od neorganskih sirovina. Svi oblici života u svemiru trebaju energiju za rast i održavanje života. Alge, viši biljke i neke vrste bakterija bilježe energiju solarnog zračenja direktno i koriste ga za sintezu osnovnih namirnica. Životinje ne znaju kako koristiti sunčevu svjetlost direktno kao izvor energije, dobivaju energiju, uzimajući biljke ili druge životinje koje se hrane postrojenjima. Dakle, u konačnici je izvor energije za sve metaboličke procese na našoj planeti sunce, a proces fotosinteze potreban je za održavanje svih oblika života na zemlji.

Koristimo fosilno gorivo - ugljen, prirodni plin, ulje itd. Sve ove vrste goriva nisu ništa drugo do proizvoda širenja prizemnih i morskih biljaka ili životinje, a energija se u njima iznosi milionima prije godina dobivene iz milijuna godina sunčevo svjetlo. Vjetar i kiša zahtijeva i njihova pojava solarne energije, a samim tim, energija vjetrenjača i hidroelektrana također je na kraju zbog sunčevog zračenja.

Najvažniji način hemijske reakcije Na fotosintezi su pretvorbu ugljičnog dioksida i vode u ugljik i kisik. Ukupna reakcija može se opisati jednadžbom CO2 + H20? [CH20] +02

Ugljikohidrati formirani u ovoj reakciji sadrže više energije od početnih tvari, I.E. CO2 i H20. Dakle, zbog energije sunca, energetske tvari (CO2 i H20) pretvaraju se u bogate energetske proizvode - ugljikohidrate i kisik. Razine energije različitih reakcija opisanih ukupnom jednadžbom mogu karakterizirati veličine redox potencijala mjerenih u volti. Vrijednosti potencijala pokazuju koliko energije je inhibirana ili je zemlja u svakoj reakciji. Dakle, fotosinteza se može smatrati procesom formiranja blistave energije sunca u hemijskoj energiji biljnih tkanina.

Sadržaj CO2 u atmosferi ostaje gotovo potpun, uprkos činjenici da se ugljični dioksid provodi u procesu fotosinteze. Činjenica je da sve biljke i životinje dišu. U procesu disanja u Mitohondriji, kisik se apsorbira iz atmosfere živim tkivima koristi se za oksidaciju ugljikohidrata i drugih komponenti tkiva sa formiranjem ugljičnog i vodenog dioksida i sa istodobnim izdanjem energije. Otpuštena energija rezervirana je u visokoenergetskim spojevima - adenozin trifhosfat (ATP), koji tijelo koristi za obavljanje svih životnih funkcija. Tako disanje dovodi do potrošnje organskih tvari i kisika i povećava sadržaj CO2 na planeti. O procesima disanja u svim živim organizmima i na sagorijevanju svih vrsta goriva koji sadrže ugljik, u agregatu se u protrovu u protrovu na skali zemlje, u prosjeku 10 000 tona 02 u sekundi. Pri takvoj brzini. Pošiljka sav kiseonik u atmosferi treba da ponestane oko 3000 godina. Srećom za nas protok organskih tvari i atomskog kisika izbalansiran je stvaranjem ugljikohidrata i kisika kao rezultat fotosinteze. U idealnim uvjetima brzina fotosinteze u zelenim tkivima biljaka iznosi oko 30 puta veća od respiratorne stope u istim tkivima, pa, pa, stoga fotosinteza služi kao važan faktor u regulaciji sadržaja 02 na zemlji.

Istorija otvaranja fotosinteze

Na početku XVII veka. Flamanski doktor van Gelmont podigao je drvo u kadi sa zemljom, koji je zalijevao samo kišnicama. Primijetio je da je pet godina kasnije, drvo uzgojeno velike veličineIako se količina zemljišta u kadi praktično ne umanjuje. Van Gelmont, naravno, zaključio je da je materijal iz kojeg oblikovalo drvo od vode koja se koristi za zalijevanje. 1777. godine, engleski botanistički stephen hales objavio je knjigu u kojoj je izviještena da se biljka koristi uglavnom u biljku kao hranjive tvari. U istom periodu privučen je čuveni engleski hemičari Joseph (bio je jedan od otkopčanih kisika) proveo niz iskustava o paljenju i disanju i zaključio da zelene biljke mogu obavljati sve respiratorne procese koji su pronađeni u životinjskim tkivima . Privukli su svijeću u zatvorenoj količini zraka i otkrili su da se zrak iz istog vremena ne bi mogao više podržavati paljenje. Miš koji je postavljen u takvo plovilo umro je. Međutim, grančica mente nastavila je živjeti u zračnim sedmicama. Zaključno, Priusley je ustanovila da je u zraku obnovljena grančica mente, svijeća počela da gori, mogla bi disati miša. Sada znamo da sagorijevanje svijeća, potrošili kiseonik iz zatvorenog volumena zraka, ali tada je zrak ponovo zasićen kisikom zahvaljujući fotosintezi, koja je ostavljena u ogranku mente. Nekoliko godina kasnije, holandski doktor Ingenhauses otkrio je da biljke oksidiraju kisik samo na suncu i da samo njihovi zeleni dijelovi pružaju izolaciju kisika. Jean Sebery, koji je obavljao poštu ministra, potvrdio je investicijski podaci Ingenhause i nastavio studiju, pokazujući da se ugljični dioksid otopi u vodi koristi kao biljka hranjivih tvari. Na početku XIX vijeka, još jedan švicarski istraživač DE susjedi proučavali su kvantitativni odnos između ugljičnog dioksida koji je apsorbirao postrojenje, s jedne strane i sintetizirane organske tvari i kisik na drugom. Kao rezultat njihovih eksperimenata, zaključio je da voda konzumira i postrojenje sa Asimilacijom CO2. 1817. godine dva francuska hemičara, peltier i kavator, izdvojile su zelenu supstancu od lišća i nazvali ga hlorofilom. Sledeća važna prekretnica u povijesti studija fotosinteze napravljena je 1845. godine njemački fizičar Robert Mayer, izjava da zelene postrojenje pretvaraju energiju, sunčevu svjetlost u hemijsku energiju. Ideje o fotosintezi, koja osnovana sredinom prošlog veka, mogu se izraziti sledećim omjerom:

Zelena biljka

CO2 + H2 O + Svjetlo? O2 + org. Tvari + hemijska energija

Omjer iznosa C02, apsorbiran za vrijeme fotosinteze, na iznos odabranog 02, precizno izmjeren francuski fiziolog BUSENGO. 1864. godine pronašao je taj fotosintetski stav, I.E. Odnos količine odvojenog 02 zapremine apsorbirane C02 gotovo je jednak jednom. Iste godine njemački botanistički zaks (otkriven i u biljkama) pokazao je formiranje škrobnih žitarica na fotosintezu. Zaks je postavio zeleno listove nekoliko sati u mrak kako su proveli škrob nagomilane u njima. Zatim je uklonio listove na svjetlo, ali istovremeno je osvijetljeno samo polovinu svakog lista, ostavljajući još jednu polovinu lista u mraku. Nakon nekog vremena, cijeli list je u potpunosti tretiran jodnim parovima. Kao rezultat toga, osvijetljeni dio lista postao je tamno ljubičasta, što je svjedočilo za formiranje škrobnog kompleksa sa jodom, dok se boja druge polovine lista nije promijenila. Direktna veza između puštanja kisika i hloroplasta u zelenim lišćem, kao i prepisku spektra foto sektizova, spektar apsorbiranih kloroplasta instaliran je 1880. godine. Engelman. Položio je filamentalne zelene alge koje se spiralno sagovorili kloroplastima, na tobogan, osvjetljavajući ga uskim i širokim snopom bijelo svjetlo. Zajedno sa algama na predmetnom staklu, primenjena je obustavu ćelija pokretne bakterije osjetljive na koncentraciju kisika. Stakleni slajd postavljen je u kameru bez zraka i lit. Pod ovim uvjetima pokretne bakterije trebale su se premjestiti u taj dio gdje je koncentracija 02 bila veća. Nakon nekog vremena neko vrijeme, uzorak se razmatrao pod mikroskopom i izračunao raspodjelu bakteriopopulacije. Pokazalo se da su bakterije bile koncentrirane oko zelene trake u filamentilnim algama. U nekom drugom seriju eksperimenata, Engelman je natkrio alge sa zrakama različitog spektralnog sastava, postavljajući prizmu između izvora svjetla i mikroskopskog predmeta. Najveći broj bakterija u ovom slučaju akumuliran oko tih dionica algi, koji su osvijetljeni plavim i crvenim područjima spektra. Hlorofili se apsorbiraju u algi, plavo i crveno svjetlo. Od tada je već znao da je za fotosintezu potrebno apsorbirati svjetlost, Engelman je zaključio da hlorofili sudjeluju u sintezu kao pigmenti koji su aktivni fotoreceptori. Nivo znanja o fotosintezi na početku našeg stoljeća može se zastupati na sljedeći način.

CO2 + H2O + Light -O2 + Storch + hemijska energija

Dakle, do početka našeg stoljeća, ukupna reakcija fotosinteze već je bila poznata. Međutim, biohemija nije bila na tako visokom nivou da u potpunosti ne otkriju mehanizme oporavka ugljičnih dioksida ugljikohidratama. Nažalost, treba priznati da su sada neki drugi aspekti fotosinteze proučavali prilično loše. Dugo je bilo istražiti učinak intenziteta svjetlosti, temperature, koncentracije ugljičnog dioksida i t.p. Na zajedničkom izlazu fotosinteze. I iako su biljke istražene u tim radovima. različite vrsteVećina merenja izvedena je na jedno-ćelijskim zelenim algama i na jedno-ćelijsku kabelski svežanj alge Evglen. Jednoćelijski organizmi su prikladniji za visokokvalitetni istraživanje, jer se mogu uzgajati u svim laboratorijama sa sasvim standardnim uvjetima. Oni mogu biti ravnomjerno suspendovani, i.e. teži u vodenim puferskim rješenjima i željenu količinu takvog suspenzije ili suspenzije, možete uzeti takvu dozu, baš kao i kod rada sa konvencionalnim postrojenjima. Kloroplasti za eksperimente najbolje se razlikuju od lišća viših biljaka. Najčešće se koristi špinat, jer je jednostavan za rast, a svježi listovi su zgodni za istraživanje; Ponekad se koriste listovi graška i zelene salata.

Budući da je CO2 dobro rastvoren u vodi, a O2 je relativno nerastvorljiv u vodi, a zatim s fotosintezom u zatvorenom sustavu, pritisak plina u ovom sistemu može varirati. Stoga se efekt svjetlosti na fotosintetskim sustavima često istražuje korištenjem ratnog respiratora koji vam omogućuje registriranje promjena praga u jačini 02 u sistemu. Prvi put je Warburg Respirator korišten u odnosu na fotosintezu 1920. godine. Za mjerenje potrošnje ili izolacije kisika tijekom reakcije, prikladniji je za upotrebu drugog instrumenta - kisik elektrode. Ovaj se uređaj zasniva na korištenju polarografske metode. Elektroda za kisik ima dovoljnu osjetljivost kako bi se otkrila u tako niskim koncentracijama kao 0,01 mmol u 1 litri. Uređaj se sastoji od katode prilično tanke platine, hermetički pritisnuta anoda u tanjuru, koja je prsten srebrne žice uronjene u zasićenoj otopini. Elektrode su odvojene od smjese u kojem se reakcija naplaćuje, membranska propusna za 02. Reakcijski sustav je u plastičnoj ili staklenoj posudi i stalno se miješa sa rotirajućom magnetom za rotirajuće šipke. Kada se napon primijeni na elektrode, platinasta elektroda postaje negativna u odnosu na standardnu \u200b\u200belektrodu, kisik u otopini je elektrolitički obnovljen. Na naponu od 0,5 do 0,8, veličina električne struje linearno ovisi o djelomičnom tlaku kisika u otopini. Obično sa kisikom elektrodom djeluje na naponu od oko 0,6 V. električna struja se mjeri povezivanjem elektrode na odgovarajući sistem snimanja. Elektroda zajedno sa reakcijskom smjesom navodnjava se potokom vode iz termostata. Uz pomoć kiseonik elektrode mjeri se učinak svjetla i razne hemikalije na fotosintezu. Prednost kisikovnog elektrode ispred Aparata Varburg je ta što vam kisik elektroda omogućava brzo i kontinuirano registriranje promjena u sadržaju O2 u sustavu. S druge strane, u instrumentu Warburg možete istovremeno istražiti do 20 uzoraka različitim reakcijskim mješavinama, dok u uzorcima sa radom s kisikom, uzorci se moraju analizirati naizmjenično.

U početku 1930-ih, mnogi istraživači u ovom području vjerovali su da je primarna reakcija fotosinteze podijeljena ugljičnim dioksidom pod djelovanjem svjetla na ugljik i kisik, a slijedi ugljični oporavak ugljikohidrama tokom nekoliko uzastopnih reakcija. Stajrišta se promijenila 1930-ih kao rezultat dva važna otkrića. Prvo, sorti bakterija koje su sposobne da asimiliraju i sintetišu ugljikohidrate, a ne koriste energiju svjetlosti za to. Tada je holandski mikrobiolog van Neil u usporedbi procesi fotosinteze u bakterijama i pokazali da neke bakterije mogu asimilirati C02 u svjetlost bez isticanja kisika. Takve bakterije sposobne su za fotosintezu samo sa odgovarajućim donatorom podloge vodika. Van Neil je pretpostavio da je fotosinteza zelenih biljaka i alge posebni slučaj kada kiseonik u fotosintezi dolazi iz vode, a ne iz ugljičnog dioksida.

Drugo važno otkriće napravljeno je 1937. godine R. Hill na Univerzitetu u Cambridgeu. Uz pomoć diferencijalnog centrifugiranja homogena listovog tkiva, odvojio je fotosinteze čestice (kloroplasti) od respiratornih čestica. Chilloplasti su dobili Xille, tokom osvjetljenja, oni sami nisu dodijelili kisik (možda zbog činjenice da su oštećeni tokom razdvajanja). Međutim, počeli su razlikovati kisik u svjetlo, ako su u suspenziju uvedeni odgovarajući akumulatori elektrona (oksidanti) u suspenziju, poput kalijumskog ferocijskog ili fericina. Kada je odabran pojedinačni molecula 02, obnovljene su četiri ekvivalenta oksidiračkog agenta. Kasnije je utvrđeno da su mnogi kinoni i boje obnovljeni kloroplastima u svjetlu. Međutim, kloroplasti nisu mogli vratiti CO2, prirodni akumulator elektrona na fotosintezi. Ovaj fenomen poznat sada kao brdska reakcija je prenos elektrona izazvanog svjetlom iz vode do nepropusnih oksidizatora (brda reagensa) protiv gradijenta hemijskog potencijala. Vrijednost reakcije brda je da je pokazala mogućnost odvajanja dva procesa - fotohemijsku izolaciju kisika i oporavak ugljičnog dioksida tokom fotosinteze.

Razvođač vode koji vodi do oslobađanja slobodnog kisika tokom fotosinteze, u Kaliforniji su osnovali u Kaliforniji 1941. godine. Postavili su fotosintetičke ćelije u vodu obogaćene izotopom kiseonika, koji ima 18 atomske jedinice 180. izotopnog sastava izolirane izolirane izolirane izolirane po stanicama su odgovarale kompozicijskoj voda, ali ne i C02. Pored toga, Kamen i Ruben otvorili su radioaktivni izotop 18O, koji su nakon toga koristili košare, Benson pobjeda, koji je proučavao put pretvaranja ugljičnog dioksida tokom fotosinteze. Calvin i njegov zaposlenik utvrdili su da se obnova ugljičnog dioksida do šećera događa kao rezultat tamnih enzimskih procesa, a za smanjenje jednog molekula ugljičnog dioksida potrebne su dvije molekule smanjenog ADP-a i tri ATP molekula. U to vrijeme je instalirana uloga ATP-a i piriduclootida u disanju tkiva. Mogućnost fotosintetskog oporavka ADF-a na ATP namjenske hlorofile dokazana je 1951. godine u tri različite laboratorije. 1954. godine, Arnon, Allen je pokazao fotosintezu - primijetili su asimilaciju C02 i 02 posvećenih kloroplasta špinata. Tijekom naredne decenije, proteini koji su uključeni u prijenos elektrona u sintezu -FHE-kolega sinter, plastocinin, feroatf-reduktaza, citohroma itd. Uspjeli su istaknuti iz kloroplasta.

Stoga se u zdravim zelenim listovima, ADP i ATP i hidraulični ATP formiraju pod djelovanjem svjetla za vraćanje C02 u ugljikohidrate u prisustvu enzima, aktivnost enzima regulirana je svjetlošću.

Limit faktori

Intenzitet ili stopa procesa fotosinteze u biljci ovisi o nizu unutrašnjih i vanjskih faktora. Iz unutrašnjih faktora, strukture lista i sadržaj hlorofila u njemu, stopa akumulacije fotosinteze proizvoda u hloroplastima, utjecaj enzima, kao i prisustvo niskih koncentracija potrebnih anorganskih tvari. Vanjski parametri su iznos i kvaliteta svjetlosti koja pada na lišće, temperaturu okoline, koncentraciju ugljičnog dioksida i kisika u atmosferi u blizini biljke.

Brzina fotosinteze povećava se linearno ili direktno srazmjerno povećanjem intenziteta svjetlosti. Kako intenzitet svjetlosti još povećava rast fotosinteze postaje sve manje i manje izraženi, a konačno prestaje kada osvjetljenje dosegne određeni nivo od 10.000 apartmana. Daljnje povećanje intenziteta svjetlosti više ne utječe na brzinu fotosinteze. Područje stabilne brzine fotosinteze naziva se referentno područje. Ako trebate povećati brzinu fotosinteze u ovom području, nije potrebno mijenjati intenzitet svjetlosti, već i bilo koji drugi faktori. Intenzitet sunčeve svjetlosti pada na jasan ljetni dan do površine zemlje, na mnogim mjestima naše planete iznosi oko 100.000 apartmana. Shodno tome, osim onih koji rastu u gustim šumama i u hladu pada sunčeve svetlosti, dovoljno je za zadovoljiti njihovu fotosintetnu aktivnost (energija Quanta koji odgovara ekstremnim dijelovima vidljive asortimane - ljubičaste i crvene boje razlikuju se samo dva puta , a svi fotoni ovog raspona su u načelu sposobni za pokretanje fotosinteze).

U slučaju niskog intenziteta svjetlosti, brzina fotosinteze na 15 i 25 ° C je ista. Reakcije koje teče na takvim intenzitetima svjetlosti, što odgovaraju polju ograničavanja svjetlosti, poput istinskih fotohemijskih reakcija, nisu osjetljive na temperature. Međutim, sa većim intenzitetima, brzina fotosinteze na 25 ° C mnogo je veća od 15 ° C. Shodno tome, u polju zasićenosti svjetlosti, nivo fotosinteze ne ovisi ne samo o apsorpciji fotona, već i iz drugih faktora. Većina postrojenja u umjerenoj klimi dobro funkcionira u temperaturnom rasponu od 10 do 35 ° C, najpovoljniji su uvjeti temperatura od oko 25 ° C.

U području ograničenja brzina fotosinteze ne mijenja se sa smanjenjem koncentracije CO2. Odavde možemo zaključiti da je C02 uključen direktno u fotohemijsku reakciju. Istovremeno, pri višim intenzitetima osvjetljenja koji leže izvan graničnog područja, fotosinteza se značajno povećava s povećanjem koncentracije CO2. U nekim zrnatim usjevima, fotosinteza je kiša povećala povećanjem koncentracije CO2 na 0,5%. (Ova mjerenja provedena su u kratkoročnim eksperimentima, jer je produžen učinak visokih koncentracija CO2 oštećenja listova). Visoke vrijednosti, brzina fotosinteze dostiže oko 0,1% na sadržaju C02. Prosječna koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi je od 0,03%. Stoga, u normalnim uvjetima, biljke nedostaju CO2 kako bi se koristila solarno svjetlo s maksimalnom efikasnošću. Ako se postrojenje postavi u zatvorenu zapreminu za osvjetljavanje svjetla zasićenog intenziteta, koncentracija CO2 u količini zraka postepeno će se smanjiti i dostići stalni nivo, poznat kao "C01 od stavke kompenzacije". U ovom trenutku, pojava CO2 sa fotosintezom izjednačena je izdanje O2 kao rezultat disanja (tamne i svjetlosne). Biljke različitih vrsta kompenzacijskih točaka su različite.

Lagane i tamne reakcije.

1905. engleski fiziolog F. F. F. F. F. F. F. F. F. F. F. F. FLOVINE, tumačenje oblika fotostinteze zasićenosti svetlosti, predložio je da je fotosinteza, uključujući fotohemijsku, uključujući fotohemijsku, i.e. Slobodna osjetljiva reakcija i nefteohemical, tj., Mračno, reakcija. Tamna reakcija, enzimatska, nastavlja se sporije od svjetlosne reakcije, a samim tim, u visokim intenzitetima svjetlosti brzina fotosinteze u potpunosti je određena brzinom mračne reakcije. Lagana reakcija ili uopšte ovisi o temperaturi ili je ta ovisnost vrlo slabo, tada tamna reakcija, kao i svi enzimski procesi, ovisi o temperaturi do sasvim značajno i stepeni. Trebalo bi biti jasno zamišljeno da se reakcija, zvanu mraku, može nastaviti i u mraku i u svjetlu. Lagane i tamne reakcije mogu se podijeliti koristeći bljeskove svjetlosti, trajnih kratkih razdjelnika. Izbijanja svjetla u trajanju manje od jednog milisekunda (10-3 c) mogu se dobiti ili pomoću mehaničkog uređaja, stavljajući rotirajuće diske s prorezom na stazi snopa ili električno nabijenog kondenzatora i pražnjenja kroz vakuum ili Lampica za pražnjenje plina. Kako izvor svjetlosti također uživaju rubinski laseri sa zračenjem talasne dužine od 694 nm. 1932. godine Emerson i Arnold prekrivali su suspenziju ćelija sa bljeskovima svjetlosti iz lampe za pražnjenje plina u trajanju od oko 10-3C. Mjerili su stopu otpuštanja kisika, ovisno o energiji izbijanja, trajanju tamnog jaza između izbijanja i temperature suspenzije ćelije. Povećanjem intenziteta izbijanja, zasićenost fotosinteze u normalnim ćelijama dogodilo se kada je puštena jedna molekula 02 po 2500 klorofilnih molekula. Emerson i Arnold zaključili su da se maksimalni prinos fotosinteze određuje ne brojem klorofilnih molekula, upijajući svjetlost, a broj molekula enzima kataliziraju tamnu reakciju. Takođe su otkrili da sa povećanjem tamnih intervala između sekvencijalnih bljeskanja preko 0,06 sa prinosom kiseonika po jednom izbijanju nije više od trajanja tamnog intervala, dok je u kraćim intervalima povećao s povećanjem u trajanju tamnog intervala (od 0 do 0,06 s). Dakle, tamna reakcija koja određuje nivo zasićenosti fotosinteze, završen je u približno 0,06 s. Na osnovu tih podataka izračunato je da je prosječno vrijeme karakteriziranje reakcije bilo oko 0,02 na 25 ° C.

Strukturalna i biohemijska organizacija aparata za fotosintezu

Moderne ideje o strukturnoj i funkcionalnoj organizaciji fotosintetičkog aparata uključuju širok spektar pitanja koja se odnose na karakteristike. hemijski sastav Platid, specifičnosti njihove strukturne organizacije, fiziološko-genetski obrasci biogenze ovih organoida i njihov odnos s drugim funkcionalnim strukturama ćelije. U zemljanim biljkama, poseban organ fotosintetske aktivnosti je list u kojem su lokalizirane građevine ćelija - kloroplasti koje sadrže pigmente i druge komponente neophodne za procese apsorpcije i pretvorbe lagane energije u hemijski potencijal. Pored lista, funkcionalno aktivni hloroplasti prisutni su u biljnim stabljikama, stvarima, ogrebotinama i vagama kalela, pa čak i u osvijetljenim korijenima reda postrojenja. Međutim, bilo je upravo list koji je formiran tokom duge evolucije kao posebnog tijela za obavljanje glavne funkcije zelene biljke - fotosinteza, stoga anatomiju stanice i tkiva, njihov omjer s drugim elementima Lista lista podliježe najefikasnijem protoku procesa fotosinteze, a oni su u najvećim diplomima podvrgnuti su intenzivnim promjenama u uslovima za stres okoliša.

U vezi s ovim problemom strukturne i funkcionalne organizacije fotosintetičkog aparata, preporučljivo je razmotriti na dva glavna nivoa - na nivou lista kao organa fotosinteze i hloroplasta, gdje je cijeli mehanizam fotosinteze u potpunosti fokusiran.

Organizacija fotosintetičkog aparata na nivou lista može se uzeti u obzir na osnovu analize njenog mesostrosta. Koncept "mesostrukcije" predložen je 1975. godine. Prema idejama o strukturnim i funkcionalnim karakteristikama fotografskog aparata s karakteristikom hemijskog sastava, strukturnom organizacijom, fiziološko-genetskim karakteristikama biogeneze tih organoida i njihov odnos s drugim funkcionalnim strukturama, posebnim organom fotosintetika Proces je list u kojem su lokalizirane formacije lokalizirane - hloroplasti koji sadrže pigmente neophodne za procese apsorpcije i transformaciju svjetlosti u hemijski potencijal. Pored toga, aktivni kloroplasti prisutni su u stabljikama, ogrebotinama i vagama kalema, pa čak i u osvijetljenim dijelovima korijena nekih biljaka. Međutim, to je list koji je formirao sav tok evolucije kao posebno tijelo za obavljanje glavne funkcije zelene biljke - fotosinteza.

Mesostruktura uključuje sistem morfofizioloških karakteristika fotosintetičkog aparata lista, klorohenhima i klovena. Glavni pokazatelji mezostrukcije Photosynhe

ticker (prema A. T. Mokrosov) uključuje: područje, broj ćelija, hlorofila, proteina, količinu ćelije, količinu hloroplasta u ćeliji, količinu kloroplasta, površine presjeka kloroplasta i njezine površine. Analiza mezostrukture i funkcionalne aktivnosti fotosintetičkog aparata u mnogim biljnim vrstama pomažu u određivanju najčešće vrijednosti pokazatelja u studiji i ograničenja varijacije pojedinačnih karakteristika. Prema ovim podacima, glavni pokazatelji mezostrukcije fotosintetičkog aparata (Mokrons, 19B1):

I - područje lista;

II - broj ćelija po 1 cm2,

III - hlorofil po DM2, ključni enzimi za 1 dm2, zapremine ćelije, tisuću μm2, broj kloroplasta u ćeliji;

IV je količina kloroplasta, površina projekcije kloroplasta, μm2, površinu hloroplasta, μm2.

Prosječni broj hloroplasta u rastu zrnatog visine obično doseže 10-30, u nekim vrstama premašuje 400. To odgovara milion kloroplasta u izračunu lista 1 cm2. Kloroplasti su koncentrirani u ćelijama različitih tkanina u iznosu od 15 do 80 komada po ćeliji. Prosječna količina kloroplasta je jedna μm2. U većini biljaka ukupna količina svih kloroplasta je 10-20%, u drvenim biljkama - do 35% zapremine ćelije. Odnos ukupne površine hloroplasta na površinu lima nalazi se u roku od 3-8. U jednom kloroplastu postoji drugačija količina molekula hlorofila, njihov broj se povećava u vrstama teothelobile. Gore navedeni pokazatelji mogu značajno varirati ovisno o fiziološkom stanju i okolišnim uvjetima rasta biljaka. Prema Mokrorosovu, na mladom listu, aktiviranje fotosinteze prilikom uklanjanja 50-80% lista osigurava se povećanjem broja kloroplasta u ćeliji bez promjene svoje pojedinačne aktivnosti, dok je u listu diplomirala Fotosinteza nakon defolija događa se zbog povećanja svake kloroplastičke aktivnosti bez promjene njihovog broja. Analiza mesostrukcije pokazala je da adaptacija uvjetima osvjetljenja uzrokuje restrukturiranje koje optimizira svjetlo užarena svojstva lista.

Hloroplasti imaju najviši stepen organizacije unutarnjih membranskih struktura u odnosu na druge ćelije ćelije. Prema stupnju naručivanja struktura, hloroplasti se mogu uporediti samo sa ćelijama receptora mrežnice, i obavljanje funkcije pretvaranja svjetlosne energije. Visoki stupanj organizacije unutarnje strukture hloroplasta određuje se nizom bodova:

1) potreba za prostornim odvajanjem oporabljenih i oksidiranih fotografija koje proizlaze iz primarnih nadzora za razdvajanje zakona u reakcijskom centru;

2) potreba za strogom uređenosti komponenti reakcionarskog centra, gdje su fotofizionijski i sporiji enzimski i sporiji enzimski reakcija konjugirani: transformacija energije fotoeprovizovanog pigmentnog molekula zahtijeva njegovu određenu orijentaciju u odnosu na kemijski akumulator Energija, koja podrazumijeva prisustvo određenih struktura u kojima su pigment i akumulator čvrsto orijentirani u odnosu na jedan drugi;

3) Prostorna organizacija elektronskog transportnog lanca zahtijeva dosljednu i strogo orijentiranu organizaciju prevoznika u membrani, što pruža mogućnost brza i podesiva vozila elektrona i protona;

4) Za konjugiranje transporta elektrona i sintezu ATP-a, potreban je sigurno organiziran sistem kloroplasta.

Lipoprotein membrane kao strukturalna osnova energetskih procesa pojavljuju se u najstarijim fazama evolucije, pretpostavlja se da su glavne lipidne komponente membrana - fosfolipidi formirani pod određenim biološkim uvjetima. Formiranje lipidnih kompleksa dovelo je do mogućnosti uključivanja različitih spojeva u njima, što je očito bilo osnova primarnih katalitičkih funkcija tih struktura.

Sprovedeno od strane prošle godine Elektronske mikroskopske studije pronašle su organizirane membranske konstrukcije u organizmima koji stoje na najnižem nivou evolucije. U nekim bakterijama, membranske mješajuće ćelije za miješanje ćelija usko su pakovane organele nalaze se duž periferije ćelije i povezane su s citoplazmatskim membranama; Pored toga, u ćelijama zelenih alga, proces fotosinteze povezan je sa sistemom dvostrukih zatvorenih membrana - tilakoidi lokalizirani u perifernom dijelu ćelije. U ovoj grupi fotosintetičkih organizama, Klorofil se pojavljuje prvi put, a formiranje specijaliziranih organela - kloroplasti se nalazi u kriptofilnim algama. Oni su u dva kloroplasta koja sadrže od jednog do nekoliko tilakoida. Slična struktura fotosintetičkog aparata odvija se u drugim grupama algi: crvena, smeđa i ostala. U procesu evolucije, membranska struktura fotosintetskog procesa je komplikovana.

Mikroskopske studije kloroplasta, tehnika krioskopije omogućila je formuliranje prostornog modela organizacije volumena hloroplasta. Najpoznatija granularna rešetka Model J. Heslop-Harrison (1964).

Dakle, fotosinteza je složen proces transformacije svjetlosne energije u energiju hemijskih obveznica organskih tvari potrebnih za vitalnu aktivnost i sama fotosintetičkih organizma i drugih organizama koji nisu sposobni za neovisnu sintezu organskih supstanci.

Proučavanje problema fotosinteze, pored prevelike, ima primijenjenu vrijednost. Konkretno, problemi prehrane, stvaranje sustava za životnu podršku za kosmičke studije, upotreba fotosintetskih organizama za stvaranje različitih biotehničkih uređaja direktno su povezani sa fotosintezom.

Bibliografija

1. D.Hall, K.RAO "PHOSYSYNTHES". M., 1983.

2. Mokrorosov A.G. "Fotosistetna reakcija i integritet povrće organizam" M., 1983.

3. Mokrorosov A.G., Gavrilenko V.F. "Psisanteteza: fiziole - ekološki i biohemijski aspekti" M., 1992

4. "Psisanteza fiziologija" Ed. Nichiporovich A.A., M., 1982

5. VEČI A.S. "RTYBER PLASTIDS"

6. Vinogradov A.P. "Kiseonik i fotosinteza izotopi"

7. Gnieweds T.N. "Klorofila i njena struktura."

8. GURINOVICH G.P., Sevchenko A.n., Soloviev K.N. "Chlorophyll spektroskopija"

9. Krasnovsky A.A. "Transformacija svetlosne energije sa fotosintezom"

Vrijednost fotosinteze u prirodi. Primjećujemo posljedice fotosinteze, važnu za postojanje života na zemlji i za ljude: "konzerviranje" solarne energije; Formiranje slobodnog kisika; formiranje raznih organskih spojeva; Izvlačenje iz atmosfere ugljičnog dioksida.

Sunčeva je "flota gosta naše planete" (V. L. Komarov) - proizvodi neku vrstu rada samo u trenutku pada, a zatim se rasprši bez traga i beskorisne za žive bića. Međutim, dio energije solarnog snopa, pali na zelenoj postrojenju, apsorbira hlorofil i koristi se u procesu fotosinteze. U ovom slučaju, lagana energija se pretvara u potencijalnu hemijsku energiju organskih supstanci - fotosinteza proizvoda. Ovaj oblik energije je stabilan i relativno fiksan. Ustraje se do propadanja organskih spojeva, da, neograničeno dugo. Uz punu oksidaciju jednog gramolekula, glukoza se razlikuje onoliko energije jer se apsorbira u njegovom formaciji - 690 kcal. Dakle, zelene biljke koristeći solarnu energiju u procesu fotosinteze, inhibiraju njegovu "budućnost". Suština ovog fenomena dobro otkriva figurativni izraz K.a. Timiryazev, koji je zvao biljku "konzervirane solarne zrake".

Organske tvari su sačuvane pod određenim uvjetima vrlo dugo, ponekad i mnogo miliona godina. Kada su oksidiraju, udvaja se energija solarnih zraka koja je pala u zemlju u tim dalekim vremenima. Toplinska energija puštena tokom sagorijevanja ulja, uglja, treseta, drveta, savu je energiju sunca, asimilira i transformiše zelenim biljkama.

Izvor energije u životinjskom organizmu je hrana, koja sadrži i "konzervirana" energija Sunca. Život na zemlji samo od sunca. I biljke - "Ovo su kanali za koje se energija sunce izliva u organski svijet zemlje" (K. A, Timiryazev).

U proučavanju fotosinteze, njegova je energetska strana da je izvanredan ruski naučnik KA odigrao veliku ulogu. Timiryazev (1843-1920). Prvo je pokazao da se zakon očuvanja energije odvija u organskom svijetu. U tim danima ova je izjava imala ogroman filozofski i praktičan značaj. Timiryazev pripada najboljem u svjetskoj literaturi. Popularna izjava o pitanju kosmičke uloge zelenih biljaka.

Jedan od fotosinteze proizvoda je besplatan kiseonik, koji je neophodan za disanje gotovo svih živih bića, postoji i vrsta bez kisika (anaerobna) disanja, ali mnogo manje produktivna: kada se koristi jednake količine materijala za disanje slobodne energije, to Odmah se isključuje nekoliko puta manje organski oksidiran ne do kraja. Stoga je jasno da kisik (aerobni) disanje pruža veći životni standard, brz rast, intenzivnu reprodukciju, široko rješenje vrsta, tj., Sve pojave koje karakterišu biološki napredak.

Pretpostavlja se da je gotovo sav kiseonik u atmosferi biološkog porijekla. U ranim periodima postojanja zemlje, atmosfera planete imala je obnovljeni karakter. Sastojao se od vodonika, vodonika, amonijaka, amonijaka, metana. Sa pojavom biljaka i, prema tome, organski svijet za kisik i kisik i kisik porastao je na novi, veći korak i njegova evolucija prošla je mnogo brže. Shodno tome, zelene biljke nemaju samo trenutnu vrijednost: ističući kisik, podršku život. U određenoj mjeri su definirali prirodu evolucije organskog svijeta.

Važna posljedica fotosinteze je formiranje organskih spojeva. Biljke sintetizuju ugljikohidrate, proteine, masti u ogromnoj raznim vrstama. Te supstance služe kao hrana za ljude i životinje i sirovine za industriju. Biljke formiraju gumu, Guttaopeh, esencijalna ulja, smole, tanini, alkaloide itd. Proizvodi postrojenja za preradu sirovina su tkanine, papir, boje, ljekovita i eksploziva, umjetna vlakna, građevinski materijali i mnogo više.

Vaga fotosinteze je ogromna. Svake godine apsorbira biljke 15.6-10 10 tona ugljičnog dioksida (1/16 dijela svijeta) i 220 milijardi tona vode. Količina organske materije na Zemlji iznosi 10 tona, a masa biljaka se odnosi na masu životinja kao 2200: 1. U tom smislu (kao kreatori organske tvari), vodene biljke, alge, koje su u nastavku okeana, čiji su organski proizvodi od desetine puta veće od proizvodnje kopnenih postrojenja.

Istorija otvaranja neverovatnog i takva životna važna pojava, kao što se fotosinteza šutira duboko u prošlosti. Prije više od četiri vijeka u 1600., Belgijski naučnik Yang Van - Gelmont postavio je najjednostavniji eksperiment. Stavio je vrbu vrbe u torbu u kojoj je bilo 80 kg zemlje. Naučnik je zabilježio početnu težinu vrbe, a zatim pet godina zalijevanje biljke isključivo kišnim vodama. Kakvo je bilo iznenađenje Jan Wang - Gelmont, kada je ponovo ponderirao Ivu. Težina biljke povećana je za 65 kg, a masa zemlje smanjena je samo 50 gr! Odakle je postrojenje zauzelo 64 kg 950 gr. Hranjive sastojke za naučniku ostali su misterijom!

Privučen je sljedeći značajan eksperiment na otvaranju fotosinteze koji je pripadao engleskom hemičaru Joseph. Naučnik je stavio miš ispod kapuljače, a nakon pet sati, glodavac je umro. Kad su ih privukli, stavite grančicu mentom mišem i također je prekrili glodavcu sa poklopcem, miš je ostao živ. Ovaj eksperiment doveo je naučnika na ideju da postoji proces suprotnog disanja. Jan Ingenhauses 1779. utvrdio je činjenicu da su samo zeleni dijelovi biljaka u stanju razlikovati kisik. Tri godine kasnije, švicarski naučnik Jean Seybene pokazao se da ugljični dioksid, pod utjecajem sunčevih zraka, raspada u zelenim organizovima biljaka. Nakon samo pet godina, francuski naučnik Jacques Bussengo, koji provode laboratorijske studije, otkrili su činjenicu da se apsorpcija vodenih postrojenja događa i tokom sinteze organskih supstanci. Epohalno otkriće 1864. godine napravio njemački botaničarski Julius Sax. Uspio je dokazati da se količina ugljičnog dioksida i ekstraktuiranog kisika događa u proporciji1: 1.

Fotosinteza je jedan od najznačajnijih bioloških procesa.

Govoreći naučnim jezikom, fotosintezom (od dr. Grka. Ω͂ῶΣ - svjetlo i σύνθεσις - spoj, obvezujući postupak je u kojem se organske tvari formiraju iz ugljičnog dioksida i vode do svjetla. Uloga naslova u ovom procesu pripada fotosintetičkim segmentima.

Ako figurativno razgovaramo, biljni list može se uporediti sa laboratorijom, čiji prozori odlaze na sunčanu stranu. U njemu se nalazi formiranje organskih tvari. Ovaj proces je osnova postojanja svih živih na zemlji.

Mnogi će definitivno postaviti pitanje: kako ljudi dišu u gradu, gdje ne da se drvo, a trestik neće se slagati sa vatrom. Odgovor je vrlo jednostavan. Činjenica je da udio zemaljskih biljaka čini samo 20% kisika koji se objavljuju postrojenjima. Morska allika igra dominantna uloga u razvoju kisika u atmosferu. Oni čine 80% proizvedenog kiseonika. Govoreći po jezičkim brojevima i biljkama, a alge izdvajaju 145 milijardi tona (!) Kiseonik u atmosferu! Nije ni čudo što se svjetski ocean naziva "lagane planete".

Opća formula fotosinteze izgleda ovako:

Voda + ugljični dioksid + svjetlo → ugljikohidrati + kisik

Zašto su vam potrebne photosinteze biljke?

Kao što smo shvatili, fotosinteza je neophodan uvjet za postojanje osobe na Zemlji. Međutim, to nije jedini razlog za koji fotosinteliziranje organizmi proizvode aktivnu proizvodnju kisika u atmosferu. Činjenica je da alge i biljke godišnje formiraju više od 100 milijardi organskih tvari (!), Što čine osnovu svojih sredstava za život. Sjećanje na eksperiment Yana Van-Gelmont, razumijemo da je fotosinteza baza snage biljaka. Naučno je dokazano da 95% žetve određuje organske tvari koje je dobijelo postrojenje u procesu fotosinteze, a 5% su mineralne gnojive koje baštovač doprinosi tlu.

Moderni ljetni stanovnici fokusiraju se na ishranu tla postrojenja, zaboravljajući njegovu zračnu dijetu. Nije poznato kakva bi se žetva mogla dobiti barnare ako su pažljivo povezane sa postupkom fotosinteze.

Međutim, ni biljke ni alge nisu mogle aktivno proizvoditi kisik i ugljikohidrate, nemojte biti nevjerojatan zeleni pigment - hlorofil.

Misterija zelenog pigmenta

Glavna razlika biljaka iz ćelija drugih živih organizama je prisustvo hlorofila. Usput, to je krivnjak koji su listovi biljaka obojeni zelenom bojom. Ovaj složeni organski spoj ima jednu nevjerojatnu imovinu: može apsorbirati sunčevu svjetlost! Zahvaljujući hlorofilu, moguć je i proces fotosinteze.

Dvije faze fotosinteze

Govor jednostavan jezikFotosinteza je proces u kojem je voda apsorbirana postrojenjem i ugljičnom dioksidom u svjetlu s hlorofilom čine šećer i kisik. Stoga su neorganske tvari iznenađujuće pretvorene u organsku. Rezultirajuća konverzija šećera izvor je biljaka.

Fotosinteza ima dvije faze: svetlo i tamno.

Faza svjetlosne faze fotosinteza

Izvodi se na Tilactovu membrane.

Tilakud su građevine ograničene na membranu. Nalaze se u stromi hloroplasta.

Redoslijed događaja svjetlosne faze fotosinteze:

1. Na klorofilnom molekulu, lampica pada, što se zatim apsorbira zelenim pigmentom i vodi ga u uzbuđenu državu. Elektron je dio molekule ide više visoki nivo, sudjeluje u procesu sinteze.
2. Izdvajanje vode, tokom kojih se protoni pod utjecajem elektrona pretvaraju u atome vodika. Nakon toga troše se na sintezu ugljikohidrata.
3. U završnoj fazi svjetlosne faze dolazi sinteza ATP-a (adenozine trifhosfat). Ovo je organska supstanca koja igra ulogu univerzalnog akumulatora energije u biološkim sistemima.

Tamna faza fotosinteze

Lokacija tamne faze je Strombe hloroplasta. U toku je tamne faze da se događa sinteza kisika i glukoze. Mnogi će misliti da je ovo ime ova faza jer se proces koji se pojavljuje u ovoj fazi vrši isključivo noću. U stvari, to nije sasvim istina. Sinteza glukoze javlja se oko sata. Činjenica je da je u ovoj fazi da svjetlo energija više ne troši i zato jednostavno nije potrebno.

Vrijednost fotosinteze za biljke

Već smo utvrdili činjenicu da je fotoenteste potrebne postrojenjima ne manje od nas. Vaga fotosinteze je vrlo jednostavna za govor na jeziku brojeva. Naučnici su izračunali da su samo suši biljke solarne od solarne energije jer bi se 100 megacija moglo konzumirati već 100 godina!

Disanje biljaka je proces nasuprot fotosintezi. Značenje disanja biljaka je izuzeti energiju u procesu fotosinteze i smjera prema potrebama biljaka. Na jednostavnom jeziku, usjev je razlika između fotosinteze i disanja. Što više fotosinteze i ispod daha, više žetve i obrnuto!

Psisanteteza je neverovatan proces koji omogućava mogući život na zemlji!

Fotosinteza - Ovo je kombinacija sinteze organskih spojeva od anorgana zbog transformacije svjetlosne energije u energiju hemijskih obveznica. Zelene biljke pripadaju fototrofičnim organizmima, nekim prokariotima - cijanobakterijama, ljubičastoj i zelenoj serobakteriji, biljnaeta flagela.

Studije postupka fotosinteze započele su u drugoj polovini XVIII veka. Važno otkriće napravio je izvanredan ruski naučnik K. A. Timiryazev, koji je potkrijepio doktrinu kosmičke uloge zelenih biljaka. Biljke apsorbiraju sunčeve zrake i pretvaraju svjetlo energiju u energiju hemijskih obveznica sintetiziranih organskim spojevima. Dakle, oni osiguravaju očuvanje i razvoj života na zemlji. Naučnik se takođe teoretski potkrijepio i eksperimentalno dokazao ulogu hlorofila u apsorpciji lagane u procesu fotosinteze.

Hlorofilnosti su bitne fotosintetičke pigmente. U strukturi su slični hemoglobinom dragulju, ali umjesto željeza sadrže magnezijum. Sadržaj željeza potreban je kako bi se osigurala sinteza molekula hlorofila. Postoji nekoliko klorofila koje se odlikuju njihovom hemijskom strukturom. Obavezno za sve fototrofice je chlorophyll A. . Hlorofillb. javlja se u zelenim biljkama, chlorophyll S. - Na diatomima i smeđim algama. Hlorofil D. Karakterizirano za crvene alge.

Zelene i ljubičaste fotosintetske bakterije imaju posebne bakteriokulorofili . Fotosinteza bakterija ima mnogo zajedničkog sa fotosintezom biljaka. Odlikuje se činjenicom da je vodonik bakterija vodonik, a u biljkama - voda. Zelene i ljubičaste bakterije nemaju fotoza II. Bakterijska fotosinteza nije popraćena oslobađanjem kisika. Ukupna bakterijska fotosinteza jednadžba:

6c0 2 + 12h 2 s → c 6 h 12 o 6 + 12s + 6n 2 0.

U srcu fotosinteze je redox proces. Povezana je s prijenosom elektrona iz priključnica-dobavljača elektrona-donatora do spojeva koji su percipirani akumulatorima. Lagana energija se pretvara u energiju sintetiziranih organskih spojeva (ugljikohidrata).

Na membranama hloroplasta postoje posebne strukture - reakcijski centri koji sadrže hlorofil. Zelene biljke i cijanobakterije razlikuju dva photosystems – prvo (i) i drugo (ii) koji imaju različite reakcijske centre i međusobno su povezani putem elektronskog prijenosa.

Dvije faze fotosinteze

Proces fotosinteze dviju faza se sastoji: lagan i taman.

Javlja se samo u prisustvu svjetlosti na unutrašnjim membranama mitohondrije u membranama posebnih konstrukcija - tylakoids . Fotosintetičke pigmente Snimite svjetlost Quanta (fotoni). To dovodi do "uzbuđenja" jednog od elektrona molekule hlorofila. Uz pomoć molekula, elektron se preseljava na vanjsku površinu tilakoidne membrane, stječući određenu potencijalnu energiju.

Ovaj elektron B. photosystem I. Može se vratiti na svoj nivo energije i vratiti ga. NCTF (Nicotinydadenindinuclootidni fosfat) može se prenijeti i. Interakcija s vodikovim jonivima, elektroni vraćaju ovaj spoj. Obnovljen nadF (Nadph) isporučuje vodonik za obnovu atmosferske c0 2 do glukoze.

Takvi se procesi javljaju u photosystem II. . Uzbuđeni elektroni mogu se prenijeti na foto sustav i vratiti ga. Obnova fotostanta II događa se zbog elektrona koji opskrbljuju molekule vode. Molekuli vode su podijeljeni (fotoliz vode) Na vodovodinskim protonima i molekularnim kisikom koji se pušta u atmosferu. Elektroni se koriste za obnovu Photosystema II. Fudbalska jednadžba vode:

2h 2 0 → 4n + + 0 2 + 2e.

Kad se elektronska vraća sa vanjske površine tilakoidne membrane na prethodni nivo energije, udvaja se energija. Pokrivena je u obliku kemijskih obveznica ATP molekula, koji se sintetizira tokom reakcija u oba photosystema. Naziva se proces sinteze ATP-a sa ADP i fosfornom kiselinom fOTO fosphaeling . Neka se energija koristi za isparavanje vode.

Tokom svjetlosne faze fotosinteze formiraju se bogata spojeva: ATP i NADF N. Pri raspadanju (fotolidija), molekularni kisik vode oslobađa se u atmosferu vode u atmosferu.

Reakcije nastavite u unutrašnjem mediju hloroplastima. Mogu se pojaviti i u prisustvu svjetlosti i bez njega. Organske tvari se sintetizira (C0 2 se vraća u glukozu) koristeći energiju koja je formirana u svjetlojskoj fazi.

Proces obnove ugljičnog dioksida je ciklički i zvan calvin ciklus . Imenovan u čast američkog istraživača M. Calvina, koji je otkrio ovaj ciklički proces.

Ciklus započinje reakcijom atmosferskih ugljičnih dioksida ribulozekofosfatom. Katalizira proces enzima karboksilaza . Ribulseobiphosfat je šećer sa pet ugljika, spojen na dva fosforna kiselina ostataka. Dogodilo se niz kemijskih transformacija, od kojih svaki katalizira svoj specifični enzim. Kao završni proizvod Formiranja fotosinteze glukoza a takođe i obnavlja ribulosekofosfat.

Ukupna jednadžba procesa fotosinteze:

6c0 2 + 6N 2 0 → C 6h 12 O 6 + 60 2

Zahvaljujući procesu fotosinteze, lagana energija sunca apsorbira se i pretvara se u energiju hemijskih obveznica sintetiziranih ugljikohidrata. Prema lancima opskrbe energijom ne prenosi heterotrofični organizmi. U procesu fotosinteze apsorbira se ugljeni dioksid i da li se kiseonik razlikuje. Sav atmosferski kisik ima fotosintetsko porijeklo. Preko 200 milijardi tona slobodnog kisika godišnje izdvaja se. Kiseonik štiti život na zemlji od ultraljubičastog zračenja, stvarajući ekran ozona ozona.

Proces fotosinteze je neefikasan, jer se samo 1-2% solarne energije prevede u sintetizirano organske materije. To je zbog činjenice da biljke ne apsorbiraju dovoljno svjetlost, dio ga apsorbira atmosferom, itd. Većina sunčeve svjetlosti odražava se sa površine zemlje natrag u prostor.