Photosíntesis y valor de las plantas en la naturaleza. El valor y el papel de la fotosíntesis. Mundo vegetal como base de poder
Historia de la fotosíntesis.Para milenios, la gente creía que la planta se alimenta únicamente debido a las raíces, absorbiendo con su ayuda todas las sustancias necesarias del suelo. Echa un vistazo a este punto de vista tomó al comienzo del siglo XIX. Naturalista holandés Yang Van Gelmont. Pesó la tierra en una olla y plantó allí escapar sauce. Durante cinco años, regó el árbol, y luego se secó la tierra y la pesó y la planta. IVA pesa setenta y cinco kilogramos, y el peso de la tierra ha cambiado solo unos pocos cientos de gramos. La conclusión del científico fue tal, las plantas reciben nutrientes, en primer lugar, no del suelo, y fuera del agua.
Durante dos siglos, la teoría de la nutrición del agua de las plantas se estableció en la ciencia. Las hojas en esta teoría solo ayudaron a la planta a evaporar la humedad excesiva.
A la suposición más inesperada, pero adecuada de la nutrición aérea de las plantas, los científicos vinieron solo a principios del siglo XIX. El descubrimiento desempeñó un papel importante en la comprensión de este proceso, realizado por el químico de inglés, Joseph se sintió atraído en 1771. Estableció la experiencia, como resultado de lo cual concluyó: las plantas purifican aire y lo hacen adecuado para respirar. Posteriormente resultó: para que la planta limpie el aire sea necesaria.
Diez años más tarde, los científicos entendieron que la planta no convirtió simplemente el dióxido de carbono en el oxígeno. Las plantas necesitan dióxido de carbono para la vida, lo sirve de alimentos reales (junto con agua y sales minerales).
La planta de energía aérea se llama photosíntesis. El oxígeno en el proceso de fotosíntesis se destaca como un producto inusual.
Hace miles de millones de años no había oxígeno libre en la Tierra. Todo el oxígeno, que respira casi todos los seres vivos de nuestro planeta se aísla por plantas en el proceso de fotosíntesis. La fotosíntesis logró cambiar la apariencia completa de nuestro planeta.
A partir de los años 70. El siglo pasado, se obtuvo un mayor progreso en el campo de la fotosíntesis en Rusia. Las obras de científicos rusos Purievich, Ivanovo, Ricter, Ivanov, Kosticheva, muchas partes de este proceso fueron estudiadas.
El valor de la fotosíntesis no se ha realizado a relativamente recientemente. Aristóteles y otros académicos de Grecia, observando los procesos de vida de los animales dependen de la ingesta de alimentos, creían que las plantas minaron su "comida" del suelo.
Hace más de trescientos años en uno de los primeros experimentos biológicos cuidadosamente cuidadosamente pensados, el médico holandés Yang Van Gelmont presentó evidencia de que no un suelo alimenta a la planta. Van Gelmont que cultivó un pequeño árbol de sauce en una olla de barro, agregando solo agua.
Cinco años después, el peso de la aguja aumentó en 74,4 kg, mientras que el peso del suelo disminuyó solo en 57
A finales del siglo XVIII, el científico inglés, Joseph Priestley, dijo que "descubrió accidentalmente el método de corrección de aire que se echó a perder con velas ardientes". El 17 de agosto de 1771, se sintieron atraídos "... ... colocaron una ramita viva de menta en un recipiente cerrado en el que la vela de cera estaba ardiendo", y el 21 del mismo mes encontró que "... otra vela Podría ser encendido en el mismo recipiente ". "La naturaleza disfruta del principio correcto de que se disfruta la naturaleza", se sintió atraída ", había una planta". Amplió sus observaciones y pronto mostró que el aire, una planta "fija", no era "no adecuada para el ratón".
Se agregaron experimentos por primera vez para explicar por qué el aire en la Tierra permanece "limpio" y puede apoyar la vida, a pesar de la quema de innumerables luces y la respiración de muchos organismos vivos. Dijo: "Gracias a estos descubrimientos, confiamos en que las plantas no crecen en vano, sino que purificamos y agregan nuestra atmósfera".
Más tarde, el médico holandés Yang Ingeneza (1730-1799) confirmó el trabajo atraído y mostró que el aire "se corrige" solo a la luz del sol y solo las partes verdes de la planta. En 1796, Ingenhauses sugirió que el dióxido de carbono se descompone en la fotosíntesis en C y O 2, y O 2 se asigna como un gas. Posteriormente, se encontró que la proporción de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno en los azúcares y almidón es tal que un átomo de carbono representa una molécula de agua, lo que indica la palabra "carbohidratos". Se consideró generalmente aceptada que los carbohidratos se forman a partir de C y H2O, y O 2 se distingue de dióxido de carbono. Esta es una hipótesis razonable, fue ampliamente reconocida, pero como resultó más tarde, fue completamente incorrecta.
El investigador que negó esta teoría generalmente aceptada era Cornelius van Nile de la Universidad de Stamford, cuando él, siendo todavía un estudiante-diploman, estudió el metabolismo de varias bacterias fotosintéticas. Un grupo de tales bacterias, a saber, bacterias de azufre púrpura, restaura de los carbohidratos, pero no se asigna 2. La bacteria gris púrpura para la fotosíntesis es necesaria sulfuro de hidrógeno. Como resultado de la fotosíntesis dentro de las células bacterianas, se acumulan las partículas de azufre. Van Neil encontró que para estas bacterias, la ecuación de fotosíntesis se puede registrar como:
C o 2 + 2N 2 S (CH2O) + H 2 O + 2S.
Este hecho no atraía la atención de los investigadores hasta que Van Neil realizó un mensaje audaz y no propuso la siguiente ecuación total de la fotosíntesis:
C o 2 + 2N 2 A (CH2O) + H 2 O + 2A.
En esta ecuación, H 2 A representa agua u otra sustancia oxidada, como el sulfuro de hidrógeno o la H2 libre. En las plantas verdes y las algas H 2 A \u003d N 2 O. Es decir, Van Nile sugirió que H2O, y no el dióxido de carbono se descompone durante la fotosíntesis. Esta brillante idea, nominada en los años treinta, se demostró experimentalmente más tarde, cuando los investigadores que usan isótopos severos O 2 (18 O 2), trazaron el camino del oxígeno de agua a un estado gaseoso:
C o 2 + 2N 2 18 O 2 (CH2O) + H2O + 18 O 2.
Por lo tanto, para algas o plantas verdes, en las que el agua sirve como un donante de electrones, la ecuación total de la fotosíntesis se escribe de la siguiente manera:
6CO 2 + 12N 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6N 2 O.
Los procesos que ocurren en la hoja.La hoja ejerce tres procesos importantes: fotosíntesis, evaporación del intercambio de agua y gas. En el proceso de fotosíntesis en las hojas de agua y dióxido de carbono, las sustancias orgánicas se sintetizan bajo la acción de la luz solar. Como resultado de la fotosíntesis y la respiración, la planta comparte el oxígeno y el dióxido de carbono, y por la noche, solo el dióxido de carbono se formó durante la respiración.
La mayoría de las plantas son capaces de sintetizar la clorofila con iluminación débil. Con la luz solar directa, la clorofila se sintetiza más rápido.
La energía de la luz requerida para la fotosíntesis en los límites conocidos se absorbe, cuanto mayor sea la hoja más pequeña. Por lo tanto, las plantas en el proceso de evolución desarrollaron la capacidad de girar la lámina a la luz a la luz para que caiga más rayos solares. Las hojas en la planta están ubicadas para no oprimirse entre sí.
Timiryazev demostró que la fuente de energía para la fotosíntesis es predominantemente rayos rojos del espectro. Esto indica el espectro de absorción de la clorofila, donde se observa la banda de absorción más intensa en rojo y menos intensa, en la parte azul-púrpura.
En cloroplastos, junto con la clorofila, hay pigmentos de caroteno y xanthofill. Ambos de estos pigmentos absorben azules y parcialmente los rayos verdes y saltan rojo y amarillo. Algunos científicos atribuyen el papel de las pantallas que protegen el clorofilo de los efectos destructivos de los rayos azules.
El proceso de fotosíntesis se compone de una serie de reacciones consecutivas, algunas de las cuales fluyen con la absorción de energía ligera, y la parte está en la oscuridad. Los productos de fotosíntesis finales sostenibles son carbohidratos (azúcar y luego almidón), ácidos orgánicos, aminoácidos, proteínas.
La fotosíntesis en condiciones diferentes procede con diferente intensidad.
La intensidad de la fotosíntesis también depende de la fase de desarrollo de la planta. La intensidad máxima de la fotosíntesis se observa en la fase de floración.
El contenido habitual del dióxido de carbono en el aire es de 0.03% en volumen. Reducir el contenido de dióxido de carbono en el aire reduce la intensidad de la fotosíntesis. El aumento del contenido de dióxido de carbono hasta el 0,5% aumenta la intensidad de la fotosíntesis es casi proporcional. Sin embargo, con un aumento adicional en el contenido del dióxido de carbono, la intensidad de la fotosíntesis no aumenta, y al 1%, la planta sufre.
Las plantas se evaporan, o Trans Siry, muy un gran número de agua. La evaporación del agua es una de las razones de la corriente ascendente. Debido a la evaporación del agua por la planta, las sustancias minerales se acumulan en ella y la temperatura es útil para la planta durante la calefacción solar. A veces, el Transpare reduce la temperatura de la planta en 6 O C.
La planta regula el proceso de evaporación del agua a través del trabajo del Stitz. La deposición de la cutícula, o depilación, en la epidermum, la formación de sus pelos y otros dispositivos está dirigido a reducir la transpare no regulada.
El proceso de fotosíntesis y la respiración constante de las células vivas de la hoja requieren intercambio de gases entre los tejidos internos de la hoja y la atmósfera. En el proceso de fotosíntesis de la atmósfera, se absorbe el dióxido de carbono asimilado y un oxígeno regresa a la atmósfera.
El uso de un método de análisis de isótopos mostró que el oxígeno devuelto a la atmósfera (16 o) pertenece al agua, y no el gas de aire carbónico, en el que prevalece su otro isótopo: 15 O. Con el aliento de las células vivas (oxidación del oxígeno libre de Sustancias orgánicas dentro de la celda a gas y agua de dióxido de carbono). Es necesario ingresar una atmósfera de oxígeno y el retorno del dióxido de carbono. Este intercambio de gases también se lleva a cabo principalmente a través de un aparato asignado.
Ideas modernas sobre la fotosíntesis.Actualmente, se sabe que la fotosíntesis tiene lugar dos etapas, pero solo una de ellas está a la luz. La prueba del proceso de dos etapas se obtuvo por primera vez en 1905 por el fisiólogo inglés de Plant F.F. Blacklin, que investigó el efecto de la iluminación y la temperatura en el volumen de la fotosíntesis.
Basado en los experimentos, Blacklin hizo las siguientes conclusiones.
1. Hay un grupo de reacciones independientes de luz que no dependen de la temperatura. El volumen de estas reacciones en el rango de una iluminación baja podría aumentar con la creciente iluminación, pero no con la temperatura creciente.
2. Hay un segundo grupo de reacciones dependientes de la temperatura, no de la luz. Resultó que ambos grupos de reacciones son necesarios para la implementación de la fotosíntesis. Aumentar el volumen de un solo grupo de reacción aumenta el volumen de todo el proceso, pero solo hasta que el segundo grupo de reacciones comienza a mantener la primera. Después de eso, es necesario acelerar el segundo grupo de reacciones para que la primera pueda ir sin restricciones.
Por lo tanto, se demostró que ambas etapas son dependientes de la luz: "Luz y oscuridad". Es importante recordar que las reacciones oscuras normalmente se están llevando a cabo y necesitan los productos de la etapa de luz. La expresión "reacciones oscuras" simplemente significa que la luz no está involucrada en ellas.
El volumen de reacciones oscuras aumenta con la temperatura creciente, pero solo de hasta 30 o, y luego comienza a caer. Sobre la base de este hecho, sugirieron que las reacciones oscuras están catalizadas por las enzimas, ya que el intercambio de reacciones enzimáticas depende de la temperatura. Posteriormente, resultó que esta conclusión se hizo incorrectamente.
En la primera etapa de la fotosíntesis (reacciones de la luz), la energía de la luz se usa para formar una ATP (moléculas de adenosina-trifosfato) y los transportistas de electrones de alta energía. En la segunda etapa de la fotosíntesis (reacciones oscuras), los productos de energía formados en reacciones ligeras se utilizan para restaurar el CO 2 al azúcar simple (glucosa).
El proceso de fotosíntesis está atrayendo cada vez más la atención de los científicos. La ciencia está cerca de resolver el problema más importante: la creación artificial con la ayuda de la energía ligera de sustancias orgánicas valiosas de sustancias inorgánicas generalizadas. El problema de la fotosíntesis es desarrollado de manera rential por botánica, químicos, físicos y otros especialistas.
Recientemente, la síntesis de formaldehído y sustancias de azúcar de las soluciones acuosas del ácido carbonato ya se ha obtenido artificialmente; Al mismo tiempo, se jugó el papel del absorbedor de energía luminoso en lugar de la clorofila Kobalt y los carbonatos de níquel. Recientemente sintetizó la molécula de clorofila.
Los éxitos de la ciencia en el campo de la síntesis de sustancias orgánicas causan un golpe de aplastamiento a la enseñanza idealista: el vitalismo, que argumentó que la formación de sustancias orgánicas de las necesidades inorgánicas necesita una "fuerza vital" especial y que una persona no puede sintetizar la materia orgánica compleja.
La fotosíntesis en plantas se realiza en cloroplastos. Incluye: transformación de energía (proceso de luz), conversión de una sustancia (proceso oscuro). El proceso de luz se produce en hilakoides, oscuro, en el estroma de cloroplastos. La circulación generalizada de la fotosíntesis se ve así:
6CO 2 + 12N 2 O C 6 H 12 O 6 + 6N 2 O + 6O 2.
Dos procesos de fotosíntesis se expresan por ecuaciones separadas:
12N2 O 12H 2 + 6O 2 + Energía ATP;
(proceso de luz)
12h 2 + 6O 2 + ATP Energy C 6 H 12 O 6 + H 2 O.
(proceso oscuro)
El valor de la fotosíntesis en la naturaleza.La fotosíntesis es el único proceso en la biosfera que conduce a un aumento en su energía libre debido a una fuente externa. Energía almacenada en productos de fotosíntesis: la principal fuente de energía para la humanidad.
Cada año, se forman 150 mil millones de toneladas de materia orgánica como resultado de la fotosíntesis en la Tierra y se distinguen a aproximadamente 200 millones de toneladas de oxígeno libre.
El ciclo de oxígeno, carbono y otros elementos involucrados en la fotosíntesis apoya la composición moderna de la atmósfera necesaria para la vida en la Tierra. La fotosíntesis previene el aumento de la concentración de CO 2, evitando el sobrecalentamiento de la Tierra debido al llamado "efecto invernadero".
Dado que las plantas verdes son una base de datos nutricional directa o mediada de todos los demás organismos heterotróficos, la fotosíntesis satisface la necesidad de alimento de todas las viviendas en nuestro planeta. Es la base más importante para rurales y silvicultura. Aunque las posibilidades de exposición a ella siguen siendo pequeñas, pero aún se usan en cierta medida. Con un aumento en la concentración de dióxido de carbono en el aire al 0,1% (contra el 0,3% en una atmósfera natural), por ejemplo, para aumentar el rendimiento de los pepinos y los tomates triplicados.
El metro cuadrado de la superficie de las hojas durante una hora produce alrededor de un gramo de azúcar; Esto significa que todas las plantas por estimación aproximada están hechas de la atmósfera de 100 a 200 mil millones de toneladas por año. Alrededor del 60% de esta cantidad absorben los bosques que ocupan hielo de la superficie de hielo descubierto del 30%, un 32%: tierras terrenales y el 8% restante son los pasos y los lugares desérticos, así como las ciudades y pueblos.
La planta verde es capaz de no solo el uso de dióxido de carbono y crear azúcar, sino también convertir compuestos de nitrógeno y compuestos de azufre en las sustancias que se encuentran con su cuerpo. A través del sistema de raíces, la planta se obtiene mediante iones de nitrato disuelta en el agua del suelo y los procesa en sus células en los aminoácidos, los componentes principales de todos los compuestos de proteínas. Los componentes de grasa también surgen de los compuestos que resultan en procesos metabólicos y energía. Los ácidos grasos y la glicerina tienen grasas y aceites que sirven para una planta principalmente por troncos de repuesto. En las semillas de aproximadamente el 80% de todas las plantas, las grasas están contenidas como una rica energía de la sustancia de repuesto. Obtener semillas, las grasas y los aceites juegan un papel importante en la industria agrícola y alimentaria.
Significado y papel de la fotosíntesis.
Fuente de energía principal
La palabra "fotosíntesis" significa literalmente la creación o montaje de algo bajo la acción de la luz. Por lo general, hablando de la fotosíntesis, significan el proceso por el cual las plantas en la luz solar sintetizan compuestos orgánicos de materias primas inorgánicas. Todas las formas de vida en el universo necesitan energía para crecer y mantener la vida. Las algas, las plantas más altas y algunos tipos de bacterias capturan directamente la energía de la radiación solar y la utilizan para la síntesis de productos alimenticios básicos. Los animales no saben cómo usar la luz solar directamente como fuente de energía, obtienen energía, tomando plantas u otros animales que se alimentan de plantas. Por lo tanto, en última instancia, la fuente de energía para todos los procesos metabólicos en nuestro planeta es el sol, y el proceso de fotosíntesis es necesario para mantener todas las formas de vida en la Tierra.
Utilizamos combustible fósil: carbón, gas natural, petróleo, etc. Todos estos tipos de combustible no son más que productos de expansión de plantas o animales marinos o animales, y la energía almacenada en ellos fue de millones de años. luz de sol. El viento y la lluvia también se requieren por su aparición de energía solar, y en consecuencia, la energía de los molinos de viento y las centrales hidroeléctricas también se debe a la radiación solar.
La forma más importante reacciones químicas En la fotosíntesis es la conversión de dióxido de carbono y agua en carbono y oxígeno. ¿La reacción total se puede describir por la ecuación CO2 + H20? [CH20] +02
Los carbohidratos formados en esta reacción contienen más energía que las sustancias iniciales, es decir, CO2 y H20. Por lo tanto, debido a la energía del sol, las sustancias energéticas (CO2 y H20) se convierten en ricos en productos de energía: carbohidratos y oxígeno. Los niveles de energía de varias reacciones descritas por la ecuación total se pueden caracterizar por las magnitudes de los potenciales redox medida en voltios. Los valores de los potenciales muestran cuánta energía se inhibe o está molida en cada reacción. Por lo tanto, la fotosíntesis se puede considerar como el proceso de formación de la energía radiante del sol en la energía química de las telas de plantas.
El contenido de CO2 en la atmósfera sigue siendo casi completo, a pesar del hecho de que el dióxido de carbono se gasta en el proceso de fotosíntesis. El hecho es que todas las plantas y animales respiran. En el proceso de respiración en mitocondrias, el oxígeno, absorbido de la atmósfera por los tejidos vivos, se usa para la oxidación de los carbohidratos y otros componentes del tejido con la formación de dióxido de carbono y agua y con liberación de energía concomitante. La energía liberada está reservada en compuestos de alta energía: el trifosfato de adenosina (ATP), que es utilizado por el cuerpo para realizar todas las funciones de la vida. Por lo tanto, la respiración conduce al gasto de sustancias orgánicas y oxígeno y aumenta el contenido del CO2 en el planeta. Sobre los procesos de respiración en todos los organismos vivos y en la combustión de todos los tipos de combustibles que contienen carbono, en el agregado se gastan en la escala de la Tierra, en un promedio de aproximadamente 10,000 toneladas 02 por segundo. A tal velocidad. Consignación Todos los oxígeno en la atmósfera deben agotarse unos 3000 años. Afortunadamente para nosotros, la caudal de sustancias orgánicas y el oxígeno atómico se equilibran mediante la creación de carbohidratos y oxígeno como resultado de la fotosíntesis. En condiciones ideales, la velocidad de la fotosíntesis en los tejidos verdes de las plantas es aproximadamente 30 veces más alta que la tasa respiratoria en los mismos tejidos, por lo tanto, la fotosíntesis sirve como un factor importante para regular el contenido 02 en la Tierra.
Historia de la posesión de la fotosíntesis.
A principios del siglo XVII. El doctor Van Gelmont flamenco levantó un árbol en la bañera con el suelo, que regaba solo con agua de lluvia. Se dio cuenta de que cinco años después, el árbol crecido a tallas grandesAunque prácticamente no disminuye la cantidad de tierra en la bañera. Van Gelmont, por supuesto, concluyó que el material de donde se formaba el árbol ocurrió del agua utilizada para el riego. En 1777, el botánico inglés Stephen Hales publicó un libro en el que se informó que la planta se usó principalmente a la planta como nutriente. En el mismo período, la famosa química inglesa José se sintió atraída (fue uno de los descubrimientos de Oxígeno) realizó una serie de experiencias sobre la quema y la respiración y concluyó que las plantas verdes pueden realizar todos los procesos respiratorios que se encontraron en los tejidos animales. . Atrajeron la vela en la cantidad cerrada de aire, y encontró que el aire obtenido al mismo tiempo ya no podía soportar quemaduras. El ratón colocado en tal embarcación murió. Sin embargo, la ramita de la menta continuó viviendo en las semanas aéreas. En conclusión, Priusley encontró que en el aire, una ramita de menta restaurada, la vela comenzó a quemarse, podría respirar un ratón. Ahora sabemos que la vela quema, consumió oxígeno de un volumen de aire cerrado, pero luego el aire fue nuevamente saturado con oxígeno gracias a la fotosíntesis, que se dejó en la rama de la menta. Unos años más tarde, el doctor Holandés Ingenhauses descubrió que las plantas oxidan el oxígeno solo a la luz del sol y que solo sus partes verdes proporcionan aislamiento de oxígeno. Jean Sebery, quien sostuvo el puesto de Ministro, confirmó los datos de inversión Ingenhause y continuó el estudio, mostrando que el dióxido de carbono disuelto en agua se usa como una planta de nutrientes. A principios del siglo XIX, otro investigador suizo de vecinos estudió la relación cuantitativa entre el dióxido de carbono absorbido por la planta, por un lado, y las sustancias orgánicas sintetizadas y el oxígeno en el otro. Como resultado de sus experimentos, concluyó que el agua también es consumida por la planta con asimilación de CO2. En 1817, dos químicos franceses, peleltier y cavante, asignaron una sustancia verde de las hojas y la llamó clorofila. El siguiente hito importante en la historia de los estudios de fotosíntesis se realizó en 1845 por el físico alemán Robert Mayer, la afirmación de que las plantas verdes convierten la energía, la luz solar en energía química. Las ideas sobre la fotosíntesis, que se establecieron a mediados del siglo pasado, se pueden expresar por la siguiente proporción:
Planta verde
CO2 + H2 O + LIGHT? O2 + org. Sustancias + Energía Química
La proporción de la cantidad de C02, absorbida durante la fotosíntesis, hasta la cantidad de 02 seleccionados, medido con precisión a la planta fisióloga francesa de Busengo. En 1864, encontró que la actitud fotosintética, es decir,. La proporción del volumen del 02 separados al volumen del C02 absorbido es casi igual a uno. En el mismo año, el Botanist Zaks alemán (descubrió también en las plantas) demostró la formación de granos de almidón en la fotosíntesis. Zaks colocó hojas verdes durante varias horas en la oscuridad para que pasaran el almidón acumulado en ellos. Luego quitó las hojas de la luz, pero al mismo tiempo iluminó solo la mitad de cada hoja, dejando otra mitad de la hoja en la oscuridad. Después de algún tiempo, toda la hoja se trató completamente con pares de yodo. Como resultado, la parte iluminada de la hoja se hizo púrpura oscura, que se testificó a la formación del complejo de almidón con yodo, mientras que el color de la otra mitad de la hoja no cambió. El vínculo directo entre la liberación de oxígeno y cloroplastos en hojas verdes, así como la correspondencia del espectro de la sectinesis fotográfica, el espectro de cloroplastos absorbidos se instaló en 1880. Engelman. Colocó las algas verdes filamentales que tienen con convolución en espiral cloroplastos, en la diapositiva, iluminándola con una viga estrecha y ancha luz blanca. Junto con las algas sobre el vidrio del sujeto, se aplicó una suspensión de células de bacterias móviles sensibles a la concentración de oxígeno. El tobogán de vidrio se colocó en la cámara sin aire y se encendió. Bajo estas condiciones, las bacterias móviles deberían haberse movido a esa parte donde la concentración 02 era mayor. Después de algún tiempo algún tiempo, la muestra se consideró bajo el microscopio y calculó la distribución de la bacteriopoplas. Resultó que las bacterias se concentraron alrededor de las tiras verdes en las algas filamentosas. En otra serie de experimentos, Engelman cubrió algas con rayos de diferente composición espectral, estableciendo el prisma entre la fuente de luz y el elemento del microscopio. El mayor número de bacterias en este caso se acumuló en torno a las secciones de algas, que fueron iluminadas por áreas de espectro azul y rojo. Las clorofilas son absorbidas en algas, luz azul y roja. Dado que en ese momento ya se sabía que para la fotosíntesis es necesario absorber la luz, Engelman concluyó que las clorofilas participan en la síntesis como pigmentos que son fotorreceptores activos. El nivel de conocimiento sobre la fotosíntesis a principios de nuestro siglo puede representarse de la siguiente manera.
CO2 + H2O + LIGHT -O2 + STARCH + Energía química
Entonces, a principios de nuestro siglo, ya se conocía la reacción total de la fotosíntesis. Sin embargo, la bioquímica no estaba en un nivel tan alto para divulgar completamente los mecanismos de recuperación de dióxido de carbono a los carbohidratos. Desafortunadamente, debe reconocerse que ahora algunos otros aspectos de la fotosíntesis se han estudiado bastante mal. Hubo mucho tiempo para investigar el efecto de la intensidad de la luz, la temperatura, la concentración de dióxido de carbono y T.P. En la salida compartida de la fotosíntesis. Y aunque las plantas fueron investigadas en estas obras. especies diferentesLa mayoría de las mediciones se realizaron en algas verdes de un solo célula y en el arnés de una sola célula algas Evlen. Los organismos unicelulares son más convenientes para la investigación de alta calidad, ya que se pueden cultivar en todos los laboratorios con condiciones bastante estándar. Pueden suspenderse uniformemente, es decir, que pesan en soluciones de tampón acuáticos y el volumen deseado de tal suspensión, o suspensión, puede tomar una dosis, como cuando trabaje con plantas convencionales. Los cloroplastos para los experimentos se distinguen mejor de las hojas de plantas más altas. La más a menudo se usa espinacas, porque es fácil de cultivar y las hojas frescas son convenientes para la investigación; A veces se utilizan las hojas de guisantes y lechuga.
Dado que el CO2 está bien disuelto en agua, y O2 es relativamente insoluble en agua, luego con la fotosíntesis en un sistema cerrado, la presión del gas en este sistema puede variar. Por lo tanto, el efecto de la luz en los sistemas fotosintéticos a menudo se explora utilizando un respirador de Warbarg que le permite registrar los cambios de umbral en el volumen 02 en el sistema. Por primera vez, el respirador Warburg se usó en relación con la fotosíntesis en 1920. Para medir el consumo o el aislamiento de oxígeno durante la reacción, es más conveniente usar otro instrumento: un electrodo de oxígeno. Este dispositivo se basa en el uso del método polarográfico. El electrodo de oxígeno tiene suficiente sensibilidad para detectar en concentraciones tan bajas como 0.01 mmol en 1 litro. El dispositivo consiste en un alambre de platino bastante delgado del cátodo, presionó herméticamente un ánodo en una placa, que es un anillo de alambre de plata sumergido en una solución saturada. Los electrodos se separan de la mezcla en la que procede la reacción, la membrana permeable para 02. El sistema de reacción se encuentra en un recipiente de plástico o vidrio y se mezcla constantemente con un imán de barra giratoria. Cuando se aplica un voltaje a los electrodos, el electrodo de platino se vuelve negativo en relación con el electrodo estándar, el oxígeno en la solución se restaura electrolíticamente. A un voltaje de 0.5 a 0.8, la magnitud de la corriente eléctrica depende linealmente de la presión parcial del oxígeno en la solución. Por lo general, con un electrodo de oxígeno funciona a un voltaje de aproximadamente 0,6 V. La corriente eléctrica se mide conectando el electrodo al sistema de grabación apropiado. El electrodo junto con la mezcla de reacción se riega por la corriente de agua del termostato. Con la ayuda de un electrodo de oxígeno, se miden el efecto de la luz y los diversos químicos en la fotosíntesis. La ventaja del electrodo de oxígeno delante del aparato Varburg es que el electrodo de oxígeno le permite registrar cambios rápida y continuamente en el contenido de O2 en el sistema. Por otro lado, en el instrumento Warburg, puede explorar simultáneamente hasta 20 muestras con diferentes mezclas de reacción, al tiempo que se trabaja con un electrodo de oxígeno, las muestras deben analizarse alternativamente.
A principios de la década de 1930, muchos investigadores en esta área creían que la reacción principal de la fotosíntesis es dividir el dióxido de carbono en la acción de la luz sobre carbono y oxígeno, seguido de la recuperación de carbono a los carbohidratos con la participación del agua durante varias reacciones consecutivas. El punto de vista ha cambiado en la década de 1930 como resultado de dos descubrimientos importantes. Primero, las variedades de bacterias capaces de asimilar y sintetizar carbohidratos, no utilizando la energía de la luz para esto. Luego, el microbiólogo holandés Van Neil comparó los procesos de la fotosíntesis en las bacterias y mostraron que algunas bacterias pueden asimilar C02 en la luz sin resaltar el oxígeno. Dichas bacterias son capaces de la fotosíntesis solo con un substrato adecuado al donante de hidrógeno. Van Neil asumió que la fotosíntesis de las plantas verdes y las algas es un caso especial cuando el oxígeno en la fotosíntesis proviene del agua, y no del dióxido de carbono.
El segundo descubrimiento importante se realizó en 1937 R. Hill en la Universidad de Cambridge. Con la ayuda de la centrifugación diferencial de la homogeneización del tejido de la hoja, separó las partículas de fotosíntesis (cloroplastos) de las partículas respiratorias. Los chilloplastos obtenidos por Xille, durante la iluminación, ellos mismos no asignaron oxígeno (posiblemente debido al hecho de que se dañaron durante la separación). Sin embargo, comenzaron a distinguir el oxígeno en la luz, si se introdujeron aceptadores de electrones (agentes oxidantes) en la suspensión, como el ferrocianuro de potasio o la ferricianida. Cuando se selecciona la única molécula 02, se restauraron cuatro equivalentes del agente oxidante. Más tarde se encontró que muchas quinonas y tintes se restauran mediante cloroplastos en la luz. Sin embargo, los cloroplastos no pudieron restaurar el CO2, el aceptor de electrones naturales en la fotosíntesis. Este fenómeno conocido ahora, ya que la reacción en la colina es la transferencia inducida por la luz de los electrones de agua a los oxidantes no fisiológicos (reactivos de las colinas) contra el gradiente del potencial químico. El valor de reacción de la colina es que demostró la posibilidad de separar dos procesos: aislamiento fotoquímico de oxígeno y recuperación del dióxido de carbono durante la fotosíntesis.
La descomposición del agua que conduce a la liberación de oxígeno libre durante la fotosíntesis fue establecida por Ruben y Kamen, en California en 1941. Colocaron células fotosintéticas en agua enriquecidas con un isótopo de oxígeno, con una masa de 18 unidades atómicas 180. La composición isotópica del oxígeno aislado. por células correspondidas a las aguas de la composición, pero no C02. Además, Kamen y Ruben abrieron un isótopo radioactivo 18o, que posteriormente usó las canastas, la victoria de Benson, que estudió el camino de convertir el dióxido de carbono durante la fotosíntesis. Calvin y su empleado descubrieron que la restauración del dióxido de carbono a los azúcares se produce como resultado de los procesos enzimáticos oscuros, y para la reducción de una molécula de dióxido de carbono, se requieren dos moléculas de ADP reducido y tres moléculas ATP. En ese momento, se instaló el papel de ATP y los piridinnucleótidos en la respiración del tejido. La posibilidad de la recuperación fotosintética ADF a la ATP Se demostró clorofilas dedicadas en 1951 en tres laboratorios diferentes. En 1954, Arnon, Allen demostró la fotosíntesis, observaron la asimilación de C02 y 02 cloroplastos dedicados de espinacas. Durante la próxima década, las proteínas involucradas en la transferencia de electrones en la síntesis, el compañero de sinterizador, la plastocianina, la ferroatf-reductasa, el citocroma, etc. logró resaltar de los cloroplastos.
Por lo tanto, en hojas verdes sanas, un ADP y ATP y ATP hidráulico están formados bajo la acción de la luz para restaurar C02 a los carbohidratos en presencia de enzimas, la actividad de las enzimas está regulada por la luz.
Factores de límite
La intensidad, o la tasa de proceso de fotosíntesis en la planta depende de una serie de factores internos y externos. De los factores internos, la estructura de la hoja y el contenido de la clorofila en ella, la tasa de acumulación de productos de fotosíntesis en cloroplastos, la influencia de las enzimas, así como la presencia de bajas concentraciones de las sustancias inorgánicas necesarias. Los parámetros externos son la cantidad y la calidad de la luz que caen en las hojas, la temperatura ambiente, la concentración de dióxido de carbono y oxígeno en la atmósfera cerca de la planta.
La velocidad de la fotosíntesis aumenta linealmente, o directamente en proporción al aumento de la intensidad de la luz. A medida que aumenta la intensidad de la luz, el crecimiento de la fotosíntesis se vuelve cada vez menos pronunciado, y finalmente cesa cuando la iluminación alcanza un cierto nivel de 10,000 suites. El aumento adicional en la intensidad de la luz ya no afecta la velocidad de la fotosíntesis. El área de la velocidad estable de la fotosíntesis se llama área de referencia. Si necesita aumentar la velocidad de la fotosíntesis en esta área, no es necesario cambiar la intensidad de la luz, sino cualquier otro factor. La intensidad de la luz solar cayendo en un claro día de verano a la superficie de la tierra, en muchos lugares de nuestro planeta es de aproximadamente 100,000 suites. En consecuencia, las plantas, con la excepción de los que crecen en los bosques densos y a la sombra de la luz del sol, son suficientes para saturar su actividad fotosintética (la energía de la cuantata correspondiente a las secciones extremas del rango visible, púrpura y rojo, se diferencia dos veces dos veces , y todos los fotones de este rango están en principio capaz de lanzar la fotosíntesis).
En el caso de intensidades de baja luz, la velocidad de la fotosíntesis a 15 y 25 ° C es la misma. Las reacciones que fluyen a tales intensidades de la luz, que corresponden al campo de limitación de la luz, como las verdaderas reacciones fotoquímicas, no son sensibles a las temperaturas. Sin embargo, con intensidades más altas, la velocidad de la fotosíntesis a 25 ° C es mucho más alta que a 15ºC. En consecuencia, en el campo de la saturación de la luz, el nivel de fotosíntesis depende no solo de la absorción de fotones, sino también de otros factores. La mayoría de las plantas en un clima templado funcionan bien en el rango de temperatura de 10 a 35 ° C, las condiciones más favorables son la temperatura de aproximadamente 25 ° C.
En el área de limitación, la velocidad de la fotosíntesis no cambia con una disminución en la concentración de CO2. Desde aquí podemos concluir que C02 está involucrado directamente en la reacción fotoquímica. Al mismo tiempo, en las intensas intensidades de iluminación que se encuentran fuera del área de límite, la fotosíntesis aumenta significativamente con el aumento de la concentración de CO2. En algunos cultivos de grano, la fotosíntesis aumentó el aumento de la concentración de CO2 al 0,5%. (Estas mediciones se llevaron a cabo en experimentos a corto plazo, ya que el efecto prolongado de las altas concentraciones de las hojas de daños de CO2). Valores altos, la velocidad de la fotosíntesis alcanza aproximadamente un 0,1% en el contenido C02. La concentración promedio de dióxido de carbono en la atmósfera es de 0.03%. Por lo tanto, en condiciones normales, las plantas carecen de CO2 para utilizar la luz solar con la máxima eficiencia. Si se coloca una planta en un volumen cerrado para encender la luz de la intensidad de saturación, la concentración de CO2 en la cantidad de aire disminuirá gradualmente y alcance un nivel constante, conocido como "C02 del artículo de compensación". En este punto, la aparición de CO2 con fotosíntesis es igualizada por la liberación de O2 como resultado de la respiración (oscura y luz). Las plantas de diferentes tipos de puntos de compensación son diferentes.
Reacciones claras y oscuras.
En 1905, el fisiólogo inglés F. F. F. F. F. F. F. F. Flovine, interpretando la forma de una curva de saturación de luz de fotosentés, sugirió que la fotosíntesis es un proceso de dos etapas, que incluye fotoquímico, es decir. Reacción sensible al libre y nefteoquímico, es decir, la oscuridad, la reacción. La reacción oscura, siendo enzimática, procede más lenta que la reacción de la luz, y por lo tanto, en intensidades de alta luz, la velocidad de la fotosíntesis está totalmente determinada por la tasa de la reacción oscura. La reacción de la luz depende en absoluto de la temperatura, o esta dependencia es muy pobre, entonces una reacción oscura, como todos los procesos enzimáticos, depende de la temperatura de manera bastante significativa y grados. Debe imaginarse claramente que la reacción, llamada la oscuridad, puede proceder tanto en la oscuridad como en la luz. Las reacciones claras y oscuras se pueden dividir usando destellos de luz, divisores cortos duraderos. Los brotes ligeros con una duración de menos de un milisegundo (10-3 C) se pueden obtener utilizando un dispositivo mecánico, coloque un disco giratorio con una hendidura en la ruta de una viga, o un condensador cargado eléctricamente y descarga a través de un vacío o Lámpara de descarga de gas. Como fuentes de luz también disfrutan de los láseres de Ruby con una longitud de onda de radiación de 694 nm. En 1932, Emerson y Arnold cubrieron la suspensión de las células con destellos de luz de una lámpara de descarga de gas con una duración de aproximadamente 10-3c. Medían la tasa de liberación de oxígeno dependiendo de la energía de los brotes, la duración de la brecha oscura entre los brotes y la temperatura de la suspensión celular. Con un aumento en la intensidad de los brotes, la saturación de la fotosíntesis en las células normales ocurrió cuando se liberaron una molécula 02 por 2500 moléculas de clorofila. Emerson y Arnold concluyeron que el rendimiento máximo de la fotosíntesis no se determina por el número de moléculas de clorofila, absorbiendo la luz y el número de moléculas de enzimas catalizando la reacción oscura. También encontraron que con un aumento en los intervalos oscuros entre los destellos secuenciales más allá de 0.06 con el rendimiento de oxígeno por un brote, ya no depende de la duración del intervalo oscuro, mientras que a intervalos más cortos aumentó con un aumento en la duración del intervalo oscuro. (de 0 a 0.06 s). Por lo tanto, una reacción oscura que determina el nivel de saturación de la fotosíntesis, se completa en aproximadamente 0.06 s. Sobre la base de estos datos, se calculó que el tiempo promedio que caracteriza la velocidad de reacción fue de aproximadamente 0,02 a 25ºC.
Organización estructural y bioquímica de aparatos de fotosíntesis.
Las ideas modernas sobre la organización estructural y funcional de los aparatos fotosintéticos incluyen una amplia gama de problemas relacionados con las características. composición química Platos, específicos de su organización estructural, patrones fisiológicos-genéticos de biogénesis de estos organoids y su relación con otras estructuras funcionales de la célula. En las plantas terrestres, un órgano especial de actividad fotosintética es una hoja donde las estructuras celulares especializadas se localizan: cloroplastos que contienen pigmentos y otros componentes necesarios para los procesos de absorción y conversión de energía química en el potencial químico. Además de la hoja, los cloroplastos funcionalmente activos están presentes en tallos de plantas, materias, abrasiones y escalas del spoole e incluso en las raíces iluminadas de una fila de plantas. Sin embargo, fue precisamente la hoja que se formó durante una larga evolución como un cuerpo especial para realizar la función principal de la planta verde - la fotosíntesis, por lo tanto, la anatomía de la hoja, la ubicación de las células y los tejidos de clorofila, su proporción con otros elementos. De la cara de la hoja están sujetos al flujo más eficiente del proceso de fotosíntesis, y están en mayores grados se someten a cambios intensivos en las condiciones del estrés ambiental.
En relación con este problema de la organización estructural y funcional del aparato fotosintético, es aconsejable considerar en dos niveles principales, a nivel de la hoja como el órgano de la fotosíntesis y los cloroplastos, donde todo el mecanismo de la fotosíntesis está completamente enfocado.
La organización de los aparatos fotosintéticos en el nivel de la hoja se puede considerar en función del análisis de su mesostr. El concepto de "mesosstructura" se propuso en 1975. Según las ideas sobre las características estructurales y funcionales del aparato fotográfico con una característica de una composición química, una organización estructural, las características fisiológicas-genéticas de la biogénesis de estos organoids y su relación con otras estructuras funcionales, el órgano especial de la fotosintética. El proceso es una hoja donde se localizan formaciones especializadas: los cloroplastos que contienen pigmentos necesarios para los procesos de absorción y la transformación de la luz en el potencial químico. Además, los cloroplastos activos están presentes en los tallos, las abrasiones y las escalas del spoole e incluso en las partes iluminadas de las raíces de algunas plantas. Sin embargo, es la hoja que se formó por todo el curso de la evolución como un cuerpo especial para realizar la función principal de la planta verde - fotosíntesis.
La mesostrocusión incluye un sistema de características morfofisiológicas del aparato fotosintético de la hoja, clorohenhima y claveophile. Los principales indicadores de la Mesostructura de PhotosinThe.
el Ticker (según A. T. Mokronosov) incluye: Área, número de celdas, clorofila, proteína, volumen celular, la cantidad de cloroplastos en la célula, el volumen de cloroplastos, el área de la sección transversal de cloroplastos y su superficie. El análisis de la mesosoptura y la actividad funcional del aparato fotosintético en muchas especies de plantas ayudan a determinar los valores más comunes de los indicadores en estudio y los límites de la variación de las características individuales. De acuerdo con estos datos, los principales indicadores de la mesostuctura del aparato fotosintético (Mokrons, 19b1):
I - Área de la hoja;
II - El número de células por 1 cm2,
III - Clorofila por DM2, enzimas clave para 1 DM2, volumen celular, miles de μm2, el número de cloroplastos en la célula;
IV es el volumen de cloroplastos, el área de proyección de cloroplastos, μm2, la superficie del cloroplasto, μm2.
El número promedio de cloroplastos en el crecimiento de la altura de grano generalmente alcanza las 10-30, en algunas especies supera los 400. Esto corresponde a millones de cloroplastos en el cálculo de la hoja 1 cm2. Los cloroplastos se concentran en células de diversas telas en la cantidad de 15 a 80 piezas por célula. El volumen promedio de cloroplast es una μm2. En la mayoría de las plantas, el volumen total de todos los cloroplastos es del 10-20%, en las plantas de madera, hasta el 35% del volumen celular. La proporción de la superficie total de cloroplastos hasta el área de la hoja está dentro de 3-8. En un cloroplasto, hay una cantidad diferente de moléculas de clorofila, su número aumenta en las especies de teothelobile. Los indicadores anteriores pueden variar significativamente según el estado fisiológico y las condiciones ambientales del crecimiento de las plantas. Según Mokronosov, en una hoja joven, la activación de la fotosíntesis al eliminar el 50-80% de la hoja se garantiza aumentando el número de cloroplastos en una célula sin cambiar su actividad individual, mientras que en una hoja que se graduó, la ganancia de La fotosíntesis después de la defoliación se produce debido a la creciente actividad de cloroplastos sin cambiar su número. El análisis de la mesostrocusión mostró que la adaptación a las condiciones de iluminación causa una reestructuración que optimiza las propiedades que brillan intensamente de la hoja.
Los cloroplastos tienen el mayor grado de organización de estructuras de membrana interna en comparación con otras células de la célula. De acuerdo con el grado de ordenamiento de estructuras, los cloroplastos se pueden comparar solo con células del receptor de la retina, que también realizan la función de convertir la energía de la luz. El alto grado de organización de la estructura interna del cloroplasto está determinada por una serie de puntos:
1) la necesidad de separación espacial de productos fotográficos recuperados y oxidados que surgen de los actos de separación de carga primaria en el centro de reacción;
2) La necesidad de un orden estricto de los componentes del centro reaccionario, donde las reacciones enzimáticas fotofisiológicas y más lentas de tracción rápida son conjugados: la transformación de la energía de la molécula de pigmento fotoexcitada requiere su orientación definitiva en relación con el aceptor químico de la energía, lo que implica la presencia de ciertas estructuras donde el pigmento y el aceptador se orientan rígidamente entre sí;
3) La organización espacial de la cadena de transporte electrónico requiere una organización de portadores consistente y estrictamente orientada en la membrana, que proporciona la posibilidad de vehículos rápidos y ajustables de electrones y protones;
4) Para conjugar el transporte de electrones y la síntesis de ATP, se requiere un sistema sin ciertamente organizado de cloroplastos.
Las membranas de lipoproteínas a medida que surgen la base estructural de los procesos de energía en las primeras etapas de la evolución, se supone que los componentes principales de los lípidos de las membranas, fosfolípidos, se formaron en ciertas condiciones biológicas. La formación de complejos lipídicos condujo a la posibilidad de incluir diversos compuestos en ellos, lo que aparentemente fue la base de las funciones catalíticas primarias de estas estructuras.
Llevada a cabo por últimos años Los estudios microscópicos electrónicos han encontrado estructuras de membrana organizadas en los organismos que se encuentran en el nivel más bajo de evolución. En algunas bacterias, las estructuras de las celdas de mezcla fútica de membrana son orgánulos estrechamente envasados \u200b\u200bse encuentran a lo largo de la periferia de la célula y se asocian con membranas citoplásmicas; Además, en las células de las algas verdes, el proceso de fotosíntesis se asocia con un sistema de membranas de doble cerrado: tilacoides localizados en la parte periférica de la célula. En este grupo de organismos fotosintéticos, la clorofila aparece por primera vez, y la formación de orgánulos especializados: cloroplastos se encuentra en algas criptophyted. Están en dos cloroplastos que contienen de uno a varios tilacoides. La estructura similar del aparato fotosintético tiene lugar en otros grupos de algas: rojo, marrón y otros. En el proceso de evolución, la estructura de la membrana del proceso fotosintético es complicada.
Los estudios microscópicos de cloroplastos, la técnica de criooscopia lo hizo posible formular un modelo espacial de la organización de volumen de cloroplastos. El modelo de celosía granular más famoso J. Heslop-Harrison (1964).
Por lo tanto, la fotosíntesis es un proceso complejo de transformación de la energía de la luz en la energía de los enlaces químicos de sustancias orgánicas necesarias para la actividad vital tanto de los propios organismos fotosintéticos como de otros organismos que no son capaces de la síntesis independiente de sustancias orgánicas.
Estudiar los problemas de la fotosíntesis, además de de gran tamaño, tiene un valor aplicado. En particular, los problemas de nutrición, la creación de sistemas de apoyo a la vida para estudios cósmicos, el uso de organismos fotosintéticos para crear varios dispositivos biotecnicos están directamente relacionados con la fotosíntesis.
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El valor de la fotosíntesis en la naturaleza.. Observamos las consecuencias de la fotosíntesis, importante para la existencia de la vida en la Tierra y para los humanos: "Canning" de energía solar; formación de oxígeno libre; la formación de una variedad de compuestos orgánicos; Extracto de la atmósfera de dióxido de carbono.
El rayo de sol es el "invitado de la flota de nuestro planeta" (V. L. Komarov): produce algún tipo de trabajo solo en el momento de la caída, luego se disipa sin rastro e inútil para los seres vivos. Sin embargo, parte de la energía del haz solar, caído en la planta verde, es absorbida por la clorofila y se usa en el proceso de fotosíntesis. En este caso, la energía de la luz se convierte en la potencial energía química de sustancias orgánicas: productos de fotosíntesis. Esta forma de energía es estable y relativamente fija. Persiste hasta la decadencia de los compuestos orgánicos, es decir, indefinidamente largo. Con la oxidación completa de una gramolécula, la glucosa se distingue tanta energía, ya que se absorbe en su formación, 690 kcal. Por lo tanto, las plantas verdes que utilizan energía solar en el proceso de fotosíntesis, inhiben su "futuro". La esencia de este fenómeno bien revela la expresión figurativa K.A. Timiryazev, quien llamó a la planta "Rayos solares enlatados".
Las sustancias orgánicas se conservan bajo ciertas condiciones durante mucho tiempo, a veces muchos millones de años. Cuando se oxidan, se distingue la energía de los rayos solares que han caído en la tierra en esos tiempos distantes. La energía térmica liberada durante la combustión de aceite, carbón, turba, madera, es toda la energía del sol, asimilada y transformada por plantas verdes.
La fuente de energía en el organismo animal es la comida, que también contiene la energía "enlatada" del sol. Vida en el suelo solo desde el sol. Y las plantas: "Estos son los canales para los cuales se vierte la energía del sol en el mundo orgánico de la tierra" (K. a, Timiryazev).
En el estudio de la fotosíntesis, es su lado energético que el destacado científico ruso KA desempeñó un gran papel. Timiryazev (1843-1920). Primero demostró que la ley de conservación de la energía tiene lugar en el mundo orgánico. En aquellos días, esta declaración tuvo un gran significado filosófico y práctico. Timiryazev pertenece a lo mejor de la literatura mundial. Declaración popular de la cuestión del papel cósmico de las plantas verdes.
Uno de los productos de fotosíntesis es el oxígeno libre, que es necesario para respirar casi todos los seres vivos, también hay un tipo de respiración sin oxígeno (anaeróbico), pero mucho menos productivo: cuando se usa cantidades iguales de material respiratorio de energía libre, resulta varias veces menos, ya que orgánico Oxidado no hasta el final. Por lo tanto, está claro que la respiración de oxígeno (aeróbico) proporciona un mayor nivel de vida, rápido crecimiento, reproducción intensiva, amplia asentabilidad de la especie, es decir, todos los fenómenos que caracterizan el progreso biológico.
Se supone que casi todo el oxígeno en la atmósfera de origen biológico. En los primeros períodos de la existencia de la Tierra, la atmósfera del planeta tenía un carácter restaurado. Consistía en hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, amoníaco, metano. Con el advenimiento de las plantas y, en consecuencia, el mundo orgánico de la respiración de oxígeno y oxígeno se elevó a un nuevo y más alto paso y su evolución fue mucho más rápido. En consecuencia, las plantas verdes no solo tienen un valor momentáneo: destacando el oxígeno, la vida útil. En cierta medida, definieron la naturaleza de la evolución del mundo orgánico.
Una consecuencia importante de la fotosíntesis es la formación de compuestos orgánicos. Las plantas sintetizan carbohidratos, proteínas, grasas en una gran variedad de especies. Estas sustancias sirven como alimento para humanos y animales y materias primas para la industria. Las plantas forman caucho, guttaopech, aceites esenciales, resinas, taninos, alcaloides, etc. Los productos de la planta de procesamiento de materias primas son tejidos, papel, tintes, medicamentos y explosivos, fibra artificial, materiales de construcción y mucho más.
La escala de la fotosíntesis es enorme. Cada año es absorbido por las plantas 15.6-10 10 toneladas de dióxido de carbono (1/16 parte de la acción mundial) y 220 mil millones de toneladas de agua. La cantidad de materia orgánica en la Tierra es de 10 14 toneladas, y la masa de las plantas se refiere a la masa de animales como 2200: 1. En este sentido (como los creadores de la materia orgánica), las plantas acuosas, las algas, que habitan en el océano, cuyos productos orgánicos son decenas de veces mayor que la producción de plantas terrestres.
La historia de la apertura de un fenómeno increíble y tan importante, como la fotosíntesis está arraigada profundamente en el pasado. Hace más de cuatro siglos en 1600, el científico belga Yang Van - Gelmont estableció el experimento más simple. Colocó el sauce de sauce en una bolsa donde estaba 80 kg de tierra. El científico registró el peso inicial del sauce, y luego durante cinco años, regando la planta con exclusivamente agua de lluvia. ¿Cuál fue la sorpresa de Jan Wang - Gelmont, cuando se volvió a ponderar el IVA? El peso de la planta aumentó en 65 kg, y la masa de la tierra disminuyó solo 50 gr! Desde donde la planta tomó 64 kg 950 gr. ¡Los nutrientes para el científico siguieron siendo un misterio!
Se atraía el siguiente experimento significativo en la apertura de la fotosíntesis pertenecía a la química inglesa José. El científico puso el mouse debajo de la capucha, y después de cinco horas, había roedor. Cuando se sintieron atraídos, ponga la ramita de la menta con el mouse y también cubrió el roedor con una tapa, el mouse permaneció vivo. Este experimento trajo a un científico a la idea de que hay un proceso opuesto a la respiración. Jan Ingenhauses en 1779 estableció el hecho de que solo las partes verdes de las plantas pueden distinguir el oxígeno. Tres años después, el científico suizo Jean Seybene demostró que el dióxido de carbono, bajo la influencia de los rayos del sol, se descompone en los orgánicos verdes de las plantas. Después de solo cinco años, el científico francés Jacques Bussengo, realizando estudios de laboratorio, descubrió el hecho de que la absorción de las plantas de agua también ocurre durante la síntesis de sustancias orgánicas. El descubrimiento de la época en 1864 hizo alemán Botanist Julius Sax. Logró demostrar que el volumen de dióxido de carbono y el oxígeno extraído se produce en proporción1: 1.
La fotosíntesis es uno de los procesos biológicos más importantes.
Hablando por el lenguaje científico, la fotosíntesis (del Dr.-griego. Ω͂ῶΣ - la luz y el σύνθεσις - Compuesto, unión) es un proceso en el que se forman sustancias orgánicas a partir de dióxido de carbono y agua a la luz. El papel del título en este proceso pertenece a segmentos fotosintéticos.
Si hablamos de manera figurativa, la hoja de la planta se puede comparar con el laboratorio, las ventanas de las cuales van al lado soleado. Es en él que ocurre la formación de sustancias orgánicas. Este proceso es la base de la existencia de todos los vivos en la Tierra.
Muchas personas definitivamente harán la pregunta: cómo la gente respira en la ciudad, donde no es que el árbol, y el trestiki no se llevan bien con el fuego. La respuesta es muy simple. El hecho es que la proporción de plantas terrestres representa solo el 20% del oxígeno liberado por las plantas. Las algas se juegan por el papel dominante en el desarrollo del oxígeno en la atmósfera. Ellos representan el 80% del oxígeno producido. ¡Hablando por números de idiomas, y plantas, y las algas asignan 145 mil millones de toneladas (!) ¡Oxígeno en la atmósfera! No es de extrañar que el Océano Mundial se llame "planetas ligeros".
La fórmula general de la fotosíntesis se ve así:
Agua + dióxido de carbono + luz → carbohidratos + oxígeno
¿Por qué necesitas plantas de fotosíntesis?
Como hemos entendido, la fotosíntesis es una condición necesaria para la existencia de una persona en la Tierra. Sin embargo, esta no es la única razón por la cual los organismos fotosintetesis que producen una producción activa de oxígeno en la atmósfera. El hecho es que las algas, y las plantas forman anualmente más de 100 mil millones de sustancias orgánicas (!), Que conforman la base de sus medios de vida. Recordando el experimento Yana Van-Gelmont, entendemos que la fotosíntesis es la base del poder de las plantas. Se ha demostrado científicamente que el 95% de la cosecha determina las sustancias orgánicas obtenidas por la planta en el proceso de fotosíntesis, y el 5% son los fertilizantes minerales que el jardinero contribuye al suelo.
Los residentes de verano modernos se centran en la nutrición del suelo de las plantas, olvidando su dieta de aire. No se sabe qué tipo de cosecha podría obtener jardineros si estaban cuidadosamente relacionados con el proceso de fotosíntesis.
Sin embargo, ni las plantas ni las algas podrían producir activamente oxígeno y carbohidratos, no sean un pigmento verde increíble: la clorofila.
Misterio de pigmento verde
La principal diferencia de las plantas de las células de otros organismos vivos es la presencia de clorofila. Por cierto, es él quien es el culpable de que las hojas de las plantas están pintadas en verde. Este complejo compuesto orgánico tiene una propiedad increíble: ¡puede absorber la luz del sol! Gracias a la clorofila, también es posible el proceso de fotosíntesis.
Dos etapas de la fotosíntesis.
Discurso lenguajeLa fotosíntesis es un proceso en el que el agua absorbida por la planta y el dióxido de carbono en la luz con clorofila forma azúcar y oxígeno. Por lo tanto, las sustancias inorgánicas se convierten sorprendentemente en orgánica. La conversión resultante del azúcar es una fuente de plantas.
La fotosíntesis tiene dos etapas: luz y oscuridad.
Possíntesis de fase ligera
Se lleva a cabo en las membranas de Tilactov.
Tilakud es estructuras limitadas a la membrana. Se encuentran en el estroma de cloroplasto.
El orden de los acontecimientos de la etapa ligera de la fotosíntesis:
- En la molécula de clorofila, la luz está cayendo, que luego es absorbida por un pigmento verde y lo lleva a un estado excitado. El electrón es parte de la molécula va a más. nivel alto, Participa en el proceso de síntesis.
- La división de agua, durante la cual los protones bajo la influencia de los electrones se convierten en átomos de hidrógeno. Posteriormente, se gastan en la síntesis de carbohidratos.
- En la etapa final de la etapa de la luz, se produce la síntesis de ATP (trifosfato de adenosina). Esta es una sustancia orgánica que desempeña el papel de un acumulador de energía universal en los sistemas biológicos.
La fase oscura de la fotosíntesis.
La ubicación de la fase oscura es una punta de cloroplastos. Es durante la fase oscura que ocurre la síntesis de oxígeno y glucosa. Muchos pensarán que este nombre es esta fase porque el proceso que se produce dentro de esta etapa se realiza exclusivamente por la noche. De hecho, no es del todo cierto. La síntesis de glucosa se produce a la vuelta del reloj. El hecho es que está en esta etapa que la energía de la luz ya no se gasta, y por lo tanto, simplemente no es necesario.
El valor de la fotosíntesis para las plantas.
Ya hemos determinado el hecho de que PhotoEnteste sea necesaria por las plantas no menos que nosotros. La escala de la fotosíntesis es muy fácil de hablar en el idioma de los números. ¡Los científicos calcularon que solo las plantas de sushi son solares que la energía solar, ya que se pueden consumir 100 megaciudades durante 100 años!
La respiración de las plantas es un proceso opuesto a la fotosíntesis. El significado de la respiración de las plantas es eximir la energía en el proceso de fotosíntesis y dirección a las necesidades de las plantas. En lenguaje simple, el cultivo es la diferencia entre la fotosíntesis y la respiración. ¡Cuanta más fotosíntesis y por debajo del aliento, más cosecha y viceversa!
¡La fotosíntesis es un proceso increíble que hace una posible vida en la Tierra!
Fotosíntesis - Esta es una combinación de la síntesis de compuestos orgánicos de inorgánicos debido a la transformación de la energía de la luz en la energía de los enlaces químicos. Las plantas verdes pertenecen a organismos fotótróficos, algunos procariotas: cianobacterias, serbacterias púrpuras y verdes, vegetales Flagella.
Los estudios del proceso de fotosíntesis comenzaron en la segunda mitad del siglo XVIII. Un descubrimiento importante hizo un destacado científico ruso K. A. Timiryazev, quien justificó la doctrina del papel cósmico de las plantas verdes. Las plantas absorben los rayos del sol y convierten la energía de la luz en la energía de los enlaces químicos sintetizados con compuestos orgánicos. Por lo tanto, aseguran la preservación y el desarrollo de la vida en la Tierra. El científico también justificó teóricamente y experimentó experimentalmente el papel de la clorofila en la absorción de la luz en el proceso de fotosíntesis.
Las clorofilas son esenciales de los pigmentos fotosintéticos. En la estructura, son similares a la gema de hemoglobina, pero en lugar de hierro contienen magnesio. El contenido de hierro es necesario para garantizar la síntesis de las moléculas de clorofila. Hay varias clorofilas que se distinguen por su estructura química. Obligatorio para todos los fototrofs es clorofila A. . Clorofilab. ocurre en plantas verdes, clorofila S. - En diatomeas y algas marrones. Clorofila D. Caracterizado para algas rojas.
Las bacterias fotosintéticas verdes y púrpuras tienen especial bacterioculorófilas . La fotosíntesis de las bacterias tiene mucho en común con la fotosíntesis de las plantas. Se distingue por el hecho de que el hidrógeno del donante de bacterias es sulfuro de hidrógeno, y en plantas - agua. Las bacterias verdes y púrpuras no tienen un sistema de fúturas II. La fotosíntesis bacteriana no está acompañada por la liberación de oxígeno. Ecuación total de la fotosíntesis bacteriana:
6C0 2 + 12H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 12S + 6H 2 0.
En el corazón de la fotosíntesis es el proceso redox. Se asocia con la transferencia de electrones de conexiones: proveedores de electrones, donantes a compuestos que son percibidos por los aceptadores. La energía ligera se convierte en la energía de los compuestos orgánicos sintetizados (carbohidratos).
En las membranas de cloroplastos hay estructuras especiales. centros de reacción que contienen clorofila. Las plantas verdes y las cianobacterias distinguen a dos. fotos de archivo – primero yo) y segundo (ii) que tienen diferentes centros de reacción y están interconectados a través del sistema de transferencia de electrones.
Dos fases de fotosíntesis.
El proceso de fotosíntesis de dos fases consiste: luz y oscuridad.
Ocurre solo en presencia de luz sobre las membranas internas de mitocondrias en las membranas de estructuras especiales. tileoides . Pigmentos fotosintéticos Capture Light Quanta (Photons). Esto conduce a una "excitación" de uno de los electrones de la molécula de clorofila. Con la ayuda de moléculas, el electrón se está moviendo a la superficie exterior de la membrana tilacoide, adquiriendo cierta energía potencial.
Este electrón B. photosystem I. Puede volver a su nivel de energía y restaurarlo. NCTF (Nicotinydadenindinucleótido fosfato) también se puede transmitir. Interactuando con iones de hidrógeno, los electrones restauran este compuesto. El NADF restaurado (NADPH) suministra hidrógeno para restaurar la atmosférica C0 2 a glucosa.
Tales procesos ocurren en photosystem II. . Los electrones excitados se pueden transmitir al sistema de fotos I y restaurarlo. La restauración del Photosystem II se produce debido a los electrones que suministran moléculas de agua. Las moléculas de agua están divididas. (fotoliz de agua) En protones de hidrógeno y oxígeno molecular, que se libera en la atmósfera. Los electrones se utilizan para restaurar el fotosistema II. Ecuación del fútbol del agua:
2h 2 0 → 4n + + 0 2 + 2e.
Cuando los electrones regresan de la superficie exterior de la membrana tilacoide al nivel de energía anterior, se distingue la energía. Está cubierto en forma de enlaces químicos de moléculas ATP, que se sintetizan durante las reacciones en ambos sistemas de fotos. El proceso de síntesis de ATP con ADP y ácido fosfórico se llama fosfaelación fotográfica . Parte de la energía se usa para evaporar agua.
Durante la fase ligera de la fotosíntesis, los compuestos ricos se forman: ATP y NADF N. Cuando se descompone (Photolidium), el oxígeno molecular de agua se libera en la atmósfera de agua a la atmósfera.
Las reacciones proceden en el medio interno de cloroplastos. Pueden ocurrir tanto en presencia de luz como sin ella. Las sustancias orgánicas se sintetizan (C0 2 se restaura a la glucosa) utilizando energía que se formó en la fase ligera.
El proceso de restauración del dióxido de carbono es cíclico y llamado. ciclo de Calvin . Nombrado en honor al investigador estadounidense M. Calvin, quien descubrió este proceso cíclico.
Un ciclo comienza con una reacción del dióxido de carbono atmosférico con ribulofosfosfato. Cataliza el proceso de enzimas. carboxilasa . El ribuleoobifosfato es un azúcar de cinco carbonos, conectado a dos residuos de ácido fosfórico. Ocurren una serie de transformaciones químicas, cada una de las cuales cataliza su enzima específica. Como el producto final de las formas de fotosíntesis. glucosa y también restaura el ribulofosfosfato.
La ecuación total del proceso de fotosíntesis:
6C0 2 + 6N 2 0 → C 6H 12 O 6 + 60 2
Gracias al proceso de fotosíntesis, la energía de la luz del sol se absorbe y se convierte en la energía de los enlaces químicos de los carbohidratos sintetizados. Por cadenas de suministro, la energía se transmite por organismos heterotróficos. En el proceso de fotosíntesis, se absorbe el dióxido de carbono y se distingue el oxígeno. Todo el oxígeno atmosférico tiene origen fotosintético. Más de 200 mil millones de toneladas de oxígeno libre se destacan anualmente. El oxígeno protege la vida en la tierra de la radiación ultravioleta, creando una pantalla de atmósfera de ozono.
El proceso de fotosíntesis es ineficaz, ya que solo el 1-2% de la energía solar se traduce en la materia orgánica sintetizada. Esto se debe al hecho de que las plantas no absorben lo suficientemente ligeras, una parte de la misma es absorbida por la atmósfera, etc. La mayor parte de la luz del sol se refleja desde la superficie de la tierra hacia atrás al espacio.
