Фотосинтез растений

Что такое фотосинтез растений?

 

 

Фотосинтез — это процесс, в котором растения и другие организмы используют энергию света для превращения углекислого газа и воды в простую сахарную глюкозу. При этом фотосинтез обеспечивает основной источник энергии практически для всех организмов.

 

Основная функция фотосинтеза состоит в том, чтобы преобразовать солнечную энергию в химическую энергию и затем сохранить эту химическую энергию для будущего использования. По большей части живые системы планеты приводятся в действие этим процессом. Это не особенно эффективно по стандартам человеческого инжиниринга, но оно делает свою работу. Фотосинтез происходит в областях клетки, называемых хлоропластами.

 

 

Фотосинтез имеет далеко идущие последствия. Как и растения, люди и другие животные зависят от глюкозы в качестве источника энергии, но они не могут производить ее самостоятельно и в конечном итоге должны полагаться на глюкозу, вырабатываемую растениями. Кроме того, кислород, которым дышат люди и другие животные, — это кислород, выделяющийся во время фотосинтеза. Люди также зависят от древних продуктов фотосинтеза, известных как ископаемое топливо, для обеспечения большей части нашей современной промышленной энергии. Эти ископаемые виды топлива, в том числе природный газ, уголь и нефть, состоят из сложной смеси углеводородов, остатков организмов, которые полагались на фотосинтез миллионы лет назад. Таким образом, практически вся жизнь на земле, прямо или косвенно, зависит от фотосинтеза как источника пищи, энергии и кислорода, что делает его одним из самых важных биохимических процессов, известных.

 

 

Продукты фотосинтеза растений

 

 

Фотосинтез происходит у зеленых растений, морских водорослей и некоторых бактерий. Эти организмы являются настоящими сахарными фабриками, производящими миллионы новых молекул глюкозы в секунду. Растения используют большую часть этой глюкозы, углевода, в качестве источника энергии для создания листьев, цветов, фруктов и семян. Они также превращают глюкозу в целлюлозу, структурный материал, используемый в их клеточных стенках. Однако большинство растений производят больше глюкозы, чем используют, и хранят ее в форме крахмала и других углеводов в корнях, стеблях и листьях. Затем растения могут использовать эти резервы для получения дополнительной энергии или строительных материалов. Каждый год фотосинтезирующие организмы производят около 170 миллиардов тонн дополнительных углеводов, около 30 тонн на каждого человека на земле.

Чрезвычайно важным побочным продуктом фотосинтеза является кислород, от которого зависит большинство организмов.

 

 

 

К продуктам фотосинтеза растений относятся:

 

 

  • Липиды
  • Белки
  • Аминокислоты
  • Пигменты и органические компоненты

 

 

 

 

Хлорофилл и фотосинтез растений

 

 

 

Фотосинтетические клетки содержат специальные пигменты, которые поглощают энергию света. Различные пигменты реагируют на различные длины волн видимого света. Хлорофилл, основной пигмент, используемый в фотосинтезе, отражает зеленый свет и наиболее сильно поглощает красный и синий свет.

 

У растений фотосинтез происходит в хлоропластах, которые содержат хлорофилл.

 

Хлорофилл А является основным пигментом, используемым в фотосинтезе, но существует несколько типов хлорофилла и множество других пигментов, которые реагируют на свет, включая красные, коричневые и синие пигменты. Эти другие пигменты могут помочь направить световую энергию на хлорофилл А или защитить клетку от фотоповреждений.

 

Например, фотосинтетические протисты, называемые динофлагеллятами, которые ответственны за «красные приливы», (часто приводят к предупреждению употребления в пищу моллюсков), содержат различные светочувствительные пигменты, как хлорофилл, так и красные пигменты, ответственные за их предупреждающее окрашивание.

 

 

Фазы фотосинтеза растений

 

 

Внутри хлоропласта фотосинтез происходит в две отдельные фазы:

 

Фотосинтез. Фаза I

 

Составляет световые реакции, потому и называется световой.

Приводимая в действие световой энергией, вода окисляется: она разделяется на электроны и протоны с высокой энергией. Эти электроны и протоны используются для восстановления окисленного электронного носителя NADP до его восстановленной высокоэнергетической формы NADPH. Энергия, полученная во время световых реакций, также используется для преобразования низкоэнергетического АДФ и неорганического фосфата в высокоэнергетическую АТФ. Продуктом отходов (но одним из важнейших для аэробных организмов, таких как мы) является кислород, обозначенный цифрой. Все это происходит в тилакоидных мешочках с выходом световых реакций, перемещающихся в строму для поддержки второй фазы фотосинтеза.

 

               

Фотосинтез. Фаза II

 

Вторая фаза фотосинтеза использует продукты Фазы 1 в качестве входных данных (исключая кислород, который проникает в атмосферу). Фаза 2 известна как цикл Кальвина, в честь биохимика из Беркли Мелвина Кальвина, который получил Нобелевскую премию за совместное открытие цикла в 1961 году. Поскольку цикл Кальвина не зависит напрямую от света, вторую фазу называют темновой.

 

Во время цикла Кальвина ключевым внешним входом является диоксид углерода. Используя энергию от АТФ, а также электроны и водород от обогащенного энергией восстановленного электронного носителя NADPH, диоксид углерода восстанавливается, превращаясь в трехуглеродный глицеральдегидфосфат или G3P, которые могут быть преобразованы в глюкозу или что-либо еще, в чем нуждается растение.

 

 

Фотосинтез в листьях растений

 

 

Структура листа это компромиссы между максимизацией площади поверхности для поглощения света при минимизации потерь воды. Чтобы предотвратить потерю воды, восковая кутикула покрывает верхний и нижний эпидермис. Основная функция эпидермиса — защитная, и большая часть способа защиты заключается в выделении воскообразного слоя на уровне восковой кутикулы.

 

Внутри листа большая часть фотосинтеза происходит в середине, раздел, называемый мезофиллом. Клетки, из которых состоит мезофилл, включают хлоропласты.

 

 

Вода попадает в лист через пучки сосудистой ткани, которые мы обычно называем венами. Вены также позволяют сахару покидать лист и перемещаться в другие части растения, где они могут, в растении, таком как картофель, превращаться в полисахариды, такие как крахмал, для длительного хранения энергии.

 

Углекислый газ попадает в растение через поры на нижнем эпидермисе. Эти поры называются устьицами, и они образованы защитными ячейками, которые могут изменять форму, чтобы регулировать размер отверстия устья, даже до точки закрытия, когда растение испытывает недостаток воды.

 

Внутри листа находятся две другие фотосинтетические ткани. Чуть ниже верхнего эпидермиса находится слой плотно прижатых фотосинтезирующих клеток, которые подвергаются большей части фотосинтеза в растениях, мезофилла палисада. Непосредственно под этим слоем находятся фотосинтетические клетки, которые гораздо более распространены, известные как губчатый мезофилл. Когда защитные камеры находятся близко к воде, этот слой служит резервуаром углекислого газа, который позволяет продолжить фотосинтез даже в замкнутой системе. То есть до тех пор, пока весь газ не будет зафиксирован.

 

Вода поглощается корнями растения и перемещается по сосудистой системе тканями, известными как ксилемы. Вода поступает в лист и поглощается в фотосинтетических клетках путем осмоса, в сочетании с углекислым газом для производства глюкозы и кислорода. Глюкоза либо используется клеткой напрямую, либо переносится в сосудистую ткань, которая транспортирует глюкозу в другие клетки, неспособные к фотосинтезу (т.е. корни) в сосудистой ткани, известной как флоэма.

 

 

Фотосинтез в клетках растений

 

 

Как известно, фотосинтез осуществляется в хлоропластах.

 

Если рассмотреть хлоропласт под микроскопом, можно увидеть несколько остатков его бактериального происхождения. Как и митохондрии (еще один эндосимбионт), хлоропласты имеют двойную мембрану, пережиток древнего эндоцитоза (когда его цианобактериальный предок был поглощен более крупной клеткой и по какой-то причине не переварился). Внешняя мембрана, является остатком пузырька, который принадлежал клетке, которая охватила исходный хлоропласт. Внутренняя мембрана, является остатком мембраны этого исходного хлоропласта.

 

Хлоропласты поглощают солнечный свет и используют его в сочетании с водой и углекислым газом для производства продуктов питания для растения. Они улавливают световую энергию солнца, чтобы произвести свободную энергию, запасенную в АТФ и НАДФН, посредством процесса, называемого фотосинтезом.

 

Хлоропласты встречаются только в растениях и фотосинтезирующих водорослях. (Люди и другие животные не имеют хлоропластов.)

 

Хлоропласты представляют собой дискообразные органеллы, найденные в цитозоле клетки. Они имеют внешнюю и внутреннюю мембраны с межмембранным пространством между ними. Если вы пройдете через два слоя мембраны и достигнете места в центре, вы обнаружите, что он содержит мембранные диски, известные как тилакоиды, расположенные во взаимосвязанных стопках, называемых грана.

 

Мембрана тилакоидного диска содержит светособирающие комплексы, которые включают хлорофилл, пигмент, который придает растениям зеленый цвет. Тилакоидные диски являются полыми, и пространство внутри диска называется тилакоидным пространством или просветом, в то время как заполненное жидкостью пространство, окружающее тилакоиды, называется стромой.

 

Хлоропласты являются одной из многих уникальных органелл в организме.

В этом отношении они похожи на митохондрии, но встречаются только в растениях и протистах.

Обе органеллы окружены двухклеточной композитной мембраной с межмембранным пространством; оба имеют свою собственную ДНК и участвуют в энергетическом обмене; и у обоих есть сетчатки, заполняющие их внутренние пространства.

 

 

Значение фотосинтеза для растений

 

 

— Фотосинтез обеспечивает пищу для растений. Процесс фотосинтеза происходит в зеленых растениях, которые являются основными производителями в пищевой цепи.

 

— Фотосинтез необходим для поддержания жизни. Это основной источник кислорода и энергии для всех живых организмов.

 

— Фотосинтез помогает в росте и развитии растений.

 

— Он превращает атмосферный углекислый газ (выделяемый при дыхании и других видах деятельности) обратно в кислород.

 

— В процессе фотосинтеза образовавшиеся углеводы, используются для создания клеточных структур — клеточных стенок целлюлозы.

 

 

 

Деревья и другие зеленые растения практикуют дыхание также как животные, но они также практикуют фотосинтез. Вот почему экологи классифицируют зеленые растения как «производителей», а большинство других форм жизни — как «потребителей». Речь идет об энергии. Хорошо, есть и разложители, но это уже другая история, и они все еще зависят от энергии, получаемой производителями.

 

Деревья часто считаются главным генератором кислорода для планеты, но это не совсем верно. Большая часть планеты покрыта водой, и коллективный фотосинтез низших водорослей является настоящей кислородной машиной.

 

Тем не менее, деревья и леса действительно являются значительными производителями кислорода. Однако, если бы кислород был единственным преимуществом деревьев и лесов, мы могли бы легко жить без них. А некоторые леса на самом деле производят больше углекислого газа, чем кислорода. К счастью, преимущества как деревьев, так и лесов простираются далеко за пределы чего-то такого узкого, как производство кислорода.

 

Фотосинтез важен для живых организмов, потому что это источник кислорода номер один в атмосфере. Без фотосинтеза углеродный цикл не состоялся бы, жизнь, требующая кислорода, не выжила бы, и растения погибли бы. Зеленые растения и деревья используют фотосинтез для производства пищи из солнечного света, углекислого газа и воды в атмосфере: это их основной источник энергии. Важность фотосинтеза в нашей жизни — это кислород, который он производит. Без фотосинтеза на планете практически не было бы кислорода.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Яндекс.Метрика