Značaj svijetle i tamne faze fotosinteze. Svetlosna faza fotosinteze

Kako se energija sunčeve svjetlosti u svjetlosnoj i tamnoj fazi fotosinteze pretvara u energiju kemijskih veza glukoze? Objasnite odgovor.

Odgovori

U svjetlosnoj fazi fotosinteze, energija sunčeve svjetlosti se pretvara u energiju pobuđenih elektrona, a zatim se energija pobuđenih elektrona pretvara u energiju ATP-a i NADP-H2. U tamnoj fazi fotosinteze, energija ATP-a i NADP-H2 pretvara se u energiju hemijskih veza glukoze.

Šta se dešava tokom svetlosne faze fotosinteze?

Odgovori

Elektroni klorofila, pobuđeni energijom svjetlosti, idu duž lanaca transporta elektrona, njihova energija je pohranjena u ATP i NADP-H2. Dolazi do fotolize vode, oslobađa se kiseonik.

Koji su glavni procesi koji se odvijaju tokom mračne faze fotosinteze?

Odgovori

Od ugljičnog dioksida dobivenog iz atmosfere i vodonika dobivenog u svjetlosnoj fazi nastaje glukoza zahvaljujući energiji ATP-a dobivenog u svjetlosnoj fazi.

Koja je funkcija hlorofila u biljnoj ćeliji?

Odgovori

Klorofil je uključen u proces fotosinteze: u svjetlosnoj fazi hlorofil apsorbira svjetlost, elektron hlorofila prima svjetlosnu energiju, odvaja se i ide duž lanca transporta elektrona.

Kakvu ulogu imaju elektroni hlorofila u fotosintezi?

Odgovori

Elektroni klorofila, pobuđeni sunčevom svjetlošću, prolaze kroz lance transporta elektrona i predaju svoju energiju formiranju ATP-a i NADP-H2.

U kojoj fazi fotosinteze nastaje slobodni kiseonik?

Odgovori

U svjetlosnoj fazi, tokom fotolize vode.

U kojoj fazi fotosinteze dolazi do sinteze ATP-a?

Odgovori

svetlosna faza.

Šta je izvor kiseonika tokom fotosinteze?

Odgovori

Voda (kiseonik se oslobađa tokom fotolize vode).

Brzina fotosinteze ovisi o ograničavajućim (ograničavajućim) faktorima, među kojima su svjetlost, koncentracija ugljičnog dioksida, temperatura. Zašto ovi faktori ograničavaju reakcije fotosinteze?

Odgovori

Svetlost je neophodna za pobuđivanje hlorofila, snabdeva energijom za proces fotosinteze. Ugljični dioksid je potreban u tamnoj fazi fotosinteze; iz njega se sintetizira glukoza. Promjena temperature dovodi do denaturacije enzima, usporavaju se reakcije fotosinteze.

U kojim metaboličkim reakcijama u biljkama je ugljični dioksid početna tvar za sintezu ugljikohidrata?

Odgovori

u reakcijama fotosinteze.

U listovima biljaka intenzivno se odvija proces fotosinteze. Da li se javlja u zrelim i nezrelim plodovima? Objasnite odgovor.

Odgovori

Fotosinteza se odvija u zelenim dijelovima biljaka izloženim svjetlosti. Dakle, fotosinteza se događa u kožici zelenih plodova. Unutar ploda i u kožici zrelih (ne zelenih) plodova, fotosinteza se ne dešava.

Kao što naziv implicira, fotosinteza je u suštini prirodna sinteza organskih tvari, pretvarajući CO2 iz atmosfere i vode u glukozu i slobodni kisik.

Za to je potrebno prisustvo sunčeve energije.

Hemijska jednačina procesa fotosinteze može se općenito predstaviti na sljedeći način:

Fotosinteza ima dvije faze: tamnu i svijetlu. Hemijske reakcije tamne faze fotosinteze značajno se razlikuju od reakcija svjetlosne faze, ali tamna i svijetla faza fotosinteze zavise jedna od druge.

Svjetlosna faza se može pojaviti u listovima biljaka isključivo na sunčevoj svjetlosti. Za tamni je neophodno prisustvo ugljičnog dioksida, zbog čega ga biljka mora stalno apsorbirati iz atmosfere. Sve komparativne karakteristike tamne i svijetle faze fotosinteze će biti date u nastavku. Za to je napravljena uporedna tabela "Faze fotosinteze".

Svetlosna faza fotosinteze

Glavni procesi u svjetlosnoj fazi fotosinteze odvijaju se u tilakoidnim membranama. Uključuje hlorofil, proteine nosače elektrona, ATP sintetazu (enzim koji ubrzava reakciju) i sunčevu svjetlost.

Nadalje, mehanizam reakcije se može opisati na sljedeći način: kada sunčeva svjetlost udari u zeleno lišće biljaka, u njihovoj strukturi se pobuđuju elektroni klorofila (negativni naboj), koji, prešavši u aktivno stanje, napuštaju molekulu pigmenta i završavaju na vanjska strana tilakoida, čija je membrana također negativno nabijena. Istovremeno, molekule klorofila se oksidiraju i već oksidirane se obnavljaju, oduzimajući tako elektrone iz vode koja se nalazi u strukturi lista.

Ovaj proces dovodi do toga da se molekule vode razgrađuju, a ioni nastali kao rezultat fotolize vode doniraju svoje elektrone i pretvaraju se u takve OH radikale koji su u stanju provoditi dalje reakcije. Nadalje, ovi reaktivni OH radikali se kombiniraju, stvarajući punopravne molekule vode i kisika. U tom slučaju slobodni kisik se oslobađa u vanjsko okruženje.

Kao rezultat svih ovih reakcija i transformacija, tilakoidna membrana lista je s jedne strane pozitivno nabijena (zbog H+ jona), as druge negativno (zbog elektrona). Kada razlika između ovih naboja na dvije strane membrane dostigne više od 200 mV, protoni prolaze kroz posebne kanale enzima ATP sintetaze i zbog toga se ADP pretvara u ATP (kao rezultat procesa fosforilacije). A atomski vodonik, koji se oslobađa iz vode, vraća specifični nosač NADP + u NADP H2. Kao što vidite, kao rezultat svjetlosne faze fotosinteze, javljaju se tri glavna procesa:

ATP sinteza;
stvaranje NADP-a H2;
stvaranje slobodnog kiseonika.

Potonji se oslobađa u atmosferu, a NADP H2 i ATP učestvuju u tamnoj fazi fotosinteze.

Tamna faza fotosinteze

Tamnu i svijetlu fazu fotosinteze karakterizira velika potrošnja energije od strane biljke, ali tamna faza teče brže i zahtijeva manje energije. Reakcije tamne faze ne zahtijevaju sunčevu svjetlost, tako da se mogu javiti danju ili noću.

Svi glavni procesi ove faze odvijaju se u stromi biljnog hloroplasta i predstavljaju svojevrsni lanac uzastopnih transformacija ugljičnog dioksida iz atmosfere. Prva reakcija u takvom lancu je fiksacija ugljičnog dioksida. Kako bi se odvijao lakše i brže, priroda je obezbijedila enzim RiBP-karboksilazu, koji katalizira fiksaciju CO2.

Tada se događa cijeli ciklus reakcija čiji završetak je pretvaranje fosfoglicerinske kiseline u glukozu (prirodni šećer). Sve ove reakcije koriste energiju ATP-a i NADP-a H2, koji su nastali u svjetlosnoj fazi fotosinteze. Osim glukoze, kao rezultat fotosinteze nastaju i druge tvari. Među njima su razne aminokiseline, masne kiseline, glicerol, kao i nukleotidi.

Faze fotosinteze: uporedna tabela

*Kriterijumi poređenja*	*svetlosna faza*	*Tamna faza*
sunčeva svetlost	Obavezno	Nije potrebno
Lokacija reakcija	Chloroplast grana	Stroma hloroplasta
Ovisnost o izvoru energije	Zavisi od sunčeve svjetlosti	Zavisi od ATP-a i NADP-a H2 nastalih u svjetlosnoj fazi i od količine CO2 iz atmosfere
početni materijali	Hlorofil, proteini nosači elektrona, ATP sintetaza	Ugljen-dioksid
Suština faze i šta se formira	Oslobađa se slobodni O2, formiraju se ATP i NADP H2	Stvaranje prirodnog šećera (glukoze) i apsorpcija CO2 iz atmosfere

Fotosinteza - video

Preciznije, ugljični dioksid (CO 2 ) je vezan u tamnoj fazi.

Ovaj proces je višestepeni, u prirodi postoje dva glavna načina: C3-fotosinteza i C4-fotosinteza. Latinsko slovo C označava atom ugljika, broj iza njega je broj ugljikovih atoma u primarnom organskom proizvodu tamne faze fotosinteze. Dakle, u slučaju C 3 puta, fosfoglicerinska kiselina sa tri ugljika, koja se naziva FHA, smatra se primarnim proizvodom. U slučaju C 4 puta, prvi organski spoj u vezivanju ugljičnog dioksida je četverougljična oksalooctena kiselina (oksaloacetat).

C 3 fotosinteza se naziva i Calvinov ciklus, po naučniku koji ju je proučavao. C4-fotosinteza uključuje Calvinov ciklus, međutim, ne sastoji se samo od njega i naziva se Hatch-Slack ciklus. U umjerenim geografskim širinama česte su biljke C 3, u tropskim - C 4 .

Tamne reakcije fotosinteze odvijaju se u stromi hloroplasta.

Calvinov ciklus

Prva reakcija Calvinovog ciklusa je karboksilacija ribuloza-1,5-bisfosfata (RiBP). Karboksilacija- ovo je dodavanje molekule CO 2, što rezultira stvaranjem karboksilne grupe -COOH. RiBP je riboza (šećer s pet ugljika) u kojem su fosfatne grupe (formirane fosfornom kiselinom) vezane za terminalne atome ugljika:

Hemijska formula RiBF-a

Reakciju katalizira enzim ribuloza-1,5-bisfosfat-karboksilaza-oksigenaza ( RubisCO). Može katalizirati ne samo vezivanje ugljičnog dioksida, već i kisika, na što ukazuje riječ "oksigenaza" u njegovom nazivu. Ako RuBisCO katalizira reakciju dodavanja kisika supstratu, tada se tamna faza fotosinteze više ne odvija duž puta Calvinovog ciklusa, već duž putanje fotorespiracija, što je u principu štetno za biljku.

Kataliza reakcije dodavanja CO 2 u RiBP odvija se u nekoliko koraka. Kao rezultat, formira se nestabilno organsko jedinjenje sa šest ugljika, koje se odmah raspada na dva molekula sa tri ugljika. fosfoglicerinske kiseline(FGK).

Hemijska formula fosfoglicerinske kiseline

Nadalje, FGK se u nekoliko enzimskih reakcija, nastavljajući sa trošenjem energije ATP-a i redukcijske moći NADP H 2, pretvara u fosfogliceraldehid (PGA), također tzv. trioz fosfat.

Manji dio PHA napušta Calvinov ciklus i koristi se za sintezu složenijih organskih tvari, poput glukoze. On, zauzvrat, može polimerizirati u škrob. Druge supstance (aminokiseline, masne kiseline) nastaju uz učešće različitih polaznih supstanci. Takve se reakcije uočavaju ne samo u biljnim stanicama. Stoga, ako promatramo fotosintezu kao jedinstveni fenomen stanica koje sadrže hlorofil, onda se ona završava sintezom PHA, a ne glukoze.

Većina PHA molekula ostaje u Calvinovom ciklusu. Sa njim se dešavaju brojne transformacije, usled čega se PHA pretvara u RiBF. Takođe koristi energiju ATP-a. Dakle, RiBP se regeneriše da veže nove molekule ugljičnog dioksida.

Hatch-Slack ciklus

Kod mnogih biljaka na vrućim staništima tamna faza fotosinteze je nešto složenija. U procesu evolucije, C 4 fotosinteza se pojavila kao efikasniji način hvatanja ugljičnog dioksida, kada se povećala količina kisika u atmosferi, a RuBisCO je počeo da se troši na neefikasno fotorespiraciju.

Postoje dvije vrste fotosintetskih ćelija u C4 biljkama. U hloroplastima mezofila lista javlja se svjetlosna faza fotosinteze i dio tamne faze, odnosno vezivanje CO 2 sa fosfoenolpiruvat(FEP). Kao rezultat, formira se organska kiselina sa četiri ugljika. Dalje, ova kiselina se transportuje do hloroplasta ćelija koje oblažu provodni snop. Ovdje se od njega enzimski odvaja molekul CO 2, koji zatim ulazi u Calvinov ciklus. Trougljična kiselina preostala nakon dekarboksilacije - pyruvic- vraća se u ćelije mezofila, gde se ponovo pretvara u FEP.

Iako je Hatch-Slack ciklus energetski intenzivnija varijanta tamne faze fotosinteze, enzim koji veže CO 2 i PEP je efikasniji katalizator od RuBisCO. Osim toga, ne reagira s kisikom. Transport CO2 uz pomoć organske kiseline do dubljih stanica, kojima je otežana opskrba kisikom, ovdje dovodi do povećanja koncentracije ugljičnog dioksida, a RuBisCO se gotovo ne troši na vezivanje molekularnog kisika.

Kako objasniti tako složen proces kao što je fotosinteza, kratko i jasno? Biljke su jedini živi organizmi koji mogu proizvoditi vlastitu hranu. Kako to rade? Za rast primaju sve potrebne tvari iz okoline: ugljični dioksid - iz zraka, vode i - iz tla. Takođe im je potrebna energija iz sunčeve svetlosti. Ova energija pokreće određene hemijske reakcije tokom kojih se ugljični dioksid i voda pretvaraju u glukozu (hrana) i fotosinteza. Kratko i jasno, suština procesa se može objasniti i deci školskog uzrasta.

"Zajedno sa svetlošću"

Riječ "fotosinteza" dolazi od dvije grčke riječi - "foto" i "sinteza", kombinacije koja u prijevodu znači "zajedno sa svjetlom". Sunčeva energija se pretvara u hemijsku energiju. Hemijska jednadžba fotosinteze:

6CO 2 + 12H 2 O + svjetlost \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

To znači da se 6 molekula ugljičnog dioksida i dvanaest molekula vode koristi (zajedno sa sunčevom svjetlošću) za proizvodnju glukoze, što rezultira šest molekula kisika i šest molekula vode. Ako ovo predstavimo u obliku verbalne jednadžbe, dobićemo sljedeće:

Voda + sunce => glukoza + kiseonik + voda.

Sunce je veoma moćan izvor energije. Ljudi ga uvijek pokušavaju koristiti za proizvodnju struje, izolaciju kuća, grijanje vode i tako dalje. Biljke su "shvatile" kako da koriste solarnu energiju prije milionima godina jer je to bila neophodna za njihov opstanak. Fotosinteza se može kratko i jasno objasniti na sljedeći način: biljke koriste svjetlosnu energiju sunca i pretvaraju je u kemijsku energiju, a rezultat toga je šećer (glukoza), čiji se višak pohranjuje kao škrob u listovima, korijenu, stabljici. i sjemenke biljke. Energija sunca prenosi se na biljke, kao i na životinje koje te biljke jedu. Kada su biljci potrebne hranljive materije za rast i druge životne procese, ove rezerve su veoma korisne.

Kako biljke apsorbuju sunčevu energiju?

Govoreći o fotosintezi kratko i jasno, vrijedi se dotaknuti pitanja kako biljke uspijevaju apsorbirati sunčevu energiju. To je zbog posebne strukture listova, koja uključuje zelene ćelije - hloroplaste, koji sadrže posebnu tvar zvanu klorofil. To je ono što listovima daje zelenu boju i odgovorno je za apsorpciju energije sunčeve svjetlosti.

Zašto je većina listova široka i ravna?

Fotosinteza se odvija u listovima biljaka. Iznenađujuća je činjenica da su biljke vrlo dobro prilagođene da hvataju sunčevu svjetlost i apsorbiraju ugljični dioksid. Zbog široke površine, uhvatit će se mnogo više svjetla. Iz tog razloga su solarni paneli, koji se ponekad postavljaju na krovove kuća, također široki i ravni. Što je veća površina, to je bolja apsorpcija.

Šta je još važno za biljke?

Baš kao i ljudima, i biljkama su potrebni nutrijenti i nutrijenti da bi ostale zdrave, rasle i dobro funkcionirale. Dobijaju minerale otopljene u vodi iz tla kroz svoje korijenje. Ako zemljištu nedostaju mineralne hranjive tvari, biljka se neće normalno razvijati. Poljoprivrednici često testiraju tlo kako bi bili sigurni da ima dovoljno hranjivih tvari za rast usjeva. Inače pribjegavajte upotrebi gnojiva koja sadrže esencijalne minerale za ishranu i rast biljaka.

Zašto je fotosinteza toliko važna?

Objašnjavajući djeci kratko i jasno fotosintezu, vrijedi spomenuti da je ovaj proces jedna od najvažnijih kemijskih reakcija na svijetu. Koji su razlozi za ovako glasnu izjavu? Prvo, fotosinteza hrani biljke, koje zauzvrat hrane sva druga živa bića na planeti, uključujući životinje i ljude. Drugo, kao rezultat fotosinteze, kisik neophodan za disanje se oslobađa u atmosferu. Sva živa bića udišu kisik i izdišu ugljični dioksid. Srećom, biljke rade suprotno, zbog čega su ljudima i životinjama veoma važne da dišu.

Zadivljujući proces

Ispostavilo se da i biljke znaju disati, ali, za razliku od ljudi i životinja, apsorbiraju ugljični dioksid iz zraka, a ne kisik. Biljke takođe piju. Zato ih treba zalijevati, inače će uginuti. Uz pomoć korijenskog sistema, voda i hranjive tvari se prenose do svih dijelova biljnog tijela, a ugljični dioksid se apsorbira kroz male rupice na listovima. Okidač za pokretanje hemijske reakcije je sunčeva svetlost. Sve nastale metaboličke produkte biljke koriste za ishranu, kisik se oslobađa u atmosferu. Tako možete ukratko i jasno objasniti kako se odvija proces fotosinteze.

Fotosinteza: svijetla i tamna faza fotosinteze

Proces koji se razmatra sastoji se od dva glavna dijela. Postoje dvije faze fotosinteze (opis i tabela - ispod). Prva se zove svetlosna faza. Javlja se samo u prisustvu svjetlosti u tilakoidnim membranama uz učešće hlorofila, proteina nosača elektrona i enzima ATP sintetaze. Šta još krije fotosinteza? Upalite i zamjenjujte jedno drugo kako dan i noć dolaze (Calvinovi ciklusi). U mračnoj fazi dolazi do proizvodnje iste glukoze, hrane za biljke. Ovaj proces se naziva i reakcija nezavisna od svetlosti.

svetlosna faza

tamna faza

1. Reakcije koje se odvijaju u hloroplastima moguće su samo u prisustvu svjetlosti. Ove reakcije pretvaraju svjetlosnu energiju u kemijsku energiju.

2. Hlorofil i drugi pigmenti apsorbuju energiju sunčeve svetlosti. Ova energija se prenosi na fotosisteme odgovorne za fotosintezu.

3. Voda se koristi za elektrone i vodonikove jone, a takođe učestvuje u proizvodnji kiseonika

4. Elektroni i vodikovi joni se koriste za stvaranje ATP-a (molekula za skladištenje energije) koji je potreban u sljedećoj fazi fotosinteze

1. Reakcije ciklusa off-light javljaju se u stromi hloroplasta

2. Ugljični dioksid i energija iz ATP-a se koriste u obliku glukoze

Zaključak

Iz svega navedenog mogu se izvući sljedeći zaključci:

Fotosinteza je proces koji omogućava dobijanje energije od sunca.
Svjetlosna energija sunca pretvara se u hemijsku energiju pomoću hlorofila.
Klorofil daje biljkama zelenu boju.
Fotosinteza se odvija u hloroplastima lišća biljaka.
Ugljični dioksid i voda neophodni su za fotosintezu.
Ugljični dioksid ulazi u biljku kroz sitne rupice, stomate, a kisik izlazi kroz njih.
Voda se apsorbuje u biljku kroz njeno korenje.
Bez fotosinteze ne bi bilo hrane na svijetu.

- sinteza organskih tvari iz ugljičnog dioksida i vode uz obavezno korištenje svjetlosne energije:

6CO 2 + 6H 2 O + Q svjetlo → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Kod viših biljaka organ fotosinteze je list, organele fotosinteze su hloroplasti (struktura hloroplasta je predavanje br. 7). Tilakoidne membrane hloroplasta sadrže fotosintetske pigmente: hlorofile i karotenoide. Postoji nekoliko različitih vrsta hlorofila ( a b c d), a glavni je hlorofil a. U molekuli hlorofila može se razlikovati porfirinska "glava" s atomom magnezija u središtu i fitol "rep". Porfirinska “glava” je ravne strukture, hidrofilna je i stoga leži na površini membrane koja je okrenuta prema vodenom okruženju strome. "Rep" fitola je hidrofoban i tako zadržava molekul hlorofila u membrani.

Klorofil apsorbira crvenu i plavo-ljubičastu svjetlost, reflektira zelenu i stoga daje biljkama karakterističnu zelenu boju. Molekuli klorofila u tilakoidnim membranama organizirani su u fotosistemi. Biljke i plavo-zelene alge imaju fotosistem-1 i fotosistem-2; fotosintetske bakterije imaju fotosistem-1. Samo fotosistem-2 može razgraditi vodu oslobađanjem kiseonika i uzeti elektrone iz vodonika vode.

Fotosinteza je složen višestepeni proces; Reakcije fotosinteze dijele se u dvije grupe: reakcije svetlosna faza i reakcije tamna faza.

svetlosna faza

Ova faza se javlja samo u prisustvu svjetlosti u tilakoidnim membranama uz učešće hlorofila, proteina nosača elektrona i enzima ATP sintetaze. Pod djelovanjem kvanta svjetlosti, elektroni klorofila se pobuđuju, napuštaju molekulu i ulaze na vanjsku stranu tilakoidne membrane, koja na kraju postaje negativno nabijena. Oksidirani molekuli hlorofila se obnavljaju uzimanjem elektrona iz vode koja se nalazi u intratilakoidnom prostoru. To dovodi do raspadanja ili fotolize vode:

H 2 O + Q svjetlo → H + + OH -.

Hidroksilni joni doniraju svoje elektrone, pretvarajući se u reaktivne radikale. OH:

OH - → .OH + e - .

Radikali.OH se kombinuju u vodu i slobodni kiseonik:

4NO. → 2H 2 O + O 2.

U tom slučaju kisik se uklanja u vanjsko okruženje, a protoni se akumuliraju unutar tilakoida u "rezervoar protona". Kao rezultat toga, tilakoidna membrana je, s jedne strane, pozitivno nabijena zbog H +, s druge negativno zbog elektrona. Kada razlika potencijala između vanjske i unutrašnje strane tilakoidne membrane dostigne 200 mV, protoni se potiskuju kroz kanale ATP sintetaze i ADP se fosforilira u ATP; atomski vodik se koristi za obnavljanje specifičnog nosača NADP + (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) u NADP H 2:

2H + + 2e - + NADP → NADP H 2.

Dakle, fotoliza vode se dešava u svetlosnoj fazi, koju prate tri glavna procesa: 1) sinteza ATP; 2) formiranje NADP·H 2; 3) stvaranje kiseonika. Kiseonik difunduje u atmosferu, ATP i NADP·H 2 se transportuju do strome hloroplasta i učestvuju u procesima tamne faze.

1 - stroma hloroplasta; 2 - grana tilakoid.

tamna faza

Ova faza se odvija u stromi hloroplasta. Njegove reakcije ne zahtijevaju energiju svjetlosti, pa se dešavaju ne samo na svjetlu, već i u mraku. Reakcije tamne faze su lanac uzastopnih transformacija ugljičnog dioksida (dolazi iz zraka), što dovodi do stvaranja glukoze i drugih organskih tvari.

Prva reakcija u ovom lancu je fiksacija ugljičnog dioksida; akceptor ugljičnog dioksida je šećer od pet ugljika ribuloza bisfosfat(RiBF); enzim katalizuje reakciju ribuloza bisfosfat karboksilaza(RiBP-karboksilaza). Kao rezultat karboksilacije ribuloza bisfosfata nastaje nestabilno jedinjenje sa šest ugljika, koje se odmah raspada na dva molekula fosfoglicerinske kiseline(FGK). Zatim dolazi do ciklusa reakcija u kojima se, kroz niz međuproizvoda, fosfoglicerinska kiselina pretvara u glukozu. Ove reakcije koriste energije ATP-a i NADP·H 2 formirane u svjetlosnoj fazi; Ciklus ovih reakcija naziva se Calvinov ciklus:

6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.

Osim glukoze, tokom fotosinteze nastaju i drugi monomeri složenih organskih jedinjenja - aminokiseline, glicerol i masne kiseline, nukleotidi. Trenutno postoje dvije vrste fotosinteze: C 3 - i C 4 - fotosinteza.

C 3 -fotosinteza

Ovo je vrsta fotosinteze u kojoj su jedinjenja sa tri ugljika (C3) prvi proizvod. C 3 -fotosinteza je otkrivena prije C 4 -fotosinteze (M. Calvin). Upravo je C3-fotosinteza opisana gore, pod naslovom "Tamna faza". Karakteristične karakteristike fotosinteze C 3: 1) RiBP je akceptor ugljičnog dioksida, 2) RiBP karboksilaza katalizuje reakciju karboksilacije RiBP, 3) kao rezultat RiBP karboksilacije nastaje jedinjenje sa šest ugljika, koje se raspada na dva FHA. FHA je vraćen na trioza fosfata(TF). Dio TF se koristi za regeneraciju RiBP, dio se pretvara u glukozu.

1 - hloroplast; 2 - peroksizom; 3 - mitohondrija.

Ovo je uzimanje kisika ovisno o svjetlosti i oslobađanje ugljičnog dioksida. Još početkom prošlog veka ustanovljeno je da kiseonik inhibira fotosintezu. Kako se pokazalo, ne samo ugljični dioksid, već i kisik može biti supstrat za RiBP karboksilazu:

O 2 + RiBP → fosfoglikolat (2S) + FHA (3S).

Enzim se zove RiBP-oksigenaza. Kiseonik je kompetitivni inhibitor fiksacije ugljičnog dioksida. Fosfatna grupa se cijepa i fosfoglikolat postaje glikolat, koji biljka mora iskoristiti. Ulazi u peroksizome, gdje se oksidira u glicin. Glicin ulazi u mitohondrije, gdje se oksidira u serin, uz gubitak već fiksiranog ugljika u obliku CO2. Kao rezultat, dva molekula glikolata (2C + 2C) se pretvaraju u jedan FHA (3C) i CO2. Fotorespiracija dovodi do smanjenja prinosa C 3 -biljki za 30-40% ( C 3 -biljke- biljke koje karakteriše C 3 -fotosinteza).

C 4 -fotosinteza - fotosinteza, u kojoj su prvi proizvod jedinjenja sa četiri ugljika (C 4). Godine 1965. ustanovljeno je da su u nekim biljkama (šećerna trska, kukuruz, sirak, proso) prvi produkti fotosinteze četverougljične kiseline. Takve biljke se zovu Sa 4 biljke. Godine 1966. australski naučnici Hatch i Slack pokazali su da biljke C 4 praktično nemaju fotorespiraciju i mnogo efikasnije apsorbiraju ugljični dioksid. Počeo se nazivati put transformacije ugljika u C 4 biljkama od Hatch-Slack.

C 4 biljke karakterizira posebna anatomska struktura lista. Svi provodni snopovi su okruženi dvostrukim slojem ćelija: spoljašnji su ćelije mezofila, a unutrašnji su ćelije obloge. Ugljični dioksid je fiksiran u citoplazmi stanica mezofila, akceptor je fosfoenolpiruvat(PEP, 3C), kao rezultat PEP karboksilacije nastaje oksaloacetat (4C). Proces je kataliziran PEP karboksilaza. Za razliku od RiBP karboksilaze, PEP karboksilaza ima visok afinitet prema CO 2 i, što je najvažnije, ne stupa u interakciju sa O 2 . U mezofilnim hloroplastima postoji mnogo grana u kojima se aktivno odvijaju reakcije svjetlosne faze. U hloroplastima ćelija omotača odvijaju se reakcije tamne faze.

Oksaloacetat (4C) se pretvara u malat, koji se transportuje kroz plazmodezmate do ćelija obloge. Ovdje se dekarboksilira i dehidrira da bi se formirao piruvat, CO 2 i NADP·H 2 .

Piruvat se vraća u ćelije mezofila i regeneriše na račun ATP energije u PEP. CO 2 se ponovo fiksira pomoću RiBP karboksilaze uz formiranje FHA. Za regeneraciju PEP potrebna je energija ATP-a, tako da je potrebno skoro dvostruko više energije nego za fotosintezu C 3.

Važnost fotosinteze

Zahvaljujući fotosintezi, milijarde tona ugljen-dioksida se apsorbuju iz atmosfere svake godine, oslobađaju se milijarde tona kiseonika; fotosinteza je glavni izvor stvaranja organskih tvari. Ozonski omotač nastaje od kiseonika, koji štiti žive organizme od kratkotalasnog ultraljubičastog zračenja.

Tokom fotosinteze, zeleni list koristi samo oko 1% sunčeve energije koja pada na njega, a produktivnost je oko 1 g organske tvari po 1 m 2 površine na sat.

Hemosinteza

Sinteza organskih jedinjenja iz ugljičnog dioksida i vode, koja se ne vrši na račun svjetlosne energije, već na račun energije oksidacije anorganskih tvari, naziva se hemosinteza. Hemosintetski organizmi uključuju neke vrste bakterija.

Nitrifikujuće bakterije oksidiraju amonijak u azotnu, a zatim u azotnu kiselinu (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

gvozdene bakterije pretvara željezo željezo u oksid (Fe 2+ → Fe 3+).

Sumporne bakterije oksidiraju vodonik sulfid u sumpor ili sumpornu kiselinu (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

Kao rezultat oksidacijskih reakcija neorganskih tvari, oslobađa se energija koju bakterije pohranjuju u obliku visokoenergetskih veza ATP-a. ATP se koristi za sintezu organskih tvari, koja se odvija slično reakcijama tamne faze fotosinteze.

Hemosintetske bakterije doprinose akumulaciji minerala u tlu, poboljšavaju plodnost tla, potiču prečišćavanje otpadnih voda itd.

Idi predavanja №11“Koncept metabolizma. Biosinteza proteina"

Idi predavanja №13"Metode diobe eukariotskih ćelija: mitoza, mejoza, amitoza"