Фотосинтеза

Фотосинтеза

Растенията преобразуват неорганични вещества (въглероден диоксид и вода) в органична захар.

Биология и здравно образование

Ключови думи

фотосинтеза, лека фаза, тъмна фаза, хлоропластния, катаболен процес, autotróf, листо, лек, слънчева светлина, кислород, органичен материал, въглероден двуокис, гликоза, слънчева енергия, вода, кислород производството, Въглеродна фиксация, вътрешната мембрана, Granum, thylakoid, матрица, Фотосистема II, Фотосистема I, фотосинтезиращи пигменти, ATP, ATPase, електронен транспорт верига, глицеринова киселина-3-фосфат, глицералдехид 3-фосфат, рибулоза-1,5-дифосфат, Енергийна трансформация, цикъл, фотон, атмосферните газове, въглехидрат, Слънце, метаболизъм, растение, биохимия, биология, _javasolt

Свързани ресурси

Сцени

Принцип на фотосинтезата

  • CO₂ - Въглероден диоксид. Неорганични молекули, от които растението образува органични молекули: захариди. Растенията са автотрофни организми: те могат от неорганичната материя да образуват органична материя. Хетеротрофните организми (животни, гъби) не могат да го правят.
  • O₂ - Създава се по време на фотосинтезата като вторичен продукт. На Земята необходимият за потребностите на хетеротрофните организми кислород се създава при фотосинтезата.
  • светлина - Състои се от частици, наречени фотони. Растенията използват енергията на фотоните, за да произведат органични захариди от неорганичния CO₂.
  • C₆H₁₂O₆ - Гроздова захар (глюкоза). Растенията я произвеждат от въглероден диоксид, като използват енергията на светлината.
  • H₂O - Растенията я извличат от почвата. По време на фотосинтезата се разпада на кислород, протони (H⁺) и електрони (e⁻).

Строеж на листото

  • проводяща тъкан: ксилем - Транспортира вода и минерални соли. По време на фотосинтезата водата се разпада на кислород, протони (H⁺) и електрони (e⁻).
  • проводяща тъкан флоем - Транспортира разтворени във водата органични вещества. Захаридите, произведени по време на фотосинтезата, се транспортират до другите части на растението от флоема.
  • стома - Оттук CO₂, необходим за фотосинтезата, която протича в мезофилната клетка, влиза в листото, а образувалият се O₂ се отделя във въздуха. През стомата се извършва изпаряването, ето защо при опасност от изсъхване растението може да я затвори.
  • асимилираща тъкан (мезофил) - Клетките съдържат множество зелени телца, в които се извършва фотосинтезата. Горната част се състои от вертикално разположени клетки, а стуктурата на долния пласт е гъбеста.
  • епидермис - Състои се от един слой клетки. Клетките не съдържат зелени телца, с изключение на клетките на стомата. Те служат за защита на растението и поддържат контакта му с околната среда.

Фотосинтеза

  • проводяща тъкан: ксилем - Транспортира вода и минерални соли. По време на фотосинтезата водата се разпада на кислород, протони (H⁺) и електрони (e⁻).
  • проводяща тъкан флоем - Транспортира разтворени във водата органични вещества. Захаридите, произведени по време на фотосинтезата, се транспортират до другите части на растението от флоема.
  • стома - Оттук CO₂, необходим за фотосинтезата, която протича в мезофилната клетка, влиза в листото, а образувалият се O₂ се отделя във въздуха. През стомата се извършва изпаряването, ето защо при опасност от изсъхване растението може да я затвори.
  • мезофилна клетка - Съдържа множество зелени телца: в тях се извършва фотосинтезата.
  • CO₂ - Въглероден диоксид. Неорганични молекули, от които растението образува органични молекули: захариди. Растенията са автотрофни организми: те могат от неорганичната материя да образуват органична материя. Хетеротрофните организми (животни, гъби) не могат да го правят.
  • O₂ - Създава се по време на фотосинтезата като вторичен продукт. На Земята необходимият за потребностите на хетеротрофните организми кислород се създава при фотосинтезата.
  • светлина - Състои се от частици, наречени фотони. Растенията използват енергията на фотоните за да произведат органични захариди от неорганичния CO₂.
  • C₆H₁₂O₆ - Гроздова захар (глюкоза). Растенията я произвеждат от въглероден диоксид, като използват енергията на светлината.
  • H₂O - Растенията я извличат от почвата. По време на фотосинтезата се разпада на кислород, протони (H⁺) и електрони (e⁻).

Клетка

  • Апарат на Голджи - Играе важна роля при зреенето на белтъците.
  • ендоплазмен ретикулум - Вътре в клетката има сложна мембранна система. Тя играе роля при синтезата на белтъците, при зреенето на белтъците, синтеза на липидите и в разграждането на някои вещества.
  • мехурче - В клетките различните вещества се транспортират опаковани в мембранни мехурчета. Лизозомата е вид мехурче, в което протича смилането и разграждането на излишните вещества.
  • цитоплазма
  • вакуола - Кухина, пълна с клетъчна влага. Играе важна роля при регулирането на вътрешното налягане на клетката, при отделянето и складирането на някои вещества.
  • хлоропласт - Тук се извършва фотосинтезата: растенията използват слънчева енергия, за да произвеждат захариди от въглероден диоксид.
  • клетъчна стена - Изградена е от целулоза. Служи за защита на клетката, за запазване на формата й, както и за втвърдяване на растителната тъкан.
  • ядро - Съдържа хроматин, комбинация от ДНК и белтъци. Животинските, растителните и гъбните клетки са еукариоти, т.е. те съдържат ядра. Прокариотните клетки (бактерии) нямат ядро, тяхната ДНК се намира в цитоплазмата.
  • клетъчна мембрана - Липидна мембрана, която обвива клетката.
  • цитоскелетон - Играе важна роля за положението и движението на клетките, а при животинските клетки, които нямат клетъчна стена - за запазване на формата на клетката.
  • митохондрия - "Силовите централи" на клетката: при разпадането на органичните молекули се образуват ATP-молекули. ATP е молекула за енергиен трансфер в клетката.

Светлинна фаза

  • хлоропласт - Тук се извършва фотосинтезата: с помощта на светлинната енергия от CO₂ се образуват захариди. Има двойна мембрана: вътрешната мембрана съдържа ензимите на фотосинтезата.
  • вътрешна мембрана - Тилакоидните дискове се формират в резултат на нагъването на мембраната. Те съдържат ключовите ензими от светлинната фаза на фотосинтезата. Тилакоидните дискове се трупат един върху друг и образуват грана.
  • грана
  • тилакоид
  • матрица
  • тилакоидна мембрана - Съдържат ключовите ензими от светлинната фаза на фотосинтезата.
  • тилакоиден лумен
  • Фотосистема II - Съдържа белтъчини и поглъщащи светлината пигменти. Поглъща светлина с дължина на вълната 680 нанометра. Пигменти: хлорофил-a, хлопофил-b и ксантофил. Основен пигмент на реактивния център е хлорофил-a. Когато хлорофил-a погълне фотон, той изпада във възбудено състояние и отдава електрон, който попада в електронната транспортна система.
  • Фотосистема I - Състои се от белтъчини и поглъщащи светлината пигменти. Максимумът му е 700 нанометъра дължина на вълната. Пигменти: хлорофил-a, хлопофил-b и каротин. Основен пигмент на реактивния център е хлорофил-a. Когато хлорофил-a погълне фотон, той изпада във възбудено състояние и отдава електрон. Този електрон фотосистема І замества с попадналия в електронната транспортна система електрон.
  • e⁻
  • H₂O - Растенията я извличат от почвата. По време на фотосинтезата се разпада на кислород, протони (H⁺) и електрони (e⁻).
  • O
  • H⁺
  • O₂ - Създава се по време на фотосинтезата като вторичен продукт. На Земята необходимият за потребностите на хетеротрофните организми кислород се създава при фотосинтезата.
  • PQ - Пластокинон. Транспортира електрони, изпуснати от фотосистема ІІ, в цитохромния комплекс.
  • cit - Цитохромен комплекс. Съдържа богати на желязо белтъчини. Взема електрони от PQ и ги праща към PC. Същевременно помпи H⁻ през мембраната в тилакоидната кухина.
  • PC - Пластоцианин. Приема електрони от цитохромния комплекс и ги транспортира във фотосистема І.
  • Fd - Фередоксин. Приема електрони от фотосистема І и ги транспортира към FNR молекула.
  • FNR - Фередоксин НАДФ редукция. Пренася електрони между фередоксин и НАДФ, т.е. редуцира НАДФ.
  • фосфат
  • ADP
  • ATP - Образува се при съединяване на ADP и фосфати. Главна молекула за енергиен трансфер в клетките. С нейна помощ през тъмната фаза от въглеродния диоксид се образуват захарните молекули.
  • НАДФ - Редуцира се до НАДФН, приемайки електрон (e⁻) от FNR и протон (H⁺), преминаващ през ATPase.
  • НАДФН
  • ATPase - Безлъчен ензим, произвеждащ ATP. Протоните (H⁺ йони) преминават от вътрешната страна на тилакоидната мембрана към външната страна през ATPase. От вътрешната страна H⁺ се стремят навън, заради голямата концентрация на H⁺ и излишъка от позитивен заряд. Затова при преминаването през ATPase се освобожава енергия, която се използва за формирането на ATP.
  • електронна транспортна верига - Възбудените електрони (e⁻) от фотосистема ІІ преминават през електронната транспортна верига във фотосистема І. Същевременно H⁺ преминават през мембраната и се натрупват от вътрешната страна на тилакоида.
  • H+ йони

Тъмна фаза

  • ATP
  • ADP
  • НАДФН
  • НАДФ
  • 5C - Захарна молекула с 5 въглеродни атома (пентоз дифосфат)
  • CO₂ - Въглероден диоксид. Неорганични молекули, от които растението образува органични молекули: захариди. Повишава броя на захарните молекули с 5 въглеродни атома. Белтъчният ензим (рубиско), който играе ролята на катализатор в реакцията, е ключов ензим на тъмната фаза.
  • 3C
  • 3C - молекула с 3 атома въглерод (глицериналдехид-3-фосфат)
  • 6C (глюкоза) - Продук на фотосинтезата, който се състои от захарид с 5 атома въглерод и 1-атомен неорганичен въглероден диоксид. Растенията го използват при по-нататъшна обмяна на веществата при синтезиране на нишесте, както и при разграждащите процеси при производството на ATP.
  • фиксация на CO₂, образуване на 3-фосфоглицерат - Ключова реакция на тъмната фаза. Неорганичният въглероден диоксид се вгражда в органичната захарна молекула. Същността на автотрофните процеси е образуването на органични вещества от неорганични. Броят на въглеродните атоми във всяка молекула нараства от 5 на 6, резултатът е 2 броя молекули с 3 въглеродни атома 3-фосфо-глицерат. Реакцията се катализира от ензима рубиско.
  • образуване на глицеринова киселина-1, 3-бисфосфат - 3-фосфо-глицерата с 3 въглеродни атома се преобразува в 1,3-бифосфо-глицерат посредством ATP.
  • Образуване на глицералдехид-3-фосфат - 1,3-бифосфо-глицерата с 3 въглеродни атома се преобразува в глицериналдехид-3-фосфат с 3 въглеродни атома. За реакцията е нужен НАДФН, а от молекулата се отделя неорганичен фосфат (за опростяване, това не е показано на анимацията).
  • излизане от веригата на лицералдехид-3-фосфата - От 6 глицериналдехид-3-фосфата един излиза от цикъла и клетката го използва да създаване на глюкоза.
  • образуване на рибулозо-1,5-бисфосфат - Глицериналдехид-3-фосфата с 3 въглеродни атома минава през няколко реакции, докато се конвертира в рибулозо-1,5-бисфосфат (пентоз бисфосфат) с пет въглеродни атома, посредством ATP и катализаторни ензими. Тази фаза се нарича регенерация на рибулозо-1,5-бисфосфат. Цикълът започва отначало.

Изкуствено листо

  • нитриден полупроводник - Евтин и широко употребяван полупроводник. С помощта на светлинната енергия разгражда водата. Процесът е еквивалентен на светлинната фаза на фотосинтезата.
  • метален катализатор - Катализира редукцията на въглеродния диоксид. Процесът е свързан с тъмната фаза на фотосинтезата. Произвежда от въглеродния диоксид органично вещество (мравчена киселина).
  • H₂O
  • O₂
  • H⁺
  • e⁻
  • CO₂
  • HCOOH (мравчена киселина)

Анимация

Дикторски текст

При фотосинтезата с помощта на слънчевата светлина неорганичният въглероден диоксид се преобразува в захариди. По време на процеса се отделя кислород.

Фотосинтезата се извършва в зелените части на растенията: листата и меките тъкани. Зеленият им цвят се дължи на голямото количество хлоропласти в клетките на асимилиращата тъкан. Фотосинтезата се извършва в хлоропластите.

Хлоропластите имат двойна мембрана. Вътрешната мембрана се състои от тилакоиди с формата на диск. Разположените един върху друг тилакоиди образуват грана. Мембраната на тилакоидите съдържа важните за светлинната фаза на фотосинтезата ключови ензими.

Най-важни сред тях са двете фотосистеми и разположената помежду им електронна транспортна система. Фотосистемите откриваме свързани с белтъците и поглъщащи светлината пигменти, сред които зеленият хлорофил е най-важният. Във фотосистема ІІ централните хлорофилни молекули се освобождават под въздействието на фотоните и отдават електрони. Тези електрони попадат в електронната транспортна верига. Бедният на електрони, оксидиран хлорофил, се попълва от електроните на водната молекула, нова е процесът на разпадане на водата: кислородът от молекулата на водата се съединява в кислородни молекули, а протоните с натрупват от вътрешната страна. Първият елемент на електронната транспортна верига е пластокинонът, който отдава елекроните си на цитохромния комплекс. Съдържащите желязо белтъчини на цитохрома, които превозват електроните в пластоцианина, в същото време изпомпват нови протони към вътрешната страна. От електронната транспортна верига електроните попадат във фотосистема І. Централната хлорофилна молекула във фотосистема І се намира в състояние, дефицитно на електрони, тъй като под въздействие на фотоните от нея са се отделили електрони. Отделените електрони попадат в НАДФН-фередоксинова редукция с помощта на молекулите на фередоксина. През светлинната фаза от вътрешната страна се натрупват протони, затова тук нараства концентрацията на протони, т.е. получава се позитивен заряд, който създава двигателна сила, насочена навън. Протоните се отелят чрез АТРase, при този процес се отделя енергия, тъй като от силно енергийно състояние по силата на уравновесяването на заряда и концентрацията системата преминава в по-ниско енергийно състояние. Освободената енергия се събира за производство на ATP. Отделените протони и електрони се приемат от НАДФ и се образува НАДФН. В крайна сметка: благодарение на енергията на фотоните се стига до неравномерно разпределение на протоните. Ето защо освободената енергия се използва за производство на ATP.

През тъмната фаза реакциите нямат нужда от светлина. Въглеродният диоксид се преобразува в органични съединения, използвайки енергията от ATP и водородните йони от НАДФН, произведени през светлинната фаза.

Нека започнем с 3 броя захарни молекули с по 5 въглеродни атома. Те имат общо 15 въглеродни атома. Един ензимен белтък в трите захарни молекули вгражда по един въглероден диоксид, които се раздвояват и се получават 6 броя молекули в по 3 въглеродни атома: броят на въгрлеродните атоми нараства на 18. След това с по 1 НАДФН и 1 ATP се образува глицериналдехид-3-фосфат. Единият излиза от цикъла, останалите 3 ATP се преобразуват обратно в 3 броя захари с по 5 въглеводородни атома и цикълът започва отначало. В два цикъла се образуват две молекули с по 3 въглеводородни атома, които се свързват и образуват глюкоза с 6 атома въглеводород. От глюкозата растението трупа запаси от хранителни вещества, скорбяла, а процесите на обмяна на веществата се използват за производство на ATP.

Правят се експерименти за създаването на изкуствени системи на фотосинтеза. Светлинните и тъмните реакции се извършват в два отделни съда в изкуствените листа. Светлинните реакции се осъществяват в нитриден попупроводник, когато е осветен, в него се извършва разграждане на водата. Кислородът се отделя на мехурчета, протоните и електроните попадат през тръба в другия съд, където се извършват тъмните реакции. Тук, с помощта метален катализатор, от въглеродния диоксид и водата се образува мравчена киселина. Системата позволява оползотворяване на слънчевата енергия. В същото време създава условия за спадане на количеството на въглероден диоксид в атмосферата и води до намаляване на парниковия ефект и глобалното затопляне.

Свързани ресурси

Кръговрат на кислорода в природата

Кръговратът на кислорода в природата описва движението на кислорода в трите основни...

Парников ефект

Човешката дейност увеличава парниковия ефект и води до глобално затопляне.

Хлорофил

Хлорофилът е светлочувствителен зелен пигмент, който се намира в растенията. Той поглъща...

Растителни и животински клетки, клетъчни органели

Еукариотните клетки съдържат множество органели.

Ензими

Ензимите са белтъчни молекули, които катализират биохимичните рекции. Активността им може...

Мембранен транспорт

Анимацията показва процеси на активен и пасивен транспорт през клетъчната мембрана

Air pollution

This animation demonstrates the main sources of air pollution: Agricultural, industrial...

Семена и покълване

Двусемеделните растения имат два ембрионални листа (семедела), докато едносемеделните...

Вегетативни органи на растенията

Тези органи са жизненоважни за оцеляването и развитието на растенията.

Кръговрат на въглерода

При фотосинтезата въглеродът става част от органичната материя, а при дишане се отделя.

Анатомия на листата

Настоящата анимация представя основните видове листа, както и различията между листата на...

Цвете

Анимация показва структурата на типичното цвете.

Обезлесяване

Обезлесяването има вреден ефект върху околната среда.

Слънце

Диаметърът на Слънцето е около 109 пъти по-голям от този на Земята. Състои се в голямато...

Обикновена амеба

Широко разпространени хетеротрофни едноклетъчни организми с постоянно променящи се форми.

Кислород (О₂) (средно ниво)

Безцветен газ без миризма и без вкус. Той е постоянна съставна част на въздуха и е един...

АДФ, АТФ

АТФ е основният източник на енергия за клетките.

Niche

In ecology, a niche is a term describing the way of life of a species.

Surface tension

Surface tension is the property of a liquid that allows it to obtain the smallest surface...

Сравнение на едносемеделни и двусемеделни растения

Покритосеменните растения се разделят на две групи - едносемеделни и двусемеделни растения.

Зелена еуглена

Едноклетъчно, което живее в сладки води и може да се храни автотрофно и хетеротрофно.

Added to your cart.