Fotoszintézis

Fotoszintézis

A növények képesek szervetlen anyagokból (szén-dioxidból és vízből) szerves cukrot előállítani.

Biológia

Címkék

fotoszintézis, fényszakasz, sötétszakasz, kloroplasztisz, felépítő anyagcsere, autotróf, levél, fény, napfény, oxigén, szerves anyag, szén-dioxid, glükóz, napenergia, víz, szőlőcukor, oxigéntermelés, szén-dioxid megkötés, belső membrán, gránum, tilakoid, alapállomány, II. fotorendszer, I. fotorendszer, fotoszintetikus pigmentek, ATP, ATPáz, elektronszállító rendszer, glicerinsav-3-foszfát, glicerinaldehid-3-foszfát, pentóz-difoszfát, energiaátalakítás, ciklus, foton, légköri gázok, szénhidrát, Nap, anyagcsere, növény, biokémia, biológia, _javasolt

Kapcsolódó extrák

Jelenetek

A fotoszintézis lényege

Levél szerkezete

Fotoszintézis

Sejt

Fényszakasz

Sötétszakasz

Mesterséges levél

Animáció

Narráció

A fotoszintézis lényege, hogy a növény fényenergia felhasználásával szervetlen szén-dioxidból szerves anyagot, szőlőcukrot állít elő. A folyamat során oxigén képződik.

A fotoszintézis a zöld növényi részekben zajlik: ilyen a levél és gyakran a lágy szár is. A zöld színt a táplálékkészítő alapszövet okozza, melynek sejtjeiben nagy mennyiségben találunk fotoszintetizáló zöld színtesteket.

A zöld színtestek kettős membránnal rendelkeznek, belső membránjuk a korong alakú tilakoidokat alkotja. A tilakoidok egymásra pakolódva képezik az oszlopos gránumot. A tilakoidok membránja tartalmazza a fotoszintézis fényszakaszának kulcsenzimeit.

Ezek közül kiemelkedő fontosságú a két fotorendszer, és a köztük található elektronszállító rendszer.
A fotorendszerekben fehérjékhez kötött fényelnyelő pigmenteket találunk, melyek közül a zöld színű klorofill a legfontosabb.
A kettes fotorendszer központi klorofill-a molekulái foton hatására gerjesztődnek, és elektront adnak le. Ezek az elektronok az elektronszállító rendszerre kerülnek. Az elektronhiányos, oxidált klorofill az elektronjait vízmolekulákból pótolja, ez a folyamat a vízbontás: a vízmolekulák oxigénjei egyesülnek oxigénmolekulákká, a protonok pedig a belső oldalon halmozódnak fel.
Az elektronszállító rendszer első tagja a plasztokinon, amely az elektronokat a citokróm-komplexnek adja tovább. A citokróm vastartalmú fehérje, amely az elektronokat továbbítja a plasztocianinnak, miközben további protonokat pumpál a belső oldalra.
Az elektron-transzportláncról az elektronok az I. fotorendszerre kerülnek.
Az I. fotorendszer központi klorofill-molekulája elektronhiányos állapotban van, mivel fotonok hatására előzőleg elektronokat adott le. A leadott elektronok a ferredoxin molekulák közvetítésével a ferredoxin NADP reduktázra kerülnek.
A fényszakaszban a belső oldalon protonok halmozódnak fel, ezért itt a protonkoncentráció nő, illetve pozitív töltéstöbblet alakul ki. Ez kifelé irányuló hajtóerőt hoz létre. A protonok az ATPázon keresztül tudnak kiáramolni, eközben energia szabadul fel, hiszen nagy energiájú állapotból a töltés- és koncentrációkiegyenlítés miatt a rendszer kisebb energiájú állapotba kerül. A felszabaduló energia ATP-termelésre fordítódik. A kilépő protonokat és az elektronokat NADP veszi fel, és NADPH képződik.
Összefoglalva: a fotonok energiájának felhasználásával a protonok egyenlőtlen eloszlása alakul ki. Az emiatt ébredő hajtóerő ATP termelésére fordítódik.

A sötétszakasz reakciói nem igényelnek fényt. A sötétreakciók során a fényszakaszban termelt ATP energiájának és a NADPH hidrogénjeinek felhasználásával szén-dioxid beépítése zajlik szerves vegyületekbe.
Induljunk ki 3 darab 5 szénatomos cukorból! Ezek össz-szénatomszáma 15. Egy enzimfehérje mindhárom cukormolekulába egy-egy szén-dioxidot épít be, miközben a termékek kettéhasadnak. Így 6 darab 3 szénatomos molekula keletkezik: az össz-szénatomszám 18-ra nőtt. Ezután 1-1 NADPH és 1-1 ATP felhasználásával glicerinaldehid-3-foszfát képződik. Ezek egyike kilép a ciklusból, a többi 3 ATP felhasználásával visszaalakul 3 darab 5 szénatomos cukorrá, és a ciklus újraindul. Összességében tehát a körfolyamatban felszabadult egy 3 szénatomos molekula, ehhez szükség volt ATP-kre és NADPH-kra, melyek a fényszakaszban képződtek. Két ilyen ciklusban két 3 szénatomos molekula keletkezik, melyek összekapcsolódva a 6 szénatomos glükózzá alakulnak. A keletkezett glükózból a növény tartalék-tápanyagot, keményítőt állít elő, illetve a lebontó anyagcsere-folyamatokban ATP-termelésre használja.

Kísérletek folynak a mesterséges fotoszintetizáló rendszerek létrehozására. A mesterséges levélben két edényben elkülönítve zajlanak a fényreakciók és a sötétreakciók. A fényreakciók egy nitrid félvezetőn mennek végbe, amelyet megvilágítva vízbontás zajlik. Az oxigén buborékok formájában távozik, a protonok és egy vezetéken keresztül az elektronok átjutnak a másik edénybe, ahol a sötétreakciók zajlanak. Itt a fémkatalizátor segítségével hangyasav képződik szén-dioxidból és vízből. A rendszer lehetővé teszi a napfény energiájának hasznosítását. Emellett lehetőséget teremthet a légköri szén-dioxid mennyiségének csökkentésére, ami az üvegházhatás mérséklését segítheti.

Kapcsolódó extrák

Állati és növényi sejt, sejtszervecskék

Az eukarióta sejtekben számos sejtszervecskét találunk.

Az oxigén körforgása

Az élőlények többsége számára nélkülözhetetlen oxigén Földünkön folyamatos körforgásban van.

Klorofill

A növények zöld színanyaga, a fényenergia befogásában, és így a fotoszintézisben nélkülözhetetlen.

Üvegházhatás

Az üvegházhatás emberi tevékenység hatására fokozódik, és a globális felmelegedést okozza.

Enzimműködés

Az enzimek biokémiai reakciókat katalizáló fehérjemolekulák, melyek működése szabályozható.

Levegőszennyezés

Az animáció a levegőszennyezés fő forrásait: a mezőgazdasági, ipari és települési légszennyezést mutatja be.

Transzportfolyamatok

Az animáció a sejthártyán keresztül zajló passzív és aktív transzportfolyamatokat foglalja össze.

A Nap

A Nap átmérője Földünkének kb. 109-szerese. Anyagának nagy része hidrogén.

A szén körforgása

A szén a fotoszintézis során beépül a szerves anyagokba, a légzés során pedig leadódik.

ADP, ATP

Az ATP a sejtek legfontosabb energiaszolgáltató molekulája.

Erdőirtás

Az erdők kiirtása számos negatív hatással van a környezetre.

Felületi feszültség

A felületi feszültség a folyadékok azon alapvető sajátsága, hogy a lehető legkisebb fajlagos felületű alakzatot igyekeznek felvenni.

Levél felépítése

Az animáció bemutatja a főbb levéltípusokat és az egyszikű és kétszikű növények levelei közötti különbségeket.

Mag és csírázás

A kétszikűek két, az egyszikűek egy sziklevéllel csíráznak.

Niche

A niche az élőlények, illetve populációk környezeti igényeit jellemző elvont fogalom.

Óriás amőba

Édesvízben közönséges heterotróf egysejtű, melynek alakja folyamatosan változik.

Oxigén (O₂) (középfok)

A Föld leggyakoribb eleme, mely az élethez nélkülözhetetlen.

Vegetatív növényi szervek

A növény életben maradásához, fejlődéséhez szükséges szervek.

Virág

Az animáció segítségével megismerhetjük egy tipikus virág felépítését.

Egyszikű és kétszikű növények összehasonlítása

A zárvatermő növények két nagy csoportját képezik az egyszikűek és a kétszikűek.

Zöld szemesostoros

Autotróf és heterotróf anyagcserére egyaránt képes ostoros, édesvizekben élő egysejtű.

Kosárba helyezve!