Fotosyntese

Fotosyntese

Planter kan gjøre om uorganiske substanser (karbondioksid og vann) til organisk sukker.

Biologi

Nøkkelord

fotosyntese, lette fasen, mørk fase, kloroplast, katabolsk prosess, autotróf, blad, lett, solskinn, oksygen, organisk materiale, karbondioksid, glukose, solenergi, vann, druesukker, oksygen-produksjon, Karbonfiksering, indre membran, Granum, thylakoid, matrise, Photosystem II, Photosystem jeg, fotosyntesepigmenter, ATP, ATPase, elektrontransportkjeden, glyserinsyre-3-fosfat, glyseraldehyd 3-fosfat, pentose hydrogenfosfat, Energi transformasjon, syklus, foton, atmosfæriske gasser, karbohydrat, Sol, metabolisme, plante, biokjemi, biologi, _javasolt

Relaterte elementer

Scener

Prinsippet med fotosyntese

  • CO₂ - Det er et uorganisk molekyl som planter produserer et organisk molekyl fra; sukker. Planter er autotrofe organismer; de er i stand til å omgjøre uorganiske stoffer til organiske stoffer. Heterotrofe organismer, som dyr og sopp, er ikke i stand til dette.
  • O₂ - Det frigjøres som et biprodukt under fotosyntese. På jorden produseres oksygenet som heterotrofe organismer trenger ved fotosyntese.
  • lys - Dets partikler kalles fotoner. Planter bruker energien fra fotoner til å produsere organisk sukker fra uorganisk CO₂.
  • C₆H₁₂O₆ - Glukose (også kjent som dekstrose). Planter produserer det fra karbondioksid, ved hjelp av lysenergi.
  • H₂O - Plantene absorberer vann fra jorden. Under fotosyntese splittes molekylene til oksygen, protoner (H⁺) og elektroner (e⁻).

Bladets oppbygning

  • Ledningsvev: Xylem - Det transporterer vann og mineralsalter. Under fotosyntese splittes vannmolekyler til oksygen, protoner (H⁺) og elektroner (e⁻).
  • Ledningsvev: Floem - Det transporterer organiske materialer oppløst i vann. Sukker som produseres under fotosyntesen transporteres av floem til andre deler av planten.
  • spalteåpning - CO₂, som er nødvendig for fotosyntesen i grunnvevet, kommer inn i bladet gjennom spalteåpningen. Oksygenet som produseres frigjøres også gjennom denne. Planter kan lukke disse åpningene for å unngå å tørke ut grunnet fordampning.
  • grunnvev - Dets celler inneholder et stort antall kloroplaster. Det er i kloroplastene fotosyntesen finner sted. Det øverste laget består av celler som er pakket tett inntil hverandre, mens det nederste laget har en svampaktig struktur.
  • epidermis - Den består av ett lag med celler. Cellene (med unntak av celler i spalteåpningen) inneholder ikke kloroplaster. Dens formål er å beskytte planten og opprettholde kontakt med miljøet gjennom spalteåpningen.

Fotosyntese

  • Ledningsvev: Xylem - Det transporterer vann og mineralsalter. Under fotosyntese splittes vannmolekyler til oksygen, protoner (H⁺) og elektroner (e⁻).
  • Ledningsvev: Floem - Det transporterer organiske materialer oppløst i vann. Sukker som produseres under fotosyntesen transporteres av floem til andre deler av planten.
  • spalteåpning - CO₂, som er nødvendig for fotosyntesen i grunnvevet, kommer inn i bladet gjennom spalteåpningen. Oksygenet som produseres frigjøres også gjennom denne. Planter kan lukke disse åpningene for å unngå å tørke ut grunnet fordampning.
  • mesofyllcelle - Den inneholder et stort antall kloroplaster. Det er i kloroplastene fotosyntesen finner sted.
  • CO₂ - Det er et uorganisk molekyl som planter produserer et organisk molekyl fra; sukker. Planter er autotrofe organismer; de er i stand til å omgjøre uorganiske stoffer til organiske stoffer. Heterotrofe organismer, som dyr og sopp, er ikke i stand til dette.
  • O₂ - Det frigjøres som et biprodukt under fotosyntese. På jorden produseres oksygenet som heterotrofe organismer trenger ved fotosyntese.
  • lys - Dets partikler kalles fotoner. Planter bruker energien fra fotoner til å produsere organisk sukker fra uorganisk CO₂.
  • C₆H₁₂O₆ - Glukose (også kjent som dekstrose). Planter produserer det fra karbondioksid, ved hjelp av lysenergi.
  • H₂O - Plantene absorberer vann fra jorden. Under fotosyntese splittes molekylene til oksygen, protoner (H⁺) og elektroner (e⁻).

Celle

  • Golgiapparatet - Det spiller en viktig rolle for behandling av proteiner.
  • endoplasmatisk retikulum - Et komplekst, sammenhengende nettverk av membranvesikler inne i cellen. Det spiller en viktig rolle for proteinsyntese, behandling av protein, lipidsyntese og nedbrytning av enkelte stoffer.
  • vesikkel - Stoffer i cellen transporteres innpakket i membranbobler (vesikler). Lysosomer er en type vesikkel hvor visse stoffer fordøyes og avfall brytes ned.
  • cytoplasma
  • vakuol - En boble inne i en celle, fylt med cellesaft. Vakuol er viktig for å opprettholde et internt hydrostatisk trykk, eller turgor, i cellen, samt for å lagre mineraler og fjerne avfall.
  • kloroplast - Det er her fotosyntesen foregår: planten bruker solenergi for å produsere sukker fra karbondioksid.
  • cellevegg - Den består av cellulose og har som formål å beskytte cellen, opprettholde dens form og holde plantens vev fast.
  • nukleus - Den består av kromatin, en kombinasjon av DNA og proteiner. Cellene hos dyr, planter og sopp er eukaryoter, det vil si at de har nuklei (kjerner). Prokaryote celler (bakterier) har ikke nuklei, deres DNA ligger i cytoplasmaet.
  • cellemembran - En lipidmembran som omslutter cellen.
  • cytoskjelett - Det spiller en viktig rolle for vesiklenes og organellenes plassering og bevegelse. Det gir også dyreceller – som ikke har cellevegger – sin struktur og form.
  • mitokondrie - Cellenes energikilde: den produserer ATP ved å bryte ned organiske molekyler. ATP er det molekylet som overfører energi mellom celler.

Lysfase

  • kloroplast - Fotosyntese (produksjon av glukose fra karbondioksid ved bruk av solenergi) finner sted her. Den har en dobbel membran; den indre membranen inneholder de nødvendige enzymene for fotosyntesen.
  • indre membran - Thylakoider formes av invaginasjon (folder seg innover) av denne membranen. De inneholder de viktige enzymene for fotosyntesens lysfase. Thylakoider utgjør stabler med skiver, kalt grana.
  • granum
  • thylakoid
  • matrise
  • thylakoid membran - Den inneholder de viktige enzymene for fotosyntesens lysfase.
  • thylakoidens hulrom (lumen)
  • Fotosystem II - Det består av proteiner og lysabsorberende pigmenter. Absorberer lys med maks 680 nm. Pigmentene er klorofyll a, klorofyll b og xantofyll. Det sentrale pigmentet i dets reaksjonssenter er klorofyll a. Når klorofyll a absorberer et foton, går det inn i en eksitert tilstand og frigjør et elektron, som går inn i elektrontransportkjeden.
  • Fotosystem I - Det består av proteiner og lysabsorberende pigmenter. Absorberer lys med maks 700 nm. Pigmentene er klorofyll a, klorofyll b og karoten. Det sentrale pigmentet i dets reaksjonssenter er klorofyll a. Når klorofyll a absorberer et foton, går det inn i en eksitert tilstand og frigjør et elektron. Fotosystem I erstatter dette elektronet med et elektron fra elektrontransportkjeden.
  • e⁻
  • H₂O - Plantene absorberer vann fra jorden. Under fotosyntese splittes molekylene til oksygen, protoner (H⁺) og elektroner (e⁻).
  • O
  • H⁺
  • O₂ - Det frigjøres som et biprodukt under fotosyntese. På jorden produseres oksygenet som heterotrofe organismer trenger ved fotosyntese.
  • PQ - Plastokinon. Det transporterer elektronene som frigjøres av Fotosystem II til cytokromkomplekset.
  • cyt - Cytokromkompleks. Inneholder jernholdige proteiner. Det tar opp elektroner fra PQ-komplekset og transporterer dem til plastocyaninet. Samtidig pumper det ioner gjennom membranen til thylakoidens lumen.
  • PC - Plastocyanin. Det tar opp elektroner fra cytokromkomplekset og sender dem til Fotosystem I.
  • Fd - Ferredoksin. Det tar opp elektroner fra Fotosystem I og transporterer dem til FNR-molekylet.
  • FNR - Ferredoksin NADP reduktase. Transporterer elektroner mellom ferredoksinet og NADP, det vil si, NADP reduseres.
  • fosfat
  • ADP
  • ATP - Det dannes ved at ADP og fosfat kombineres. ATP er cellens viktigste energikilde. Organisk sukker produseres fra uorganisk karbondioksid ved hjelp av ATP.
  • NADP - Det reduseres til NADPH ved å ta opp et elektron (e⁻) fra FNR og et proton (H⁺) som passerer gjennom ATPase.
  • NADPH
  • ATPase - Enzymprotein som produserer ATP. Protonene (H⁺-ioner) passerer fra innsiden av thylakoidmembranen til utsiden gjennom ATPase. Protonene passerer fra innsiden til utsiden på grunn av den høye protonkonsentrasjonen og overskuddet av positiv ladning. Når de passerer gjennom ATPase, frigjøres energi som brukes til produksjon av ATP.
  • elektrontransportkjede - Elektronene (e⁻) som eksiteres av Fotosystem II transporteres til Fotosystem I via elektrontransportkjeden. Samtidig passerer protoner gjennom membranen og akkumuleres inne i thylakoiden.
  • drivkraft for H⁺-ioner

Mørkefase

  • ATP
  • ADP
  • NADPH
  • NADP
  • 5C - Et sukkermolekyl med 5 karbonmolekyler (pentose-bisfosfat).
  • CO₂ - Karbondioksid er et uorganisk molekyl. Planter produserer et organisk molekyl (sukker) fra dette. Det øker antall karbonatomer i en pentose. Enzymet som katalyserer karbonfiksering (RuBisCo) er det viktigste enzymet i mørkereaksjoner.
  • 3C
  • 3C - Et molekyl med 3 karbonatomer (3-fosfoglyseraldehyd).
  • 6C (Glukose) - Produktet av fotosyntesen, det består av et sukkermolekyl med fem karboner og et uorganisk karbondioksidmolekyl med 1 karbonatom. Planten bruker glukose i sine videre metabolske prosesser og produksjon av stivelse, eller i sine nedbrytningsprosesser for produksjon av ATP.
  • CO₂-fiksering, dannelse av 3-fosfoglyserolsyre - Den viktigste reaksjonen i mørkefasen. Her blir karbondioksid blandet med det organiske sukkermolekylet. Essensen av de autotrofe prosessene er at organiske stoffer dannes fra uorganisk materiale. Antall karbonatomer per molekyl øker fra 5 til 6; resultatet av denne reaksjonen er to 3-fosfoglyserolsyremolekyler med tre karboner. Katalysatoren i denne reaksjonen er RuBisCO-enzymet.
  • Dannelse av 1,3-bisfosfoglycersyre - 3-fosfoglyserolsyremolekylet med tre karboner konverteres til et 1,3-bisfosfoglycersyremolekyl, ved hjelp av ATP.
  • Dannelse av 3-fosfoglyseraldehyd - 1,3-bisfosfoglycersyremolekylet med tre karboner konverteres også til et 3-fosfoglyseraldehydmolekyl med tre karboner. Reaksjonen bruker NADPH; molekylet frigjør uorganisk fosfat. (For enkelhets skyld vises ikke dette i animasjonen.)
  • Utslipp av 3-fosfoglyseraldehyd fra syklusen - Ett av de seks 3-fosfoglyseraldehydmolekylene frigjøres fra syklusen og brukes av cellen i dannelsen av glukose.
  • Dannelse av ribulose-1,5-bisfosfat - 3-fosfoglyseraldehydmolekyler med tre karboner konverteres til ribulose-1,5-bisfosfat med fem karboner (pentose-bisfosfat) gjennom flere trinn, i reaksjoner katalysert av enzymer, ved hjelp av ATP. Denne fasen kalles også for regenerasjon av ribulose-1,5-bisfosfat. Syklusen starter på nytt.

Kunstig blad

  • nitrid halvleder - Det er en billig og ofte anvendt halvleder. Den splitter vannmolekyler ved hjelp av lysenergi, som tilsvarer fotosyntesens lysfase.
  • metallkatalysator - Den katalyserer reduksjon av karbondioksid, som tilsvarer fotosyntesens mørkefase. Den produserer organisk materiale (maursyre) fra karbondioksid.
  • H₂O
  • O₂
  • H⁺
  • e⁻
  • CO₂
  • HCOOH (maursyre)

Animasjon

Forteller

Under fotosyntese produserer planter organisk materiale, glukose, fra uorganisk materiale, karbondioksid, ved hjelp av lysenergi. Oksygen dannes også i denne prosessen.

Fotosyntese finner sted i de grønne delene av plantene, det vil si, i bladene og ofte i den myke stammen. Plantenes grønne farge kommer av den store mengden kloroplast i grunnvevets celler. Det er i kloroplastene fotosyntesen foregår.

Kloroplaster har en dobbel membran. Den indre membranen danner skivelignende thylakoider, som danner en stablet membranstruktur kalt grana. Thylakoidmembranen inneholder de viktigste enzymene som trengs ved fotosyntesens lysfase.

De viktigste av disse er de to fotosystemene og elektrontransportkjeden mellom dem. Fotosystemene inneholder proteinbundede, lys-absorberende pigmenter, hvorav det viktigste er klorofyll.
De sentrale klorofyllmolekylene i Fotosystem II er klorofyll a. Når dette eksiteres av fotoner frigjøres elektroner, som havner i elektrontransportsystemet.
Det oksiderte, elektronfattige klorofyllet erstatter sine elektroner fra vannmolekyler, det vil si, det splitter vann. Oksygenatomene i vannmolekylene kombineres med oksygenmolekyler, mens protoner akkumuleres på innsiden av membranen.
Den første delen i elektrontransportkjeden er plastokinon, som overfører elektronene til cytokromkomplekset. Cytokrom er et jernholdig protein som overfører elektroner til plastocyanin mens det pumper flere protoner inn til thylakoidens lumen.
Elektronene overføres til Fotosystem I fra elektrontransportkjeden. Det sentrale klorofyllmolekylet i Fotosystem I er i en elektronfattig tilstand, siden det tidligere frigjorde elektroner da det ble eksitert av fotoner. Elektronene overføres så til NADP reduktase av ferredoksinmolekyler.
I lysfasen akkumuleres protoner på innsiden, hvor protonkonsentrasjonen i thylakoidens lumen øker og positiv ladning oppstår. Dette skaper en drivkraft for protoner, som strømmer ut gjennom ATPasen. Samtidig frigjøres energi ettersom systemet går fra en høyere energitilstand til en lavere energitilstand, grunnet utjevning av ladning og konsentrasjon. Energien som frigjøres brukes på produksjon av ATP. Protonene og elektronene som frigjøres tas opp i NADP, som danner NADPH.
For å oppsummere, fotonenes energi forårsaker en ulik fordeling av protoner. Dette skaper en drivkraft, som benyttes for å produsere ATP.

Reaksjonene i mørkefasen er ikke avhengig av lys. I denne fasen blir karbondioksid omdannet til en organisk forbindelse, ved hjelp av energien fra ATP og hydrogen-ioner fra NADPH som produseres i lysfasen.
La oss starte med 3 sukkermolekyler med fem karboner. De har totalt 15 karbonatomer. Et enzymprotein binder 1 karbondioksidmolekyl til hvert sukkermolekyl, som splittes og danner 6 molekyler med tre karboner hver, totalt 18 karbonatomer. Deretter, ved å bruke 1 NADPH og 1 ATP for hvert molekyl, dannes seks 3-fosfoglyseraldehydmolekyler. Et av disse forlater syklusen, mens de andre konverteres tilbake til 3 sukkermolekyler med fem karboner ved hjelp av 3 ATP, og syklusen starter på nytt. Det vil si, ved å bruke ATP og NADPH produsert i lysfasen, produseres 1 molekyl med tre karboner i denne syklusen. To sykluser produserer 2 molekyler med tre karboner, som bindes sammen og danner et glukosemolekyl med seks karboner. Planten bruker glukose i sine videre metabolske prosesser og produksjon av stivelse, eller i sine nedbrytningsprosesser for produksjon av ATP.

Det har blitt utført eksperimenter for å skape kunstige systemer som etterligner fotosyntesen. I et kunstig blad finner lysreaksjonene og mørkereaksjonene sted i to separate beholdere. Lysreaksjonene finner sted i en nitrid halvleder, som splitter vann når den blir eksponert for lys. Oksygen frigjøres i form av bobler, mens protoner og elektroner overføres til den andre beholderen gjennom en ledning. I denne beholderen finner mørkereaksjonene sted. Her brukes en metallkatalysator for å produsere maursyre fra karbondioksid og vann. Dette systemet gjør det mulig å benytte energien fra sollys. Det kan også være til hjelp for å redusere atmosfærens innhold av karbondioksid, som igjen kan redusere drivhuseffekten og dermed global oppvarming.

Relaterte elementer

Drivhuseffekten

Menneskelige aktiviteter forsterker drivhuseffekten og fører til global oppvarming.

Dyre- og planteceller, celleorganeller

Eukaryote celler inneholder flere organeller.

Klorofyll

Klorofyll er et fotosensitivt grønt pigment som finnes i planter; det absorberer lysenergi, og spiller derfor en nøkkelrolle i fotosyntesen.

Oksygenets kretsløp

Oksygenets kretsløp beskriver oksygenets bevegelse i sine tre viktigste reservoarer.

Enzymer

Enzymer er proteinmolekyler som katalyserer biokjemiske reaksjoner. Deres aktivitet kan reguleres.

Luftforurensning

Denne animasjonen demonstrerer hovedkildene til luftforurensning: jordbruk, industri og urban luftforurensning.

Transportprosesser

Denne animasjonen forklarer de aktive og passive transportprosessene som foregår gjennom cellemembraner.

ADP, ATP

ATP er hovedenergikilden til celler.

Amoeba proteus

Utbredte og heterotrofe encellede organismer med en kroppsform som stadig forandrer seg.

Bladets oppbygning

Denne animasjonen viser de vanligste bladtypene og forskjellen mellom enfrøbladede og tofrøbladede planter.

Blomst

Animasjonene viser strukturen av en typisk blomst.

Deforestation

Deforestation has a negative impact on the environment.

Frø og spiring

Tofrøbladede planter har to kimblad, mens enfrøbladede bare har ett.

Karbonkretsløpet

Under fotosyntese bindes karbon i organiske stoffer, mens når man puster, slippes det ut i atmosfæren.

Nisje

I økologi er nisje et begrep som beskriver hvordan en art lever.

Oksygen (O₂) (viderekommen)

En fargeløs, luktfri gass, en viktig bestanddel av atmosfæren, uunnværlig for å opprettholde liv på jorda.

Solen

Solens diameter er omtrent 109 ganger så stor som Jordens. Det meste av dens masse består av hydrogen.

Surface tension

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

Vegetative planteorganer

Disse organene er vesentlige for overlevelse og utviklingen av planter.

Euglena viridis

Encellet eukaryotealge som lever i ferskvann, i stand til å ta til seg næring autotrofisk og heterotrofisk.

Sammenlikning av enfrøbladede og tofrøbladede planter

De to gruppene av blomsterplanter er enfrøbladede og tofrøbladede planter.

Added to your cart.