Fotosynteza

Fotosynteza

Rośliny są w stanie wytworzyć organiczny cukier z nieorganicznych związków (dwutlenku węgla i wody).

Biologia

Etykiety

fotosynteza, Faza jasna, Faza ciemna, chloroplastów, proces kataboliczny, autotróf, liść, światło, światło słoneczne, tlen, materiał organiczny, dwutlenek węgla, glukoza, energia słoneczna, woda, Produkcja tlenu, Mocowanie węglowe, wewnętrzna membrana, granum, tylakoida, forma macierzysta, II fotoukład, I fotoukład, pigmenty fotosyntezy, ATP, ATP-aza, system przenoszenia elektronu, glicerynowy kwasu 3-fosforanu, gliceraldehydo-3-fosforan, rybulozo-1,5-difosforan, Transformacja energetyczna, Cyrkulacja, foton, gazy atmosferyczne, węglowodan, Słońce, przemiana materii, roślina, biochemia, biologia, _javasolt

Powiązane treści

Sceny

Proces fotosyntezy

  • CO₂ - Dwutlenek węgla. Nieorganiczny związek, z którego roślina wytwarza organiczny związek: cukier. Rośliny to autotroficzne organizmy, które są w stanie wytworzyć związki organiczne z nieorganicznych. Organizmy heterotroficzne (grzyby, zwierzęta) nie mają takich zdolności.
  • O₂ - Powstaje jako produkt uboczny fotosyntezy. Zapotrzebowanie na tlen organizmów heterotroficznych na Ziemi zaspokajane jest w procesie fotosyntezy.
  • foton - Jego cząsteczkami są fotony. Rośliny wykorzystując energię fotonów, produkują z nieorganicznego dwutlenku węgla organiczny cukier.
  • C₆H₁₂O₆ - Cukier gronowy (glukoza). Rośliny produkują go w obecności energii świetlnej z CO₂.
  • H₂O - Woda dstaje się do rośliny z gleby Podczas fotosyntezy rozpada się na tlen, protony (H⁺) i elektrony (e⁻).

Budowa liścia

  • wiązka przewodząca: drewno - Transportuje wodę i sole mineralne. Roślina podczas fotosyntezy rozkłada wodę na tlen, protony (H⁺) i elektrony (e⁻).
  • wiązka przewodząca: łyko - Transportuje rozpuszczone w wodzie sole mineralne. Wytwarzane podczas fotosyntezy cukry łyko transportuje do dalszych części rośliny.
  • aparat szparkowy - Za jego pośrednictwem, do produkującej substancje odżywcze tkanki miękiszowej, dostaje się niezbędny do procesu fotosyntezy CO₂ i jest wydalany powstający w liściu O₂. Przez niego odbywa się również parowanie. Roślina, chroniąc się przed wysuszeniem, może go zamknąć.
  • tkanka miękiszowa - Jej komórki zawierają dużą ilość chloroplastów, w których zachodzi fotosynteza. Jej górna warstwa składa się z pionowo wydłużonych komórek, podczas gdy dolna warstwa ma gąbczastą konsystencję.
  • epiderma - Składa się z jednej warstwy komórek. Jej komórki nie zawierają chloroplastów, z wyjątkiem komórek zamykających w szparkach. Służy do ochrony rośliny, oraz do utrzymywania kontaktu z otoczeniem poprzez szparki.

Fotosynteza

  • wiązka przewodząca: drewno - Transportuje wodę i sole mineralne. Roślina podczas fotosyntezy rozkłada wodę na tlen, protony (H⁺) i elektrony (e⁻).
  • wiązka przewodząca: łyko - Transportuje rozpuszczone w wodzie sole mineralne. Wytwarzane podczas fotosyntezy cukry łyko transportuje do dalszych części rośliny.
  • aparat szparkowy - Za jego pośrednictwem, do produkującej substancje odżywcze tkanki miękiszowej, dostaje się niezbędny do procesu fotosyntezy CO₂ i jest wydalany powstający w liściu O₂. Przez niego odbywa się również parowanie. Roślina, chroniąc się przed wysuszeniem, może go zamknąć.
  • tkanka miękiszowa - Składa się z wielu chloroplastów, w których zachodzi proces fotosyntezy.
  • CO₂ - Dwutlenek węgla. Nieorganiczny związek, z którego roślina wytwarza organiczny związek: cukier. Rośliny to autotroficzne organizmy, które są w stanie wytworzyć związki organiczne z nieorganicznych. Organizmy heterotroficzne (grzyby, zwierzęta) nie mają takich zdolności.
  • O₂ - Powstaje jako produkt uboczny fotosyntezy. Zapotrzebowanie na tlen organizmów heterotroficznych na Ziemi zaspokajane jest w procesie fotosyntezy.
  • światło - Jego cząsteczkami są fotony. Rośliny wykorzystując energię fotonów, produkują z nieorganicznego dwutlenku węgla organiczny cukier.
  • C₆H₁₂O₆ - Cukier gronowy (glukoza). Rośliny produkują go w obecności energii świetlnej z CO₂.
  • H₂O - Woda dostaje się do rośliny z gleby. Podczas fotosyntezy rozpada się na tlen, protony (H⁺) i elektrony (e⁻).

Komórka

  • aparat Golgiego - Odgrywa ważną rolę w dojrzewaniu białek.
  • siateczka śródplazmatyczna - Znajdujący się wewnątrz komórki skomplikowany system membran. Odgrywa rolę przy fotosyntezie, dojrzewaniu białek, w syntezie lipidów i w rozkładaniu niektórych związków.
  • pęcherzyk wydzielniczy - Wewnątrz komórki różne substancje są transportowane w zamkniętych pęcherzykach otoczonych błoną. Jednym z rodzajów pęcherzyków są lizosomy, w których odbywa się trawienie i wydalanie zbytecznych substancji.
  • cytoplazma
  • wakuola - Struktura wypełniona sokiem komórkowym. Odgrywa ważną rolę w regulowaniu wewnętrznego ciśnienia (turgoru), wydalaniu i magazynowaniu niektórych składników.
  • chloroplast - Odbywa się w nim fotosynteza: roślina wykorzystując energię słoneczną produkuje węglowodany z dwutlenku węgla.
  • ściana komórkowa - Zbudowana jest z celulozy. Zapewnia ochronę komórce, utrzymuje jej kształt i nadaje sztywność jej tkankom.
  • jądro komórkowe - Zawiera chromatynę składającą się z DNA i z białek. Komórki roślinne, zwierzęce i grzybów są eukariotami gdyż posiadją jądro komórkowe. Komórki prokariotyczne (bakterie) nie mają jądra komórkowego, ich DNA znajduje się w cytoplaźmie.
  • błona komórkowa - Lipidowa membrana otaczająca komórkę.
  • cytoszkielet - Odpowiada za umiejscowienie i poruszanie się organelli, bądź - w tych komórkach zwierzęcych, które nie posiadają błony komórkowej - za utrzymanie kształtu komórki.
  • mitochondrium - "Elektrownie" komórek, które produkują cząsteczki ATP, rozbijając cząsteczki organiczne. ATP jest głównym związkiem będącym nośnikiem energii dla komórki.

Faza jasna

  • chloroplast - Zachodzi w nim proces fotosyntezy. W obecności energii świetlnej z CO₂ powstaje cuker gronowy. Posiada podwójną błonę. W wewnętrznej błonie znajdują się enzymy fotosyntezy.
  • wewnętrzna membrana - Tylakoidy to lamellarna struktura pęcherzyków powstałe w wyniki spłaszczenia przez wewnętrznej membrany. Zawierają one kluczowe enzymy fazy jasnej fotosyntezy. Tylakoidy ułożone jeden na drugim tworzą stosy gran.
  • granum
  • tylakoida
  • forma macierzysta
  • błona tylakoidu - Zawiera kluczowe enzymy fazy jasnej fotosyntezy.
  • wnętrze tylakoidu
  • II fotoukład - Składa się z białek i układu antenowego absorbującego kwanty światła. Absorbuje kwanty światła o długości fal 680 nm. Barwnikami są chlorofil-a, chlorofil-b i ksantofil. Głównym barwnikiem centrum reakcji jest chlorofil-a. Gdy chlorofil -a pochłania foton, wybijany zostaje elektron, który przenoszony jest na system przenośników elektronów.
  • I fotoukład - Składa się z białek i układu antenowego absorbującego kwanty światła. Absorbuje kwanty światła o długości fal 700 nm. Barwnikami są chlorofil-a, chlorofil-b i karoten. Głównym barwnikiem centrum reakcji jest chlorofil-a. Gdy chlorofil-a pochłania foton wybijany zostaje elektron. Elektron ten uzupełniany jest z przenośnika elektronów fotoukładu I.
  • e⁻
  • H₂O - Woda dostaje się do rośliny z gleby. Podczas fotosyntezy rozpada się na tlen, protony (H⁺) i elektrony (e⁻).
  • O
  • H⁺
  • O₂ - Powstaje jako produkt uboczny fotosyntezy. Zapotrzebowanie na tlen organizmów heterotroficznych na Ziemi zaspokajane jest z fotosyntezy.
  • PQ - Plastochinon. Przekazuje elektrony wybite z fotoukładu II do kompleksu cytochromowego.
  • cit - Kompleks cytochromowy. Zawiera białko zawierające żelazo. Pobiera elektrony z kompleksu cytochromów i przekazuje je na plastocyjaninę. W tym czasie przez membranę pompuje H⁻ do wnętrza tylakoidu.
  • PC - Plastocyjanina. Pobiera elektrony z kompleksu cytochromów i przekazuje je do fotoukładu I.
  • Fd - Ferrodoksyna. Pobiera elektron z fotoukładu I i pzekazuje dalej cząsteczce FNR.
  • FNR - Reduktaza ferrodyksyna NADP. Przekazuje elektrony między ferrodoksyną a NADP, czyli redukuje NADP.
  • fosfat
  • ADP
  • ATP - Powstaje w wyniku połączenia fosforanu i ADP. Główny nośnik energii wewnątrz komórki. Przy jego użyciu w fazie ciemnej z nieorganicznego dwutlenku węgla powstaje cząsteczka organicznego cukru.
  • NADP - Redukuje się pobierając z FNR e⁻ i przebiegający przez syntazę ATP proton H⁺. Przekształca się w NADPH.
  • NADPH
  • syntaza ATP - Enzym białkowy produkujący ATP. Przez niego jony H⁺ przenikają z wewnętrznej strony błony tylakoidu na stronę zewnętrzną. H⁺ przenikają na zewnątrz z powodu dużej koncentracji i z powodu nadmiaru dodatniego naładowania. Dlatego, w trakcie przenikania przez syntazę ATP, uwolniona zostaje energia, która przyczynia się do wytworzenia ATP.
  • system przenoszenia elektronu - Wzbudzone elektrony II fotoukładu wędrują przez łańcuch przenośników elektronów na fotoukład I. W tym czasie H⁺ przenikają przez membranę i kumulują się wewnątrz tylakoidu.
  • siła oddziaływania na H⁺

Faza ciemna

  • ATP
  • ADP
  • NADPH
  • NADP
  • 5C - Pięciowęglowa częsteczka cukru (rybulozo-1,5 bisfosforan).
  • CO₂ - Dwutlenek węgla. Cząsteczka nieorganiczna, z której rośliny wytwarzają organiczną cząsteczkę cukru. Zwiększa liczbę atomów węgla w pięciowęglowej cząsteczce cukru. Enzymem katalizującym jego przyłączenie jest główny enzym fazy ciemnej (RuBisCo).
  • 3C
  • 3C - Trzywęglowa cząsteczka (aldehyd 3-fosfoglicerynowy)
  • 6C (glukoza) - Produkt fotosyntezy, który powstaje z pięciowęglowego cukru i jednowęglowego nieorganicznego dwutlenku węgla. Roślina wykorzystuje go w dalszych procesach metabolicznych systezy skrobii, bądź w procesach redukcji do produkcji ATP.
  • wiązanie CO₂, powstawanie aldehydu 3-fosfoglicerynowego - Kluczowa reakcja fazy ciemnej. Podczas niej nieorganiczny dwutlenek węgla wbudowuje się w cząsteczkę cukru. Procesy autotroficzne polegają na tym, że ze związków nieorganicznych powstaje związek organiczny. Liczba atomów węgla wzrasta z 5 do 6, produktem reakcji są dwa trzywęglowe aldehydy 3-fosfoglicerynowe. Reakcję katalizuje enzym RuBisCo.
  • powstawanie 1,3-bisfosfoglicerynianu - Trzywęglowy aldehyd 3-fosfoglicerynowy, przy udziale ATP ulega fosforylacji do 1,3 bisfosfoglicerynianu.
  • powstawanie aldehydu 3-fosfoglicerynowego - Trzywęglowy 1,3 bisfosfoglicerynian zostaje następnie zredukowany do aldehydu 3-fosfoglicerynowego. Reakcja ta wymaga użycia NADPH, nieorganiczny fosfat zostaje uwolniony z cząsteczki (animacja nie pokazuje tego dla uproszczenia).
  • aldehyd 3-fosfoglicerynowy wychodzi z cyklu - Spośród sześciu aldehydów 3-fosfoglicerynowych jeden występuje z cyklu i zostaje wykorzystany przez komórkę do produkcji glukozy.
  • powstawanie rybulozo-1,5 bisfosforanu - W kilku etapach, w ramach reakcji katalizowanych przez enzymy, przy użyciu ATP z trzywęglowego aldehydu 3-fosfoglicerynowego powstaje pięciowęglowy rybulozo-1,5 bisfosforan. Proces ten nosi nazwę regeneracji rybulozo-1,5 bisfosforanu. Cykl rozpoczyna się od nowa.

Sztuczny liść

  • półprzewodnik azotyn - Jest tanim, szeroko stosowanym półprzewodnikiem. Rozkłada wodę przy udziale energii świetlnej. Odpowiada to fazie jasnej fotosyntezy.
  • katalizator metalu - Katalizuje redukcję dwutlenku węgla. Odpowiada to fazie ciemnej fotosyntezy. Z dwutlenku węgla powstaje związek organiczny (kwas mrówkowy).
  • H₂O
  • O₂
  • H⁺
  • e⁻
  • CO₂
  • HCOOH (kwas mrówkowy)

Animacja

Narracja

Proces fotosyntezy polega na tym, że roślina z wykorzystaniem energii świetlnej z nieorganicznego dwutlenku węgla tworzy związek organiczny, jakim jest cukier gronowy. Podczas tego procesu powstaje także tlen.

Fotosynteza odbywa się w zielonych częściach roślin. Są nimi liście i często również miękkie łodygi. Zielony kolor roślina zawdzięcza tkance miękiszowej, w komórkach której znajduje się duża ilość zdolnego do fotosyntezy chloroplastu.

Chloroplast otoczony jest dwiema błonami. Wewnętrzną błonę tworzą woreczki zwane tylakoidami. Ułożone w stosach tylakoidy tworzą grana. W błonie tylakoidów znajdują się kluczowe enzymy fazy jasnej fotosyntezy.
Najważniejsze spośród nich są dwa fotoukłady i znajdujący się między nimi system przenośników elektronów.
W fotoukładach znajdujemy kompleksy białkowo-barwnikowe absorbujące kwanty światła, spośród których najważniejszym jest zielonego koloru chlorofil.
Cząsteczki głównego chlorofilu II fotoukładu pobudzają się na skutek działania fotonu, w trakcie czego dochodzi do oderwnia się elektronu. Oderwane elektrony dostają się do systemu przenośników elektronów. Pozbawiony elektronu, utleniony chlorofil uzupełnia miejsce po oderwanym elektronie z cząsteczki wody. Jest to proces rozkładania wody, podczas którego tlen cząsteczek wody łączy się w cząsteczkę tlenu i w wyniku uwolnienia protonów powstaje gradient protonowy po wewnętrznej stronie błony. Pierwszym przenośnikiem systemu przenośników elektronów jest plastochinon, który przekazuje elektrony do kompleksu cytochromowego. Cytochrom to białko o zawartości żelaza, które przenosi elektrony do plastocyjaniny, pompując jednocześnie resztę protonów na wewnętrzną stronę błony.
Z łańcucha przenośników elektronów elektrony dostają się do I fotoukładu. Głównej cząsteczce chlorofilu I fotoukładu brakuje elektronu, gdyż na skutek działania fotonu elektron został oderwany. Oderwane elektrony za pośrednictwem cząsteczek ferredoksyny dostają się na reduktazę ferredoksyny - NADP.
W fazie jasnej protony zbierają się po wewnętrznej stronie błony tylakoidu, dlatego stężenie protonów wzrasta, a tym samym wzrasta dodatnie naładowanie. To tworzy skierowaną na zewnątrz siłę napędową. Protony mogą przepływać przez syntazę ATP, podczas czego uwalnia się energia, która pochodzi z różnicy stężeń wolnych protonów i ich ładunków. Uwolniona energia wykorzystywana jest do produkcji ATP. Wydostające się protony i elektrony zostają pobrane przez NADP i powstaje NADPH.
Podsumowując: przy udziale energii fotonów dochodzi do nierównego rozproszenia protonów. W konsekwencji gradient elektrochemiczny zostaje wykorzystany do produkcji ATP.
Reakcje fazy ciemnej nie potrzebują światła. Podczas fazy ciemnej, z wykorzystaniem wyprodukowanej w fazie jasnej energii ATP i wodorów NADPH, odbywa się wbudowanie dwutlenku węgla w związki organiczne.
Zacznijmy od 3 i 5 węglowych cukrów. Ich łączna liczba atomów węgla wynosi 15. Enzym białkowy wbudowuje dwutlenek węgla do każdej cząsteczki cukru, przy czym substancje rozpadają się na dwie części. Tym sposobem powstaje cząsteczka 3 i 6-węglowa, łączna liczba atomów węgla wzrasta do 18. Następnie, wykorzystując 1 NADPH i 1 ATP, tworzy się aldehyd 3-fosfoglicerynowy. Jeden z nich występuje z cyklu i z wykorzystaniem pozostałych 3 ATP z powrotem zamieni się w 3 i 5- węglowe cukry, cykl rozpocznie się od nowa. Oznacza to, że w tym cyklu uwolnione zostaną 3 cząsteczki węgla. Potrzebne do tego były ATP i NADPH, które powstały w fazie jasnej. W dwóch takich cyklach powstają po dwie 3 węglowe cząsteczki, które łącząc się dają 6 węglową glukozę. Z tak powstałej glukozy powstaje w roślinie magazyn składników odżywczych, czyli skrobia, bądź w wyniku metabolicznych procesów redukcyjnych tworzone jest ATP.
Trwają eksperymenty nad stworzeniem sztucznych systemów fotosyntetyzujących. W sztucznym liściu w osobnych naczyniach zachodzą reakcje fazy świetlnej i fazy ciemnej. Faza jasna odbywa się na półprzewodniku azotynie, po oświetleniu którego dochodzi do rozpadu wody. Tlen wydziela się w formie pęcherzyków, a protony i elektrony zostają przeniesione przewodem do drugiego naczynia, w którym odbywają się procesy fazy ciemnej. Tutaj, przy pomocy katalizatora metalowego, z wody i dwutlenku węgla powstaje kwas mrówkowy. Sytem ten umożliwia wykorzystanie energii słonecznej. Oprócz tego umożliwia zmniejszenie emisji dwutlenku węgla, co z kolei pozwala na zmniejszenie efektu cieplarnianego.

Powiązane treści

Chlorofil

Zielony barwnik roślin, niezbędny w procesie wychwytywania kwantów światła, a więc w procesie fotosyntezy.

Efekt cieplarniany

Efekt cieplarniany nasila się na skutek działalności człowieka i prowadzi do globalnego ocieplenia.

Komórka zwierzęca, roślinna, organellum

W komórkach eukariontów znajdują się liczne organella.

Obieg tlenu w przyrodzie

Tlen niezbędny dla większości żywych organizmów na Ziemi, pozostaje w ciągłej cyrkulacji.

Działanie enzymów

Enzymy to białkowe molekuły, katalizujące reakcje biochemiczne, których działanie może być regulowane.

Transport substancji w komórce

Animacja prezentuje pasywne i aktywne procesy transportowe odbywające się przez błonę komórkową.

Zanieczyszczenie powietrza

Animacja prezentuje główne źródła zanieczyszczenia powietrza pochodzące z rolnictwa, przemysłu i z osad.

ADP, ATP

ATP jest najważniejszą molekularną jednostką, dostarczającą komórkom energię.

Budowa liścia

Animacja pokazuje główne rodzaje liści i różnice między poszczególnymi rodzajami roślin jedno- i dwuliściennych.

Kwiat

Dzięki animacji możemy poznać budowę typowego kwiatu.

Napięcie powierzchniowe

Napięcie powierzchniowe jest właściwością cieczy umożliwiającej jej uzyskanie możliwie najmniejszej powierzchni.

Nasiono i kiełkowanie

Rośliny dwuliścienne kiełkują dwoma liścieniami a rośliny jednoliścienne jednym liścieniem.

Nisza

Nisza to abstrakcyjne pojęcie charakteryzujące potrzeby organizmów żywych i populacji w ekosystemie.

Obieg węgla w przyrodzie

W procesie fotosyntezy węgiel jest asymilowany przez związki organiczne, a w procesie oddychania jest oddawany do atmosfery.

Organy wegetatywne roślin

Te organy są niezbędne do przeżycia i do rozwoju roślin.

Pełzak odmieniec

Słodkowodny pospolity heterotrof jednokomórkowy, którego kształt stale się zmienia.

Słońce

Średnica Słońca jest 109 razy większa od średnicy Ziemi. Wodór stanowi większą część jego materii.

Tlen (O₂) (średni stopień)

Najbardziej rozpowszechniony pierwiastek na Ziemi, niezbędny do życia.

Wylesianie

Wycinka lasów ma negatywny wpływ na środowisko.

Euglena zielona

Jednokomórkowce żyjące w słodkich wodach, zdolne zarówno do autotroficznej, jak i do heterotroficznej przemiany materii.

Porównanie roślin jednoliściennych i dwuliściennych

Rośliny jednoliścienne i dwuliścienne stanowią dwie duże klasy roślin okrytonasiennych.

Added to your cart.