Fotosinteză

Fotosinteză

Plantele pot transforma substanțele anorganice (dioxid de carbon și apă) în glucoză (substanță organică).

Biologie

Cuvinte cheie

fotosinteză, faza de lumină, Faza de întuneric, cloroplast, proces catabolic, autotróf, frunză, lumină, lumina soarelui, oxigen, material organic, dioxid de carbon, glucoză, energie solara, apă, oxigen-producție, Fixarea carbonului, membrana internă, granum, ticaloid, matrice, fotosistem II, fotosistem I, pigmenți fotosintetici, ATP, ATP-aza, sistem transport electroni, gliceric acid 3-fosfat, gliceraldehidă 3-fosfat, ribulozo-1,5-difosfat, Transformarea energiei, ciclu, foton, gaze atmosferice, glucidă, Soare, metabolism, plantă, biochimie, biologie, _javasolt

Suplimente asociate

Animații

Principiul fotosintezei

  • CO₂ - Este o moleculă anorganică din care planta produce o moleculă organică și anume glucoza. Plantele sunt organisme autotrofe: sunt capabile de a transforma substanțele anorganice în substanţe organice. Organismele heterotrofe (animale, ciuperci) nu au această capacitate.
  • O₂ - Apare ca produs secundar în procesul de fotosinteză. Pe Pământ, necesarul de oxigen al organismelor heterotrofe este asigurat prin fotosinteză.
  • lumină - Particulele acesteia se numesc fotoni. Folosind energia fotonilor, planta este capabilă de a transforma CO₂-ul anorganic în glucoză (substanță organică).
  • C₆H₁₂O₆ - Glucoză, numită și dextroză. Plantele folosesc energia luminii pentru a produce glucoză din CO₂.
  • H₂O - Plantele absorb apa din sol. În timpul fotosintezei, aceasta este descompusă în oxigen, protoni (H⁺) și electroni (e⁻).

Structura frunzei

  • fascicule vasculare: xilem - Transportă apă și sărurile minerale. În timpul fotosintezei, apa este descompusă în oxigen, protoni (H⁺) și electroni (e⁻).
  • fascicule vasculare: floem - Transportă materialele organice dizolvate în apă. Glucidele produse în timpul fotosintezei sunt transportate prin floem către celelalte părți componente ale plantei.
  • stomată - Prin acestea pătrunde în frunză CO₂ necesar fotosintezei care are loc în parenchim și tot prin acest loc este eliberat O₂-ul rezultat. Planta le poate închide pentru a împiedica eliminarea apei prin transpirație și pentru a evita deshidratarea.
  • țesut asimilator - Celulele acestui țesut conțin multe cloroplaste în interiorul cărora are loc fotosinteza. Partea superioară a țesutului conține celule alungite, iar cea inferioară are o textură spongioasă.
  • epidermă - Este alcătuită dintr- un singur strat de celule. Celulele acesteia nu conțin cloroplaste (cu excepția celulelor de pază ale stomatelor). Are rolul de a proteja planta și de a menține contactul cu mediul înconjurător prin intermediul stomatei.

Fotosinteză

  • fascicule vasculare: xilem - Transportă apă și sărurile minerale. În timpul fotosintezei, apa este descompusă în oxigen, protoni (H⁺) și electroni (e⁻).
  • fascicule vasculare: floem - Transportă materialele organice dizolvate în apă. Glucidele produse în timpul fotosintezei sunt transportate prin floem către celelalte părți componente ale plantei.
  • stomată - Prin acestea pătrunde în frunză CO₂ necesar fotosintezei care are loc în parenchim și tot prin acest loc este eliberat O₂-ul rezultat. Planta le poate închide pentru a împiedica eliminarea apei prin transpirație și pentru a evita deshidratarea.
  • celulă asimilatoare - Conține multe cloroplaste: în interiorul acestora are loc fotosinteza.
  • CO₂ - Este o moleculă anorganică din care planta produce o moleculă organică și anume glucoza. Plantele sunt organisme autotrofe: sunt capabile de a transforma substanțele anorganice în substanţe organice. Organismele heterotrofe (animale, ciuperci) nu au această capacitate.
  • O₂ - Apare ca produs secundar în procesul de fotosinteză. Pe Pământ, necesarul de oxigen al organismelor heterotrofe este asigurat prin fotosinteză.
  • lumină - Particulele acesteia se numesc fotoni. Folosind energia fotonilor, planta este capabilă de a transforma CO₂-ul anorganic în glucoză (substanță organică).
  • C₆H₁₂O₆ - Glucoza (dextroza). Plantele folosesc energia luminii pentru a produce glucoză din CO₂.
  • H₂O - Plantele absorb apa din sol. În timpul fotosintezei, aceasta este descompusă în oxigen, protoni (H⁺) și electroni (e⁻).

Celulă

  • Aparatul Golgi - Are rol important în procesarea proteinelor.
  • reticul endoplasmatic - Sistem complex de membrane în interiorul celulei. Are rol important în sinteza proteinelor, în sinteza lipidelor, cât și în descompunerea anumitor substanțe.
  • veziculă - Diferite substanțe sunt transportate în interiorul celulei împachetate în vezicule, adică în compartimente formate de membrane. Untip de veziculă este lizozomul, în care are loc digestia anumitor substanțe, cât şi descompunerea substanţelor reziduale.
  • citoplasmă
  • vacuolă - Cavitate din interiorul celulei, umplută cu sevă. Are rol important în reglarea presiunii din interiorul celulei (turgor) precum și în depozitarea mineralelor şi selectarea anumitor substanțelor reziduale.
  • cloroplast - În interiorul acestuia are loc fotosinteza: folosind energia luminii solare, planta produce glucoză din dioxidul de carbon.
  • perete celular - Este compus din celuloză și are rolul de a proteja celula, menținând forma și fermitatea țesuturilor.
  • nucleu - Conține cromatină compusă din ADN și proteine. Celulele animalelor, ale plantelor și ale ciupercilor sunt eucariote, ceea ce înseamnă că au nucleu. Celulele procariote (ale bacteriilor) nu au nucleu, ADN-ul acestora aflându-se în citoplasmă.
  • membrană celulară - Este o membrană lipidică ce învelește celula.
  • citoschelet - Are rol în poziționarea și mișcarea veziculelor și organitelor, cât și în menținerea - în cazul celulelor animale care nu dispun de pereți celulari - formei și structurii celulei.
  • mitocondrie - Este centrala energetică a celulei: produce molecule de ATP prin descompunerea moleculelor organice. ATP-ul este sursa centrală de energie a celulei.

Faza de lumină

  • cloroplast - În interiorul acestuia are loc fotosinteza: se folosește energia luminii pentru a produce glucoză din CO₂. Dispune de membrană dublă, membrana internă conținând enzimele necesare fotosintezei.
  • membrană internă - Tilacoidul este un pliu al membranei interne în formă de disc care conține enzimele fundamentale ale fazei de lumină a fotosintezei. Tilacoidele interconectate formează un granum.
  • granum
  • tilacoid
  • stromă
  • membrană tilacoidă - Conține enzimele fundamentale ale fazei de lumină a fotosintezei.
  • interiorul ticaloidului
  • Fotosistemul II - Este compus din proteine și pigmenți fotosintetizanți. Aceștia captează lumina cu lungimea de undă de 680 de nanometri. Pigmenții săi sunt: clorofila a, clorofila b și xantofila. Când clorofila a absoarbe un foton, se generează o stare de excitație și se eliberează un electron care ajunge în lanțul transportor de electroni.
  • Fotosistemul I - Este compus din proteine și pigmenți fotosintetizanți. Este absorbită lumina cu lungimea de undă de 700 de nanometri. Pigmenții săi sunt: clorofila a, clorofila b și carotina. Pigmentul central în centrul reacției este clorifila a. Când clorofila a absoarbe un foton, se generează o stare de excitație și se eliberează un electron. Acest electron este înlocuit cu un alt electron provenit din lanțul transportor de electroni al fotosistemului I.
  • e-
  • H₂O - Plantele absorb apa din sol. În timpul fotosintezei, aceasta este descompusă în oxigen, protoni (H⁺) și electroni (e⁻).
  • O
  • H⁺
  • O₂ - Apare ca produs secundar în procesul de fotosinteză. Pe Pământ, necesarul de oxigen al organismelor heterotrofe este asigurat prin fotosinteză.
  • PQ - Plastochinona. Transportă electronii eliberați de fotosistemul II în complexul citocrom.
  • cit - Complexul citocrom. Conține proteine cu conținut de fier. Preia electronii de la PQ și îi transportă către PC, în timp ce prin membrană pompează H⁻ în cavitatea tilacoidului.
  • PC - Plastocianina. Preia electronii de la complexul citocrom și îi transportă în fotosistemul I.
  • Fd - Ferredoxina. Preia electronul de la fotosistemul I și îl transportă către molecula FNR.
  • FNR - Feredoxina NADP reductază. Reduce NADP-ul transportând electroni între ferredoxină și NADP.
  • fosfat
  • ADP
  • ATP - Se formează prin combinarea de ADP și fosfat. Este principala moleculă producătoare de energie a celulelor. În faza de întuneric folosește la formarea moleculei organice de glucoză din dioxid de carbon anorganic.
  • NADP - Este redus la NADPH prin preluarea e⁻ de la FNR și a H⁺ care trece prin ATP-ază.
  • NADPH
  • ATP-ază - Enzimă proteică produsă de ATP. Datorită concentrației mari de H⁺și a încărcăturii pozitive, ionii H⁺ trec din partea internă a membranei a tilacoidelor către partea externă. La trecere prin ATP-ază se eliberează energie folosită în producerea ATP.
  • lanț transportor de electroni - Electronii e⁻ excitați ai fotosistemului I emigrează prin lanțul transportor de electroni către fotositemul II. În același timp, ionii H⁺ trec prin membrană și se acumulează în interiorul tilacoidului.
  • forță motrice care acționează asupra ionilor H⁺

Faza de întuneric

  • ATP
  • ADP
  • NADPH
  • NADP
  • C5 - O moleculă de glucoză care conține 5 molecule de carbon (ribuloză 1,5-difosfat).
  • CO₂ - Dioxid de carbon. Este o moleculă anorganică din care planta produce moleculă organică şi anume: glucoza Mărește numărul de atomi de carbon ai pentozei. Enzima care catalizează fixarea carbonului (RuBisCo) este enzima cheie a reacțiilor fazei de întuneric.
  • C3
  • C3 - Moleculă care conține 3 atomi de carbon (gliceraldehid 3-fosfat).
  • C6 (glucoză) - Produs al fotosintezei format dintr-o pentoză cu 5 atomi de carbon și din dioxid de carbon anorganic cu 1 atom de carbon. Este folosit de plantă în procesele metabolice pentru sinteza amidonului și în procesele de descompunere pentru producerea de ATP.
  • Fixarea de CO₂, formare de 3-fosfoglicerat - Reacție cheie în faza de întuneric. Aici este încorporat dioxidul de carbon anorganic în molecula de zahăr. Esența procesului autotrofic este că din materiale anorganice se formează materiale organice. La fiecare moleculă crește numărul atomilor de carbon de la 5 la 6, rezultând 3-fosfoglicerat cu trei atomi de carbon. Catalizatorul reacției este enzima RuBisCo.
  • formare de 1,3-difosfoglicerat - 3-fosfogliceratul cu trei atomi de carbon este convertit folosind ATP în 1,3-difosfoglicerat.
  • formare de gliceraldehidă 3-fosfat - 1,3-difosfogliceratul cu 3 atomi de carbon este convertit în gliceraldehidă 3-fosfat. Pentru reacție este nevoie de NADPH, din moleculă eliberându-se fosfat anorganic (pentru simplificare, animația nu prezintă acest proces).
  • Gliceraldehida 3-fosfat este eliberată din ciclu - Din 6 gliceraldehide 3 fosfat una părăsește ciclul și este folosită de către celulă la producerea glucozei.
  • formare de ribuloză 1,5 difosfat - În mai multe faze ale reacțiilor catalizate de către enzime, folosindu-se ATP, moleculele de gliceraldehidă 3 fosfat cu 3 atomi de carbon sunt convertite în ribuloză 1,5 difosfat cu 5 atomi de carbon. Aceasta este numită regenerarea ribulozei 1,5 difosfat, iar ciclul începe din nou.

Frunză artificială

  • semiconductor nitrid - Este un semiconductor ieftin, folosit pe multe planuri. Poate descompune apa cu ajutorul energiei luminii. Corespunde fazei de lumină a fotosintezei.
  • metal catalizator - Catalizează reducția dioxidului de carbon. Corespunde fazei de întuneric a fotosintezei. Din dioxid de carbon produce material organic (acid formic).
  • H₂O
  • O₂
  • H⁺
  • e⁻
  • CO₂
  • HCOOH (acid formic)

Animație

Narațiune

Esența fotosintezei constă în transformarea dioxidului de carbon anorganic în glucoză, adică material organic, folosindu-se energia luminii. În timpul procesului se formează oxigen.

Fotosinteza are loc în părțile verzi ale plantelor: frunza sau tulpina. Culoarea verde este produsă de țesutul asimilator, ale cărui celule conțin un număr mare de cloroplaste în care are loc fotosinteza.

Cloroplastele au membrană dublă, cea interioară fiind formată din tilacoide în formă de disc. Tilacoidele interconectate formează un granum. Membrana tilacoidelor conține enzimele fundamentale ale fazei de lumină a fotosintezei.

Dintre acestea cea mai mare importanță o au cele două fotosisteme și lanțul transportor de electroni dintre ele.
În fotosisteme se găsesc pigmenți fotosintetizanţi fixați pe proteine, cel mai important fiind clorofila verde a.
În fotosistemul II, moleculele clorofilei centrale a sunt excitate de fotoni și eliberează electroni. Aceștia ajung în lanțul transportor de electroni.

Clorofila oxidată își completează electronii lipsă din moleculele de apă. Acest proces are loc în timpul descompunerii apei: atomii de oxigen din moleculele de apă se unesc pentru a forma oxigen molecular, în timp ce protonii se acumulează pe partea internă a membranei.

În lanțul transportor de electroni, primul membru este plastochinona, care transferă electronii complexului citocrom. Citocromul este o proteină cu conținut de fier care transportă electronii către plastocianină, în timp ce pompează protoni spre partea internă a membranei.
Din lanțul transportor de electroni, aceştia ajung în fotosistemul I. Molecula centrală a fotosistemului I -clorofila a - are deficit de 1 electron după eliberarea acestora sub acțiunea protonilor. Electronii eliberați ajung prin intermediul moleculelor de ferredoxină la NADP reductază.

În faza de lumină, pe partea interioară sunt acumulați protoni determinând creșterea concentrației acestora precum și cea a încărcării pozitive. Astfel se creează o forță orientată dinspre interior spre exterior. Protonii pot ieşi prin ATP-ază, eliberând în acelaşi timp energie, sistemul ajungând în stadiu de energie scăzută după egalizarea concentrației și a încărcăturii pozitive. Energia rezultată este folosită la producerea de ATP. Protonii și electronii care ajung în exterior sunt preluați de NADP, formându-se NADPH.
Rezumând: folosind energia fotonilor, rezultă o distribuție inegală a protonilor, ceea ce creează o forță folosită în producerea de ATP.

Reacțiile fazei de întuneric nu necesită lumină. În timpul acestor reacții, folosind energia ATP-ului produs în faza de lumină și hidrogenul din NADPH, se încorporează dioxid de carbon în compuși organici.

Să luăm ca exemplu trei molecule de glucoză cu 5 atomi de carbon. În total sunt 15 atomi de carbon. O enzimă poate fixa câte o moleculă de dioxid de carbon la 3 molecule de glucoză, în timp ce produsele se divid în două. Astfel se formează 6 molecule cu câte 3 atomi de carbon, numărul acestora crescând la 18. În continuare, folosindu-se câte un ATP și un NADPH pentru fiecare moleculă, se formează gliceraldehidă 3-fosfat. Dintre acestea, una părăsește ciclul și celelalte, folosind 3 ATP, se transformă înapoi în 3 molecule de glucoză cu 5 atomi de carbon, reluându-se ciclul de la început.
În timpul ciclului, în total se eliberează o moleculă cu 3 atomi de carbon, folosindu-se ATP și NADPH produse în faza de lumină. În două astfel de cicluri se formează 2 molecule cu 3 atomi de carbon care, combinându-se, se transformă în glucoză cu 6 atomi de carbon. Din glucoza formată, planta se foloseşte de aceasta pentru a produce substanță hrănitoare din amidon și pentru a produce ATP în timpul proceselor metabolice.

Se fac experimente pentru crearea fotosistemelor artificiale. În frunzele artificiale, reacțiile de lumină și cele de întuneric au loc în două recipiente separate. Reacțiile de lumină au loc într-un semiconductor nitrid, care, expus la lumină, descompune apa. Oxigenul este eliberat sub formă de bule de aer, iar protonii și - printr-un conductor - și electronii, trec în alt recipient unde au loc reacțiile de întuneric. Aici, cu ajutorul catalizatorului de metal, din dioxid de carbon și apă se formează acid formic. Sistemul face posibilă folosirea energiei luminii. În același timp, se creează posibilitatea reducerii cantității de dioxid de carbon din atmosferă, ceea ce ajută la scăderea efectului de seră şi a încălzirii globale.

Suplimente asociate

Celule animale şi vegetale, organite celulare

Celulele eucariote conțin un număr mare de organite celulare.

Circuitul oxigenului

Pe Pământ, oxigenul, element indispensabil majorității viețuitoarelor, se găsește într-un circuit continuu.

Clorofilă

Clorofila este un pigment fotosensibil, de culoare verde, ce se găseşte în plante; ea absoarbe energia luminoasă, fiind esențială în procesul de fotosinteză.

Efectul de seră

Activitatea umană constituie cauza intensificării efectului de seră care determină încălzirea globală.

Enzime

Enzimele sunt molecule proteice cu rol important în catalizarea reacțiilor biochimice. Activitatea acestora este reglabilă.

Poluarea aerului

Animația prezintă principalele surse de poluare a aerului: poluarea agricolă, idustrială și urbană.

Transport membranar

Animația explică transportul membranar activ și pasiv.

ADP, ATP

ATP-ul este principala sursă de energie a celulelor.

Alcătuirea frunzei

Animația prezintă principalele tipuri de frunze, precum și diferențele dintre frunzele monocotiledonatelor și ale dicotiledonatelor.

Amiba

Organism unicelular heterotrof, larg răspândit, a cărui formă se schimbă în mod continuu.

Circuitul carbonului

Carbonul intră în componența materiei organice în timpul procesului de fotosinteză, fiind eliberat în atmosferă în timpul respirației.

Despădurire

Despăduririle au un efect negativ asupra mediului înconjurător.

Floare

Animaţia prezintă structura unei flori tipice.

Nișă

În ecologie, termenul reprezintă ansamblul caracteristicilor ecologice care permit unei specii date să se integreze într-o biocenoză.

Organele vegetative ale plantelor

Aceste organe sunt vitale pentru supraviețuirea și dezvoltarea plantelor.

Oxigen (O₂) (nivel mediu)

Cel mai răspândit element de pe Pământ, indispensabil vieții.

Sămânţa şi germinaţia

Dicotiledonatele au două cotiledoane, iar monocotiledonatele au un singur cotiledon.

Soarele

Diametrul Soarelui este de 109 mai mare decât cel al Pământului. Masa sa este compusă în principal din hidrogen.

Tensiunea superficială

Tensiunea superficială este proprietatea lichidelor de a lua o formă cu suprafața cea mai mică posibilă.

Comparaţia plantelor monocotiledonate şi dicotiledonate

Angiospermele se împart în dicotiledonate și monocotiledonate.

Euglena verde

Eucariotă unicelulară care trăiește în apele dulci, hrănindu-se atât autotrof, cât și heterotrof.

Added to your cart.