Фотосинтеза

Фотосинтеза

Биљке могу од неорганских материја (угљен-диоксида и воде) направити органски шећер.

Биологија

Ознаке

фотосинтеза, светла фаза, Тамна фаза, хлоропласт, катаболички процес, autotróf, лист, светло, сунчев сјај, кисеоник, органски материјал, угљен-диоксид, глукоза, solarna energija, вода, производња кисеоника, везивање угљен-диоксида, унутрашња мембрана, гранум, тилакоид, матрикс, Фотосистем II, Фотосистем I, фотосинтетски пигменти, АТП, АТПаза, транспортни систем електрона, глицеринска киселина-3-фосфат, глицералдехид 3-фосфат, рибулоза-1,5-дифосфат, трансформација енергије, циклус, фотон, атмосферски гасови, угљени хидрат, Сунце, метаболизам, биљка, биохемија, биологија, _javasolt

Повезани додаци

Сцене

Принцип фотосинтезе

  • CO₂ - Угљен-диоксид. Неорганска молекула од које биљка производи органску молекулу, шећер. Биљке су аутотрофни организми, што значи да од неорганских једињења могу произвести органске. Хетеротрофни организми (животиње и гљиве) немају ту могућност.
  • O₂ - Настаје као споредни производ током процеса фотосинтезе. Кисеоник потребан за живот хетеротрофних организама на Земљи, настаје фотосинтезом.
  • светлост - Њени делови су фотони. Енергију фотона биљке користе за стварање органског шећера из неорганског угљен-диоксида.
  • C₆H₁₂O₆ - Глукоза (декстроза, грожђани шећер). Биљке је производе уз помоћ угљен-диоксида и енергије светлости.
  • H₂O - Биљка је црпи из тла. За време фотосинтезе молекуле воде се разлажу на кисеоник, протоне (H⁺) и електроне (e⁻).

Структура листа

  • проводни снопић: ксилем - Проводи воду и минералне соли. За време фотосинтезе молекуле воде се разлажу на кисеоник, протоне (H⁺) и електроне (e⁻).
  • проводни снопић: флоем - Проводи органске материје отопљене у води, Угљене хидрате који настају у поступку фотосинтезе транспортује у остале делове биљке.
  • стома - Кроз ове отворе угљен-диоксид неопходан за фотосинтезу улази у лист, а овим процесом настао угљен-диоксид кроз исте отворе излази. Кроз њих се врши и испаравање воде, стога их биљка, да би спречила исушивање, може затворити.
  • асимилацијско ткиво - Ћелије овог ткива садрже хлоропласте. У њима се одвија фотосинтеза. Горњи слој се састоји од усправних ћелија у облику стубића, а доњи слој је сунђерасте структуре.
  • кожно ткиво - Састоји се од једног слоја ћелија које не садрже хлоропласт (изузимајући ћелије које затварају стоме). Овај слој има улогу у заштити биљке, а кроз размену гасова учествује у одржавању контакта са околином.

Фотосинтеза

  • проводни снопић: ксилем - Проводи воду и минералне соли. За време фотосинтезе молекуле воде се разлажу на кисеоник, протоне (H⁺) и електроне (e⁻).
  • проводни снопић: флоем - Проводи органске материје отопљене у води, Угљене хидрате који настају у поступку фотосинтезе транспортује у остале делове биљке.
  • стома - Кроз ове отворе угљен-диоксид неопходан за фотосинтезу улази у лист, а овим процесом настао угљен-диоксид кроз исте отворе излази. Кроз њих се врши и испаравање воде, стога их биљка, да би спречила исушивање, може затворити.
  • ћелија асимилацијског ткива - Садржи велики број хлоропласта у којима се одвија процес фотосинтезе.
  • CO₂ - Угљен-диоксид. Неорганска молекула од које биљка производи органску молекулу, шећер. Биљке су аутотрофни организми, што значи да од неорганских једињења могу произвести органске. Хетеротрофни организми (животиње и гљиве) немају ту могућност.
  • O₂ - Настаје као споредни производ током процеса фотосинтезе. Кисеоник потребан за живот хетеротрофних организама на Земљи, настаје фотосинтезом.
  • светлост - Њени делови су фотони. Енергију фотона биљке користе уа стварање органског шећера из неорганског угљен-диоксида.
  • C₆H₁₂O₆ - Глукоза (декстроза, грожђани шећер). Биљке је производе уз помоћ угљен-диоксида и енергије светлости.
  • H₂O - Биљка је црпи из тла. За време фотосинтезе молекуле воде се разлажу на кисеоник, протоне (H⁺) и електроне (e⁻).

Ћелија

  • Голџијев апарат - Има важну улогу у сазревању протеина.
  • ендоплазматични ретикулум - Сложен систем мембрана у унутрашњости ћелије. Има улогу синтези и сазревању протеина, синтези липида и разградњи неких метерија.
  • везикула - Материје се унутар ћелија транспортују у мембранским мехурићима. Посебну групу мембранских мехурића чине лизозоми у којима се одвија варење неопходних и разлагање сувичних материја.
  • цитоплазма
  • вакуола - Мехурић у цитоплазми ћелије испуњен ћелијским соком. Служи за регулацију унутрашњег притиска ћелије (тургора), складиштење минерала и разлагање непотребних материја.
  • хлоропласт - У овом делу се одвија фотосинтеза: биљка, уз помоћ светлосне енергије из угљен-диоксида производи шећер.
  • ћелијски зид - Састоји се од целулозе. Служи као заштита ћелије, одржава њен облик и учвршћује биљно ткиво.
  • једро - Садржи хроматинску материју која се састоји од комбинације ДНК и протеина. Ћелије животиња, биљака и гљива су еукариоти, што значи да садрже ћелијско језгро. Прокариотске ћелије (бактерије) немају ћелијско језгро, њихове ДНК се налазе у цитоплазми.
  • ћелијска мембрана - Мембрана од липида, обмотана око ћелије.
  • цитоскелет - Има важну улогу у смештају и кретању везикула и органела, обезбеђује структуру и облик животињских ћелија које немају зид.
  • митохондрија - Извор енергије ћелије: производи АТП разградњом органских молекула. АТП је централни извор енергије ћелије.

Светла фаза

  • хлоропласт - У овом делу се одвија фотосинтеза, производња глукозе коришћењем светлосне енергије. Има две мембране: унутрашња мембрана садржи ензиме неопходне за фотосинтезу.
  • унутрашња мембрана - Тилакоидне мембранске врећице у облику диска су део унутрашње мембране. Садрже ензиме који су веома важни за светлосне реакције фотосинтезе. Тилакоиди наслагани један на другог формирају грануме.
  • гранум
  • тилакоид
  • матрикс
  • тилакоидна мембрана - Садржи ензиме који имају кључни значај за светлосне реакције у процесу фотосинтезе.
  • унутрашњост тилакоида
  • Фотосистем 2 - Састоји се од беланчевина и пигмената који апсорбују светлост максималне таласне дужине од 680 нанометара. Пигменти овог система су: хлорофил-а, хлорофил-б и ксантофил. Најважнији пигмент у реакцином центру овог система је хлорофил-а. Када хлорофил апсорбује фотон, постаје побуђен и отпушта један електрон који затим доспева у транспортни ланац електрона.
  • Фотосистем 1 - Састоји се од беланчевина и пигмената који апсорбују светлост максималне таласне дужине од 700 нанометара. Пигменти овог система су: хлорофил-а, хлорофил-б и каротин. Најважнији пигмент у реакцином центру овог система је хлорофил-а. Када хлорофил апсорбује фотон, постаје побуђен и отпушта један електрон. Овај електрон 1. фотосистем надокнађује електроном преузетим из транспортног ланца електрона.
  • е⁻
  • H₂O - Биљка воду црпи из тла. За време фотосинтезе молекуле воде се разлажу на кисеоник, протоне (H⁺) и електроне (e⁻).
  • O
  • H⁺
  • О₂ - Настаје као споредни производ током процеса фотосинтезе. Кисеоник потребан за живот хетеротрофних организама на Земљи, настаје фотосинтезом.
  • PQ - Пластокинон. Доводи електроне које је отпустио фотосистем 2 до комплекса цитокрома.
  • цит - Комплекс цитокрома садржи протеине у којима се налази гвожђе. Прима електроне од PQ комплекса и одводи их до пластоцијанина. У међувремену јоне H⁻ кроз мембрану испумпава у тилакоиде.
  • PC - Пластоцијанин. Прима електроне из комплекса цитокрома и транспортује их до фотосистема 1.
  • Fd - Фередоксин. Прима електроне из фотосистема 1. и транспортује их до FNR молекуле.
  • FNR - Фередоксин NADP редуктаза. Преноси електроне између фередоксина и NADP-а и тиме редукује NADP.
  • фосфат
  • АДП
  • АТП - Настаје спајањем АДП-а и фосфата, најважнија молекула центра за снабдевање енергијом молекула. Употребом АТП-а у тамним реакцијама из неорганског угљен-диоксида настаје органски шећер.
  • NADP - Преузима електрон e⁻ од FNR-а и протон H⁺ који пролази кроз ATP-азу и тиме се редукује, претвара се у NADPH.
  • NADPH
  • АТП-аза - Производи АТП ензиме, протеине. Протони H⁺ са унутрашње стране мембране кроз АТП-азу струје на спољашњу страну. Протони се крећу од унутрашње стране ка спољашњој због велике концентрације протона и вишка позитивног набоја. Стога се приликом пролаза кроз АТП-азу ослобађа енергија која се користи за производњу АТП-а.
  • транспортни ланац електрона - Електрони побуђени фотосистемом 2 се крећу транспортним ланцем електрона до фотосистема 1. Истовремено протони H⁺ продиру кроз мембрану и скупљају се на унутрашњој страни тилакоида.
  • покретна сила на H⁺ јоне

Тамна фаза

  • АТП
  • АДП
  • NADPH
  • NADP
  • 5C - Молекула шећера са пет атома угљеника (пентоза-бифосфат).
  • CO₂ - Угљен-диоксид. Неорганска молекула од које биљка производи органску молекулу, шећер. Повећава број атома угљеника у пентози. Кључни ензим у тамним реакцијама који служи као катализатор у уградњи атома угљеника, RuBisCo.
  • 3C
  • 3C - Молекула која садржи три атома угљеника (глицериналдехид 3-фосфат).
  • 6C (глукоза) - Продукт фотосинтезе, састоји се од молекуле шећера који садржи пет атома угљеника и једне молекуле неорганског угљен-диоксида која садржи један атом угљеника. У даљим метаболичким процесима биљке користе глукозу за синтезу скроба, односно у пробавним процесима за производњу АТП-а.
  • везање CO₂, настанак глицеринске кислине-3-фосфата - Кључна реакција тамне фазе. Овде се неоргански угљен-диоксид уграђује у органску молекулу шећера. Суштина аутотрофних процеса је производња органских материја од неорганских. Број атома угљеника се у свакој појединачној молекули повећава са пет на шест, а резултат су две молекуле глицеринске киселине 3-фосфата које садрже три атома угљеника. Катализатор ове реакције је ензим RuBisCo.
  • настанак глицеринске кислине-1,3-дифосфата - Молекула глицеринске киселине 3-фосфата са три атома угљеника се коришћењем АТП-а претвара у глицеринску куселину 1,3-дифосфат.
  • настанак глицералдехид-3-фосфата - Глицеринска киселина 1,3-дифосфат са три атома угљеника се претвара у глицериналдехид 3-фосфат која такође садржи три атома угљеника. За ову реакцију је потребан NADPH, а молекулу напушта фосфат (ради једноставнијег приказа, ово није приказано анимацијом).
  • излаз из циклуса глицералдехид-3-фосфата - Једна од шест молекула глицериналдехид 3-фосфата излази из циклуса и користи се за производњу глукозе у ћелији.
  • настанак пентоз-дифосфата - У реакцијама у којима ензими служе као катализатори уз употребу АТП-а молекуле глицериналдехида 3-фосфата са три атома угљеника се у неколико корака претварају у рибулозу 1,5-дифосфат (пентозу-дифосфат) која садржи пет атома угљеника. Друго име за ову фазу је регенерација рибулозе 1,5- бифосфата. Циклус поново почиње из почетка.

Вештачки лист

  • нитридни полупроводник - Јефтин и врло често употребљаван полупроводник. Уз помоћ енергије светлости разграђује молекуле воде. Овај процес одговара светлосној фази у фотосинтези.
  • метални катализатор - Врши катализацију редукције угљен-диоксида. Овај процес одговара тамној реакцији у фотосинтези. Угљен диоксид претвара у органску материју (мрављу киселину).
  • H₂O
  • O₂
  • H⁺
  • е⁻
  • CO₂
  • HCOOH (мравља килсена)

Анимација

Нарација

Фотосинтеза је процес у којем биљке користећи енергију светлости производе органску материју, глукозу, од неорганске материје, угљен-диоксида. Током овог процеса настаје кисеоник.

Фотосинтеза се одвија у зеленим деловима биљака, у лишћу, а понекад и у меким стаблима. Зелена боја биљака потиче од велике количине хлоропласта у ћелијама асимилационог ткива. Управо се у хлоропластима одвија процес фотосинтезе.

Хлоропласти имају дуплу мембрану. Унутрашња мембрана обавија тилакоиде у облику диска, који наслагани један на другог формирају грануме. Мембрана тилакоида садржи ензиме неопходне за светлосну фазу фотосинтезе.

Као најважније међу њима издвајамо фотосистем који се састоји од два члана и између њих, транспортни ланац електрона. За беланчевине фотосистема су везани пигменти, који апсорбују светлост, а најважнији од њих је хлорофил, зелене боје. Побуђене под утицајем фотона, молекуле централног хлорофила фотосистема 2, отпуштају електроне. Ови електрони прелазе у транспортни ланац електрона. Оксидовани хлорофил са дефицитом електрона надокнађује електроне из молекула воде, односно, разлаже молекуле воде. Овај поступак је фотолиза: атоми кисеоника из молекула воде се међусобно спајају стварајући молекуларни кисеоник, док се протони скупљају на унутрашњој страни мембране. Први члан транспортног ланца електрона је пластокинон који преноси електроне до комплекса цитокрома. Комплекс цитокрома садржи протеине са састојцима гвожђа. Ови протеини спроводе електроне до пластоцијанина, а истовремено, на унутрашњу страну мембране усмеравају нове количине протона. Електрони из транспортног ланца електрона доспевају у фотосистем 1. Средишња молекула хлорофила у фотосистему 1 има мањак електрона, јер је, под утицајем фотона, претходно отпустила електроне. Отпуштени електрони се молекулама фередоксина транспортују до редуктазе фередоскина NADP. У светлосној фази се протони скупљају на унутрашњој страни мембране, односно расте концентрација протона у унутрашњем тилакоидном простору, ствара се позитивни набој, што изазива покретачку силу усмерену према спољашњости. Ослобођена енергија мења енергетски степен система. Систем, услед компензације набоја, прелази са вишег на нижи енергетски ниво, а протони пролазе кроз АТП-азе, специфичне протеинске канале у тилакоидној мембрани. Ослобођена енергија производи АТП. Отпуштене протоне и електроне прихвата NADP који се претвара у NADPH. Укратко, енергија фотона изазива неравномерну расподелу протона, услед чега настаје покретачка сила која се користи за стварање ATP-a.

Реакције тамне фазе фотосинтезе се одвијају независно од светлости. Током ове реакције коришћењем продуката светле фазе АТП енергије и NADPH ензима врши се уградња угљен-диоксида у органска једињења.

Пођимо од три молекуле угљених хидрата које садрже по пет атома угљеника. Оне укупно имају 15 атома угљеника. Један ензим протеина свакој молекули угљених хидрата додељује по једну молекулу угљен-диоксида, при чему се производи разлажу на по два дела. На тај начин настаје шест молекула које садрже по три атома угљеника, односно, укупан број угљеника се повећао на 18. У следећем кораку, уз помоћ једног NADPH и једног АДП-а по свакој молекули, настаје шест молекула глицериналдехид-3-фосфата. Једна од молекула напушта циклус, док се остале уз помоћ три АТП-а поново претварају у три молекуле угљених хидрата које садрже по пет атома угљеника. Након тога, циклус се понавља. Значи, укупно у овом кружном поступку се ослобађа једна молекула са три атома угљеника, за чега је био потребан АТП и NADPH, а они су настали у светлосној фази. У два оваква циклуса настају две молекуле са три атома угљеника које се спајају формирајући молекулу глукозе са шест атома угљеника. Насталу глукозу биљке користе у својим даљим метаболичким процесима за синтезу скроба, односно за производњу АТП-а у пробавним процесима.

Научници врше бројне експерименте на стварању вештачких фотосинтетичких система. У вештачком листу се процеси који се одвијају у светлим и тамним процесима одвијају у одвојеним посудама. Светлосне реакције се одвијају у полупроводнику нитриду који осветљен, цепа молекуле воде. Кисеоник се ослобађа у облику мехурића, а протони и проводником вођени електрони прелазе у другу посуду у којој се одвијају тамни процеси. Овде уз помоћ металног катализатора од угљен-диоксида и воде настаје мравља киселина. Овај систем омогућава употребу сунчеве енергије, а поред тога помаже у снижавању концентрације угљен-диоксида у атмосфери, што доприноси ублажавању ефекта стаклене баште.

Повезани додаци

Кружење кисеоника

Кисеоник, који је за већину живих бића неопходан за живот, је у непрестаном кружењу на Земљи.

Ефекат стаклене баште

Ефекат стаклене баште утиче на глобално загревање, а човек га, својим деловањем, повећава.

Клорофил

Хлорофил је зелени пигмент у биљкама, где је као сакупљач светлости одговоран је за...

Животињска и биљна ћелија, органеле

У еукариотским ћелијама се налазе бројне органеле.

Ензими

Ензими су биолошки катализатори, њихова активност се може регулисати.

Загађење ваздуха

Анимација нам приказује главне изворе загађења ваздуха: пољопривреду, индустрију,...

Процеси транспорта

Анимација нам приказује пасивне и активне процесе транспорта који се одвијају кроз...

Семе и клијање

Дикотиледоне биљке клију са два котиледона, монокотиледоне са једним котиледоном.

Вегетативни биљни органи

Органи од виталног значаја за опстанак и развој биљака.

Структура листа

Анимација приказује главне типове лишћа и разлику између листова монокотиледона и...

Ниша

Еколошка ниша је појам, која карактерише потребе гледе средине једне популације или живих...

Кружење угљеника

У процесу фотосинтезе угљеник се везује за органске материје, а приликом дисања се ослобађа.

Цвет

Анимација нам приказује структуру типичног цвета.

АТП, АДП

Аденозин трифосфат (АТП) је у стању да ускладишти и транспортује енергију унутар ћелија.

Сунце

Пречник Сунца је отприлике 109 пута већи од Земљиног. Углавном се састоји од водоника.

Крчење шума

Крчење шума негативно утиче на природну средину.

Амеба

Слатководни, хетеротрофни једноћелијски организам, чији се облик непрестано мења.

Кисеоник (O₂) (средњи степен)

Најраспрострањенији елемент на Земљи, неопходан за живот.

Surface tension

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

Поређење монокотиледоних и дикотиледоних биљака

Монокотиледоне и дикотиледоне биљке представљају две велике групе скривеносеменица.

Зелена еуглена (Euglena viridis)

Једноћелијски, слатководни организам, који је способан да се храни на аутотрофан и...

Added to your cart.