Fotosyntes

Fotosyntes

Växter kan omvandla oorganiska ämnen (koldioxid och vatten) till organiska ämnen (sockerarter).

Biologi

Nyckelord

fotosyntes, Ljusreaktionen, Mörkerreaktionen, kloroplast, katabol process, autotróf, blad, ljus, solljus, syre, organiskt material, koldioxid, glukos, solenergi, vatten, syreproduktion, kolbindning, inre membran, granum, tylakoid, matrix, Fotosystem II, Fotosystem I, fotopigment, ATP, ATPas, elektrontransportkedja, glycerolsyra-3-fosfat, glyceraldehyd 3-fosfat, ribulos-1,5-difosfat, energiomvandling, cykel, foton, atmosfäriska gaser, kolhydrat, Sol, ämnesomsättning, växt, biokemi, biologi, _javasolt

Relaterade objekt

Scener

Principen om fotosyntes

  • CO₂ - Detta är en oorganisk molekyl ur vilken växter producerar en organisk molekyl, nämligen kolhydrat. Växter är autotrofa organismer som kan omvandla oorganiska ämnen till organiska ämnen. Heterotrofa organismer (såsom djur och svampar) klarar däremot inte av denna omvandling.
  • O₂ - Det frigörs som en biprodukt av fotosyntesen. Behovet av syre hos heterotrofa organismer tillgodoses genom fotosyntesen.
  • ljus - Det består av fotoner. Växter använder fotonernas energi för att producera organiska kolhydrater från oorganisk koldioxid.
  • C₆H₁₂O₆ - Druvsocker (glukos) framställs av växter, med hjälp av ljusenergi, ur koldioxid.
  • H₂O - Växterna får i sig vatten genom jorden. Under fotosyntesen bryts vattnet ned till syre, protoner (H+) och elektroner (e-).

Bladets uppbyggnad

  • ledningsvävnad: veddel (xylem) - Transporterar vatten och mineralämnen. Under fotosyntesen bryter växten ned vattnet till syre, protoner (H+) och elektroner (e-).
  • ledningsvävnad: sildel (floem) - Transporterar vattenlösliga organiska ämnen. Kolhydrater som producerats under fotosyntesen transporteras till resten av växten via floemet.
  • klyvöppning - Genom klyvöppningarna som finns på växternas blad tas koldioxid upp till fotosyntesen. Syret som produceras lämnar bladet genom dessa öppningar. När det är torrt kan växten stänga klyvöppningarna för att inte förlora vatten genom avdunstning.
  • grundvävnad - Dess celler innehåller stora mängder kloroplaster. Det är inuti kloroplasterna som fotosyntesen sker. Vävnadens övre del består av celler som ligger packade tätt intill varandra (palissadvävnad) medan den undre delen har en luftigare struktur (svampvävnad).
  • hudvävnad - Den består av ett skikt celler. Dessa celler saknar, med undantag för slutcellerna som bildar klyvöppningarna, kloroplaster. Dess uppgift är att skydda växten och att upprätthålla kontakt med omgivningen genom klyvöppningarna.

Fotosyntes

  • ledningsvävnad: veddel (xylem) - Transporterar vatten och mineralämnen. Under fotosyntesen bryter växten ned vattnet till syre, protoner (H+) och elektroner (e-).
  • ledningsvävnad: sildel (floem) - Transporterar vattenlösliga organiska ämnen. Kolhydrater som producerades under fotosyntesen transporteras till resten av växten via floemet.
  • klyvöppning - Genom klyvöppningarna som finns på växternas blad tas koldioxid upp till fotosyntesen. Syret som produceras lämnar bladet genom dessa öppningar. När det är torrt kan växten stänga klyvöppningarna för att inte förlora vatten genom avdunstning.
  • växtcell - Innehåller kloroplast. Det är inuti kloroplasterna som fotosyntesen sker.
  • CO₂ - Koldioxid är en oorganisk molekyl ur vilken växter producerar en organisk molekyl, nämligen kolhydrat. Växter är autotrofa organismer som kan omvandla oorganiska ämnen till organiska ämnen. Heterotrofa organismer (såsom djur och svampar) klarar däremot inte av denna omvandling.
  • O₂ - Det frigörs som en biprodukt av fotosyntesen. Behovet av syre hos heterotrofa organismer tillgodoses av fotosyntesen.
  • ljus - Det består av fotoner. Växter använder fotonernas energi för att producera organiska kolhydrater från oorganisk koldioxid.
  • C₆H₁₂O₆ - Druvsocker (glukos) framställs av växter ur koldioxid med hjälp av ljusenergi.
  • H₂O - Växterna får i sig vatten genom jorden. Under fotosyntesen bryts vattnet ned till syre, protoner (H+) och elektroner (e-).

Cell

  • Golgiapparaten - Den spelar en viktig roll i bildandet av proteiner.
  • endoplasmatiska retiklet - Ett komplext, sammanhängande nätverk av membranblåsor. Det endoplasmatiska retiklet är nödvändigt för proteinsyntes, proteinbearbetning, fettsyrasyntes och för nedbrytning av vissa ämnen.
  • vesikel - De olika ämnena i cellen transporteras med hjälp av membranblåsor (vesiklar). Lysosomer är en typ av vesikel som bryter ned oönskade ämnen.
  • cytoplasma
  • vakuol - En organell fylld med cellsaft. Vakuolen är nödvändig främst för att upprätthålla vätsketrycket i växtcellen, lagra mineraler och bryta ned farliga ämnen.
  • kloroplast - Det är inuti dessa som fotosyntesen sker: växten framställer kolhydrat ur koldioxid med hjälp av ljusenergi.
  • cellvägg - Den består i huvudsak av cellulosa och ger växten skydd och stadga.
  • cellkärna - Den består av kromatin, en kombination av DNA och proteiner. Djur, växter och svampar är eukaryoter, det vill säga de har en cellkärna. Prokaryoterna (bakterier) däremot saknar cellkärnor helt och förvarar sitt DNA i cytoplasman istället.
  • cellmembran - Ett fettmembran som omsluter cellen.
  • cellskelett - Det håller cellens organeller och vesikler på plats och är även viktig för cellens rörelse. Det ger även djurceller som saknar cellväggar struktur och form.
  • mitokondrie - Cellens energikälla, som tillverkar adenosintrifosfat (ATP) genom att bryta ned organiska molekyler. ATP är den molekyl som används till cellernas energiöverföring.

Ljusreaktion

  • kloroplast - Det är inuti dessa som fotosyntesen sker: glukos framställs ur koldioxid med hjälp av ljusenergi. Den är omgiven av dubbla membran och det är det inre membranet som innehåller enzymer som behövs vid fotosyntesen.
  • inre membran - Tylakoider är sammanhängande, skivformade membranblåsor som ligger staplade på varandra i kolumner (granum) och skapas när veck bildas i det inre membranet. De inkluderar de viktigaste enzymerna som behövs vid fotosyntesens ljusreaktion.
  • granum
  • tylakoid
  • matrix
  • tylakoid- membran - Innehåller de viktigaste enzymerna som behövs vid fotosyntesens ljusreaktion.
  • tylakoidens- lumen
  • Fotosystem II - Består av ljusabsorberande pigment och proteiner. Dess maxabsorption är 680 nanometer. Dess pigment är klorofyll typ a, klorofyll typ b och xantofyller. Det centrala pigmentet i dess reaktionscentrum är klorofyll typ a. När detta klorofyll absorberar en foton hamnar det i ett exciterat tillstånd, varvid en elektron frigörs och hamnar i elektrontransportkedjan.
  • Fotosystem I - Består av ljusabsorberande pigment och proteiner. Dess maxabsorption är 700 nanometer. Dess pigment är klorofyll typ a, klorofyll typ b och karoten. Det centrala pigmentet i dess reaktionscentrum är klorofyll typ a. När klorofyll a absorberar en foton hamnar det i ett exciterat tillstånd, varvid en elektron frigörs. Fotosystem I ersätter denna electron med en från elektrontransportkedjan.
  • e⁻
  • H₂O - Växterna får i sig vatten genom jorden. Under fotosyntesen bryts vattnet ned till syre, protoner (H+) och elektroner (e-).
  • O
  • H⁺
  • O₂ - Det frigörs som en biprodukt av fotosyntesen. Behovet av syre hos heterotrofa organismer tillgodoses av fotosyntesen.
  • PQ - Plastokinon. Transporterar de elektroner som frigjorts i fotosystem II vidare till cytokrom-komplexet.
  • cit - Cytokrom-komplex. Cytokromer är hemproteiner, dvs. innehåller järn. Cytokrom-komplexet tar upp elektroner från PQ och transporterar dem vidare till PC samtidigt som det pumpar protoner in i tylakoidens lumen via membranet.
  • PC - Plastocyanin. Tar upp elektroner från cytokrom-komplexet och transporterar dem vidare till fotosystem I.
  • Fd - Ferredoxin. Tar upp elektronen från fotosystem I och transporterar den vidare till FNR molekylen.
  • FNR - Ferredoxin-NADP-reduktas. Transporterar elektroner mellan ferredoxinet och NADP. Det vill säga, det reducerar NADP.
  • fosfat
  • ADP
  • ATP - Adenintrifosfat (ADP + fosfat). Spelar en central roll i cellens energihantering. Med hjälp av ATP bildas organiska sockermolekyler ur oorganisk koldioxid under mörkerreaktion.
  • NADP - Reduceras och förvandlas till NADPH genom att ta upp en elektron( e⁻) från FNR och en proton (H⁺) som strömmar genom ATPas.
  • NADPH
  • ATPas - ATP-producerande enzymprotein. Protonerna (H⁺) strömmar från thylakoidmembranets insida till dess utsida. Protonerna passerar från insidan till utsidan på grund av den stora H⁺ koncentrationen och överskottet av positiv laddning. När denna strömning sker genom ATPasen frisläpps energi som används till att bilda ATP.
  • elektrontransportkedja - Elektroner som frigjorts i fotosystem II transporteras till detta system via elektrontransportkedjan. Samtidigt tar protonerna (H⁺) sig igenom membranet och samlas i tylakoidens lumen.
  • drivkraft för protoner (H⁺)

Mörkerreaktion

  • ATP
  • ADP
  • NADPH
  • NADP
  • 5C - En sockermolekyl med fem kolatomer (pentos-bisfosfat).
  • CO₂ - Koldioxid är en oorganisk molekyl ur vilken växter producerar en organisk molekyl, nämligen kolhydrat. Det ökar antalet kolatomer i en sockermolekyl som innehåller fem kolatomer. Enzymet rubisco som är nödvändigt för koldioxidfixeringen är nyckelenzymet i mörkerreaktionen.
  • 3C
  • 3C - En sockermolekyl med tre kolatomer (glyceraldehyd-3-fosfat).
  • 6C (glukos) - En produkt av fotosyntesen som bildas av en sockermolekyl med fem kolatomer plus en oorganisk koldioxid med en kolatom. Växten använder den i sin metaboliska process som stärkelsesyntes eller i sin produktionsprocess för att bilda ATP.
  • Koldioxidfixering, bildning av 3-fosfoglycerat - Mörkerreaktionens nyckelreaktion. Det är här som den oorganiska koldioxiden hamnar i den organiska sockermolekylen. Syftet med den autotrofa processen är att bilda organiska ämnen ur oorganiska ämnen. Antalet kolatomer per molekyl ökar från fem till sex och bildar två 3-fosfoglycerat med tre kolatomer. Koldioxidfixeringen katalyseras av enzymet rubisco.
  • bildning av 1,3-bisfosfoglycerat - 3-fosfoglycerat med tre kolatomer omvandlas till 1,3-bisfosfoglycerat med hjälp av ATP.
  • bildning av glyceraldehyd-3-fosfat - 1,3-bisfosfoglycerat med tre kolatomer omvandlas till glyceraldehyd-3-fosfat med hjälp av NADPH. Samtidigt lämnar ett oorganiskt fosfat molekylen (för tydlighetens skull visas detta inte i animeringen).
  • glyceraldehyd-3-fosfat lämnar cykeln - En av sex glyceraldehyd-3-fosfat lämnar cykeln och används av cellen för att bilda glukos.
  • bildning av pentos-bisfosfat - Glyceraldehyd-3-fosfat-molekyler med tre kolatomer omvandlas till pentos-bisfosfat (ribulos-1,5-bisfosfat) med hjälp av ATP i flera steg, i reaktioner som katalyseras av enzymer. Detta kallas även för regenerationen av ribulos-1,5-bisfosfat. Cykeln startar sedan om.

Konstgjort blad

  • nitrid halvledare - En billig och ofta använd halvledare. Sönderdelar vatten med hjälp av ljusenergi. Detta motsvarar fotosyntesens ljusreaktion.
  • metallkatalysator - Katalyserar reduktionen av koldioxid. Detta motsvarar fotosyntesens mörkerreaktion. Producerar organiskt ämne (myrsyra) ur koldioxid.
  • H₂O
  • O₂
  • H⁺
  • e⁻
  • CO₂
  • HCOOH myrsyra

Animation

Berättarröst

Fotosyntes är den process där växter, med hjälp av ljusenergi, tillverkar organiska ämnen (kolhydrater) ur oorganisk koldioxid samtidigt som syre bildas.

Fotosyntesen sker i cellerna hos de gröna växtdelarna, framförallt i bladen men även i stammen. Den gröna färgen orsakas av grundvävnaden vars celler innehåller kloroplaster med det gröna färgämnet klorofyll.

Kloroplasterna är omgivna av dubbla membran. Det inre membranet består av skivformade tylakoider som ligger staplade på varandra i kolumner, så kallade granum. Tylakoidmembranet innehåller de enzymer som är viktigast vid fotosyntesens ljusreaktion, nämligen fotosystem I och II samt elektrontransportkedjan mellan dem.

I fotosystemen finns proteinbundna, ljusabsorberande pigment varav det gröna klorofyllet är det viktigaste. Det centrala pigmentet i fotosystem II är klorofyll typ a. När detta klorofyll absorberar en foton hamnar det i ett exciterat tillstånd, varvid elektroner frigörs och hamnar i elektrontransportkedjan. Det oxiderade, elektronfattiga klorofyllet ersätter sina saknade elektroner från vattenmolekyler. Det vill säga, det spjälkar vatten. Syre från vattenmolekyler förenas med syremolekyler medan protoner ackumuleras på insidan av membranet.
Elektrontransportkedjans första del består av plastokinon som transporterar de elektroner som frigjordes i fotosystem II vidare till cytokrom-komplexet. Cytokromer är hemproteiner som överför elektroner till plastocyanin samtidigt som de pumpar in protoner i tylakoidens lumen.

Från elektrontransportkedjan förs elektronerna över i fotosystem I. I fotosystemets centrala klorofyllmolekyl saknas det nu elektroner eftersom de frigjordes när fotonet absorberades. Dessa elektroner tas upp av ferredoxinet och transporteras vidare till FNR molekylen.
Under ljusreaktion ackumuleras protoner på insidan varvid protonkoncentrationen ökar och ett överskott av positiv laddning uppstår. Detta skapar en drivkraft för protoner som strömmar ut genom ATPasen. Samtidigt frisläpps energi när systemet går från det högre energitillståndet till ett lägre energitillstånd på grund av laddnings- och koncentrationsutjämningen. Denna energi används till att bilda ATP. Frisläppta protoner och elektroner tas upp av NADP som omvandlas till NADPH. Sammanfattningsvis, fotonernas energi skapar en ojämn fördelning av protoner. Drivkraften som uppstår används då till att producera ATP.

Mörkerreaktionerna kräver inget ljus. Genom att använda energi från ATP och väte från NADPH som producerades under ljusreaktionen, inkorporeras koldioxiden i organiska föreningar under mörkerreaktioner.

Låt oss börja med tre sockermolekyler som innehåller fem kolatomer var. Det sammanlagda antalet kolatomer är femton. Ett enzymprotein binder en koldioxidmolekyl vardera till de tre sockermolekylerna och dessa klyvs. Resultatet blir sex sockermolekyler med tre kolatomer var. Det sammanlagda antalet är nu arton. Genom att använda en NADPH och en ATP i varje sockermolekyl bildas sex glyceraldehyd-3-fosfat. Ett av dessa lämnar cykeln. Resten återställs till tre sockermolekyler innehållande fem kolatomer med hjälp av tre ATP och cykeln börjar om.

Sammantaget producerades en sockermolekyl med 3 kolatomer under cykeln. För detta krävdes ATP och NADPH som bildades under ljusreaktionen. Två cykler producerar två sockermolekyler med 3 kolatomer som omvandlas till glukos med 6 kolatomer när de binds samman. Växten använder den i sin metaboliska process som stärkelsesyntes eller i sin produktionsprocess för att bilda ATP.

Man har experimenterat med att framställa artificiella fotosyntetiska system. I ett konstgjort blad sker ljusreaktioner och mörkerreaktioner i två separata behållare. Ljusreaktioner sker i en nitrid halvledare, där vatten bryts ned när det exponeras för ljus. Syre frigörs i form av bubblor. Protonerna och, via en ledning, även elektronerna förflyttas till den andra behållaren där mörkerreaktionen sker. Här produceras myrsyra ur vatten och koldioxid med hjälp av metallkatalysatorn. Systemet gör det möjligt att utnyttja solens energi. Dessutom skapar det en möjlighet att reducera koldioxidhalten i atmosfären, vilket kan bidra till att minska växthuseffekten.

Relaterade objekt

Djur-och växtceller, cellorganeller

Eukaryoter innehåller en mängd organeller.

Klorofyll

Klorofyll är ett grönt pigment som finns i växter, det absorberar ljusenergi och spelar därmed en avgörande roll i fotosyntesen.

Syrets kretslopp

Kretsloppet beskriver syrets rörelser inom dess tre huvudsakliga reservoarer.

Växthuseffekten

Mänsklig aktivitet ökar växthuseffekten vilket leder till global uppvärmning.

Enzymer

Enzymer är proteinmolekyler som katalyserar biokemiska reaktioner. Deras aktivitet kan regleras.

Luftförorening

Animationen visar de främsta luftföroreningskällorna: jordbruket, industrin och städerna.

Transportprocesser

Denna animation ger en översikt av aktiva och passiva transportprocesser som sker genom cellmembranet.

ADP, ATP

ATP är cellernas främsta energikälla.

Amoeba proteus

Utbredda och heterotrofa encelliga organismer med en ständigt föränderlig form som lever i sötvatten.

Avskogning

Avskogning har en negativ inverkan på miljön.

Bladets uppbyggnad

Denna animation visar de vanligaste typerna av växtblad och skillnaderna mellan bladen hos enhjärtbladiga och tvåhjärtbladiga växter.

Blomma

Med hjälp av animationen kan vi lära oss om blommans uppbyggnad.

Frön och groning

Tvåhjärtbladiga växter har två hjärtblad medan enhjärtbladiga växter bara har ett.

Kolets kretslopp

Under fotosyntesen binds kol i organiska material, medan det under andning släpps ut i atmosfären.

Nisch

Inom ekologin beskriver termen nisch en arts eller en populations omvärldsrelation.

Solen

Solens diameter är ungefär 109 gånger större än jordens. Dess massa består till största delen av väte.

Syre (O₂) (gymnasienivå)

En färglös, luktfri gas som är en viktig del av atmosfären och som är nödvändig för att upprätthålla liv på jorden.

Vegetativa växtorgan

Dessa organ är avgörande för växters överlevnad och utveckling.

Ytspänning

Ytspänning är den egenskap hos en vätska som gör det möjligt för vätskan att uppnå den minsta möjliga ytarean.

Euglena viridis

Heterotrofa och autotrofa encelliga eukaryoter som lever i sötvatten.

Jämförelse av enhjärtbladiga och tvåhjärtbladiga växter

Blomväxter kan delas in i två grupper: enhjärtbladiga och tvåhjärtbladiga.

Added to your cart.