Celková rovnice fotosyntézy je vzorec. Fotosyntéza. Význam fotosyntézy. Fáze světla a tmy fotosyntézy. Souhrnná rovnice fotosyntézy

Fotosyntéza

Fotosyntéza je proces
proměna
absorbován tělem
světelná energie v
chemická energie
organické
(anorganické)
spojení.
Hlavní úlohou je redukce CO2 na
hladiny sacharidů od
spotřebu energie
Sveta.

Vývoj nauky o fotosyntéze

Kliment Arkadevič Timiryazev
(22. května (3. června) 1843, Petrohrad - 28
dubna 1920, Moskva) Vědecké práce
Timiryazev, se věnují problematice
rozkladu atmosférického oxidu uhličitého
zelené rostliny pod vlivem
solární energie. Studium kompozice a
optické vlastnosti zeleného pigmentu
rostliny (chlorofyl), jeho geneze,
fyzikální a chemické podmínky
rozklad oxidu uhličitého, stanovení
složky slunečního paprsku,
podílet se na tomto fenoménu,
studium kvantitativního vztahu
mezi absorbovanou energií a
vyrobené dílo.

Joseph Priestley (13. března
1733-6. února 1804) -
britský kněz, disident, přírodovědec,
filozof, veřejná osobnost.
Především se zapsal do dějin
jako vynikající chemik,
objevil kyslík a
oxid uhličitý

Pierre Joseph Pelletier – (22. března 1788 – 19. července
1842) - francouzský chemik a lékárník, jeden z
zakladatelé chemie alkaloidů.
V roce 1817, spolu s Josephem Bieneme Cavantou, on
izoloval zelený pigment z listů rostlin, který
říkali tomu chlorofyl.

Alexej Nikolajevič Bakh
(5. (17.) března 1857 – 13. května
1946) - sovětský biochemik a
rostlinný fyziolog. Vyjádřený
myšlenka, že asimilace CO2
během fotosyntézy je
sdružený redoxní proces,
vyskytující se v důsledku vodíku a
hydroxyl vody a kyslík
uvolňuje z vody skrz
střední peroxid
spojení.

Obecná rovnice fotosyntézy

6 CO2 + 12 H2O
C6H12O6 + 602 + 6 H20

U vyšších rostlin probíhá fotosyntéza v
specializované buňky listových organel –
chloroplasty.
Chloroplasty jsou kulaté nebo diskovité
těla 1-10 mikronů dlouhá, až 3 mikrony silná. Obsah
v buňkách jich je od 20 do 100.
Chemické složení (% suché hmotnosti):
Bílkoviny - 35-55
Lipidy - 20-30
Sacharidy – 10
RNA – 2-3
DNA – do 0,5
Chlorofyl - 9
Karotenoidy – 4.5

Struktura chloroplastu

10. Vznik chloroplastů

Typy tvorby chloroplastů:
Divize
Pučící
Jaderná cesta
tma
jádro
počáteční
částice
světlo
prolamilární
tělo
proplastid
chloroplast
schéma jaderné dráhy

11. Ontogeneze chloroplastů

12.

Chloroplasty jsou zelené plastidy, které
nachází se v buňkách rostlin a řas.
Ultrastruktura chloroplastu:
1. vnější membrána
2. mezimembránový
prostor
3. vnitřní membrána
(1+2+3: shell)
4. stroma (tekutina)
5. tylakoid s lumen
6. tylakoidní membrána
7. grana (hromada thylakoidů)
8. tylakoid (lamela)
9. škrobové zrno
10. ribozom
11. plastidová DNA
12. plstoglobula (tuková kapička)

13. Pigmenty fotosyntetických rostlin

chlorofyly
fykobiliny
fykobiliny
karotenoidy
flavonoid
pigmenty

14. Chlorofyly

chlorofyl -
zelený pigment,
klimatizace
barva chloroplastů
rostliny v zeleném
barva. Podle chemického
struktura
chlorofyly -
komplexy hořčíku
rozličný
tetrapyrroly.
Chlorofyly mají
porfyrin
struktura.

15.

Chlorofyly
chlorofyl "a"
(modrá zelená
bakterie)
chlorofyl "c"
(hnědé řasy)
chlorofyl "b"
(vyšší rostliny,
zelené, characeae
Mořská řasa)
chlorofyl "d"
(červené řasy)

16. Fykobiliny

Fykobiliny jsou
pigmenty,
zastupující
pomocný
fotosyntetické
pigmenty, které mohou
přenášet energii
absorbovaná kvanta
světlo pro chlorofyl,
rozšíření spektra působení
fotosyntéza.
Otevřený tetrapyrrol
struktur.
Nalezeno v řasách.

17. Karotenoidy

Strukturní vzorec

18.

Karotenoidy jsou
rozpustný v tucích
žluté pigmenty,
červené a oranžové
barvy. Dát
barvení pro většinu
oranžová zelenina a
ovoce.

19. Skupiny karotenoidů:

Karoteny jsou žlutooranžové barvivo,
nenasycený uhlovodík
ze skupiny karotenoidů.
Formule C40H56. Nerozpustný
ve vodě, ale rozpouští se v
organická rozpouštědla.
Obsaženo v listech všech rostlin, stejně jako v
kořen mrkve, šípky aj. Is
provitamin vitamin A.
2.
Xantofyly jsou rostlinné barvivo
krystalizuje v prizmatické krystaly
žlutá barva.
1.

20. Flavonoidní pigmenty

Flavonoidy jsou skupina
ve vodě rozpustný přírodní
fenolické sloučeniny.
Zastupovat
heterocyklický
obsahující kyslík
hlavně spojení
žlutá, oranžová, červená
barvy. Patří k
sloučeniny řady C6-C3-C6 -
jejich molekuly obsahují dvě
benzenové kruhy spojené
mezi sebou tříuhlíkové
fragment.
Struktura flavonů

21. Flavonoidní pigmenty:

Antokyany jsou přírodní látky, které barví rostliny;
patří mezi glykosidy.
Flavony a flavonoly. Hrají roli absorbérů UV záření, čímž chrání chlorofyl a cytoplazmu
ze zničení.

22. Fáze fotosyntézy

světlo
Provedeno v
grana z chloroplastů.
Úniky, pokud jsou přítomny
Rychle svítí< 10 (-5)
sek
temný
Provedeno v
bezbarvé proteinové stroma
chloroplasty.
Pro proudící světlo
není požadováno
Pomalu ~ 10 (-2) sec

23.

24. 25. Světelné stadium fotosyntézy

Během světelné fáze fotosyntézy,
vysokoenergetické produkty: ATP, který slouží v
buněčný zdroj energie a NADPH
jako redukční činidlo. Jako vedlejší produkt
uvolňuje se kyslík.
Obecná rovnice:
ADP + H3PO4 + H2O + NADP
ATP + NADPH + 1/202

26.

Absorpční spektra
PAR: 380 – 710 nm
Karotenoidy: 400550 nm hlavní
maximum: 480 nm
Chlorofyly:
v červené oblasti spektra
640-700 nm
v modré barvě - 400-450 nm

27. Úrovně excitace chlorofylu

Úroveň 1. Spojeno s přechodem na vyšší
energetická hladina elektronů v systému
spárování dvou vazeb
Úroveň 2. Souvisí s buzením nepárových elektronů
čtyři atomy dusíku a kyslíku v porfyrinu
prsten.

28. Pigmentové systémy

Fotosystém I
Skládá se z 200 molekul
chlorofyl "a", 50
molekuly karoinoidů a 1
molekuly pigmentu
(P700)
Fotosystém II
Skládá se z 200 molekul
chlorofyl "a670", 200
molekuly chlorofylu "b" a
jedna molekula pigmentu
(P680)

29. Lokalizace elektronových a protonových transportních reakcí v thylakoidní membráně

30. Necyklická fotosyntetická fosforylace (Z – schéma nebo Govindjiho schéma)

X
E
např
Ff e
NADP
Fuj
E
FeS
E
ADF
Citace b6
E
II FS
NADPH
ATP
E
Já FS
Citace f
E
E
PC
E
P680
hV
O2
E
H20
P700
hV
ff – feofetin
Px – plastochinon
FeS – železo síra protein
Cyt b6 – cytochrom
Pc – plastocyonin
Фg – ferodoxin
x – neznámá příroda.
sloučenina

31. Fotosyntetická fosforylace

Fotosyntetická fosforylace je proces
tvorba energie ATP a NADPH při fotosyntéze s
pomocí světelných kvant.
Druhy:
necyklické (schéma Z).
pigmentové systémy.
cyklický. Fotosystém I je zapojen.
pseudocyklický. Následuje necyklický typ, ale ne
je pozorováno viditelné uvolňování kyslíku.

32. Cyklická fotosyntetická fosforylace

E
ADF
Фg
E
ATP
Citát 6
E
E
Citát
E
P700
hV
E
ADF
ATP
Cyt b6 – cytochrom
Фg – ferodoxin

33. Cyklický a necyklický transport elektronů v chloroplastech

34.

Chemie fotosyntézy
Fotosyntéza
odneseno
podle
postupné střídání dvou fází:
světlo,
prosakující
S
velký
rychlost a nezávislost na teplotě;
tmavý, tak zvaný protože pro
reakce probíhající v této fázi
není potřeba žádná světelná energie.

35. Temná fáze fotosyntézy

V temné fázi za účasti ATP a NADPH
CO2 se redukuje na glukózu (C6H12O6).
I když k tomu není potřeba světlo
procesu, podílí se na jeho regulaci.

36. Fotosyntéza C3, Calvinův cyklus

Calvinův cyklus nebo cyklus obnovy
Pentosový fosfátový cyklus se skládá ze tří fází:
Karboxylace RDF.
Zotavení. 3-FGK je obnoven na
3-FGA.
Regenerace akceptoru RDF. Provádí se sériově
reakce vzájemné přeměny fosforylovatelných cukrů s
různé počty atomů uhlíku (trióza, tetróza,
pentóza, hexóza atd.)

37. Obecná rovnice Calvinova cyklu

H2CO (P)
C=O
HO-C-H+ * CO2
N-S-OH
H2CO (P)
RDF
H2*CO (P)
2 NSON
UNS
3-FGK
H2*CO (P)
2NSON
SOO (R)
1,3-PHA
H2*CO (P)
2NSON
C=O
N
3-FGA
H2*CO (P)
2C=0
NSSON
3-FDA
kondenzace, popř
polymerizace
N
H2CO (P)
H2CO (P)
C=O
C=O
C=O
NSSON
NOSN
NOSN
NOSN
N*SPÁNEK
NSSON
N*SPÁNEK
NSSON
NSSON
NSSON
H2CO (P)
H2SON
H2CO (P)
1,6-difosfát-fruktóza-6glukóza-6fruktóza
fosfát
fosfát
N
C=O
NSSON
NOSN
N*SPÁNEK
NSSON
H2SON
glukóza

38. C4 fotosyntéza (Hatch – Slack – Karpilov cesta)

Provádí se v rostlinách se dvěma typy chloroplastů.
Kromě RDF mohou existovat tři akceptory CO2:
sloučenina uhlíku – fosfoenol PVK (PEP)
Poprvé byla objevena dráha C4
v tropických obilovinách. V pracech
Y.S. Karpilov, M. Hatch, K. Slack s
pomocí značeného uhlíku
ukázalo se, že první
produkty fotosyntézy v nich
rostliny jsou organické
kyseliny.

39. 40. Fotosyntéza podle typu Crassulaceae

Charakteristika rostlin
sukulenty.V noci
zafixovat uhlík
organické kyseliny podle
nejlépe jablko. Tento
dochází pod vlivem
enzymy
pyruvátkarboxyláza. Tento
umožňuje během dne
udržujte průduchy uzavřené a
tedy snížení
transpirace. Tenhle typ
tzv. fotosyntéza SAM.

41. SAMOTNÁ fotosyntéza

Během CAM fotosyntézy dochází k separaci
Asimilace CO2 a Calvinův cyklus nejsou
prostoru jako C4, ale v čase. V noci v
buněčné vakuoly podobným způsobem
k výše popsanému mechanismu s otevřeným
malát se hromadí v průduchách během dne
Když jsou průduchy uzavřeny, nastává Calvinův cyklus. Tento
mechanismus umožňuje maximální úspory
voda, má však nižší účinnost než C4 i
C3.

42.

43.

Fotorespirace

44. Vliv vnitřních a vnějších faktorů na fotosyntézu

Fotosyntéza
hodně
změny kvůli
vliv na něj
často složité
interagující
vnější a vnitřní
faktory.

45. Faktory ovlivňující fotosyntézu

1.
Ontogenetické
stav závodu.
Maximum
intenzita
pozorována fotosyntéza
během přechodu
rostliny od vegetačního období do
reprodukční fáze. U
stárnoucí listy
intenzita
fotosyntéza výrazně
pády.

46.Faktory ovlivňující fotosyntézu

2. Světlo. Fotosyntéza neprobíhá ve tmě, protože
Uvolňuje se oxid uhličitý vznikající při dýchání
listy; se zvyšující se intenzitou světla je dosaženo
kompenzační bod, ve kterém absorpce
oxid uhličitý při fotosyntéze a její uvolňování během
dýchání se navzájem vyvažují.

47. Faktory ovlivňující fotosyntézu

3. Spektrální
složení světla.
Spektrální
sluneční složení
zažívá světlo
nějaký
změny v
po celý den a
v průběhu roku.

48. Faktory ovlivňující fotosyntézu

4. CO2.
Je hlavní
substrát pro fotosyntézu a
jeho obsah závisí
intenzitu tohoto procesu.
Atmosféra obsahuje
0,03 % objemových; zvýšit
objem oxidu uhličitého od 0,1
zvyšuje až o 0,4 %
rychlost fotosyntézy až
určitý limit a
pak se změní
nasycení oxidem uhličitým.

49. Faktory ovlivňující fotosyntézu

5. Teplota.
U rostlin středních
optimální zóny
teplota pro
fotosyntéza
je 20-25; na
tropické - 2035.

50. Faktory ovlivňující fotosyntézu

6. Obsah vody.
Snížení dehydratace tkání o více než 20 %
vede ke snížení intenzity fotosyntézy a k
jeho další ukončení, pokud je ztráta vody
více než 50 %.

51. Faktory ovlivňující fotosyntézu

7. Mikroelementy.
Nedostatek Fe
způsobuje chlorózu a
ovlivňuje aktivitu
enzymy. Mn
nezbytné pro
osvobození
kyslík a pro
absorpce oxidu uhličitého
plyn Nedostatek Cu a
Zn snižuje fotosyntézu
o 30 %

52. Faktory ovlivňující fotosyntézu

8. Znečišťování
látek a
chemikálie
drogy.
Volání
pokles
fotosyntéza.
Většina
nebezpečný
látky: NO2,
SO2, suspendovaný
částice.

53. Denní cyklus fotosyntézy

Při mírných denních teplotách a dostačující
vlhkost denní rychlost fotosyntézy přibližně
odpovídá změnám sluneční intenzity
oslunění. Fotosyntéza začíná ráno při východu slunce
slunce, dosáhne maxima v poledne,
večer postupně klesá a zastavuje se při západu slunce
slunce. Při zvýšených teplotách a snížených
vlhkosti se maximum fotosyntézy posouvá na rané
hodinky.

54. Závěr

Fotosyntéza je tedy jediným procesem v
Země, probíhající ve velkém měřítku, spojená s
transformace energie sluneční světlo do chemické energie
spojení. Tato energie je uložena zelenými rostlinami
tvoří základ pro život všech ostatních
heterotrofních organismů na Zemi od bakterií po člověka.

Fotosyntéza je soubor procesů syntézy organických sloučenin z anorganických v důsledku přeměny světelné energie na energii chemické vazby. Mezi fototrofní organismy patří zelené rostliny, některá prokaryota – sinice, fialové a zelené sirné bakterie a rostlinné bičíkovce.

Výzkum procesu fotosyntézy začal ve druhé polovině 18. století. Důležitý objev vytvořil vynikající ruský vědec K. A. Timiryazev, který doložil doktrínu o kosmické roli zelených rostlin. Rostliny absorbují sluneční světlo a přeměňují světelnou energii na energii chemických vazeb organických sloučenin jimi syntetizovaných. Zajišťují tak zachování a rozvoj života na Zemi. Vědec také teoreticky doložil a experimentálně prokázal roli chlorofylu při absorpci světla při fotosyntéze.

Chlorofyly jsou hlavními fotosyntetickými pigmenty. Strukturou jsou podobné hemoglobinu, ale místo železa obsahují hořčík. Obsah železa je nezbytný pro zajištění syntézy molekul chlorofylu. Existuje několik chlorofylů, které se liší svou chemickou strukturou. Povinné pro všechny fototrofy je chlorofyl a . Chlorofylb vyskytující se v zelených rostlinách chlorofyl c – u rozsivek a hnědých řas. Chlorofyl d charakteristické pro červené řasy.

Zelené a fialové fotosyntetické bakterie mají speciální bakteriochlorofyly . Bakteriální fotosyntéza má mnoho společného s fotosyntézou rostlin. Liší se tím, že u bakterií je donorem vodíku sirovodík au rostlin voda. Zelené a fialové bakterie nemají fotosystém II. Bakteriální fotosyntéza není doprovázena uvolňováním kyslíku. Celková rovnice pro bakteriální fotosyntézu je:

6C02 + 12H2S -> C6H12O6 + 12S + 6H20.

Fotosyntéza je založena na redoxním procesu. Je spojena s přenosem elektronů ze sloučenin, které dodávají elektrony-donory, na sloučeniny, které je přijímají - akceptory. Světelná energie se přeměňuje na energii syntetizovaných organických sloučenin (sacharidů).

Na membránách chloroplastů jsou speciální struktury - reakčních center které obsahují chlorofyl. U zelených rostlin a sinic jsou dva fotosystémy – první (já) A druhý (II) , které mají různá reakční centra a jsou vzájemně propojeny systémem přenosu elektronů.

Dvě fáze fotosyntézy

Proces fotosyntézy se skládá ze dvou fází: světla a tmy.

Vyskytuje se pouze za přítomnosti světla na vnitřních membránách mitochondrií v membránách speciálních struktur - tylakoidy . Fotosyntetické pigmenty zachycují světelná kvanta (fotony). To vede k „excitaci“ jednoho z elektronů molekuly chlorofylu. Pomocí nosných molekul se elektron přesune na vnější povrch thylakoidní membrány a získá určitou potenciální energii.

Tento elektron dovnitř fotosystém I může se vrátit na svou energetickou úroveň a obnovit ji. Může být také přenášen NADP (nikotinamid adenindinukleotid fosfát). Interakcí s vodíkovými ionty elektrony tuto sloučeninu obnovují. Redukovaný NADP (NADP H) dodává vodík pro redukci atmosférického CO 2 na glukózu.

Podobné procesy probíhají v fotosystém II . Excitované elektrony lze přenést do fotosystému I a obnovit jej. K obnově fotosystému II dochází díky elektronům dodávaným molekulami vody. Molekuly vody se rozdělí (fotolýza vody) na vodíkové protony a molekulární kyslík, který se uvolňuje do atmosféry. Elektrony se používají k obnově fotosystému II. Rovnice fotolýzy vody:

2Н 2 0 → 4Н + + 0 2 + 2е.

Když se elektrony z vnějšího povrchu thylakoidní membrány vrátí na předchozí energetickou hladinu, energie se uvolní. Je uložen ve formě chemických vazeb molekul ATP, které jsou syntetizovány při reakcích v obou fotosystémech. Proces Syntéza ATP s ADP a kyselinou fosforečnou se nazývá fotofosforylace . Část energie se spotřebuje na odpaření vody.

Během světelné fáze fotosyntézy vznikají energeticky bohaté sloučeniny: ATP a NADP H. Při rozpadu (fotolýze) molekul vody se do atmosféry uvolňuje molekulární kyslík.

Reakce probíhají ve vnitřním prostředí chloroplastů. Mohou se vyskytovat jak za přítomnosti světla, tak bez něj. Jsou syntetizovány organická hmota(C0 2 se redukuje na glukózu) pomocí energie, která vznikla ve fázi světla.

Proces redukce oxidu uhličitého je cyklický a je tzv Calvinův cyklus . Pojmenován po americkém badateli M. Calvinovi, který tento cyklický proces objevil.

Cyklus začíná reakcí atmosférického oxidu uhličitého s ribulózou bifosfátem. Proces je katalyzován enzymem karboxyláza . Ribulóza bifosfát je pětiuhlíkový cukr kombinovaný se dvěma jednotkami kyseliny fosforečné. Dochází k řadě chemických přeměn, z nichž každá je katalyzována svým vlastním specifickým enzymem. Jak vzniká konečný produkt fotosyntézy? glukóza a ribulóza bifosfát je také snížen.

Celková rovnice pro proces fotosyntézy je:

6C02 + 6H20 → C6H12O6 + 602

Díky procesu fotosyntézy je světelná energie ze Slunce absorbována a přeměněna na energii chemických vazeb syntetizovaných sacharidů. Energie je přenášena prostřednictvím potravních řetězců do heterotrofních organismů. Během fotosyntézy dochází k absorpci oxidu uhličitého a uvolňování kyslíku. Veškerý vzdušný kyslík je fotosyntetického původu. Ročně se uvolní přes 200 miliard tun volného kyslíku. Kyslík chrání život na Zemi před ultrafialovým zářením tím, že v atmosféře vytváří ozónový štít.

Proces fotosyntézy je neúčinný, protože pouze 1-2% sluneční energie se přemění na syntetizovanou organickou hmotu. Je to dáno tím, že rostliny nedostatečně pohlcují světlo, část je pohlcena atmosférou atd. Většina slunečního záření se odráží od povrchu Země zpět do vesmíru.

Organické (a anorganické) sloučeniny.

Proces fotosyntézy je vyjádřen souhrnnou rovnicí:

6СО 2 + 6Н 2 О ® С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 .

Na světle v zelené rostlině vznikají organické látky z extrémně oxidovaných látek - oxidu uhličitého a vody a uvolňuje se molekulární kyslík. Při procesu fotosyntézy se redukuje nejen CO 2, ale také dusičnany nebo sírany a energie může být směrována do různých endergonických procesů včetně transportu látek.

Obecná rovnice pro fotosyntézu může být reprezentována jako:

12 H 2 O → 12 [H 2 ] + 6 O 2 (reakce světla)

6 CO 2 + 12 [H 2 ] → C 6H 12O 6 + 6 H 2O (tmavá reakce)

6 CO 2 + 12 H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O + 6 O 2

nebo na 1 mol CO 2:

C02 + H20 CH20 + O2

Důkazy o vzniku O 2 v procesu fotosyntézy pocházejí z práce nizozemského mikrobiologa Van Niela, který studoval bakteriální fotosyntézu a dospěl k závěru, že primární fotochemická reakce fotosyntézy spočívá v disociaci H 2 O, a ne rozklad CO2. Bakterie (kromě sinic) schopné fotosyntetické asimilace CO 2 využívají jako redukční činidla H 2 S, H 2, CH 3 a další a neuvolňují O 2.

Tento typ fotosyntézy se nazývá fotoredukce:

CO 2 + H 2 S → [CH 2 O] + H 2 O + S 2 nebo

CO 2 + H 2 A → [CH 2 O] + H 2 O + 2A,

kde H 2 A - oxiduje substrát, donor vodíku (u vyšších rostlin je to H 2 O) a 2A je O 2. Primárním fotochemickým aktem při fotosyntéze rostlin by pak měl být rozklad vody na oxidační činidlo [OH] a redukční činidlo [H]. [H] redukuje CO 2 a [OH] se účastní reakcí uvolňování O 2 a tvorby H 2 O.

Sluneční energie se za účasti zelených rostlin a fotosyntetických bakterií přeměňuje na volnou energii organických sloučenin.

K provedení tohoto jedinečného procesu byl během evoluce vytvořen fotosyntetický aparát obsahující:

I) soubor fotoaktivních pigmentů schopných absorbovat elektromagnetické záření z určitých oblastí spektra a uchovávat tuto energii ve formě elektronické excitační energie a

2) speciální přístroj pro přeměnu elektronické excitační energie na různé formy chemické energie.

Za prvé toto redoxní energie , spojené s tvorbou vysoce redukovaných sloučenin, elektrochemická potenciální energie, způsobené tvorbou elektrických a protonových gradientů na vazební membráně (Δμ H +), energie fosfátových vazeb ATP a další vysokoenergetické sloučeniny, které se následně přeměňují na volnou energii organických molekul.

Všechny tyto druhy chemické energie lze využít v procesu života pro absorpci a transmembránový transport iontů a ve většině metabolických reakcí, tzn. v konstruktivní výměně.

Schopnost využívat sluneční energii a zavádět ji do biosférických procesů určuje „kosmickou“ roli zelených rostlin, o kterých psal velký ruský fyziolog K.A. Timiryazev.

Proces fotosyntézy je velmi složitý systém v prostorové a časové organizaci. Použití vysokorychlostních metod pulzní analýzy umožnilo zjistit, že proces fotosyntézy zahrnuje reakce s různou rychlostí - od 10 -15 s (procesy absorpce a migrace energie probíhají ve femtosekundovém časovém intervalu) do 10 4 s ( tvorba produktů fotosyntézy). Fotosyntetický aparát zahrnuje struktury o velikostech v rozmezí od 10 -27 m 3 na nejnižší molekulární úrovni do 10 5 m 3 na úrovni plodin.

Schéma fotosyntézy.

Celý komplexní soubor reakcí, které tvoří proces fotosyntézy, lze znázornit schematickým diagramem, který ukazuje hlavní fáze fotosyntézy a jejich podstatu. V moderním schématu fotosyntézy lze rozlišit čtyři stupně, které se liší povahou a rychlostí reakcí, jakož i významem a podstatou procesů probíhajících v každé fázi:

Fáze I - fyzická. Zahrnuje fotofyzikální reakce absorpce energie pigmenty (R), její ukládání ve formě elektronové excitační energie (R*) a migraci do reakčního centra (RC). Všechny reakce jsou extrémně rychlé a probíhají rychlostí 10 -15 - 10 -9 s. Reakce absorpce primární energie jsou lokalizovány v anténních komplexech sbírajících světlo (LAC).

Stupeň II - fotochemický. Reakce jsou lokalizovány v reakčních centrech a probíhají rychlostí 10 -9 s. V této fázi fotosyntézy se energie elektronové excitace pigmentu (P (RC)) reakčního centra využívá k oddělení nábojů. V tomto případě je elektron s vysokým energetickým potenciálem přenesen na primární akceptor A a výsledný systém s oddělenými náboji (P (RC) - A) obsahuje určité množství energie již v chemické formě. Oxidovaný pigment P (RC) obnovuje svou strukturu díky oxidaci dárce (D).

Přeměna jednoho typu energie na jiný, ke které dochází v reakčním centru, je ústřední událostí procesu fotosyntézy, která vyžaduje přísné podmínky. strukturální organizace systémy. V současné době jsou do značné míry známy molekulární modely reakčních center rostlin a bakterií. Byla prokázána jejich podobnost ve strukturní organizaci, což ukazuje na vysoký stupeň konzervatismu primárních procesů fotosyntézy.

Primární produkty (P*, A -) vzniklé ve fotochemickém stadiu jsou velmi labilní a elektron se může vrátit do oxidovaného pigmentu P* (proces rekombinace) se zbytečnou ztrátou energie. Proto je nutná rychlá další stabilizace vzniklých redukovaných produktů s vysokým energetickým potenciálem, která se provádí v dalším, III. stupni fotosyntézy.

Stupeň III - reakce transportu elektronů.Řetězec nosičů s různými redoxními potenciály (E n ) tvoří tzv. elektronový transportní řetězec (ETC). Redoxní složky ETC jsou organizovány v chloroplastech ve formě tří hlavních funkčních komplexů - fotosystém I (PSI), fotosystém II (PSII), cytochrom b 6 f-komplex, který poskytuje vysokou rychlost toku elektronů a možnost jeho regulace. V důsledku práce ETC vznikají vysoce redukované produkty: redukovaný ferredoxin (FD redukovaný) a NADPH, stejně jako energeticky bohaté molekuly ATP, které se využívají při temných reakcích redukce CO 2, které tvoří tzv. čtvrtá fáze fotosyntézy.

Stupeň IV - „temné“ reakce absorpce a redukce oxidu uhličitého. Reakce probíhají za vzniku sacharidů, konečných produktů fotosyntézy, v jejichž podobě se sluneční energie ukládá, absorbuje a přeměňuje ve „světelné“ reakce fotosyntézy. Rychlost „temných“ enzymatických reakcí je 10 -2 - 10 4 s.

K celému průběhu fotosyntézy tedy dochází interakcí tří toků – toku energie, toku elektronů a toku uhlíku. Spojení tří toků vyžaduje jasnou koordinaci a regulaci jejich základních reakcí.

1. Uveďte definice pojmů.
Fotosyntéza- proces tvorby organických látek z oxidu uhličitého a vody na světle za účasti fotosyntetických pigmentů.
Autotrofy- organismy, které syntetizují organické látky z anorganických.
Heterotrofy jsou organismy, které nejsou schopny syntetizovat organické látky z anorganických prostřednictvím fotosyntézy nebo chemosyntézy.
Mixotrofy- organismy schopné využívat různé zdroje uhlíku a energie.

2. Vyplňte tabulku.

3. Vyplňte tabulku.

4. Vysvětlete podstatu výroku velkého ruského vědce K. A. Timiryazeva: „Kulatina je konzervovaný produkt sluneční energie.“
Poleno je součástí stromu, jeho pletiva se skládají z nahromaděných organických sloučenin (celulóza, cukr atd.), které vznikly při procesu fotosyntézy.

5. Napište celkovou rovnici pro fotosyntézu. Nezapomeňte uvést požadované podmínky pro vznik reakcí.

12. Vyberte termín a vysvětlete, jak se jeho moderní význam shoduje s původním významem jeho kořenů.
Zvolený termín je mixotrofy.
Korespondence. Termín je upřesněn, je to název pro organismy se smíšeným typem výživy, které jsou schopny využívat různé zdroje uhlíku a energie.

13. Formulujte a zapište hlavní myšlenky § 3.3.
Podle typu výživy se všechny živé organismy dělí na:
Autotrofy, které syntetizují organické látky z anorganických.
Heterotrofy, které se živí hotovými organickými látkami.
Mixotrofy se smíšenou výživou.
Fotosyntéza je proces tvorby organických látek z oxidu uhličitého a vody na světle za účasti fotosyntetických pigmentů fototrofy.
Dělí se na světlou fázi (vznikají molekuly vody a H+ potřebné pro tmavou fázi, uvolňuje se i kyslík) a tmavou fázi (vzniká glukóza). Celková rovnice pro fotosyntézu je: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2. Vyskytuje se na světle za přítomnosti chlorofylu. Takto se mění světelná energie
energie chemických vazeb a rostliny si pro sebe tvoří glukózu a cukry.

Název parametru	Význam
Téma článku:	Souhrnná rovnice fotosyntézy
Rubrika (tematická kategorie)	Vzdělání

Fotosyntéza je proces přeměny světelné energie absorbované tělem na chemickou energii organických (a anorganických) sloučenin.

Proces fotosyntézy je vyjádřen souhrnnou rovnicí:

6СО 2 + 6Н 2 О ® С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 .

Na světle v zelené rostlině vznikají organické látky z extrémně oxidovaných látek - oxidu uhličitého a vody a uvolňuje se molekulární kyslík. Při procesu fotosyntézy se redukuje nejen CO 2, ale také dusičnany či sírany a energie musí být směrována do různých endergonických procesů vč. pro přepravu látek.

Obecná rovnice pro fotosyntézu by měla být prezentována takto:

12 H 2 O → 12 [H 2 ] + 6 O 2 (reakce světla)

6 CO 2 + 12 [H 2 ] → C 6H 12O 6 + 6 H 2O (tmavá reakce)

6 CO 2 + 12 H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O + 6 O 2

nebo na 1 mol CO 2:

C02 + H20 CH20 + O2

Veškerý kyslík uvolněný během fotosyntézy pochází z vody. Voda na pravé straně rovnice nemůže být redukována, protože její kyslík pochází z CO 2 . Pomocí metod značených atomů bylo zjištěno, že H2O v chloroplastech je heterogenní a skládá se z vody pocházející z vnějšího prostředí a vody vzniklé při fotosyntéze. Oba druhy vody se používají v procesu fotosyntézy. Důkazy o vzniku O 2 v procesu fotosyntézy pocházejí z práce nizozemského mikrobiologa Van Niela, který studoval bakteriální fotosyntézu a dospěl k závěru, že primární fotochemická reakce fotosyntézy spočívá v disociaci H 2 O, a ne rozklad CO2. Bakterie (kromě sinic) schopné fotosyntetické asimilace CO 2 využívají jako redukční činidla H 2 S, H 2, CH 3 a další a neuvolňují O 2. Tento typ fotosyntézy se běžně nazývá zmenšení fotografie:

CO 2 + H 2 S → [CH 2 O] + H 2 O + S 2 nebo

CO 2 + H 2 A → [CH 2 O] + H 2 O + 2A,

kde H 2 A - oxiduje substrát, donor vodíku (u vyšších rostlin - ϶ᴛᴏ H 2 O) a 2A - ϶ᴛᴏ O 2. Primárním fotochemickým aktem při fotosyntéze rostlin by pak měl být rozklad vody na oxidační činidlo [OH] a redukční činidlo [H]. [H] redukuje CO 2 a [OH] se účastní reakcí uvolňování O 2 a tvorby H 2 O.

Sluneční energie se za účasti zelených rostlin a fotosyntetických bakterií přeměňuje na volnou energii organických sloučenin. K provedení tohoto unikátního procesu byl během evoluce vytvořen fotosyntetický aparát obsahující: I) sadu fotoaktivních pigmentů schopných pohlcovat elektromagnetické záření z určitých oblastí spektra a tuto energii uchovávat ve formě elektronické excitační energie a 2) speciální přístroj pro přeměnu elektronické excitační energie na různé formy chemické energie. Za prvé toto redoxní energie , spojené s tvorbou vysoce redukovaných sloučenin, elektrochemická potenciální energie, způsobené tvorbou elektrických a protonových gradientů na vazební membráně (Δμ H +), Energie fosfátové vazby ATP a další vysokoenergetické sloučeniny, které se následně přeměňují na volnou energii organických molekul.

Všechny tyto typy chemické energie se používají v procesu života pro absorpci a transmembránový transport iontů a ve většině metabolických reakcí, ᴛ.ᴇ. v konstruktivní výměně.

Schopnost využívat sluneční energii a zavádět ji do biosférických procesů určuje „kosmickou“ roli zelených rostlin, o kterých psal velký ruský fyziolog K.A. Timiryazev.

Schéma fotosyntézy. Celý komplexní soubor reakcí, které tvoří proces fotosyntézy, by měl být znázorněn schematickým diagramem, který ukazuje hlavní fáze fotosyntézy a jejich podstatu. V moderním schématu fotosyntézy lze rozlišit čtyři stupně, které se liší povahou a rychlostí reakcí, jakož i významem a podstatou procesů probíhajících v každé fázi:

Fáze I – fyzická. Zahrnuje fotofyzikální charakter reakce absorpce energie pigmenty (R), jejího uložení ve formě elektronické excitační energie (R*) a migrace do reakčního centra (RC). Všechny reakce jsou extrémně rychlé a probíhají rychlostí 10 -15 - 10 -9 s. Reakce absorpce primární energie jsou lokalizovány v anténních komplexech sbírajících světlo (LAC).

Transformace jednoho typu energie na jiný, ke které dochází v reakčním centru, je ústřední událostí procesu fotosyntézy, která vyžaduje přísné podmínky pro strukturní organizaci systému. Dnes jsou z velké části známé molekulární modely reakčních center rostlin a bakterií. Byla prokázána jejich podobnost ve strukturní organizaci, což ukazuje na vysoký stupeň konzervatismu primárních procesů fotosyntézy.

Primární produkty (P*, A -) vzniklé ve fotochemickém stadiu jsou velmi labilní a elektron se může vrátit do oxidovaného pigmentu P* (proces rekombinace) se zbytečnou ztrátou energie. Z tohoto důvodu je nutná rychlá další stabilizace vzniklých redukovaných produktů s vysokým energetickým potenciálem, která se provádí v dalším, III. stupni fotosyntézy.

Stupeň III - reakce transportu elektronů.Řetězec nosičů s různými redoxními potenciály (E n ) tvoří tzv. elektronový transportní řetězec (ETC). Redoxní složky ETC jsou organizovány v chloroplastech ve formě tří základních funkčních komplexů - fotosystém I (PSI), fotosystém II (PSII), cytochrom b 6 f-komplex, který poskytuje vysokou rychlost toku elektronů a možnost jeho regulace. V důsledku činnosti ETC vznikají vysoce redukované produkty: redukovaný ferredoxin (FD redukovaný) a NADPH, dále energeticky bohaté molekuly ATP, které se využívají při temných reakcích redukce CO 2, které tvoří tzv. čtvrtá fáze fotosyntézy.

K celému průběhu fotosyntézy však dochází interakcí tří toků – toku energie, toku elektronů a toku uhlíku. Spojení tří toků vyžaduje jasnou koordinaci a regulaci jejich základních reakcí.

Celková rovnice fotosyntézy - pojem a typy. Klasifikace a vlastnosti kategorie "Celková rovnice fotosyntézy" 2017, 2018.