• Τι είναι η φωτοσύνθεση;
• Τύποι φωτοσύνθεσης
• Χαρακτηριστικά φωτοσύνθεσης
• Εξίσωση φωτοσύνθεσης
• Φάσεις φωτοσύνθεσης
• Σημασία της φωτοσύνθεσης

Εξηγούμε τι είναι η φωτοσύνθεση, τα χαρακτηριστικά, την εξίσωση και τις φάσεις της. Επίσης, γιατί είναι σημαντικό για τα οικοσυστήματα του κόσμου.

Η φωτοσύνθεση είναι ο κύριος μηχανισμός διατροφής των φυτών και άλλων αυτότροφων όντων.

Τι είναι η φωτοσύνθεση;

Η φωτοσύνθεση είναι η βιοχημική διαδικασία με την οποία φυτά, φύκια και βακτήρια φωτοσυνθετική μετατροπή ανόργανο υλικό (διοξείδιο του άνθρακα και νερό) σε οργανικό υλικό (σάκχαρα), εκμεταλλευόμενος Ενέργεια που προέρχονται από το ηλιακό φως. Αυτός είναι ο κύριος μηχανισμός του θρέψη όλων των αυτοτροφικοί οργανισμοί που έχουν χλωροφύλλη, η οποία είναι η απαραίτητη χρωστική ουσία για τη φωτοσυνθετική διαδικασία.

Η φωτοσύνθεση αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους βιοχημικούς μηχανισμούς στον πλανήτη, καθώς περιλαμβάνει την παραγωγή οργανικών θρεπτικών συστατικών που αποθηκεύουν το ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΦΩΤΟΣ που προέρχονται από Ήλιος σε διαφορετικά μόρια χρήσιμο (υδατάνθρακες). Μάλιστα, το όνομα αυτής της διαδικασίας προέρχεται από τις ελληνικές φωνές φωτογραφία, «φως και σύνθεση, «Σύνθεση».

Μετά τη φωτοσύνθεση, τα συντιθέμενα οργανικά μόρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή χημική ενέργεια για την υποστήριξη ζωτικών διεργασιών, όπως η κυτταρική αναπνοή και άλλες αντιδράσεις που αποτελούν μέρος του μεταβολισμός απο ζωντανά όντα.

Για να πραγματοποιηθεί η φωτοσύνθεση απαιτείται η παρουσία χλωροφύλλης, μιας χρωστικής ουσίας ευαίσθητης στο ηλιακό φως, η οποία δίνει στα φυτά και στα φύκια τον χαρακτηριστικό πράσινο χρωματισμό τους. Αυτή η χρωστική ουσία βρίσκεται σε χλωροπλάστες, κυτταρικά οργανίδια διαφόρων μεγεθών που είναι τυπικά φυτικά κύτταρα, ιδιαίτερα τα διαφυλλικά κύτταρα (των φύλλων). Οι χλωροπλάστες περιέχουν ένα σύνολο από πρωτεΐνη Υ ένζυμα που επιτρέπουν την ανάπτυξη πολύπλοκων αντιδράσεων που αποτελούν μέρος της φωτοσυνθετικής διαδικασίας.

Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης είναι απαραίτητη για την οικοσύστημα και για το ΖΩΗ όπως τα γνωρίζουμε, αφού επιτρέπει τη δημιουργία και κυκλοφορία οργανικής ύλης και τη στερέωση ανόργανης ύλης. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια της οξυγονικής φωτοσύνθεσης παράγεται το οξυγόνο που χρειάζονται τα περισσότερα έμβια όντα για την παραγωγή τους. αναπνοή.

Τύποι φωτοσύνθεσης

Μπορούν να διακριθούν δύο τύποι φωτοσύνθεσης, ανάλογα με τις ουσίες που χρησιμοποιεί το σώμα για να πραγματοποιήσει την αντίδραση:

• Οξυγονική φωτοσύνθεση. Χαρακτηρίζεται από τη χρήση του Νερό (H2O) για τη μείωση του διοξείδιο του άνθρακα (CO2) που καταναλώνεται. Σε αυτό το είδος φωτοσύνθεσης, όχι μόνο παράγονται χρήσιμα σάκχαρα για τον οργανισμό, αλλά λαμβάνεται και οξυγόνο (Ο2) ως προϊόν της αντίδρασης. Τα φυτά, τα φύκια και τα κυανοβακτήρια πραγματοποιούν οξυγονική φωτοσύνθεση.
• Ανοξυγονική φωτοσύνθεση. Το σώμα δεν χρησιμοποιεί νερό για να μειώσει το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), αλλά αντίθετα χρησιμοποιεί το ηλιακό φως για να διασπάσει τα μόρια του υδρόθειου (H2S) ή του αερίου υδρογόνου (H2). Αυτός ο τύπος φωτοσύνθεσης δεν παράγει οξυγόνο (O2) και αντ' αυτού απελευθερώνει θείο ως προϊόν της αντίδρασης. Η ανοξυγονική φωτοσύνθεση πραγματοποιείται από τα λεγόμενα πράσινα και μοβ βακτήρια θείου, τα οποία περιέχουν φωτοσυνθετικές χρωστικές ομαδοποιημένες με το όνομα βακτηριοχλωροφύλλες, οι οποίες διαφέρουν από τη χλωροφύλλη των φυτών.

Χαρακτηριστικά φωτοσύνθεσης

Στα φυτά και τα φύκια, η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα σε οργανίδια που ονομάζονται χλωροπλάστες.

Σε γενικές γραμμές, η φωτοσύνθεση χαρακτηρίζεται από τα ακόλουθα:

• Είναι μια βιοχημική διαδικασία αξιοποίησης του ηλιακού φωτός για τη λήψη οργανικών ενώσεων, δηλαδή τη σύνθεση θρεπτικών ουσιών από ανόργανα στοιχεία όπως το νερό (H2O) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2).
• Μπορεί να εκτελεστεί από διάφορους αυτοτροφικοί οργανισμοί, αρκεί να έχουν φωτοσυνθετικές χρωστικές (η σημαντικότερη είναι η χλωροφύλλη). Είναι η διαδικασία διατροφής των φυτών (χερσαίων και υδρόβιων), των φυκιών, φυτοπλαγκτόν, φωτοσυνθετικά βακτήρια. Κάποιοι λίγοι των ζώων είναι ικανά για φωτοσύνθεση, συμπεριλαμβανομένου του θαλάσσιου γυμνοσάλιαγκου Elysia chlorotica και η στίγματα σαλαμάνδρα Ambystoma maculatum (το τελευταίο το κάνει χάρη στο συμβίωση με ένα φύκι).
• Στα φυτά και τα φύκια, η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα σε εξειδικευμένα οργανίδια που ονομάζονται χλωροπλάστες, στα οποία βρίσκεται η χλωροφύλλη. Τα φωτοσυνθετικά βακτήρια διαθέτουν επίσης χλωροφύλλη (ή άλλες ανάλογες χρωστικές), αλλά δεν έχουν χλωροπλάστες.
• Υπάρχουν δύο τύποι φωτοσύνθεσης, ανάλογα με την ουσία που χρησιμοποιείται για τη στερέωση του άνθρακα από το διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Η οξυγονική φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί νερό (H2O) και παράγει οξυγόνο (O2), το οποίο απελευθερώνεται στο περιβάλλον. Η ανοξυγονική φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί υδρόθειο (H2S) ή αέριο υδρογόνο (H2) και δεν παράγει οξυγόνο, αλλά απελευθερώνει θείο.
• Από την Αρχαία Ελλάδα, η σχέση μεταξύ του ηλιακού φωτός και των φυτών είχε ήδη υποτεθεί. Ωστόσο, η πρόοδος στη μελέτη και την κατανόηση της φωτοσύνθεσης άρχισε να αποκτά σημασία χάρη στις συνεισφορές ενός διαδοχικού συνόλου επιστημόνων από τον 18ο, 19ο και 20ο αιώνα. Για παράδειγμα, ο πρώτος που απέδειξε την παραγωγή οξυγόνου στα φυτά ήταν ο Άγγλος κληρικός Joseph Priestley (1732-1804) και ο πρώτος που διατύπωσε τη βασική εξίσωση της φωτοσύνθεσης ήταν ο Γερμανός βοτανολόγος Ferdinand Sachs (1832-1897). Αργότερα, το βιοχημική Ο Αμερικανός Melvin Calvin (1911-1997), έκανε μια άλλη τεράστια συνεισφορά, διευκρινίζοντας τον κύκλο του Calvin (μία από τις φάσεις της φωτοσύνθεσης), που του χάρισε το βραβείο Νόμπελ για Χημεία το 1961.

Εξίσωση φωτοσύνθεσης

Η γενική εξίσωση για την οξυγονική φωτοσύνθεση έχει ως εξής:

Ο σωστός τρόπος για να διατυπωθεί αυτή η εξίσωση χημικά, δηλαδή η ισορροπημένη εξίσωση για αυτήν την αντίδραση, είναι ο ακόλουθος:

Φάσεις φωτοσύνθεσης

Το φωτοχημικό στάδιο της φωτοσύνθεσης συμβαίνει παρουσία ηλιακού φωτός.

Η φωτοσύνθεση ως χημική διαδικασία λαμβάνει χώρα σε δύο διαφορετικά στάδια: το στάδιο του φωτός (ή του φωτός) και το στάδιο του σκότους, που ονομάζεται έτσι επειδή μόνο το πρώτο εμπλέκεται άμεσα στην παρουσία του ηλιακού φωτός (που δεν σημαίνει ότι το δεύτερο συμβαίνει απαραίτητα στο σκοτάδι ).

• Ελαφρύ ή φωτοχημικό στάδιο. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, αντιδράσεις εξαρτώμενες από το φως λαμβάνουν χώρα μέσα στο φυτό, δηλαδή το φυτό συλλαμβάνει το ηλιακή ενέργεια μέσω χλωροφύλλης και τη χρησιμοποιεί για την παραγωγή ATP και NADPH. Όλα ξεκινούν όταν το μόριο της χλωροφύλλης έρχεται σε επαφή με την ηλιακή ακτινοβολία και ηλεκτρόνια τα εξωτερικά του κελύφη διεγείρονται, γεγονός που δημιουργεί μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων (παρόμοια με την ηλεκτρική ενέργεια), το οποίο χρησιμοποιείται για τη σύνθεση του ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη) και NADPH (δινουκλεοτιδική φωσφορική νικοτίνη αδενίνη). Η διάσπαση ενός μορίου νερού σε μια διαδικασία που ονομάζεται "φωτόλυση" επιτρέπει σε ένα μόριο χλωροφύλλης να ανακτήσει το ηλεκτρόνιο που έχασε όταν διεγερθεί (η διέγερση πολλών μορίων χλωροφύλλης απαιτείται για τη διεξαγωγή της φωτεινής φάσης). Ως αποτέλεσμα της φωτόλυσης δύο μορίων νερού, παράγεται ένα μόριο οξυγόνου που απελευθερώνεται στο ατμόσφαιρα ως υποπροϊόν αυτής της φάσης της φωτοσύνθεσης.
• Σκούρο ή συνθετικό στάδιο. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, που λαμβάνει χώρα στη μήτρα ή στο στρώμα των χλωροπλαστών, το φυτό χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα και εκμεταλλεύεται τα μόρια που παράγονται κατά το προηγούμενο στάδιο (χημική ενέργεια) για να συνθέσει. ουσίες οργανικών ουσιών μέσω ενός κυκλώματος εξαιρετικά πολύπλοκων χημικών αντιδράσεων γνωστό ως το Κύκλος Calvin-Benson. Κατά τη διάρκεια αυτού του κύκλου, και μέσω της παρέμβασης διαφορετικών ενζύμων, που είχαν σχηματιστεί προηγουμένως ATP και NADPH, η γλυκόζη συντίθεται από το διοξείδιο του άνθρακα που παίρνει το φυτό από την ατμόσφαιρα. Η ενσωμάτωση του διοξειδίου του άνθρακα στο ενώσεις Το οργανικό είναι γνωστό ως στερέωση άνθρακα.

Σημασία της φωτοσύνθεσης

Η φωτοσύνθεση απελευθερώνει οξυγόνο στην ατμόσφαιρα και στο νερό.

Η φωτοσύνθεση είναι μια ζωτική και κεντρική διαδικασία στη βιόσφαιρα για πολλούς λόγους. Το πρώτο και πιο προφανές είναι ότι παράγει οξυγόνο (Ο2), ένα απαραίτητο αέριο για την αναπνοή τόσο στο νερό όσο και στο νερό. αέρας. Χωρίς φυτά, τα περισσότερα έμβια όντα (συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπινο ον) απλά δεν μπορούσαν να επιβιώσουν.

Από την άλλη, απορροφώντας το από το περιβάλλον, τα φυτά σταθεροποιούν το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), μετατρέποντάς το σε οργανική ύλη. Αυτό το αέριο, το οποίο εκπνέουμε όταν αναπνέουμε, είναι δυνητικά τοξικό εάν δεν διατηρηθεί εντός συγκεκριμένων ορίων.

Επειδή τα φυτά χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα για να φτιάξουν το δικό τους τροφή, η μείωση της φυτικής ζωής στον πλανήτη επηρεάζει την αύξηση αυτού του αερίου στην ατμόσφαιρα, όπου λειτουργεί ως παράγοντας παγκόσμια υπερθέρμανση. Για παράδειγμα, το CO2 δρα ως αέριο του το φαινόμενο του θερμοκηπίου, αποτρέποντας την υπερβολή θερμότητα που φτάνει στο Γη ακτινοβολεί έξω από την ατμόσφαιρα. Υπολογίζεται ότι κάθε χρόνο οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί καθορίζουν ως οργανικές ουσίες περίπου 100.000 εκατομμύρια τόνους άνθρακα.