Фотосинтез
La фотосинтез це хімічний процес, необхідний для життя на нашій планеті, якою ми її знаємо. Таким чином рослини все ще утворюють вуглекислий газ у повітрі в кисень. Саме завдяки цьому кисню всі земні живі істоти можуть заселяти планету Земля.
У цій статті ми розповімо вам, що таке фотосинтез, які його особливості та значення.
Що таке фотосинтез
Нинішнє вирубування лісів призвело до все меншого поглинання вуглецю та до збільшення викидів парникових газів, що призводить до потепління атмосфери та більш екстремальні зміни клімату. У сценаріях зміни клімату важливість фотосинтезу зростає.
Це один з найважливіших біохімічних механізмів на Землі, оскільки він включає виробництво органічних поживних речовин, які зберігають світлову енергію сонця в різних корисних молекулах (вуглеводах). З цієї причини його назва походить від грецького слова фото, «світло» і «з’єднання», «поєднання». Синтезовані органічні молекули можна використовувати як джерело хімічної енергії для підтримки важливих процесів, таких як клітинне дихання та метаболізм.
Для фотосинтезу рослин необхідна наявність хлорофілу, хлорофіл є пігмент, чутливий до сонячного світла і є пігментом, який надає рослинам унікальний зелений колір. Цей тип пігменту існує в хлоропластах, які є типовими клітинними структурами різного розміру в клітинах рослин.
Види фотосинтезу
Водні та наземні рослини можуть фотосинтезувати, але інші види рослин, такі як папороті, водорості та деякі вільноживучі бактерії, також можуть фотосинтезувати. Для цього вони мають дві форми:
- Кисневий фотосинтез, Він виробляє корисні для рослин цукру, споживає вуглекислий газ (CO2) і виробляє побічний продукт кисню (O2). Цей тип необхідний для дихання, оскільки він протилежний газообміну.
- Аноксигенний фотосинтез, тип фотосинтезу, який не виробляє кисень (O2), але використовує сонячне світло для розщеплення молекул сірководню (H2S). Таким чином він виділяє сірку в навколишнє середовище або накопичує її в бактеріях, які можуть транспортувати сірку.
Газообмін, який відбувається під час фотосинтезу, є життєво важливим для екосистем і життя. Це пояснюється тим, що він забезпечує виробництво та циркуляцію органічної речовини та фіксацію неорганічної речовини.
Користь рослин для планети
Фотосинтез – це невралгійний процес життя на Землі. Завдяки світлу рослини захоплюють вуглекислий газ (CO2) і виділяють кисень протягом дня. Вночі ситуація протилежна, вони захоплюють кисень і виділяють вуглекислий газ. Цей процес сприяє життю на землі, забезпечуючи нас киснем, необхідним для дихання.
- Вони підтримують баланс атмосферних газів. Завдяки фотосинтезу кисень, що споживається при диханні та горінні, може бути заміщений. Таким чином можна уникнути збільшення вмісту вуглекислого газу.
- Вони є харчовою основою багатьох організмів. Життєвий цикл починається з рослин, оскільки вони є джерелом їжі для живих істот (певним чином) і біорізноманіття, яке населяє Землю.
- Вони мають лікувальні властивості: З давніх часів багато ліків, які ми використовуємо, отримують безпосередньо з рослин. З нього витягнуто багато хімічних речовин, які використовуються у виробництві різних ліків.
- Їх використовують як будівельні матеріали. Прикладом є дерево або бамбук. Вони також можуть бути використані для отримання енергії шляхом згоряння або для виготовлення матеріалів, таких як папір.
- Бережіть ґрунт. Розкладання органічної речовини (переважно рослин) дозволяє ґрунту отримувати необхідні для сільського господарства поживні речовини.
Тварини і фотосинтез
Всі ми знаємо, що фотосинтез – це процес, пов’язаний з рослинами, що відрізняє їх від тварин. Однак є близькоспоріднені тварини, здатні до цього процесу.
Прикладом цього є Елізія Хлоротика, широко відомий як смарагдовий слимак. Це одне з найдивніших тварин у світі, яке зазвичай населяє Північну Америку, особливо на узбережжі Атлантичного океану. Смарагдовий слизняк має форму листа і насичено-зелений, що різко контрастує з його білими або червонуватими плямами. Він дуже схожий на листя будь-якої рослини, що робить камуфляж його найкращою зброєю, майже непомітною для очей її хижаків.
Однак особливістю цієї тварини є її здатність до фотосинтезу. Смарагдові слимаки харчуються жовтими водоростями, витягують з них хлоропласти і інтегрують їх у травні клітини. Це дає йому здатність поглинати сонячне світло, як рослина протягом усього процесу росту. Цей процес називається клептопластика і може тривати від 9 до 12 місяців.
Ще один вид тварин, пов’язаний з фотосинтезом, – це корали. Роблять це завдяки водоростям в коралах. Хоча корали захищають водорості, вони забезпечують їх їжею, яка, у свою чергу, допомагає їм кальцифікувати.
Майбутнє планети Земля
Фотосинтез утверджується як природний механізм, який може підтримувати баланс нашої планети та біорізноманіття, яке вона населяє. Щоб забезпечити майбутнє планети, ваші легені повинні бути захищені. Якщо такі території, як Амазонка, продовжуватимуть руйнуватися, зміна клімату різко погіршиться і поставить під загрозу наше виживання.
Зберігати наші рослини в хорошому стані означає робити внесок у розвиток життя. Наша флора відповідає за підтримання балансу атмосферних газів, але вони також є харчовою основою багатьох організмів. Життєвий цикл починається з рослин, усього, що ми їмо, будь то тварини чи рослини, має певний зв’язок з цими істотами.
Протягом мільйонів років рослини здійснювали цей процес, який змушує нашу атмосферу наповнювати такою кількістю кисню, утворюючи таким чином озоновий шар. Без нього сонячне випромінювання не могло б створити земне життя на нашій планеті.
Крім того, рослини захищають якість нашого ґрунту. Тому вирубка лісів є основною проблемою, спричиненою кліматична криза для зниження потужності заводів і дерева для поглинання вуглекислого газу. Якщо ми не зможемо змінити цю неприємну ситуацію, зміна клімату зрештою змінить життя нашої екосистеми і зробить нашу планету непридатною для життя.
Я сподіваюся, що завдяки цій інформації ви зможете дізнатися більше про фотосинтез і його важливість.
Будьте першим, щоб коментувати
5.1: Огляд фотосинтезу
Сонячна залежність та виробництво продуктів харчування
Деякі організми можуть здійснювати фотосинтез, тоді як інші не можуть. Автотроф – це організм, який може виробляти власну їжу. Грецькі корені слова autotroph означають «self» (auto ) «feeder» (troph ). Рослини є найвідомішими автотрофами, але існують і інші, включаючи певні види бактерій і водоростей (рис. \(\PageIndex\) ). Океанічні водорості вносять величезну кількість їжі та кисню до глобальних харчових ланцюгів. Рослини також є фотоавтотрофами, типом автотрофа, який використовує сонячне світло і вуглець з вуглекислого газу для синтезу хімічної енергії у вигляді вуглеводів. Всі організми, що здійснюють фотосинтез, вимагають сонячного світла. Малюнок \(\PageIndex\) : (а) Рослини, (б) водорості та (в) певні бактерії, звані ціанобактеріями, є фотоавтотрофами, які можуть здійснювати фотосинтез. Водорості можуть рости на величезних ділянках у воді, часом повністю покриваючи поверхню. (кредит a: Стів Хіллебранд, Служба риби та дикої природи США; кредит b: «евтрофікація та гіпоксія» /Flickr; кредит c: NASA; дані шкали від Метта Рассела) Гетеротрофи – це організми, нездатні до фотосинтезу, які повинні отримувати енергію та вуглець з їжі, споживаючи інші організми. Грецькі корені слова heterotroph означають «інший» (hetero ) «feeder» (troph ), що означає, що їх харчування походить від інших організмів. Навіть якщо харчовий організм є іншою твариною, ця їжа відслідковує своє походження назад до автотрофів та процесу фотосинтезу. Люди є гетеротрофами, як і всі тварини. Гетеротрофи залежать від автотрофів, прямо чи опосередковано. Олені і вовки – гетеротрофи. Олень отримує енергію, поїдаючи рослини. Вовк, що їсть оленя, отримує енергію, яка спочатку надходила від рослин, з’їдених цим оленем. Енергія в рослині надходила від фотосинтезу, і тому вона є єдиним автотрофом в даному прикладі (рис. \(\PageIndex\) ). Використовуючи ці міркування, вся їжа, яку їдять люди, також посилається на автотрофи, які здійснюють фотосинтез. Малюнок \(\PageIndex\) : Енергія, накопичена в молекулах вуглеводів від фотосинтезу, проходить через харчовий ланцюг. Хижак, який їсть цих оленів, отримує енергію, яка виникла в фотосинтезуючої рослинності, яку споживав олень. (Кредит: Стів ВанРіпер, Служба риби та дикої природи США)
БІОЛОГІЯ В ДІЇ: Фотосинтез в продуктовому магазині Основні продуктові магазини в Сполучених Штатах організовані в департаменти, такі як молочні продукти, м’ясо, продукти, хліб, крупи, і так далі. Кожен прохід містить сотні, якщо не тисячі, різних продуктів для покупців, щоб купити і споживати (Малюнок \(\PageIndex<3>\) ). Малюнок \(\PageIndex<3>\) : Фотосинтез – це походження продуктів, що входять до складу основних елементів раціону людини. (кредит: Асоціація Бразиліа де Супермеркадос) Хоча існує велика різноманітність, кожен елемент посилається на фотосинтез. М’ясо та молочні продукти пов’язані з фотосинтезом, оскільки тварин годували рослинною їжею. Хліб, крупи та макарони здебільшого походять із зерен, які є насінням фотосинтетичних рослин. А як щодо десертів і напоїв? Всі ці продукти містять цукор – основну молекулу вуглеводів, вироблену безпосередньо в результаті фотосинтезу. Зв’язок фотосинтезу застосовується до кожного прийому їжі та кожної їжі, яку споживає людина.
Основні структури та резюме фотосинтезу
Фотосинтез вимагає сонячного світла, вуглекислого газу і води в якості вихідних реагентів (рис. \(\PageIndex<4>\) ). Після завершення процесу фотосинтез вивільняє кисень і виробляє молекули вуглеводів, найчастіше глюкозу. Ці молекули цукру містять енергію, необхідну живим істотам, щоб вижити. Малюнок \(\PageIndex<4>\) : Фотосинтез використовує сонячну енергію, вуглекислий газ та воду для виділення кисню та отримання молекул цукру, що зберігають енергію. Складні реакції фотосинтезу можна узагальнити за допомогою хімічного рівняння, показаного на рис \(\PageIndex\) . Малюнок \(\PageIndex\) : Процес фотосинтезу можна представити рівнянням, в якому вуглекислий газ і вода виробляють цукор і кисень, використовуючи енергію сонячного світла. Хоча рівняння виглядає простим, багато кроків, які відбуваються під час фотосинтезу, насправді є досить складними, як у тому, що реакція, що узагальнює клітинне дихання, представляла багато індивідуальних реакцій. Перш ніж дізнатися подробиці того, як фотоавтотрофи перетворюють сонячне світло на їжу, важливо ознайомитися з задіяними фізичними структурами. У рослин фотосинтез відбувається переважно в листках, які складаються з безлічі шарів клітин і мають диференційовані верхню і нижню сторони. Процес фотосинтезу відбувається не на поверхневих шарах листа, а скоріше в середньому шарі, званому мезофілом (рис. \(\PageIndex\) ). Газообмін вуглекислого газу і кисню відбувається через невеликі, регульовані отвори, звані продихами. У всіх автотрофних еукаріотах фотосинтез відбувається всередині органели, званої хлоропластом. У рослин хлоропласт містять клітини існують в мезофілі. Хлоропласти мають подвійну (внутрішню і зовнішню) мембрану. Усередині хлоропласта знаходиться третя мембрана, яка утворює складені, дископодібні структури, звані тилакоїдами. Вбудовані в тилакоідную мембрану молекули хлорофілу – пігменту (молекули, що поглинає світло), через який починається весь процес фотосинтезу. Хлорофіл відповідає за зелений колір рослин. Тилакоїдна мембрана охоплює внутрішній простір, зване тилакоїдним простором. Інші типи пігментів також беруть участь у фотосинтезі, але хлорофіл на сьогоднішній день є найважливішим. Як показано на малюнку \(\PageIndex\) , стопка тилакоидов називається гранулом, а простір, що оточує гранул, називається стромою (не плутати з продихи, отвори на листках).
АРТ КОНК Малюнок \(\PageIndex\) : Не всі клітини листа здійснюють фотосинтез. Клітини в середньому шарі листа мають хлоропласти, які містять фотосинтетичний апарат. (кредитний «лист»: модифікація роботи Корі Занкер) У спекотний сухий день рослини закривають продихи, щоб зберегти воду. Який вплив це матиме на фотосинтез?
Дві частини фотосинтезу
Фотосинтез проходить у два етапи: світлозалежні реакції та цикл Кальвіна. У світлозалежних реакціях, які відбуваються у тилакоїдної мембрани, хлорофіл поглинає енергію від сонячного світла і потім перетворює її в хімічну енергію з використанням води. Світлозалежні реакції виділяють кисень з гідролізу води як побічний продукт. У циклі Кальвіна, який відбувається в стромі, хімічна енергія, отримана від світлозалежних реакцій, керує як захопленням вуглецю в молекулах вуглекислого газу, так і подальшим складанням молекул цукру. Дві реакції використовують молекули носія для транспортування енергії від однієї до іншої. Носії, які переміщують енергію від світлозалежних реакцій до реакцій циклу Кальвіна, можна вважати «повноцінними», оскільки вони приносять енергію. Після вивільнення енергії «порожні» енергоносії повертаються до світлозалежних реакцій для отримання більшої кількості енергії.
Резюме
Процес фотосинтезу трансформував життя на землі. Використовуючи енергію від сонця, фотосинтез дозволив живим істотам отримати доступ до величезної кількості енергії. Завдяки фотосинтезу живі істоти отримали доступ до достатньої кількості енергії, що дозволило їм розвивати нові структури та досягати біорізноманіття, яке очевидне сьогодні. Тільки певні організми, звані автотрофами, можуть здійснювати фотосинтез; їм потрібна присутність хлорофілу – спеціалізованого пігменту, який може поглинати світло і перетворювати світлову енергію в хімічну енергію. Фотосинтез використовує вуглекислий газ і воду для збору молекул вуглеводів (зазвичай глюкози) і виділяє кисень у повітря. Еукаріотичні автотрофи, такі як рослини та водорості, мають органели, звані хлоропластами, в яких відбувається фотосинтез.
Мистецькі зв’язки
Малюнок \(\PageIndex<6>\) : У спекотний сухий день рослини закривають продихи для економії води. Який вплив це матиме на фотосинтез? Відповідь Рівень вуглекислого газу (реагенту) впаде, а рівень кисню (продукту) підвищиться. В результаті швидкість фотосинтезу сповільниться.
Глосарій
автотроф організм, здатний виробляти власну їжу хлорофіл зелений пігмент, який захоплює світлову енергію, яка рухає реакції фотосинтезу хлоропласт органели, де відбувається фотосинтез гранум стопка тилакоидов, розташованих всередині хлоропласта гетеротроф організм, який споживає інші організми для їжі світлозалежна реакція перший етап фотосинтезу, де видиме світло поглинається з утворенням двох молекул, що несуть енергію (АТФ і НАДПХ) мезофіл середній шар клітин в листі фотоавтотроф організм, здатний синтезувати власні молекули їжі (накопичувати енергію), використовуючи енергію світла пігменту молекула, яка здатна поглинати світлову енергію стома отвір, що регулює газообмін і регулювання води між листям і навколишнім середовищем; множина: продихи строма наповнений рідиною простір, що оточує грану всередині хлоропласту, де відбуваються циклові реакції фотосинтезу Кальвіна тилакоїд дископодібна мембранна структура всередині хлоропласта, де світлозалежні реакції фотосинтезу відбуваються з використанням хлорофілу, вбудованого в мембрани