![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_6ixLCt6ulT0XuUPgvhf.jpg)
Skove betragtes som ”grønne lunger på planeten” ikke forgæves. Hvad der er fotosyntese, og hvordan denne proces finder sted, vil vi overveje detaljeret.
Hvad er fotosyntese?
Fotosyntese - en biokemisk proces, hvor organiske processer opstår ved hjælp af specielle plantepigmenter og lysenergi fra uorganiske stoffer (kuldioxid, vand). Dette er en af de vigtigste processer, som hovedparten af organismerne optrådte i og fortsætter med at eksistere på planeten.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_uOv4HpOwd55imt1Be2E.jpg)
Interessant fakta: Terrestriske planter såvel som grønne alger er i stand til fotosyntesen. I dette tilfælde producerer alger (fytoplankton) 80% ilt.
Betydningen af fotosyntesen for livet på jorden
Uden fotosyntesen ville der i stedet for mange levende organismer kun findes bakterier på vores planet. Det er den energi, der er opnået som et resultat af denne kemiske proces, der tillader bakterier at udvikle sig.
Eventuelle naturlige processer har brug for energi. Hun kommer fra solen. Men sollys tager først form efter at være blevet transformeret af planter.
Planter bruger kun en del af energien, og resten samler de i sig selv. De spiser planteetere, der er mad til rovdyr. I løbet af kæden modtager hvert led de nødvendige værdifulde stoffer og energi.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_k9XrgGsZljrp.jpg)
Oxygen produceret under reaktionen er nødvendig for, at alle væsener kan trække vejret. Åndedræt er det modsatte af fotosyntesen. I dette tilfælde oxideres organisk stof, ødelægges. Den resulterende energi bruges af organismer til at udføre forskellige vitale opgaver.
Under planetens eksistens, da der var få planter, var ilt praktisk talt fraværende. Primitive livsformer modtog et minimum af energi på andre måder. Det var for lidt til udvikling. Derfor har vejrtrækning på grund af ilt åbnet flere muligheder.
En anden funktion af fotosyntesen er beskyttelsen af organismer mod eksponering for ultraviolet lys. Vi taler om ozonlaget placeret i stratosfæren i en højde af ca. 20-25 km. Det dannes på grund af ilt, der forvandles til ozon under påvirkning af sollys. Uden denne beskyttelse ville livet på Jorden kun være begrænset til undervandsorganismer.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_OmovxgXB250z.jpg)
Organismer frigiver kuldioxid under respiration. Det er et væsentligt element i fotosyntesen. Ellers ville kuldioxid simpelthen ophobes i den øvre atmosfære og i høj grad forbedre drivhuseffekten.
Dette er et alvorligt miljøproblem, hvis essens er at øge temperaturen i atmosfæren med negative konsekvenser. Disse inkluderer klimaforandringer (global opvarmning), smeltende gletsjere, stigende havniveau osv.
Fotosyntesefunktioner:
- iltudvikling;
- energidannelse;
- dannelse af næringsstoffer;
- oprettelsen af ozonlaget.
Definition og formel for fotosyntesen
Udtrykket "fotosyntese" kommer fra en kombination af to ord: foto og syntese. Oversat fra oldgræsk betyder de henholdsvis "lys" og "forbindelse". Således omdannes lysets energi til energien fra bindinger af organiske stoffer.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_bh66emxv2DqvOIDvpoYJ5.jpg)
Ordning:
Kuldioxid + vand + lys = kulhydrat + ilt.
Den videnskabelige formel for fotosyntese:
6CO2 + 6H2O → C6N12OM6 + 6O2.
Fotosyntese forekommer således, at direkte kontakt mellem vand og CO2 ikke synlig.
Fotosyntesens betydning for planter
Planter kræver organisk stof, energi til vækst og udvikling. Takket være fotosyntesen forsyner de sig med disse komponenter. Oprettelse af organiske stoffer er hovedmålet med fotosyntesen for planter, og frigivelsen af ilt betragtes som en bivirkning.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_RZptuGhlQMPhC4V008P6.jpg)
Interessant fakta: Planter er unikke, fordi de ikke har brug for andre organismer for at få energi.Derfor danner de en separat gruppe - autotrofer (oversat fra det antikke græske sprog ”Jeg spiser selv”).
Hvordan forekommer fotosyntesen?
Fotosyntese finder sted direkte i de grønne dele af planter - kloroplaster. De er en del af planteceller. Chloroplaster indeholder et stof - klorofyl. Dette er det vigtigste fotosyntetiske pigment, takket være det hele reaktionen opstår. Derudover bestemmer klorofyl den grønne farve på vegetation.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_ge8lfDlQqulkYiAG2h8n.jpg)
Dette pigment er kendetegnet ved evnen til at absorbere lys. Og i plantens celler lanceres et rigtigt biokemisk "laboratorium", hvor vand og CO2 omdannes til ilt, kulhydrater.
Vand trænger gennem plantens rodsystem, og gas trænger direkte ind i bladene. Lys fungerer som en energikilde. Når en lys partikel virker på et klorofyllmolekyle, sker dens aktivering. I vandmolekylet H2O ilt (O) forbliver uopkrævet. Således bliver det et biprodukt for planter, men så vigtigt for os, et reaktionsprodukt.
Fotosyntesefaser
Fotosyntesen er opdelt i to faser: lys og mørk. De forekommer samtidig, men i forskellige dele af chloroplasten. Navnet på hver fase taler for sig selv. Den lette eller lysafhængige fase forekommer kun med deltagelse af lyspartikler. I den mørke eller ikke-flygtige fase er lys ikke påkrævet.
Inden man undersøger hver fase mere detaljeret, er det værd at forstå strukturen af chloroplasten, da det bestemmer essensen og stedet for trinnene. Chloroplast er en række plastider og er placeret inde i cellen separat fra dens andre komponenter. Det har form som et frø.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_eVvo0uL80KXGz.jpg)
Chloroplastbestanddele involveret i fotosyntesen:
- 2 membraner;
- stroma (intern væske);
- thylakoider;
- lumen (huller i thylakoider).
Lysfase af fotosyntesen
Det strømmer på thylakoider, mere præcist, deres membraner. Når lys rammer dem, frigives og akkumuleres negativt ladede elektroner. Således mister fotosyntetiske pigmenter alle elektroner, hvorefter det er vandmolekylernes tur til at henfalde:
H2O → H + + OH-
I dette tilfælde har de dannede hydrogenprotoner en positiv ladning og akkumuleres på den indre thylakoidmembran. Som et resultat adskilles protoner med et ladning plus og elektroner med en ladning minus kun med en membran.
Oxygen produceres som et biprodukt:
4OH → O2 + 2H2O
På et bestemt tidspunkt bliver faser af elektroner og protoner af brint for mange. Derefter kommer enzymet ATP-syntase ind i værket. Dens opgave er at overføre brintprotoner fra thylakoidmembranen til det flydende chloroplastmedium - stroma.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_o9b6e1elhs9ulqtikfOHJo2V.jpg)
På dette stadium står brint til rådighed for en anden bærer - NADP (forkortelse for nicotinamidin-nukleotidphosphat). Det er også en type enzym, der fremskynder oxidative reaktioner i celler. I dette tilfælde er hans job at transportere brintprotoner i en kulhydratreaktion.
På dette trin sker processen med fotofosfolering, hvor en enorm mængde energi genereres. Dets kilde er ATP - adenosintrifosforsyre.
Kort oversigt:
- Hit af et kvante lys på klorofyl.
- Valg af elektroner.
- Udviklingen af ilt.
- Dannelsen af NADPH oxidase.
- ATP energiproduktion.
Interessant fakta: Der er en relikt-plante kaldet Velvichia, der vokser på den afrikanske kyst af Atlanterhavet. Dette er den eneste repræsentant af en art med et minimum af blade, der er i stand til fotosyntesen. Velvichs alder når imidlertid omkring 2000 år.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_h2Onh5a1VIpAvyuxUy5.jpg)
Den mørke fase af fotosyntesen
Den lysuafhængige fase forekommer direkte i stromaen. Det repræsenterer en række enzymatiske reaktioner. Kuldioxid absorberet i det lette trin opløst i vand, og på dette trin reduceres det til glukose. Der fremstilles også komplekse organiske stoffer.
Reaktionerne i den mørke fase er opdelt i tre hovedtyper og afhænger af plantetypen (mere præcist deres metabolisme), i de celler, hvor fotosyntesen opstår:
- MED3-plants;
- MED4-plants;
- CAM-planter.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_SU600g23awvV.jpg)
K C3- planter inkluderer de fleste af de landbrugsafgrøder, der vokser i tempereret klima. Under fotosyntesen bliver kuldioxid phosphoglycerinsyre.
Subtropiske og tropiske arter, hovedsageligt ukrudt, hører til C4-planter. De er kendetegnet ved omdannelse af kuldioxid til oxaloacetat. CAM-planter er en kategori af planter, der mangler fugt. De adskiller sig i en særlig type fotosyntese - CAM.
MED3-fotosyntese
Den mest almindelige er C3-fotosyntese, der også kaldes Calvin-cyklus - til ære for den amerikanske videnskabsmand Melvin Calvin, der bidrog enormt til studiet af disse reaktioner og modtog Nobelprisen for dette.
Planter kaldes C3 på grund af det faktum, at under reaktionerne af den mørke fase dannes 3-carbon molekyler af 3-phosphoglycerinsyre - 3-PGA. Forskellige enzymer er direkte involveret.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_Qk05t1VSjLsE4TsFEYfrh2w.jpg)
For at der dannes et komplet glukosemolekyle, skal 6 cykler af reaktioner fra den lysuafhængige fase passere. Carbohydrat er det vigtigste produkt af fotosyntesen i Calvin-cyklus, men derudover produceres fedtstoffer og aminosyrer såvel som glycolipider. C3 plantefotosyntese finder udelukkende sted i mesophyllceller.
Den største ulempe ved C3fotosyntese
Gruppe C-planter3er kendetegnet ved en betydelig ulempe. Hvis der ikke er tilstrækkelig fugt i miljøet, reduceres evnen til fotosyntesen markant. Dette skyldes fotorespiration.
Faktum er, at med en lav koncentration af kuldioxid i chloroplaster (mindre end 50: 1 000 000), fikseres ilt i stedet for kulstoffiksering. Specielle enzymer bremser markant og spilder solenergi.
Samtidig bremser væksten og udviklingen af planten, da den mangler organisk materiale. Der er heller ingen frigivelse af ilt i atmosfæren.
Interessant fakta: Elysia chlorotica søslug er et unikt dyr, der fotosyntetiserer som planter. Den lever af alger, hvis chloroplaster trænger igennem cellerne i fordøjelseskanalen og fotosyntetiserer der i måneder. De producerede kulhydrater tjener sneglen som mad.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_r68tJtEehupPx6ti7DiObe.jpg)
C4 fotosyntese
I modsætning til C3-syntese, her udføres reaktionerne ved kuldioxidfiksering i forskellige planteceller. Disse typer planter er i stand til at tackle problemet med fotorespiration, og de gør dette med en to-trins cyklus.
På den ene side opretholdes et højt niveau af kuldioxid, og på den anden side kontrolleres et lavt niveau af ilt i kloroplaster. Denne taktik giver C4-planter mulighed for at undgå åndedrætsfoto og de tilknyttede vanskeligheder. Repræsentanter for planter i denne gruppe er sukkerrør, majs, hirse osv.
Sammenlignet med planter C3 de er i stand til at udføre fotosynteseprocesser meget mere intensivt under betingelse af høj temperatur og mangel på fugtighed. På det første trin fikseres kuldioxid i mesophyllcellerne, hvor der dannes 4-kulsyre. Derefter passerer syren ind i skallen og nedbrydes der til en 3-kulstofforbindelse og kuldioxid.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_qOV4EeoTfawFT6iB9XDKc.jpg)
På det andet trin begynder det opnåede kuldioxid at virke i Calvin-cyklus, hvor glyceraldehyd-3-phosphat og kulhydrater produceres, hvilket er nødvendigt for energimetabolismen.
På grund af den to-trins fotosyntese i C4-planter dannes der tilstrækkeligt kuldioxid til Kelvin-cyklussen. Derfor fungerer enzymer i fuld kraft og spilder ikke energi forgæves.
Men dette system har sine ulemper. Især forbruges en større mængde ATP-energi - det er nødvendigt for omdannelsen af 4-kulsyre til 3-kulsyre og i den modsatte retning. Så C3-Fotosyntesen er altid mere produktiv end C4 med den rette mængde vand og lys.
Hvad påvirker frekvensen af fotosyntesen?
Fotosyntese kan forekomme i forskellige hastigheder. Denne proces afhænger af miljøforhold:
- vand;
- lysets bølgelængde;
- carbondioxid;
- temperatur.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_ZW73s84oz5.jpg)
Vand er en grundlæggende faktor, så når det mangler, bremser reaktionerne. For fotosyntesen er det mest gunstige bølgerne i det røde og blåviolette spektrum. En høj grad af belysning foretrækkes også, men kun til en bestemt værdi - når den nås, forsvinder forbindelsen mellem belysning og reaktionshastighed.
En høj koncentration af kuldioxid giver hurtige fotosyntetiske processer og vice versa. Visse temperaturer er vigtige for enzymer, der fremskynder reaktionerne. Ideelle forhold for dem er ca. 25-30 ℃.
Foto åndedræt
Alle levende ting har brug for vejrtrækning, og planter er ingen undtagelse. Imidlertid forekommer denne proces i dem lidt anderledes end hos mennesker og dyr, hvorfor det kaldes fotorespiration.
Generelt, åndedrag - en fysisk proces, hvor en levende organisme og dens omgivelser udveksler gasser. Som alle levende ting har planter brug for ilt til at trække vejret. Men de spiser det meget mindre, end de producerer.
Under fotosyntesen, der kun forekommer i sollys, skaber planter mad for sig selv. Under foto-vejrtrækning, der udføres døgnet rundt, absorberes disse næringsstoffer af dem for at understøtte stofskiftet i cellerne.
Interessant fakta: I løbet af en solskinsdag bruger en skovgrund på 1 hektar 120 til 280 kg kuldioxid og afgiver fra 180 til 200 kg ilt.
Oxygen (som kuldioxid) trænger igennem planteceller gennem specielle åbninger - stomata. De er placeret i bunden af bladene. Cirka 1000 stomata kan placeres på et ark.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_i88dfhKbye6D.jpg)
Gasudveksling af planter afhængigt af belysning
Gasudvekslingsprocessen ved forskellig belysning præsenteres som følger:
- Skarpt lys. Kuldioxid bruges under fotosyntesen. Planter producerer mere ilt, end de spiser. Dets overskud kommer ind i atmosfæren. Kuldioxid forbruges hurtigere end frigives ved respiration. Ubrugte kulhydrater opbevares af planten til fremtidig brug.
- Svagt lys. Gasudveksling med miljøet forekommer ikke, da planten forbruger al den ilt, den producerer.
- Mangel på lys. Kun respirationsprocesser forekommer. Kuldioxid frigives, og ilt forbruges.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_wgWu7iRgxx8aTq80Eu.jpg)
Kemosyntese
Nogle levende organismer er også i stand til at danne monokarbonhydrater fra vand og kuldioxid, mens de ikke har brug for sollys. Disse inkluderer bakterier, og processen med energikonvertering kaldes kemosyntesen.
kemosyntese Det er en proces, hvor glukose syntetiseres, men kemikalier bruges i stedet for solenergi. Det strømmer i områder med en tilstrækkelig høj temperatur, egnet til drift af enzymer og i fravær af lys. Dette kan være områder i nærheden af hydrotermiske kilder, metan lækager på havdybder osv.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_1kf7567z9O0gbkQ.jpg)
Historien om opdagelsen af fotosyntesen
Historien om opdagelsen og undersøgelsen af fotosyntesen går tilbage til 1600, da Jan Baptiste van Helmont besluttede at forstå det presserende spørgsmål på det tidspunkt: hvad spiser planter, og hvor får de nyttige stoffer fra?
På det tidspunkt blev det antaget, at jorden var en kilde til værdifulde elementer. Forskeren placerede en pilekvist i en container med jord, men målte tidligere deres vægt. I 5 år tog han sig af træet og vandede det, hvorefter han igen udførte måleprocedurer.
Det viste sig, at jordens vægt faldt med 56 g, men træet blev 30 gange tungere. Denne opdagelse modbeviste synspunktet om, at planter lever af jord og gav anledning til en ny teori - vandernæring.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_HfWfuWci6MGiKmIA4udB5Gl6.jpg)
I fremtiden forsøgte mange forskere at tilbagevise det.For eksempel mente Lomonosov, at delvis strukturelle komponenter trænger ind i planter gennem blade. Han blev styret af planter, der med succes vokser i tørre områder. Det var dog ikke muligt at bevise denne version.
Den nærmeste ting til den virkelige situation var Joseph Priestley, en kemisk videnskabsmand og deltidspræst. En gang opdagede han en død mus i en opadvendt krukke, og denne hændelse tvang ham til at udføre en række eksperimenter med gnavere, stearinlys og containere i 1770'erne.
Priestley fandt, at lyset altid slukker hurtigt, hvis du dækker det med en krukke ovenpå. En levende organisme kan heller ikke overleve. Forskeren kom til den konklusion, at der er visse kræfter, der gør luft egnet til liv og forsøgte at forbinde dette fænomen med planter.
Han fortsatte med at oprette eksperimenter, men denne gang forsøgte han at placere en gryde med voksende mynte under en glasbeholder. Til stor overraskelse fortsatte planten med at udvikle sig aktivt. Derefter placerede Priestley en plante og en mus under den ene krukke og kun et dyr under den anden. Resultatet er åbenlyst - under den første tank forblev gnaveren uskadd.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_5yst8JXqa4O.jpg)
Opnåelsen af kemiker blev motivationen for andre forskere over hele verden til at gentage eksperimentet. Men fangsten var, at præsten gennemførte eksperimenter om dagen. Og for eksempel farmaceut Karl Scheele - om natten, hvor der var fritid. Som et resultat beskyldte videnskabsmanden Priestley for bedrag, fordi hans eksperimentelle forsøgspersoner ikke kunne tåle eksperimentet med planten.
En rigtig videnskabelig konfrontation brød ud mellem kemikere, hvilket bragte betydelige fordele og gjorde det muligt at foretage en anden opdagelse - at planter har brug for at genoprette luft, de har brug for sollys.
Selvfølgelig kaldte ingen dette fænomen fotosyntesen, og der var stadig mange spørgsmål. I 1782 kunne botanikeren Jean Senebier imidlertid bevise, at planter i nærvær af sollys er i stand til at nedbryde kuldioxid på det cellulære niveau. Og i 1864 kom endelig eksperimentelle beviser for, at planter optager kuldioxid og producerer ilt. Dette er fortjenesten for forskeren fra Tyskland - Julius Sachs.