Hutan dianggap "paru-paru hijau planet" tidak sia-sia. Apa itu fotosintesis dan bagaimana proses ini berlaku, kita akan mempertimbangkan secara terperinci.

Apa itu fotosintesis?

Fotosintesis - Proses biokimia di mana organik timbul menggunakan pigmen tumbuhan khas dan tenaga cahaya dari bahan bukan organik (karbon dioksida, air). Ini adalah salah satu proses yang paling penting kerana sebahagian besar organisma muncul dan terus wujud di planet ini.

Fakta menarik: Tumbuhan terestrial, serta ganggang hijau, mampu melakukan fotosintesis. Dalam kes ini, alga (fitoplankton) menghasilkan 80% oksigen.

Kepentingan Fotosintesis untuk Kehidupan di Bumi

Tanpa fotosintesis, bukannya banyak organisma hidup, hanya bakteria yang akan wujud di planet kita. Tenaga yang diperoleh hasil daripada proses kimia ini membolehkan bakteria berkembang.

Sebarang proses semula jadi memerlukan tenaga. Dia datang dari matahari. Tetapi cahaya matahari hanya terbentuk setelah diubah oleh tanaman.

Tumbuhan hanya menggunakan sebahagian daripada tenaga, dan selebihnya terkumpul dalam diri mereka. Mereka memakan herbivora, yang merupakan makanan untuk pemangsa. Semasa rantai, setiap pautan menerima bahan dan tenaga berharga yang diperlukan.

Oksigen yang dihasilkan semasa tindak balas diperlukan agar semua makhluk bernafas. Nafas adalah kebalikan dari fotosintesis. Dalam kes ini, bahan organik dioksidakan, dimusnahkan. Tenaga yang dihasilkan digunakan oleh organisma untuk melakukan pelbagai tugas penting.

Semasa wujud planet ini, ketika terdapat sedikit tumbuhan, oksigen hampir tidak ada. Bentuk kehidupan primitif mendapat tenaga minimum dengan cara lain. Ia terlalu kecil untuk pembangunan. Oleh itu, bernafas kerana oksigen telah membuka lebih banyak peluang.

Fungsi lain dari fotosintesis adalah perlindungan organisma dari pendedahan kepada sinar ultraviolet. Kita bercakap mengenai lapisan ozon yang terletak di stratosfera pada ketinggian kira-kira 20-25 km. Ia terbentuk kerana oksigen, yang berubah menjadi ozon di bawah tindakan cahaya matahari. Tanpa perlindungan ini, kehidupan di Bumi hanya akan terhad kepada organisma bawah laut.

Organisma melepaskan karbon dioksida semasa pernafasan. Ia adalah elemen penting dari fotosintesis. Jika tidak, karbon dioksida hanya akan terkumpul di atmosfera atas, sangat meningkatkan kesan rumah hijau.

Ini adalah masalah persekitaran yang serius, yang intinya adalah meningkatkan suhu atmosfera dengan akibat negatif. Ini termasuk perubahan iklim (pemanasan global), glasier lebur, kenaikan permukaan laut, dll.

Fungsi Fotosintesis:

• evolusi oksigen;
• pembentukan tenaga;
• pembentukan nutrien;
• penciptaan lapisan ozon.

Definisi dan formula fotosintesis

Istilah "fotosintesis" berasal dari gabungan dua perkataan: foto dan sintesis. Diterjemahkan dari bahasa Yunani kuno, mereka bermaksud "cahaya" dan "sambungan", masing-masing. Oleh itu, tenaga cahaya ditukar menjadi tenaga ikatan bahan organik.

Skim:

Karbon dioksida + air + cahaya = karbohidrat + oksigen.

Formula saintifik untuk fotosintesis:

6CO₂ + 6H₂O → C₆N₁₂TENTANG₆ + 6O_2.

Fotosintesis berlaku sehingga sentuhan langsung air dan CO₂ tidak kelihatan.

Kepentingan fotosintesis untuk tumbuh-tumbuhan

Tumbuhan memerlukan bahan organik, tenaga untuk pertumbuhan dan perkembangan. Terima kasih kepada fotosintesis, mereka menyediakan komponen ini kepada diri mereka sendiri. Penciptaan bahan organik adalah tujuan utama fotosintesis untuk tanaman, dan pembebasan oksigen dianggap sebagai reaksi sampingan.

Fakta menarik: Tumbuhan unik kerana tidak memerlukan organisma lain untuk mendapatkan tenaga.Oleh itu, mereka membentuk kumpulan yang terpisah - autotrof (diterjemahkan dari bahasa Yunani kuno "Saya makan sendiri").

Bagaimana fotosintesis berlaku?

Fotosintesis berlaku secara langsung di bahagian hijau tanaman - kloroplas. Mereka adalah sebahagian daripada sel tumbuhan. Kloroplas mengandungi bahan - klorofil. Ini adalah pigmen fotosintetik utama, terima kasih untuk keseluruhan reaksi berlaku. Di samping itu, klorofil menentukan warna hijau tumbuh-tumbuhan.

Pigmen ini dicirikan oleh kemampuan menyerap cahaya. Dan di dalam sel kilang, "makmal" biokimia dilancarkan, di mana air dan CO₂ bertukar menjadi oksigen, karbohidrat.

Air masuk melalui sistem akar tanaman, dan gas menembus terus ke daun. Cahaya bertindak sebagai sumber tenaga. Apabila zarah cahaya bertindak pada molekul klorofil, pengaktifannya berlaku. Dalam molekul air H₂O oksigen (O) tetap tidak dituntut. Oleh itu, ia menjadi produk sampingan bagi tanaman, tetapi sangat penting bagi kita, produk reaksi.

Fasa Fotosintesis

Fotosintesis terbahagi kepada dua peringkat: cahaya dan gelap. Mereka berlaku secara serentak, tetapi di bahagian kloroplas yang berlainan. Nama setiap fasa bercakap untuk dirinya sendiri. Fasa bergantung cahaya atau cahaya berlaku hanya dengan penyertaan zarah cahaya. Dalam fasa gelap atau tidak mudah berubah, cahaya tidak diperlukan.

Sebelum memeriksa setiap fasa dengan lebih terperinci, ada baiknya memahami struktur kloroplas, kerana ia menentukan inti dan tempat tahapnya. Kloroplas adalah pelbagai plastid dan terletak di dalam sel secara berasingan daripada komponennya yang lain. Ia mempunyai bentuk biji.

Konstituen kloroplas terlibat dalam fotosintesis:

• 2 membran;
• stroma (cecair dalaman);
• thylakoids;
• lumens (jurang di dalam tirakoid).

Fasa cahaya fotosintesis

Ia mengalir pada thylakoids, lebih tepatnya, membrannya. Apabila cahaya memukul mereka, elektron bercas negatif dilepaskan dan terkumpul. Oleh itu, pigmen fotosintetik kehilangan semua elektron, selepas itu giliran molekul air merosot:

H₂O → H + + OH-

Dalam kes ini, proton hidrogen terbentuk mempunyai muatan positif dan terkumpul pada membran thylakoid dalaman. Akibatnya, proton dengan muatan tambah dan elektron dengan tolak cas dipisahkan hanya oleh membran.

Oksigen dihasilkan sebagai produk sampingan:

4OH → O₂ + 2H₂O

Pada masa tertentu, fasa elektron dan proton hidrogen menjadi terlalu banyak. Kemudian enzim ATP synthase memasuki kerja. Tugasnya adalah untuk memindahkan proton hidrogen dari membran thylakoid ke medium cecair kloroplas - stroma.

Pada tahap ini, hidrogen diletakkan di tempat pembawa lain - NADP (kependekan dari nikotinamidin nukleotida fosfat). Ia juga sejenis enzim yang mempercepat reaksi oksidatif dalam sel. Dalam kes ini, tugasnya adalah mengangkut proton hidrogen dalam tindak balas karbohidrat.

Pada peringkat ini, proses fotofosfolasi berlaku, di mana sejumlah besar tenaga dihasilkan. Sumbernya adalah ATP - asid trifosfat adenosin.

Garis panduan ringkas:

1. Tekanan kuantum cahaya pada klorofil.
2. Pemilihan elektron.
3. Evolusi oksigen.
4. Pembentukan oksidase NADPH.
5. Pengeluaran tenaga ATP.

Fakta menarik: Terdapat tanaman peninggalan yang disebut Velvichia tumbuh di pantai Afrika di Lautan Atlantik. Ini adalah satu-satunya wakil sejenis dengan minimum daun yang mampu melakukan fotosintesis. Namun, usia Velvich mencecah sekitar 2000 tahun.

Fasa gelap fotosintesis

Fasa bebas cahaya berlaku secara langsung di stroma. Ia mewakili satu siri reaksi enzimatik. Karbon dioksida diserap pada tahap cahaya yang dilarutkan dalam air, dan pada tahap ini direduksi menjadi glukosa. Bahan organik kompleks juga dihasilkan.

Reaksi fasa gelap dibahagikan kepada tiga jenis utama dan bergantung pada jenis tumbuhan (lebih tepatnya, metabolisme mereka), di dalam sel-sel yang mana fotosintesis berlaku:

• DENGAN₃-tumbuhan;
• DENGAN₄-tumbuhan;
• Tumbuhan CAM.

K C₃- Tumbuhan merangkumi sebahagian besar tanaman pertanian yang tumbuh di iklim sederhana. Semasa fotosintesis, karbon dioksida menjadi asid fosfogliserik.

Spesies subtropika dan tropika, terutamanya rumpai, tergolong dalam tanaman C4. Mereka dicirikan oleh transformasi karbon dioksida menjadi oksaloasetat. Tanaman CAM adalah kategori tanaman yang kekurangan kelembapan. Mereka berbeza dalam jenis fotosintesis khas - CAM.

DENGAN3-fotosintesis

Yang paling biasa ialah C₃-fotosintesis, yang juga disebut kitaran Calvin - untuk menghormati saintis Amerika Melvin Calvin, yang memberikan sumbangan besar dalam kajian reaksi ini dan menerima Hadiah Nobel untuk ini.

Tumbuhan dipanggil C₃ disebabkan oleh fakta bahawa semasa reaksi molekul 3-karbon fasa gelap asid 3-fosfogliserik - 3-PGA terbentuk. Pelbagai enzim terlibat secara langsung.

Untuk membentuk molekul glukosa yang lengkap, 6 kitaran tindak balas fasa bebas cahaya mesti berlalu. Karbohidrat adalah produk utama fotosintesis dalam kitaran Calvin, tetapi selain itu, asid lemak dan amino, serta glikolipid, dihasilkan. C₃ fotosintesis tumbuhan berlaku secara eksklusif dalam sel mesofil.

Kelemahan utama C3fotosintesis

Tumbuhan Kumpulan C₃dicirikan oleh satu kelemahan yang ketara. Sekiranya kelembapan di persekitaran tidak mencukupi, keupayaan untuk melakukan fotosintesis dikurangkan dengan ketara. Ini disebabkan oleh pemadanan foto.

Faktanya ialah dengan kepekatan karbon dioksida yang rendah dalam kloroplas (kurang dari 50: 1 000 000), oksigen tetap dan bukan fiksasi karbon. Enzim khas melambatkan dengan ketara dan membazirkan tenaga suria.

Pada masa yang sama, pertumbuhan dan perkembangan tanaman menjadi perlahan, kerana kekurangan bahan organik. Juga, tidak ada pelepasan oksigen ke atmosfera.

Fakta menarik: Siput laut Elysia chlorotica adalah haiwan unik yang berfotosintesis seperti tumbuh-tumbuhan. Ia memakan alga, kloroplas yang menembusi sel-sel saluran pencernaan dan fotosintesis di sana selama berbulan-bulan. Karbohidrat yang dihasilkan berfungsi sebagai siput sebagai makanan.

Fotosintesis C4

Tidak seperti C₃-sintesis, di sini reaksi fiksasi karbon dioksida dilakukan di pelbagai sel tumbuhan. Tanaman jenis ini dapat mengatasi masalah respirasi fotor, dan mereka melakukannya dengan kitaran dua peringkat.

Di satu pihak, tahap tinggi karbon dioksida dikekalkan, dan di sisi lain, tahap oksigen rendah dalam kloroplas dikawal. Taktik ini memungkinkan tanaman C4 untuk mengelakkan pernafasan foto dan kesulitan yang berkaitan. Wakil tanaman kumpulan ini adalah tebu, jagung, millet, dll.

Berbanding dengan tanaman C₃ mereka dapat melakukan proses fotosintesis dengan lebih intensif dalam keadaan suhu tinggi dan kekurangan kelembapan. Pada peringkat pertama, karbon dioksida terpaku di sel mesofil, di mana asid 4-karbonik terbentuk. Kemudian asid masuk ke dalam cangkang dan terurai di dalamnya menjadi sebatian 3-karbon dan karbon dioksida.

Pada peringkat kedua, karbon dioksida yang diperoleh mula berfungsi dalam kitaran Calvin, di mana gliseraldehid-3-fosfat dan karbohidrat dihasilkan, yang diperlukan untuk metabolisme tenaga.

Oleh kerana fotosintesis dua langkah pada tanaman C4, jumlah karbon dioksida yang mencukupi terbentuk untuk kitaran Kelvin. Oleh itu, enzim berfungsi dengan penuh tenaga dan tidak membuang tenaga dengan sia-sia.

Tetapi sistem ini mempunyai kekurangannya. Khususnya, jumlah tenaga ATP yang lebih banyak digunakan - diperlukan untuk transformasi asid 4-karbon menjadi asid 3-karbon dan ke arah yang bertentangan. Jadi C₃-Fotosintesis selalu lebih produktif daripada C4 dengan jumlah air dan cahaya yang betul.

Apa yang mempengaruhi kadar fotosintesis?

Fotosintesis boleh berlaku pada kelajuan yang berbeza. Proses ini bergantung pada keadaan persekitaran:

• air;
• panjang gelombang cahaya;
• karbon dioksida;
• suhu.

Air adalah faktor asas, jadi apabila kekurangan, reaksi menjadi perlahan. Untuk fotosintesis, yang paling disukai adalah gelombang spektrum merah dan biru-ungu. Pencahayaan tahap tinggi juga lebih disukai, tetapi hanya pada nilai tertentu - apabila ia dicapai, hubungan antara pencahayaan dan kadar tindak balas hilang.

Kepekatan karbon dioksida yang tinggi memberikan proses fotosintetik yang cepat dan sebaliknya. Suhu tertentu penting untuk enzim yang mempercepat tindak balas. Keadaan yang sesuai untuk mereka adalah sekitar 25-30 ℃.

Nafas bergambar

Semua makhluk hidup memerlukan pernafasan, dan tumbuhan tidak terkecuali. Walau bagaimanapun, proses di dalamnya berlaku sedikit berbeza daripada pada manusia dan haiwan, itulah sebabnya ia disebut fotorespirasi.

Secara amnya, nafas - proses fizikal di mana organisma hidup dan persekitarannya bertukar gas. Seperti semua makhluk hidup, tumbuhan memerlukan oksigen untuk bernafas. Tetapi mereka memakannya lebih sedikit daripada yang mereka hasilkan.

Semasa fotosintesis, yang berlaku hanya pada cahaya matahari, tumbuh-tumbuhan membuat makanan untuk diri mereka sendiri. Semasa pernafasan foto, yang dilakukan sepanjang waktu, nutrien ini diserap oleh mereka untuk menyokong metabolisme dalam sel.

Fakta menarik: pada hari yang cerah, sebidang hutan seluas 1 hektar menggunakan 120 hingga 280 kg karbon dioksida dan mengeluarkan 180 hingga 200 kg oksigen.

Oksigen (seperti karbon dioksida) menembusi sel tumbuhan melalui bukaan khas - stomata. Mereka terletak di bahagian bawah daun. Kira-kira 1000 stomata boleh diletakkan pada satu helaian.

Pertukaran gas kilang bergantung pada pencahayaan

Proses pertukaran gas pada pencahayaan yang berbeza ditunjukkan seperti berikut:

1. Cahaya yang terang. Karbon dioksida digunakan semasa fotosintesis. Tumbuhan menghasilkan lebih banyak oksigen daripada yang dimakannya. Lebihannya memasuki atmosfera. Karbon dioksida dimakan lebih cepat daripada yang dikeluarkan oleh pernafasan. Karbohidrat yang tidak digunakan disimpan oleh kilang untuk kegunaan masa depan.
2. Cahaya rendah. Pertukaran gas dengan persekitaran tidak berlaku, kerana kilang itu menggunakan semua oksigen yang dihasilkannya.
3. Kekurangan cahaya. Hanya proses pernafasan berlaku. Karbon dioksida dilepaskan dan oksigen dimakan.

Kemosintesis

Beberapa organisma hidup juga mampu membentuk monokarbohidrat dari air dan karbon dioksida, sementara mereka tidak memerlukan cahaya matahari. Ini termasuk bakteria, dan proses penukaran tenaga disebut chemosynthesis.

Kemosintesis Ini adalah proses di mana glukosa disintesis, tetapi bahan kimia digunakan sebagai ganti tenaga suria. Ia mengalir di kawasan dengan suhu yang cukup tinggi, sesuai untuk operasi enzim, dan jika tidak ada cahaya. Ini mungkin kawasan yang berdekatan dengan mata air hidroterma, kebocoran metana di kedalaman laut, dll.

Sejarah penemuan fotosintesis

Sejarah penemuan dan kajian fotosintesis bermula pada tahun 1600, ketika Jan Baptiste van Helmont memutuskan untuk memahami persoalan mendesak pada masa itu: apa yang dimakan oleh tumbuhan dan dari mana mereka memperoleh bahan berguna?

Pada masa itu, dipercayai bahawa tanah adalah sumber unsur berharga. Saintis meletakkan ranting willow di dalam bekas dengan tanah, tetapi sebelumnya mengukur beratnya. Selama 5 tahun, dia merawat pokok itu, menyiramnya, setelah itu dia kembali menjalankan prosedur pengukuran.

Ternyata berat bumi menurun sebanyak 56 g, tetapi pokok itu menjadi 30 kali lebih berat. Penemuan ini menyangkal pandangan bahawa tanaman memakan tanah dan menimbulkan teori baru - pemakanan air.

Pada masa akan datang, banyak saintis cuba membantahnya.Sebagai contoh, Lomonosov percaya bahawa komponen struktur sebahagian memasuki tanaman melalui daun. Dia dipandu oleh tanaman yang berjaya tumbuh di kawasan gersang. Namun, tidak dapat membuktikan versi ini.

Perkara yang paling hampir dengan keadaan sebenar adalah Joseph Priestley, seorang saintis kimia dan imam sambilan. Setelah dia menemui seekor tikus yang mati di dalam balang terbalik, dan kejadian ini memaksanya untuk melakukan serangkaian eksperimen dengan tikus, lilin, dan bekas pada tahun 1770-an.

Priestley mendapati bahawa lilin selalu padam dengan cepat jika anda menutupnya dengan balang di atasnya. Juga, organisma hidup tidak dapat bertahan. Saintis membuat kesimpulan bahawa ada kekuatan tertentu yang menjadikan udara sesuai untuk kehidupan, dan berusaha menghubungkan fenomena ini dengan tumbuhan.

Dia terus membuat eksperimen, tetapi kali ini dia berusaha meletakkan periuk dengan pudina yang tumbuh di bawah bekas kaca. Yang mengejutkan, kilang itu terus berkembang secara aktif. Kemudian Priestley meletakkan tumbuhan dan tikus di bawah satu balang, dan hanya seekor binatang di bawah yang kedua. Hasilnya jelas - di bawah tangki pertama, tikus tidak cedera.

Pencapaian ahli kimia menjadi motivasi bagi saintis lain di seluruh dunia untuk mengulangi eksperimen tersebut. Tetapi tangkapannya adalah bahawa imam itu melakukan eksperimen pada waktu siang. Sebagai contoh, ahli farmasi Karl Scheele - pada waktu malam, ketika ada masa lapang. Akibatnya, saintis itu menuduh Priestley menipu, kerana subjek eksperimennya tidak tahan dengan eksperimen itu dengan kilang.

Konfrontasi ilmiah yang nyata meletus antara ahli kimia, yang membawa manfaat yang besar dan memungkinkan untuk membuat penemuan lain - bahawa tumbuhan perlu memulihkan udara, mereka memerlukan cahaya matahari.

Sudah tentu, tidak ada yang memanggil fotosintesis fenomena ini, dan masih banyak persoalan. Namun, pada tahun 1782, ahli botani Jean Senebier dapat membuktikan bahawa dengan adanya cahaya matahari, tanaman dapat memecah karbon dioksida pada tingkat sel. Dan pada tahun 1864, akhirnya, bukti eksperimen muncul bahawa tumbuhan menyerap karbon dioksida dan menghasilkan oksigen. Inilah kelebihan saintis dari Jerman - Julius Sachs.

Tonton videonya: There are No Forests on Earth ??? Really? Full UNBELIEVABLE Documentary -Multi Language (Disember 2024).