Gartenangelegenheiten

Der Prozess der Photosynthese: kurz und deutlich für Kinder

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In der leichten Phase der Photosynthese werden ATP und NADP · H synthetisiert.2 aufgrund von Strahlungsenergie. Es passiert auf Chloroplasten ThylakoidenPigmente und Enzyme bilden komplexe Komplexe für die Funktion elektrochemischer Schaltkreise, durch die Elektronen und teilweise Wasserstoffprotonen übertragen werden.

Die Elektronen landen letztendlich im Coenzym NADP, das negativ geladen einen Teil der Protonen an sich zieht und sich in NADPH verwandelt2. Die Anreicherung von Protonen auf der einen Seite der Thylakoidmembran und von Elektronen auf der anderen Seite erzeugt einen elektrochemischen Gradienten, dessen Potential vom Enzym ATP-Synthetase zur Synthese von ATP aus ADP und Phosphorsäure genutzt wird.

Die Hauptpigmente der Photosynthese sind verschiedene Chlorophylle. Ihre Moleküle fangen die Strahlung bestimmter, teilweise unterschiedlicher Lichtspektren ein. Gleichzeitig gehen einige Elektronen von Chlorophyllmolekülen auf ein höheres Energieniveau über. Dies ist ein instabiler Zustand, und theoretisch müssen Elektronen durch dieselbe Strahlung die von außen empfangene Energie in den Raum übertragen und auf die vorherige Ebene zurückkehren. In Photosynthesezellen werden angeregte Elektronen jedoch von Akzeptoren eingefangen und mit einer allmählichen Abnahme ihrer Energie entlang einer Trägerkette übertragen.

Auf Thylakoidmembranen gibt es zwei Arten von Photosystemen, die Elektronen abgeben, wenn sie Licht ausgesetzt werden. Photosysteme sind ein komplexer Komplex von meist Chlorophyllpigmenten mit einem Reaktionszentrum, aus dem Elektronen abbrechen. Im Photosystem fängt das Sonnenlicht viele Moleküle ein, aber die gesamte Energie wird im Reaktionszentrum gesammelt.

Die Elektronen des Photosystems I, die die Trägerkette passieren, reduzieren NADPH.

Die Energie der vom Photosystem II abgelösten Elektronen wird zur Synthese von ATP verwendet. Und die Elektronen des Photosystems II selbst füllen die Elektronenlöcher des Photosystems I.

Die Löcher des zweiten Photosystems sind mit Elektronen gefüllt, die sich daraus ergeben Photolyse von Wasser. Photolyse tritt auch unter Beteiligung von Licht auf und ist die Zersetzung von H2O zu Protonen, Elektronen und Sauerstoff. Durch Photolyse von Wasser entsteht freier Sauerstoff. Protonen sind an der Erzeugung eines elektrochemischen Gradienten und der Reduktion von NADPH beteiligt. Elektronen erhalten Chlorophyll-Photosystem II.

Die ungefähre Gesamtgleichung der Lichtphase der Photosynthese:

H2O + NADF + 2ADF + 2F → ½O2 + NADF · H2 + 2ATP

Zyklischer Elektronentransport

Das Obige ist das sogenannte nichtzyklische Lichtphase der Photosynthese. Es gibt immer noch zyklischer Elektronentransport, wenn keine NADP-Rückgewinnung stattfindet. In diesem Fall gelangen die Elektronen aus dem Photosystem I zur Trägerkette, wo ATP synthetisiert wird. Das heißt, diese Elektronentransportkette erhält Elektronen von Photosystem I, nicht von II. Das erste Photosystem scheint einen Zyklus zu implementieren: Die zurückgesendeten Elektronen werden dorthin zurückgeführt. Unterwegs wenden sie einen Teil ihrer Energie für die ATP-Synthese auf.

Photophosphorylierung und oxidative Phosphorylierung

Die Lichtphase der Photosynthese kann mit dem Stadium der Zellatmung verglichen werden - der oxidativen Phosphorylierung, die an den Mitochondrienkristallen auftritt. Auch dort wird ATP durch den Transfer von Elektronen und Protonen entlang der Trägerkette synthetisiert. Bei der Photosynthese wird Energie in ATP jedoch nicht für die Bedürfnisse der Zelle gespeichert, sondern hauptsächlich für die Bedürfnisse der dunklen Phase der Photosynthese. Und wenn beim Atmen organische Substanzen die primäre Energiequelle sind, dann während der Photosynthese - Sonnenlicht. ATP-Synthese während der Photosynthese heißt Photophosphorylierungeher als oxidative Phosphorylierung.

Die dunkle Phase der Photosynthese

Zum ersten Mal wurde die dunkle Phase der Photosynthese von Calvin, Benson, Bassam eingehend untersucht. Der von ihnen eröffnete Reaktionszyklus wurde nachfolgend als Calvin-Zyklus oder C bezeichnet3- Photosynthese. Bestimmte Pflanzengruppen haben einen veränderten Photosyntheseweg - C4Wird auch als Hatch-Slack-Zyklus bezeichnet.

In den dunklen Reaktionen der Photosynthese wird CO fixiert.2. Die Dunkelphase verläuft im Stroma des Chloroplasten.

CO-Rückgewinnung2 tritt aufgrund der Energie von ATP und der reduzierenden Kraft von NADF · H auf2in Lichtreaktionen erzeugt. Ohne sie tritt keine Kohlenstoff-Fixierung auf. Daher verläuft die Dunkelphase, obwohl sie nicht direkt vom Licht abhängt, normalerweise auch im Licht.

Calvin-Zyklus

Die erste Reaktion der dunklen Phase ist die Zugabe von CO2 (Carboxylierunge) bis 1,5-ribulezobifosfaty (Ribulose-1,5-Diphosphat) – Ribf. Letzteres ist eine doppelt phosphorylierte Ribose. Diese Reaktion wird durch das Enzym Ribulose-1,5-Diphosphat-Carboxylase, auch genannt, katalysiert Rubisco.

Durch Carboxylierung entsteht eine instabile 6-Kohlenstoff-Verbindung, die sich durch Hydrolyse in zwei 3-Kohlenstoff-Moleküle zersetzt. Phosphoglycerinsäure (PGA) - das erste Produkt der Photosynthese. PGA wird auch als Phosphoglycerat bezeichnet.

PGA enthält drei Kohlenstoffatome, von denen eines Teil der Säurecarboxylgruppe (-COOH) ist:

PGC bildet drei Kohlenstoffzucker (Glycerinaldehydphosphat) Triosephosphat (TF)enthält bereits eine Aldehydgruppe (-CHO):

FGK (3-Säure) → TF (3-Zucker)

Die ATP-Energie und die Reduktionskraft von NADP · H werden für diese Reaktion aufgewendet.2. TF ist das erste Kohlenhydrat der Photosynthese.

Danach wird der größte Teil des Triose-Phosphats für die Regeneration von Ribulozobifosfat (ReBP) aufgewendet, das wiederum zur Bindung von CO verwendet wird2. Die Regeneration umfasst eine Reihe von ATP-verwandten Reaktionen, an denen Zuckerphosphate mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen beteiligt sind.

In einem solchen Zyklus von RibF und ist der Zyklus von Calvin.

Aus dem Zyklus von Calvin stammt der kleinere Teil des gebildeten TF. Bezogen auf 6 gebundene Kohlendioxidmoleküle beträgt die Ausbeute 2 Triosophosphatmoleküle. Gesamtzyklusantwort mit Eingabe- und Ausgabeprodukten:

Gleichzeitig sind 6 RIB-Moleküle an der Bindung beteiligt und es entstehen 12 PGA-Moleküle, die zu 12 TF werden, von denen 10 Moleküle im Zyklus verbleiben und in 6 RIB-Moleküle umgewandelt werden. Da TF 3-Kohlenstoff-Zucker und RibBP 5-Kohlenstoff ist, haben wir in Bezug auf die Kohlenstoffatome: 10 * 3 = 6 * 5. Die Anzahl der Kohlenstoffatome ändert sich nicht, und das gesamte erforderliche RibF wird regeneriert. Und die sechs Kohlendioxidmoleküle, die in den Kreislauf eintraten, werden für die Bildung von zwei Triosophosphatmolekülen aufgewendet, die den Kreislauf verlassen.

Im Zyklus von Calvin pro 6 gebundene CO-Moleküle2 Es werden 18 ATP-Moleküle und 12 NADP · H-Moleküle verbraucht2, die in den Reaktionen der leichten Phase der Photosynthese synthetisiert wurden.

Die Berechnung wird an zwei Molekülen durchgeführt, die den Triosophosphatkreislauf verlassen, da das anschließend gebildete Glucosemolekül 6 Kohlenstoffatome enthält.

Triosephosphat (TF) ist das Endprodukt des Calvin-Zyklus, aber es ist schwierig, es als Endprodukt der Photosynthese zu bezeichnen, da es sich kaum anreichert und mit anderen Substanzen zu Glucose, Saccharose, Stärke, Fetten, Fettsäuren und Aminosäuren wird. Neben TF spielt FGK eine wichtige Rolle. Solche Reaktionen treten jedoch nicht nur in photosynthetischen Organismen auf. In diesem Sinne entspricht die dunkle Phase der Photosynthese dem Calvin-Zyklus.

PGCs produzieren sechs Kohlenstoffzucker durch schrittweise enzymatische Katalyse. Fructose-6-phosphatdas verwandelt sich in Glukose. In Pflanzen kann Glucose zu Stärke und Cellulose polymerisieren. Die Synthese von Kohlenhydraten ähnelt dem Prozess der Umkehrglykolyse.

Was ist für Pflanzen sonst noch wichtig?

Wie Menschen brauchen auch Pflanzen Nährstoffe, um gesund zu bleiben, zu wachsen und ihre lebenswichtigen Funktionen gut auszuführen. Durch die Wurzeln werden Mineralien aus dem Boden in Wasser gelöst. Wenn der Boden keine Mineralstoffe enthält, entwickelt sich die Pflanze nicht normal. Landwirte überprüfen häufig den Boden, um sicherzustellen, dass er genügend Nährstoffe für den Anbau von Pflanzen enthält. Verwenden Sie andernfalls Düngemittel mit Grundmineralien für die Ernährung und das Pflanzenwachstum.

Warum ist die Photosynthese so wichtig?

Wenn man die Photosynthese für Kinder kurz und deutlich erklärt, ist es erwähnenswert, dass dieser Prozess eine der wichtigsten chemischen Reaktionen der Welt ist. Was sind die Gründe für eine so laute Aussage? Erstens ernährt die Photosynthese Pflanzen, die wiederum alle anderen Lebewesen auf dem Planeten ernähren, einschließlich Tiere und Menschen. Zweitens wird durch die Photosynthese der zur Atmung notwendige Sauerstoff an die Atmosphäre abgegeben. Alle Lebewesen atmen Sauerstoff ein und atmen Kohlendioxid aus. Glücklicherweise machen die Pflanzen das Gegenteil, deshalb sind sie sehr wichtig für Mensch und Tier, da sie ihnen die Möglichkeit zum Atmen geben.

Erstaunlicher Prozess

Pflanzen wissen zwar auch zu atmen, nehmen aber im Gegensatz zu Menschen und Tieren Kohlendioxid und nicht Sauerstoff aus der Luft auf. Pflanzen trinken auch. Deshalb musst du sie gießen, sonst sterben sie. Mit Hilfe des Wurzelsystems werden Wasser und Nährstoffe in alle Teile des Pflanzenkörpers transportiert und Kohlendioxid wird durch die kleinen Löcher in den Blättern aufgenommen. Der Auslöser für eine chemische Reaktion ist das Sonnenlicht. Alle gewonnenen Stoffwechselprodukte werden von Pflanzen zur Ernährung genutzt, Sauerstoff wird an die Atmosphäre abgegeben. So können Sie kurz und deutlich erklären, wie die Photosynthese abläuft.

Photosynthese: helle und dunkle Phasen der Photosynthese

Das fragliche Verfahren besteht aus zwei Hauptteilen. Es gibt zwei Phasen der Photosynthese (Beschreibung und Tabelle - im Folgenden). Die erste heißt Lichtphase. Es tritt nur in Gegenwart von Licht in den Membranen von Thylakoiden unter Beteiligung von Chlorophyll, Elektronentransferproteinen und dem Enzym ATP-Synthetase auf. Was verbirgt die Photosynthese sonst noch? Die hellen und dunklen Phasen der Photosynthese wechseln sich bei Tag und Nacht ab (Calvin-Zyklen). Während der Dunkelphase ist die Produktion der gleichen Glukose Nahrung für Pflanzen. Dieser Vorgang wird auch als lichtunabhängige Reaktion bezeichnet.

1. Reaktionen in Chloroplasten sind nur in Gegenwart von Licht möglich. Bei diesen Reaktionen wird die Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt

2. Chlorophyll und andere Pigmente absorbieren Energie aus dem Sonnenlicht. Diese Energie wird auf die Photosysteme übertragen, die für die Photosynthese verantwortlich sind.

3. Wasser wird für Elektronen und Wasserstoffionen verwendet und ist auch an der Produktion von Sauerstoff beteiligt.

4. Mit Elektronen und Wasserstoffionen wird ATP (Energiespeichermolekül) erzeugt, das in der nächsten Phase der Photosynthese benötigt wird.

1. Die Reaktion des Lichtzyklus findet im Stroma der Chloroplasten statt.

2. Kohlendioxid und Energie aus ATP werden als Glukose verwendet.

Fazit

Aus dem Vorstehenden können die folgenden Schlussfolgerungen gezogen werden:

  • Die Photosynthese ist ein Prozess, der es Ihnen ermöglicht, Energie von der Sonne zu erhalten.
  • Die Lichtenergie der Sonne wird durch Chlorophyll in chemische Energie umgewandelt.
  • Chlorophyll verleiht Pflanzen eine grüne Farbe.
  • Die Photosynthese erfolgt in Chloroplasten pflanzlicher Blattzellen.
  • Für die Photosynthese werden Kohlendioxid und Wasser benötigt.
  • Kohlendioxid gelangt durch winzige Öffnungen, die Stomata, in die Pflanze, durch die Sauerstoff freigesetzt wird.
  • Wasser wird durch seine Wurzeln in die Pflanze aufgenommen.
  • Ohne Photosynthese in der Welt gäbe es kein Essen.

Definition von Photosynthese

Die Photosynthese ist ein chemischer Prozess, bei dem Pflanzen, einige Bakterien und Algen aus Kohlendioxid und Wasser Glukose und Sauerstoff produzieren und dabei nur Licht als Energiequelle verwenden.

Dieser Prozess ist äußerst wichtig für das Leben auf der Erde, weil dadurch Sauerstoff freigesetzt wird, von dem alles Leben abhängt.

Warum brauchen Pflanzen Glukose (Nahrung)?

Wie Menschen und andere Lebewesen benötigen auch Pflanzen Nahrung, um ihren Lebensunterhalt zu sichern. Der Glukosewert für Pflanzen ist wie folgt:

  • Von der Photosynthese abgeleitete Glucose wird während der Atmung verwendet, um die Energie freizusetzen, die die Pflanze für andere lebenswichtige Prozesse benötigt.
  • Pflanzenzellen wandeln auch einen Teil der Glukose in Stärke um, die bei Bedarf verwendet wird. Aus diesem Grund werden tote Pflanzen als Biomasse genutzt, weil sie chemische Energie speichern.
  • Glukose wird auch benötigt, um andere Chemikalien wie Proteine, Fette und pflanzliche Zucker herzustellen, die für das Wachstum und andere wichtige Prozesse erforderlich sind.

Äußere Struktur der Blätter

Eines der wichtigsten Merkmale von Pflanzen ist die große Oberfläche der Blätter. Die meisten grünen Pflanzen haben breite, flache und offene Blätter, die in der Lage sind, so viel Sonnenenergie (Sonnenlicht) einzufangen, wie für die Photosynthese erforderlich ist.

  • Zentralvene und Blattstiel

Die Zentralvene und der Blattstiel sind miteinander verbunden und bilden die Basis des Blattes. Der Stiel positioniert das Blatt so, dass es möglichst viel Licht erhält.

  • Blattspreite

Einfache Blätter haben einen Blattteller und komplexe - wenige. Blattspreite - eine der wichtigsten Komponenten der Folie, die direkt in den Prozess der Photosynthese involviert ist.

Ein Netzwerk von Venen in den Blättern überträgt Wasser von den Stielen auf die Blätter. Zugeteilte Glucose wird auch von den Blättern durch die Venen zu anderen Teilen der Pflanze geschickt. Darüber hinaus halten diese Teile des Bogens die Bogenplatte flach, um eine bessere Erfassung des Sonnenlichts zu gewährleisten. Die Lage der Venen (Venation) hängt vom Pflanzentyp ab.

  • Basisblatt

Die Unterseite des Blattes ist der untere Teil davon, der mit dem Stiel artikuliert ist. Oft ist an der Basis des Blattes ein Paar Nebenblätter.

Abhängig von der Art der Pflanze kann die Blattkante eine andere Form haben, einschließlich: ganz, gezackt, gezackt, gekerbt, Kauderwelsch usw.

  • Blattspitze

Wie die Blattkante kann die Spitze verschiedene Formen haben, einschließlich: scharf, abgerundet, stumpf, länglich, gezogen usw.

Die innere Struktur der Blätter

Unten sehen Sie ein genaues Diagramm der inneren Struktur des Blattgewebes:

Die Nagelhaut ist die Hauptschutzschicht auf der Oberfläche der Pflanze. In der Regel ist es oben auf dem Blatt dicker. Die Nagelhaut ist mit einer wachsartigen Substanz überzogen, die die Pflanze vor Wasser schützt.

Die Epidermis ist eine Zellschicht, die das integumentäre Gewebe des Blattes darstellt. Seine Hauptfunktion ist es, das innere Gewebe des Blattes vor Austrocknung, mechanischen Schäden und Infektionen zu schützen. Es reguliert auch den Prozess des Gasaustauschs und der Transpiration.

Mesophyll ist das Hauptpflanzengewebe. Hier ist der Prozess der Photosynthese. In den meisten Pflanzen ist das Mesophyll in zwei Schichten unterteilt: Die Oberseite ist Palisade und die Unterseite ist schwammig.

  • Schutzzellen

Schutzzellen sind spezialisierte Zellen in der Blattepidermis, die zur Steuerung des Gasaustauschs verwendet werden. Sie erfüllen eine Schutzfunktion für Stomata. Die stomatalen Poren werden groß, wenn Wasser frei verfügbar ist, andernfalls werden die Schutzzellen träge.

Die Photosynthese hängt vom Eindringen von Kohlendioxid (CO2) aus der Luft durch die Stomata in das Mesophyllgewebe ab. Sauerstoff (O2), der als Nebenprodukt der Photosynthese anfällt, verlässt die Pflanze durch die Stomata. Wenn die Stomata geöffnet sind, geht durch Verdunstung Wasser verloren, das durch den Transpirationsstrom mit von den Wurzeln aufgenommenem Wasser nachgefüllt werden muss. Pflanzen sind gezwungen, die Menge an CO2, die aus der Luft absorbiert wird, und den Wasserverlust durch die Poren des Stomatensystems auszugleichen.

Von einem Experten verifiziert

Phase (Licht)

1. Wo ist los

Die Lichtphase der Photosynthese findet in den körnigen Thylakoiden statt.

2. In dieser Phase ablaufende Prozesse

Aufgrund der Lichtenergie des Chlorophylls tritt Oxidation auf. Die Rückgewinnung erfolgt auf Kosten von Wasserelektronen, die dem Wasserstoff entzogen werden. Zwischen der Innen- und der Außenseite der Thylakoidmembran wird ein Potentialunterschied erzeugt, und unter Verwendung von ATP-Synthetase wird NADP zu NADPH2 (Nicothoamidadenindinukleotidphosphat-reduzierte Form) reduziert.

3. Ergebnisse verarbeiten

- Photolyse von Wasser (Zersetzung), bei der es freigesetzt wird

- Die Energie des Lichts wird in die Energie der chemischen Bindungen von ATP und NADP * H2 umgewandelt

Phase (dunkel)

1. Wo ist los

Die dunkle Phase der Photosynthese findet im Stroma des Chloroplasten statt.

2. In dieser Phase ablaufende Prozesse

Es liegt eine Fixierung von CO2 (Kohlendioxid) vor.

In den Reaktionen des Calvin-Zyklus wird CO2 aufgrund von ATP und der reduzierenden Kraft von NADP * H2 (reduzierte Form von Nicotamidadenindinukleotidphosphat), die in der leichten Phase gebildet wird, reduziert.

Das Konzept der Photosynthese, wo und was in der Lichtphase der Photosynthese passiert

Die Photosynthese ist eine Reihe von Prozessen zur Bildung von Lichtenergie in Energie chemischer Bindungen organischer Substanzen unter Beteiligung von Photosynthesefarbstoffen.

Diese Art der Ernährung ist charakteristisch für Pflanzen, Prokaryonten und einige Arten einzelliger Eukaryonten.

Bei der natürlichen Synthese werden Kohlenstoff und Wasser in Wechselwirkung mit Licht in Glucose und freien Sauerstoff umgewandelt:

6CO2 + 6H2O + Lichtenergie → C6H12O6 + 6O2

Современная физиология растений под понятием фотосинтеза понимает фотоавтотрофную функцию, которая является совокупностью процессов поглощения, превращения и применения квантов световой энергии в разных несамопроизвольных реакциях, включая преобразование углекислого газа в органику.

Фотосинтез у растений происходит в листьях через хлоропласты - halbautonome Zweimembranorganellen der Klasse der Plastiden. Durch die flache Form der Blattplatten ist eine hochwertige Absorption und volle Ausnutzung von Lichtenergie und Kohlendioxid gewährleistet. Das für die natürliche Synthese benötigte Wasser kommt von den Wurzeln durch das wasserleitende Gewebe. Der Gasaustausch erfolgt durch Diffusion durch die Stomata und teilweise durch die Kutikula.

Chloroplasten sind mit einem farblosen Stroma gefüllt und mit Lamellen durchsetzt, die zusammen Thylakoide bilden. In ihnen findet die Photosynthese statt. Cyanobakterien selbst sind Chloroplasten, daher ist der Apparat für die natürliche Synthese in ihnen nicht in eine separate Organelle unterteilt.

Die Photosynthese geht weiter unter Beteiligung von PigmentenChlorophylle sind häufig anzutreffen. Einige Organismen enthalten ein anderes Pigment - Carotinoid oder Fikobilin. Prokaryoten haben ein Bakteriochlorophyll-Pigment, und diese Organismen geben am Ende der natürlichen Synthese keinen Sauerstoff ab.

Die Photosynthese besteht aus zwei Phasen - hell und dunkel. Jedes von ihnen zeichnet sich durch spezifische Reaktionen und wechselwirkende Substanzen aus. Betrachten wir den Prozess der Photosynthese genauer.

Die erste Phase der Photosynthese gekennzeichnet durch die Bildung energiereicher Produkte, bei denen es sich um ATP, eine zelluläre Energiequelle, und NADP, ein Reduktionsmittel, handelt. Am Ende der Stufe entsteht Sauerstoff als Nebenprodukt. Die Lichtbühne findet zwangsläufig mit Sonnenlicht statt.

Der Prozess der Photosynthese verläuft in den Membranen von Thylakoiden unter Beteiligung von Elektronentransferproteinen, ATP-Synthetase und Chlorophyll (oder einem anderen Pigment).

Die Funktion elektrochemischer Ketten, über die Elektronen und teilweise Wasserstoffprotonen übertragen werden, wird in komplexen Komplexen gebildet, die aus Pigmenten und Enzymen bestehen.

Beschreibung des Lichtphasenprozesses:

  1. Wenn Sonnenlicht auf die Blattplatten von Pflanzenorganismen trifft, werden Chlorophyll-Elektronen in der Plattenstruktur angeregt.
  2. Im aktiven Zustand verlassen die Partikel das Pigmentmolekül und fallen auf die negativ geladene Außenseite des Thylakoid. Dies geschieht gleichzeitig mit der Oxidation und anschließenden Reduktion von Chlorophyllmolekülen, die dem in die Blätter eingedrungenen Wasser die nächsten Elektronen entziehen.
  3. Dann erfolgt eine Photolyse von Wasser unter Bildung von Ionen, die Elektronen abgeben und in OH-Radikale umgewandelt werden, die an den Reaktionen teilnehmen können und weiter
  4. Dann verbinden sich diese Radikale zu Wassermolekülen und freiem Sauerstoff, der in die Atmosphäre gelangt.
  5. Die Thylakoidmembran erhält einerseits eine positive Ladung durch ein Wasserstoffion und andererseits eine negative Ladung durch Elektronen.
  6. Mit einer Differenz von 200 mV zwischen den Seiten der Membran passieren Protonen das Enzym ATP-Synthetase, das zur Umwandlung von ADP in ATP führt (Phosphorylierungsprozess).
  7. Mit atomarem Wasserstoff, der aus Wasser freigesetzt wird, wird NADP + zu NADPH2 reduziert.

Während freier Sauerstoff im Reaktionsprozess in die Atmosphäre freigesetzt wird, nehmen ATP und NADPH2 an der dunklen Phase der natürlichen Synthese teil.

Eine obligatorische Komponente für diese Stufe ist Kohlendioxid.welche Pflanzen ständig aus der äußeren Umgebung durch die Stomata in den Blättern absorbieren. Die Prozesse der dunklen Phase finden im Stroma des Chloroplasten statt. Da zu diesem Zeitpunkt nicht viel Sonnenenergie benötigt wird und ATP und NADPH2 in der Lichtphase ausreichend gewonnen werden, können Reaktionen in Organismen sowohl tagsüber als auch nachts ablaufen. Prozesse in dieser Phase sind schneller als in der vorherigen Phase.

Die Gesamtheit aller in der Dunkelphase ablaufenden Prozesse wird als eine Art Kette aufeinanderfolgender Umwandlungen von Kohlendioxid aus der äußeren Umgebung dargestellt:

  1. Die erste Reaktion in dieser Kette ist die Fixierung von Kohlendioxid. Das Vorhandensein des Enzyms RibBP-Carboxylase trägt zum schnellen und reibungslosen Ablauf der Reaktion bei, wodurch eine 6-Kohlenstoff-Verbindung gebildet wird, die in 2 Phosphoglycerinsäuremoleküle zerfällt.
  2. Dann findet ein ziemlich komplexer Zyklus statt, der eine bestimmte Anzahl von Reaktionen einschließt, nach deren Beendigung Phosphoglycerinsäure in natürlichen Zucker, Glucose, umgewandelt wird. Dieser Prozess wird als Calvin-Zyklus bezeichnet.

Zusammen mit Zucker kommt es auch zur Bildung von Fettsäuren, Aminosäuren, Glycerin und Nukleotiden.

Die Essenz der Photosynthese

Aus der Vergleichstabelle der hellen und dunklen Phasen der natürlichen Synthese lässt sich kurz die Essenz jedes einzelnen beschreiben. Die leichte Phase tritt in Chlorkörnern unter obligatorischer Einbeziehung von Lichtenergie in die Reaktionen auf. Die Reaktionen beinhalten Komponenten wie elektronentransportierende Proteine, ATP-Synthetase und Chlorophyll, die bei Wechselwirkung mit Wasser freien Sauerstoff, ATP und NADPH2 bilden. Für die im Stroma des Chloroplasten auftretende Dunkelphase ist Sonnenlicht nicht erforderlich. Das in der letzten Phase produzierte ATP und NADPH2 bilden bei Wechselwirkung mit Kohlendioxid natürlichen Zucker (Glucose).

Wie aus dem Obigen ersichtlich ist, scheint die Photosynthese ein ziemlich komplexes und mehrstufiges Phänomen zu sein, das viele Reaktionen mit verschiedenen Substanzen einschließt. Durch die natürliche Synthese entsteht Sauerstoff, der für die Atmung lebender Organismen und deren Schutz vor ultravioletter Strahlung durch Bildung einer Ozonschicht notwendig ist.

Foto atmen

Photorespiration:
1 - Chloroplast, 2 - Peroxisom, 3 - Mitochondrien.

Diese lichtabhängige Absorption von Sauerstoff und Kohlendioxid. Zu Beginn des letzten Jahrhunderts wurde festgestellt, dass Sauerstoff die Photosynthese unterdrückt. Wie sich herausstellte, kann das Substrat für RibB-Carboxylase nicht nur Kohlendioxid, sondern auch Sauerstoff sein:

Oh2 + RibP → Phosphoglykolat (2C) + PGA (3C).

Das Enzym heißt Ribf-Oxygenase. Sauerstoff ist ein kompetitiver Kohlendioxid-Fixierungsinhibitor. Die Phosphatgruppe wird abgespalten und das Phosphoglykolat wird zu Glykolat, das die Pflanze entsorgen muss. Es tritt in Peroxisomen ein und wird dort zu Glycin oxidiert. Glycin gelangt in die Mitochondrien, wo es zu Serin oxidiert wird, wobei bereits fixierter Kohlenstoff in Form von CO verloren geht.2. Infolgedessen werden zwei Glykolatmoleküle (2C + 2C) in ein PGA (3C) und CO umgewandelt2. Photorespiration führt zu einer Abnahme der Ausbeute C3-Pflanzen um 30–40% (Mit3-Pflanzen - Pflanzen, gekennzeichnet durch C3- Photosynthese).

C4-Photosynthese

Mit4- Photosynthese - Photosynthese, bei der das erste Produkt ein Vier-Kohlenstoff ist (C4) Anschlüsse. Im Jahr 1965 wurde festgestellt, dass in einigen Pflanzen (Zuckerrohr, Mais, Sorghum, Hirse) die ersten Produkte der Photosynthese Vier-Kohlenstoff-Säuren sind. Solche Pflanzen werden genannt Mit4-Pflanzen. Das haben die australischen Wissenschaftler Hatch und Slack 1966 gezeigt4- Pflanzen haben praktisch keine Photorespiration und absorbieren Kohlendioxid viel effektiver. Der Weg von Kohlenstoff zu C4-Pflanzen wurden gerufen von Hatch-Slack.

Für C4-Pflanzen, die sich durch eine besondere anatomische Struktur des Blattes auszeichnen. Alle leitenden Strahlen sind von einer doppelten Zellschicht umgeben: die äußeren - die Mesophyllzellen, die inneren - die Auskleidungszellen. Kohlendioxid wird im Zytoplasma von Mesophyllzellen fixiert, der Akzeptor ist Phosphoenolpyruvat (PEP, 3C) Bei der PEP-Carboxylierung entsteht Oxalacetat (4C). Der Prozess ist katalysiert PEP-Carboxylase. Im Gegensatz zur RibB-Carboxylase hat die FEP-Carboxylase eine hohe Affinität für CO.2 und, am wichtigsten, interagiert nicht mit O2. In Mesophyllchloroplasten gibt es viele Grana, in denen die Lichtphasenreaktionen aktiv sind. In den Chloroplasten der Zellplatten treten Reaktionen der dunklen Phase auf.

Oxalacetat (4C) wird in Malat umgewandelt, das durch das Plasmodesma zu den Auskleidungszellen transportiert wird. Hier wird es decarboxyliert und dehydriert, um Pyruvat, CO, zu bilden2 und NADP · N2.

Pyruvat kehrt zu den Mesophyllzellen zurück und regeneriert sich auf Kosten der ATP-Energie in PEP. MIT2 erneut fixierte RibB-Carboxylase unter Bildung von PGA. Die Regeneration von FEP erfordert ATP-Energie, so dass fast doppelt so viel Energie benötigt wird wie bei C3- Photosynthese.

Gebäude C4-pflanzen:
1 - äußere Schicht - Mesophyllzellen, 2 - innere Schicht - zugewandte Zellen, 3 - Kranz-Anatomie, 4, 5 - Chloroplasten, 4 - zahlreiche Facetten, wenig Stärke, 5 - wenige Facetten, viel Stärke.

Mit4- Photosynthese:
1 ist eine Mesophyllzelle, 2 ist eine Zelle einer leitenden Strahlenauskleidung.

Bedingungen für die Photosynthese erforderlich

Nachfolgend sind die Bedingungen aufgeführt, die Pflanzen für die Photosynthese benötigen:

  • Kohlendioxid. Ein farbloses, geruchloses Erdgas, das in der Luft vorkommt und die wissenschaftliche Bezeichnung CO2 trägt. Es entsteht bei der Verbrennung von Kohlenstoff und organischen Verbindungen und tritt auch bei der Atmung auf.
  • Wasser. Transparente flüssige Chemikalie, geruchs- und geschmacksneutral (unter normalen Bedingungen).
  • Licht Obwohl Kunstlicht auch für Pflanzen geeignet ist, schafft natürliches Sonnenlicht in der Regel die besten Bedingungen für die Photosynthese, da es natürliche UV-Strahlung enthält, die sich positiv auf Pflanzen auswirkt.
  • Chlorophyll. Es ist ein grünes Pigment, das in den Blättern von Pflanzen vorkommt.
  • Nährstoffe und Mineralien. Chemikalien und organische Verbindungen, die die Wurzeln der Pflanzen aus dem Boden aufnehmen.

Was ist das Ergebnis der Photosynthese?

  • Glukose,
  • Sauerstoff.

(Lichtenergie ist in Klammern angegeben, da es sich nicht um eine Substanz handelt.)

Hinweis: Pflanzen erhalten durch ihre Blätter CO2 aus der Luft und durch die Wurzeln Wasser aus dem Boden. Lichtenergie kommt von der Sonne. Der entstehende Sauerstoff wird aus den Blättern in die Luft abgegeben. Die dabei entstehende Glukose kann in andere Stoffe wie Stärke umgewandelt werden, die als Energiereserve genutzt wird.

Wenn die zur Photosynthese beitragenden Faktoren fehlen oder nicht in ausreichenden Mengen vorhanden sind, kann dies die Pflanze nachteilig beeinflussen. Beispielsweise schafft eine geringere Lichtmenge günstige Bedingungen für Insekten, die die Blätter der Pflanze fressen, und der Wassermangel verlangsamt sich.

Wo findet die Photosynthese statt?

Die Photosynthese findet in Pflanzenzellen statt, in kleinen Plastiden, den Chloroplasten. Chloroplasten (hauptsächlich in der Mesophyllschicht zu finden) enthalten eine grüne Substanz namens Chlorophyll. Unten sind andere Teile der Zelle aufgeführt, die mit Chloroplasten zur Photosynthese arbeiten.

Funktionen von Pflanzenzellteilen

  • Zellwand: Bietet strukturelle und mechanische Unterstützung, schützt Zellen vor Krankheitserregern, fixiert und bestimmt die Form der Zelle, kontrolliert die Geschwindigkeit und Richtung des Wachstums und verleiht Pflanzen auch Form.
  • Zytoplasma: bietet eine Plattform für die meisten chemischen Prozesse, die von Enzymen gesteuert werden.
  • Membran: Wirkt als Barriere und kontrolliert die Bewegung von Substanzen in und aus der Zelle.
  • Chloroplasten: Wie oben beschrieben, enthalten sie Chlorophyll, eine grüne Substanz, die während der Photosynthese Lichtenergie absorbiert.
  • Vakuole: Ein Hohlraum im Zellzytoplasma, in dem sich Wasser ansammelt.
  • Zellkern: enthält eine genetische Marke (DNA), die die Zellaktivität steuert.

Chlorophyll absorbiert die für die Photosynthese benötigte Lichtenergie. Es ist wichtig zu beachten, dass nicht alle Farbwellenlängen des Lichts absorbiert werden. Pflanzen absorbieren hauptsächlich rote und blaue Wellen - sie absorbieren kein Licht im grünen Bereich.

Kohlendioxid bei der Photosynthese

Pflanzen erhalten durch ihre Blätter Kohlendioxid aus der Luft. Kohlendioxid sickert durch ein kleines Loch im Boden der Platte - das Stoma.

Der untere Teil des Blattes hat frei angeordnete Zellen, so dass Kohlendioxid andere Zellen in den Blättern erreicht. Es ermöglicht auch, dass Sauerstoff, der während der Photosynthese erzeugt wird, das Blatt leicht verlässt.

Kohlendioxid ist in der Luft, die wir atmen, in sehr geringen Konzentrationen vorhanden und dient als notwendiger Faktor in der dunklen Phase der Photosynthese.

Licht bei der Photosynthese

Das Blatt hat normalerweise eine große Oberfläche, so dass es viel Licht absorbieren kann. Seine Oberseite ist vor Wasserverlust, Krankheiten und den Auswirkungen der Wetterwachsschicht (Nagelhaut) geschützt. Die Oberseite des Blattes ist, wo das Licht fällt. Diese Mesophyllschicht wird als Palisade bezeichnet. Es ist geeignet, große Lichtmengen zu absorbieren, da es viele Chloroplasten enthält.

In den Lichtphasen nimmt der Photosynthesevorgang mit viel Licht zu. Wenn Lichtphotonen auf einem grünen Blatt konzentriert werden, ionisieren mehr Chlorophyllmoleküle und es entstehen mehr ATP und NADPH. Obwohl Licht in den Lichtphasen extrem wichtig ist, sollte beachtet werden, dass eine übermäßige Menge davon das Chlorophyll schädigen und den Photosyntheseprozess verringern kann.

Die leichten Phasen sind nicht zu stark von Temperatur, Wasser oder Kohlendioxid abhängig, obwohl sie alle zur Vervollständigung des Photosyntheseprozesses erforderlich sind.

Wasser bei der Photosynthese

Pflanzen erhalten durch ihre Wurzeln das Wasser, das sie für die Photosynthese benötigen. Sie haben Wurzelhaare, die im Boden wachsen. Die Wurzeln zeichnen sich durch eine große Oberfläche und dünne Wände aus, durch die das Wasser leicht hindurchtreten kann.

Das Bild zeigt Pflanzen und ihre Zellen mit ausreichend Wasser (links) und Wassermangel (rechts).

Hinweis: Wurzelzellen enthalten keine Chloroplasten, da sie normalerweise im Dunkeln liegen und nicht photosynthetisieren können.

Wenn die Pflanze nicht genügend Wasser aufnimmt, verblasst sie. Ohne Wasser kann die Pflanze nicht schnell genug Photosynthese betreiben und kann sogar absterben.

Was bedeutet Wasser für Pflanzen?

  • Liefert gelöste Mineralien, die die Pflanzengesundheit unterstützen,
  • Es ist ein Medium für den Transport von Bodenschätzen,
  • Erhält Stabilität und Aufrechterhaltung
  • Kühlt und sättigt Feuchtigkeit
  • Es ermöglicht verschiedene chemische Reaktionen in Pflanzenzellen.

Der Wert der Photosynthese in der Natur

Der biochemische Prozess der Photosynthese nutzt die Energie des Sonnenlichts, um Wasser und Kohlendioxid in Sauerstoff und Glucose umzuwandeln. Glukose wird in Pflanzen als Baustein für das Gewebewachstum verwendet. Die Photosynthese ist somit die Art und Weise, wie Wurzeln, Stängel, Blätter, Blüten und Früchte gebildet werden. Ohne den Prozess der Photosynthese können Pflanzen weder wachsen noch sich vermehren.

Pflanzen sind aufgrund ihrer Photosynthesefähigkeit als Produzenten bekannt und bilden die Grundlage für nahezu jede Nahrungskette auf der Erde. (Algen sind das Äquivalent von Pflanzen in aquatischen Ökosystemen). Alle Lebensmittel, die wir essen, stammen von Organismen, die photosynthetisch sind. Wir essen diese Pflanzen direkt oder essen Tiere wie Kühe oder Schweine, die pflanzliche Nahrung zu sich nehmen.

  • Die Basis der Nahrungskette

In aquatischen Systemen bilden Pflanzen und Algen auch die Grundlage der Nahrungskette. Algen dienen als Nahrung für Wirbellose, die wiederum die Nahrungsquelle für größere Organismen darstellen. Ohne Photosynthese in Gewässern wäre das Leben unmöglich.

  • Kohlendioxidentfernung

Die Photosynthese wandelt Kohlendioxid in Sauerstoff um. Während der Photosynthese gelangt Kohlendioxid aus der Atmosphäre in die Pflanze und wird dann als Sauerstoff freigesetzt. In der heutigen Welt, in der der Kohlendioxidgehalt in einem entsetzlichen Tempo steigt, ist jeder Prozess, bei dem Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt wird, für die Umwelt wichtig.

  • Nährstoffkreislauf

Pflanzen und andere photosynthetische Organismen spielen eine wichtige Rolle im Nährstoffkreislauf. Stickstoff in der Luft wird im Pflanzengewebe gebunden und steht zur Erzeugung von Proteinen zur Verfügung. Spurenelemente im Boden können auch in Pflanzengewebe eingebaut werden und Pflanzenfressern weiter entlang der Nahrungskette zur Verfügung stehen.

  • Photosynthetische Abhängigkeit

Die Photosynthese hängt von der Intensität und Qualität des Lichts ab. Am Äquator, wo das Sonnenlicht das ganze Jahr über im Überfluss vorhanden ist und Wasser kein begrenzender Faktor ist, weisen Pflanzen hohe Wachstumsraten auf und können ziemlich groß werden. Umgekehrt ist die Photosynthese in den tieferen Teilen des Ozeans weniger verbreitet, da Licht nicht in diese Schichten eindringt und dieses Ökosystem daher unfruchtbarer ist.

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