1. Почему фотосинтез важен?
2. Общие характеристики
3. Общая реакция фотосинтеза

Фотосинтез , процесс, с помощью которого зеленый растения и некоторые другие организмы трансформируются свет энергия в химическая энергия , Во время фотосинтеза у зеленых растений свет энергия захватывается и используется для преобразования воды , углекислый газ и минералы в кислород и богатый энергией органический соединений ,

Лучшие вопросы

Почему фотосинтез важен?

Какова основная формула для фотосинтеза?

Какие организмы могут фотосинтезировать?

Было бы невозможно переоценить важность фотосинтеза в поддержании жизни на земной шар , Если фотосинтез прекратится, на Земле скоро будет мало пищи или других органических веществ. Большинство организмов исчезнет, ​​и со временем Земля атмосфера станет почти лишенным газообразного кислорода. Единственными организмами, способными существовать в таких условиях, был бы хемосинтетический бактерии , которые могут использовать химическую энергию определенных неорганических соединений и, таким образом, не зависят от преобразования энергии света.

Читать дальше на эту тему

клетка: фотосинтез: начало пищевой цепи

Молекулы сахара образуются в процессе фотосинтеза у растений и некоторых бактерий. Эти организмы лежат в основе пищи ...

Энергия, произведенная фотосинтезом, осуществленным заводами миллионы лет назад, ответственна за ископаемое топливо (То есть, каменный уголь , масло , а также газ ) эта сила индустриальное общество , В прошлые века зеленые растения и мелкие организмы, которые питались растениями, росли быстрее, чем потреблялись, а их останки оседали в земной коре в результате седиментации и других геологических процессов. Там защищены от окисление эти органические остатки медленно превращались в ископаемое топливо. Это топливо не только обеспечивает большую часть энергии, используемой на фабриках, в домах и на транспорте, но также служит сырьем для пластики и другие синтетический товары. К сожалению, современная цивилизация израсходовала за несколько веков избыток фотосинтетического производства, накопленный за миллионы лет. Следовательно, углекислый газ, который был удален из воздуха, чтобы сделать углеводы в фотосинтезе в течение миллионов лет возвращается с невероятной скоростью. Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли растет быстрее, чем когда-либо в истории Земли, и ожидается, что это явление будет иметь последствия на Земле климат ,

Требования к еде, материалам и энергии в мире, где человек быстро растущее население создало необходимость в увеличении количества фотосинтеза и эффективность преобразования фотосинтетической продукции в продукты, полезные для людей. Один ответ на эти потребности - так называемый Зеленая революция , начатый в середине 20-го века - достиг огромных улучшений в сельскохозяйственном урожае благодаря использованию химических удобрения , вредителей и растений болезнь контроль, селекция растений и механизированная обработка почвы, уборка урожая и обработка урожая. Это усилие ограничено тяжелым глады в нескольких районах мира, несмотря на быстрое население рост , но это не устранило широкое распространение недоедание , Более того, начиная с начала 1990-х годов темпы роста урожайности основных культур начали снижаться. Это было особенно верно для рис в Азии. Рост издержек связан с поддержанием высоких темпов сельскохозяйственного производства, что требует постоянно увеличивающихся поступлений удобрений и пестицидов и постоянного развитие новых сортов растений, также стало проблематичным для фермеров во многих странах.

второй сельскохозяйственная революция на основе растений генная инженерия , по прогнозам, приведет к увеличению продуктивности растений и, следовательно, частично смягчать недоедание. С 1970-х годов молекулярные биологи обладали средствами для изменения генетического материала растения (дезоксирибонуклеиновая кислота или ДНК ) с целью достижения улучшения в болезни и засуха устойчивость, выход продукта и качество, мороз морозостойкость и другие желательные свойства. Однако такие признаки по своей природе сложны, и процесс внесения изменений в сельскохозяйственные растения с помощью генной инженерии оказался более сложным, чем предполагалось. В будущем такая генная инженерия может привести к улучшению процесса фотосинтеза, но к первым десятилетиям 21-го века ей еще предстоит продемонстрировать, что она может значительно увеличить урожайность.

Еще одной интригующей областью в изучении фотосинтеза было открытие, что некоторые животные способны преобразовывать световую энергию в химическую энергию. Изумрудно-зеленый морской слизень ( Elysia chlorotica ), например, приобретает гены и хлоропласты из Vaucheria litorea , водоросль он потребляет, давая ему ограниченную способность производить хлорофилл , Когда достаточно хлоропластов ассимилированы Слизняк может отказаться от приема пищи. гороховая тля ( Acyrthosiphon pisum ) может использовать свет для производства богатых энергией соединение аденозинтрифосфат (СПС); эта способность была связана с производством тли каротиноидов пигменты.

Общие характеристики

Развитие идеи

Изучение фотосинтеза началось в 1771 году с наблюдений английского священника и ученого. Джозеф Пристли , Пристли сжег свечу в закрытом контейнере, пока воздух внутри контейнера больше не мог поддерживать сгорание , Затем он положил веточку мята посадили в контейнер и обнаружили, что через несколько дней мята произвела какое-то вещество (позже названное кислородом), которое позволило ограниченному воздуху снова поддерживать горение. В 1779 году голландский врач Ян Ингенхоус подробно остановился на работе Пристли, показав, что растение должно подвергаться воздействию света, если необходимо восстановить горючее вещество (например, кислород). Он также продемонстрировал, что этот процесс требует наличия зеленых тканей растения.

В 1782 году было продемонстрировано, что поддерживающий горение газ (кислород) образовывался за счет другого газа, или «неподвижного воздуха», который годом ранее был идентифицирован как углекислый газ. Эксперименты по газообмену в 1804 году показали, что прирост массы растения, выращенного в тщательно взвешенном горшке, был вызван поглощением углерода, который полностью происходил из поглощенного углекислого газа, и воды, поглощаемой корнями растений; баланс - кислород, выпущенный назад в атмосферу. Прошло почти полвека, прежде чем концепция химической энергии развилась настолько, чтобы позволить открытие (в 1845 году), что световая энергия солнца накапливается в виде химической энергии в продуктах, образующихся в процессе фотосинтеза.

Общая реакция фотосинтеза

С химической точки зрения, фотосинтез является источником энергии окислительно-восстановительный процесс , (Окисление относится к удалению электроны из молекулы; сокращение относится к получению электронов молекулой.) При фотосинтезе растений энергия света используется для стимулирования окисления воды (H2O) с образованием газообразного кислорода (O2), ионы водорода (H +) и электроны , Большая часть удаленных электронов и ионов водорода в конечном итоге переводятся в диоксид углерода (CO2), который восстанавливается до органических продуктов. Другие электроны и ионы водорода используются для уменьшения нитрат а также сульфат к амино и сульфгидрильным группам в аминокислоты , которые являются строительными блоками белки , В большинстве зеленых ячейки , углеводы -особенно крахмал и сахар сахароза - являются основными прямыми органическими продуктами фотосинтеза. Общая реакция, в которой углеводы, представленные общей формулой (CH2O), образуются во время фотосинтеза растений, может быть обозначена следующим уравнением:

Это уравнение является лишь кратким изложением, поскольку процесс фотосинтеза включает в себя многочисленные реакции, катализируемые ферменты (органический катализаторы ). Эти реакции происходят в две стадии: «легкая» стадия, состоящая из фотохимический (то есть светозахватывающие) реакции; и «темная» сцена, содержащий химические реакции контролируются ферменты , На первом этапе энергия света поглощается и используется для электрон переводы, в результате чего синтез ATP и электрон-донор-восстановленный никотин аденин динуклеотид фосфат (НАДФ). На темной стадии АТФ и НАДФН, образующиеся в реакциях захвата света, используются для восстановления диоксида углерода до органических соединений углерода. Эта ассимиляция неорганического углерода в органические соединения называется углеродной фиксацией.

В течение 20-го века, сравнение между фотосинтетическими процессами в зеленых растениях и в некоторых фотосинтетических серные бактерии предоставил важную информацию о механизме фотосинтеза. Использование серных бактерий сероводород (H2S) в качестве источника атомы водорода и производить сера вместо кислорода во время фотосинтеза. Общая реакция

В 30-х годах голландский биолог Корнелис ван Ниль признал, что использование двуокиси углерода для образования органических соединений было одинаковым в двух типах фотосинтезирующих организмов. Предполагая, что различия существуют на светозависимой стадии и в природе соединений, используемых в качестве источника атомов водорода, он предположил, что водород был переведен из сероводорода (у бактерий) или воды (у зеленых растений) в неизвестный акцептор ( называется А), который был восстановлен до H2A. Во время темных реакций, которые одинаковы как у бактерий, так и у зеленых растений, восстановленный акцептор (H2A) реагировал с диоксидом углерода (CO2) с образованием углевод (CH2O) и окислить неизвестный акцептор до А. Это мнимый Реакция может быть представлена ​​как:

Предложение Ван Нила было важным, потому что популярная (но неверная) теория заключалась в том, что кислород удалялся из двуокиси углерода (а не из воды, выделяя кислород), и что углерод затем объединялся с водой, образуя углевод (а не водород из воды, объединяющейся). с CO2 для образования CH2O).

К 1940 году химики использовали тяжелые изотопы в следить за реакциями фотосинтеза. Вода помечена изотоп кислорода (18O) использовали в ранних экспериментах. Растения, которые фотосинтезируются в присутствии воды, содержащей H218O, дают газообразный кислород, содержащий 18O; те, которые фотосинтезируются в присутствии нормальной воды, производят нормальный газообразный кислород. Эти результаты явным образом подтвердили теорию Ван Нила о том, что газообразный кислород, образующийся во время фотосинтеза, происходит из воды.

Похожие

Комментарии