Фотосинтез происходит в растениях в: Фотосинтез происходит во всех клетках зеленых растений. Да или Нет.

Содержание

«Фотосинтез» — Яндекс Кью

ФОТОСИНТЕЗ | Энциклопедия Кругосвет

ФОТОСИНТЕЗ – образование органических веществ зелеными растениями и некоторыми бактериями с использованием энергии солнечного света.

В ходе фотосинтеза происходит поглощение из атмосферы диоксида углерода и выделение кислорода.

Первым обнаружил, что растения выделяют кислород, английский химик и философ Джозеф Пристли около 1770. Вскоре было установлено, что для этого необходим свет и что кислород выделяют только зеленые части растений. Затем исследователи нашли, что для питания растений требуется диоксид углерода и вода, из которых создается большая часть массы растений. В 1817 французские химики Пьер Жозеф Пелатье (1788–1842) и Жозеф Бьенеме Каванту (1795–1877) выделили зеленый пигмент хлорофилл (по-гречески cróz – chloros, зеленый; julln – phyllon, лист). Позднее российский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев (1843–1920) показал, что фотосинтез проходит с наибольшей интенсивностью в тех областях солнечного спектра, где находятся максимумы поглощения хлорофилла.

К середине 19 в. было установлено, что фотосинтез является процессом, как бы обратным дыхательному. Французский ученый Жан Батист Буссенго (1802–1887) в своих работах, опубликованных в это время, утверждал, что в процессе фотосинтеза происходит выделение кислорода из углекислого газа. Это мнение в научной литературе господствовало длительное время.

В 1860-х было высказано предположение, что диоксид углерода в растениях восстанавливается до органических кислот, в частности, муравьиной и щавелевой. Затем эти кислоты при дальнейшем восстановлении переходят в углеводы. В 1861 русский химик Александр Михайлович Бутлеров получил при действии известковой воды на формальдегид сиропообразное вещество, содержащее углеводы. Основываясь на этом открытии, немецкий химик Адольф Байер в 1870 высказал предположение, что первичным продуктом восстановления диоксида углерода в зеленых растениях является формальдегид, который затем превращается в углеводы. Эта гипотеза привлекла всеобщее внимание – она казалась наиболее правдоподобной. Однако она ничего не говорила о механизме выделения кислорода.

Этим вопросом занялся в конце 19 в. биохимик Алексей Николаевич Бах (1857–1946). На основе экспериментальных исследований он пришел к выводу, что при ассимиляции диоксида углерода источником выделяющегося молекулярного кислорода являются пероксиды, образующиеся из воды. Он же высказал предположение о биокаталитической роли белков-ферментов в фотосинтезе.

В 20 в. было установлено, что процесс фотосинтеза начинается на свету в фоторецепторах хлорофиллов, однако многие из последующих стадий могут протекать в темноте. Общий процесс является эндотермическим (DH° ~ 469 кДж/моль СО₂). В нем участвует несколько типов хлорофилла, а также другие комплексы магния, железа и меди.

В 1941 американский биохимик Мелвин Калвин (1911–1997) показал, что первичный процесс фотосинтеза заключается в фотолизе молекул воды, в результате чего образуются кислород, выделяющийся в атмосферу, и водород, идущий на восстановление диоксида углерода до органических веществ. Используя радиоактивный изотоп углерода ¹⁴С, бумажную хроматографию и классические методы органической химии, Калвин и его группа смогли проследить биосинтетические пути фотохимических процессов. К 1956 стал ясным полный путь превращения углерода при фотосинтезе. За исследования в области ассимиляции диоксида углерода в растениях Калвин был удостоен в 1961 Нобелевской премии по химии.

Полная последовательность всех стадий фотосинтеза пока еще выяснена не до конца, однако интенсивная научная работа в этом направлении продолжается. Исследуется механизм электронного транспорта, продолжается выяснение природы комплекса, катализирующего образование кислорода, изучается структура реакционных центров и светособирающих комплексов.

В целом, химический баланс фотосинтеза может быть представлен в виде простого уравнения:

6CO₂ + 6H₂O = C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Водород, необходимый для восстановления диоксида углерода до глюкозы, берется из воды, а выделяющийся в ходе фотосинтеза кислород является побочным продуктом. Процесс нуждается в энергии света, так как вода сама по себе не способна восстанавливать диоксид углерода.

В светозависимой части фотосинтеза (световой реакции) происходит расщепление молекул воды с образованием протонов, электронов и атома кислорода. Электроны, возбужденные энергией света, восстанавливают никотинадениндинуклеотидфосфат (НАДФ). Образующийся НАДФ-Н является подходящим восстановителем для перевода диоксида углерода в органические соединения. Кроме того, в световой реакции образуется аденозинтрифосфат (АТФ), который также необходим для фиксации диоксида углерода.

В световых реакциях электроны переносятся по электрон-транспортной цепи от одной окислительно-восстановительной системы к другой. Возбуждение электронов для восстановления никотинадениндинуклеотидфосфата – сложный фотохимический процесс. Он происходит в реакционных центрах (фотосистемах), которые представляют собой белковые комплексы, содержащие множество молекул хлорофилла и других пигментов. Только около 1% молекул хлорофилла участвуют непосредственно в фотохимическом переносе электронов. Основная часть связана с другими пигментами в так называемом комплексе светособирающей антенны. Энергия кванта света, накопленного в комплексе, передается на реакционный центр, где и используется.

Последующие процессы могут протекать в темноте (темновая реакция). Полная последовательность превращения диоксида углерода в органические соединения называется циклом Калвина.

В зеленых водорослях и высших растениях фотосинтез происходит в хлоропластах, которые окружены двумя мембранами и содержат собственную ДНК. Световые реакции катализируются ферментами, находящиеся в сложенных стопками утолщенных мембранных мешках, а темновые реакции происходят во внутреннем пространстве хлоропластов.

Таким образом, в основе фотосинтеза лежит превращение электромагнитной энергии света в химическую энергию. Эта энергия, в конце концов, дает возможность превращать диоксид углерода в углеводы и другие органические соединения с выделением кислорода.

Фотосинтез, являющийся одним из самых распространенных процессов на Земле, обуславливает природные круговороты углерода, кислорода и других элементов и обеспечивает материальную и энергетическую основу жизни на нашей планете. Фотосинтез является единственным источником атмосферного кислорода.

Процесс фотосинтеза является основой питания всех живых существ, а также снабжает человечество топливом (древесина, уголь, нефть), волокнами (целлюлоза) и бесчисленными полезными химическими соединениями. Из диоксида углерода и воды, связанных из воздуха в ходе фотосинтеза, образуется около 90–95% сухого веса урожая. Остальные 5–10% приходятся на минеральные соли и азот, полученные из почвы.

Человек использует около 7% продуктов фотосинтеза в пищу, в качестве корма для животных и в виде топлива и строительных материалов.

Елена Савинкина

Где происходит фотосинтез и каковы две стадии фотосинтеза?

Практически всем животным и растениям для роста и выживания необходимы вода, свет, воздух и питание. Зеленые растения получают питание в результате сложного химического процесса, известного как фотосинтез.

Итак, что такое фотосинтез?

Фотосинтез — это процесс, при котором зеленые растения и некоторые микроорганизмы используют энергию солнца для производства сахара. Вода и углекислый газ являются основным сырьем процесса. Кислород обычно выделяется как побочный продукт в процессе фотосинтеза.

Из вырабатываемой энергии другие живые организмы, включая животных и растения, получают топливо для жизни. Организмы зависят от энергии для метаболических и физиологических процессов, происходящих в их клетках.

Хотя процесс фотосинтеза сложен, общие реакции можно резюмировать следующим образом:

Солнечный свет + Вода + Углекислый газ = глюкоза (углевод) + молекулярный кислород.

Общая реакция может быть представлена следующим уравнением:

6h3O + 6CO2 = C6h22O6+ 6O2

Теперь, когда вы знаете, что такое фотосинтез, давайте посмотрим, где он происходит.

Содержание

Где происходит фотосинтез?
Какие два этапа фотосинтеза?
- Светозависимые реакции
- Светонезависимые реакции (цикл Кальвина)

Где происходит фотосинтез?

У растений фотосинтез обычно происходит в листьях. Следует знать, что типичный лист имеет несколько слоев клеток. Итак, процесс фотосинтеза происходит в среднем слое, известном как мезофилл.

Листья имеют регулируемые отверстия, известные как устьица, на нижней стороне. Эти отверстия обеспечивают вход и выход углекислого газа и кислорода соответственно. Устьица также регулируют водный баланс листа. На самом деле они расположены под листом в основном для минимизации потери воды.

Каждая устьица имеет замыкающие клетки, которые набухают или сжимаются в ответ на осмотические изменения, что приводит к открытию и закрытию устьиц.

В каждой клетке мезофилла есть органеллы, называемые хлоропластами. В различных частях хлоропластов протекают различные химические реакции. Фотосинтез является одной из таких реакций.

Хлоропласты обладают особыми свойствами, которые позволяют им осуществлять реакции фотосинтеза. Каждый хлоропласт содержит дисковидные структуры, называемые тилакоидами. Эти тилакоиды сложены, как блины, стопками, известными под общим названием граны.

Пространство вокруг граны заполнено жидкостью и известно как строма, а пространство между одним тилакоидом и другим называется тилакоидным пространством.

В мембрану каждого тилакоида встроен пигмент зеленого цвета, называемый хлорофиллом. Хлорофилл придает растениям зеленый цвет и помогает улавливать солнечный свет, необходимый для процесса фотосинтеза.

Теперь вы знаете, где происходит фотосинтез. Рассмотрим две стадии этого процесса.

Какие два этапа фотосинтеза?

Существуют две последовательные стадии фотосинтеза:

Светозависимые реакции
Цикл Кальвина, или светонезависимые реакции

Давайте подробно рассмотрим эти стадии:

Светозависимые реакции

Первой фазой фотосинтеза являются светозависимые реакции. Эта фаза требует солнечного света. Хлорофилл поглощает энергию солнечного света и преобразует ее в химическую энергию.

Эта химическая энергия хранится в двух формах:

Никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФН), молекула переносчика электронов
Аденозинтрифосфат (АТФ), молекула переносчика энергии

Светозависимые реакции происходят на тилакоидной мембране внутри хлоропласта. Преобразование световой энергии в химическую происходит в мультибелковой системе, известной как фотосистема. Существует два типа фотосистем:

Фотосистема I (PSI)
Фотосистема II (PSII)

Эти фотосистемы находятся в мембране тилакоидов, и каждая из них помогает улавливать энергию солнечного света, активируя электроны. Молекулы-носители энергии, которые управляют светонезависимыми реакциями, затем переносят эти возбужденные электроны.

Фотосистемы состоят из реакционного центра и центра сбора света. В состав светособирающего комплекса входят пигменты, которые передают световую энергию двум особым молекулам хлорофилла:

Молекулы P700 — это молекулы хлорофилла PSI, и они поглощают свет с максимальной длиной волны 700 нм.
Молекулы P680 — это молекулы хлорофилла PSII, и они поглощают свет с максимальной длиной волны 680 нм.

Светозависимые реакции начинаются в ФСII, и вот схема процесса:

Молекула хлорофилла P680 поглощает световой фотон. Это происходит в светособирающем центре ФС II
. Энергия света передается от одной молекулы P680 к другой, пока не попадет в реакционный центр ФС II (RC).
RC имеет пару молекул хлорофилла P680. Высокие энергетические уровни в молекулах возбуждают электрон, делая его нестабильным и, следовательно, высвобождаемым.
Светособирающий комплекс улавливает больше фотонов света, больше энергии передается РЦ, высвобождается больше электронов и цикл продолжается.
Эти освобожденные электроны транспортируются через цепь переноса электронов (ЭТЦ). ETC включает ряд белковых комплексов и мобильных носителей.
После высвобождения из ФС II электроны замещаются расщеплением воды на электроны, ионы водорода и кислород. Этот процесс называется фотолизом, так как свет используется для расщепления воды.
Ионы кислорода и водорода, образующиеся во время фотолиза, высвобождаются в просвет тилакоидов до того, как кислород в конечном итоге выбрасывается в атмосферу в качестве побочного продукта фотосинтеза.
По мере прохождения электронов через ЭТЦ ионы водорода из стромы переносятся и высвобождаются в просвет тилакоидов. Следовательно, просвет будет иметь более высокую концентрацию ионов водорода, иначе называемых протонами
Градиент протонов в просвете приводит к переносу ионов водорода на АТФ-синтазу и доставке энергии, которая используется для объединения АДФ и Pi в генерировать АДФ.
Через ЭТЦ электроны переходят к цитохрому b6f, затем к пластоцианину и, наконец, попадают к PSI.

Вот что происходит дальше:

В PSI электроны получают энергию от света, поглощаемого молекулами хлорофилла P700, прежде чем они передаются подвижному носителю, ферредоксину.
От ферредоксина они переходят к ферредоксину НАДФ-редуктазе (ФНР). FNR является конечным акцептором электронов и где NAPDH генерируется путем объединения электронов и иона водорода с NADP.
Электроны из ФС II замещают электроны, потерянные из ФС1 через ВТЦ.

Светонезависимые реакции (цикл Кальвина)

Цикл Кальвина является второй фазой процесса фотосинтеза и протекает в строме хлоропластов. В светонезависимых реакциях углекислый газ превращается в глюкозу и другие продукты с использованием электронов НАДФН и энергии АТФ.

Вот схема процесса:

Молекула диоксида углерода соединяется с молекулой рибулозобисфосфата (RuBP), которая представляет собой 5-углеродную 9-атомную молекулу.0034
Эта комбинация приводит к нестабильному 6-углеродному промежуточному продукту, который быстро распадается, в результате чего образуются две 3-углеродные молекулы, называемые 3-фосфоглицератом (PGA).
Две молекулы PGA получают энергию от АТФ и генерируют две молекулы 1,3-бисфосфоглицерата (BPGA).
Каждая молекула BPGA соединяется с электроном из NADPH, в результате чего образуются две молекулы глицеральдегид-3-фосфата (G3P).
Эти две молекулы G3P могут образовать только одну молекулу глюкозы. Это означает, что необходимо регенерировать больше RuBP, чтобы производить больше молекул глюкозы. Для этого потребуется 12 молекул G3P.

К этому моменту вы должны понимать, что для процесса фотосинтеза требуется 6 молекул углекислого газа. Вы можете видеть это в уравнении фотосинтеза (6CO2).

Эти 6 молекул углекислого газа должны быть использованы для создания 12 молекул G3P. Это означает, что этапы, используемые для создания первых двух молекул G3P, должны быть повторены еще пять раз, чтобы получить еще десять молекул G3P.

В то время как две молекулы G3P используются для производства глюкозы, десять дополнительных молекул используются для регенерации RuBP.

. место-1/урок/Где-происходит-фотосинтез-xi-биология/

Биология 2e, Клетка, Фотосинтез, Обзор фотосинтеза

Фотосинтез протекает в две последовательные стадии: светозависимые реакции и светонезависимые реакции. В светозависимых реакциях , энергия солнечного света поглощается хлорофиллом, и эта энергия преобразуется в накопленную химическую энергию. В светонезависимых реакциях химическая энергия, собранная во время светозависимых реакций, приводит к сборке молекул сахара из углекислого газа. Следовательно, хотя светонезависимые реакции не используют свет в качестве реагента, для их функционирования требуются продукты светозависимых реакций. Однако, кроме того, светом активируются некоторые ферменты светонезависимых реакций. В светозависимых реакциях используются определенные молекулы для временного хранения энергии: они называются энергоносители . Энергоносители, которые перемещают энергию от светозависимых реакций к светонезависимым реакциям, можно считать «полноценными», поскольку они богаты энергией. После высвобождения энергии «пустые» энергоносители возвращаются в светозависимую реакцию, чтобы получить больше энергии. На рисунке показаны компоненты внутри хлоропласта, где происходят светозависимые и светонезависимые реакции.

Фотосинтез протекает в две стадии: светозависимые реакции и цикл Кальвина. Светозависимые реакции, протекающие в тилакоидной мембране, используют световую энергию для образования АТФ и НАДФН. Цикл Кальвина, происходящий в строме, использует энергию, полученную из этих соединений, для образования GA3P из CO ₂ .

Ссылка на обучение

Щелкните ссылку, чтобы узнать больше о фотосинтезе.

Everyday Connection

Фотосинтез в продуктовом магазине

Пища, которую потребляют люди, возникает в результате фотосинтеза. (кредит: Associação Brasileira de Supermercados)

Крупные продуктовые магазины в Соединенных Штатах организованы в отделы, такие как молочные продукты, мясо, продукты, хлеб, крупы и так далее. Каждый отдел (рисунок) содержит сотни, если не тысячи различных продуктов, которые покупатели могут покупать и потреблять.

Несмотря на большое разнообразие, каждый элемент в конечном итоге может быть связан с фотосинтезом. Мясное и молочное звено, потому что животных кормили растительной пищей. Хлеб, крупы и макаронные изделия производятся в основном из крахмалистых зерен, которые являются семенами растений, зависящих от фотосинтеза. А десерты и напитки? Все эти продукты содержат сахар — сахароза — это растительный продукт, дисахарид, молекула углевода, построенная непосредственно в результате фотосинтеза.