Fotosíntesis — sistema único procesos de creación de sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas utilizando clorofila y energía luminosa y liberando oxígeno a la atmósfera, implementado en gran escala en tierra y en agua.
Todos los procesos de la fase oscura de la fotosíntesis transcurren sin consumo directo de luz, pero las sustancias de alta energía (ATP y NADPH), que se forman con la participación de la energía luminosa durante la fase luminosa de la fotosíntesis, juegan un papel importante en ellos. Durante la fase oscura, la energía de los enlaces macroenergéticos de ATP se convierte en energía química de compuestos orgánicos de moléculas de carbohidratos. Esto significa que la energía de la luz solar está, por así decirlo, conservada en enlaces químicos entre los átomos de sustancias orgánicas, lo cual es de gran importancia en la energía de la biosfera y específicamente para la vida de toda la población viva de nuestro planeta.
La fotosíntesis se produce en los cloroplastos de la célula y es la síntesis de carbohidratos en las células portadoras de clorofila, que tiene lugar con el consumo de energía de la luz solar. Distinguir entre las fases de luz y tempo de la fotosíntesis. La fase de luz, con el consumo directo de cuantos de luz, proporciona al proceso de síntesis la energía necesaria en forma de NADH y ATP. La fase oscura: sin la participación de la luz, pero a través de una serie de reacciones químicas (Ciclo de Calvin) proporciona la formación de carbohidratos, principalmente glucosa. La importancia de la fotosíntesis en la biosfera es enorme.
En esta página material sobre temas:
Fotosíntesis fases claras y oscuras resumen
Solución de prueba de fotosíntesis en fase oscura
Procesos de fase clara y oscuridad
Informe sobre la fase oscura de la fotosíntesis
Las reacciones lumínicas de la fotosíntesis tienen lugar en
Preguntas sobre este material:
Todos los seres vivos del planeta necesitan alimentos o energía para sobrevivir. Algunos organismos se alimentan de otras criaturas, mientras que otros pueden producir sus propios nutrientes. ellos mismos producen alimentos, glucosa, en un proceso llamado fotosíntesis.
La fotosíntesis y la respiración están interconectadas. El resultado de la fotosíntesis es la glucosa, que se almacena como energía química en el. Esta energía química almacenada proviene de la conversión de carbono inorgánico (dióxido de carbono) en carbono orgánico. El proceso de respiración libera energía química almacenada.
Además de los alimentos que producen, las plantas también necesitan carbono, hidrógeno y oxígeno para sobrevivir. El agua absorbida del suelo proporciona hidrógeno y oxígeno. Durante la fotosíntesis, el carbono y el agua se utilizan para sintetizar los alimentos. Las plantas también necesitan nitratos para producir aminoácidos (un aminoácido es un ingrediente en la producción de proteínas). Además de esto, necesitan magnesio para producir clorofila.
La nota: Los seres vivos que dependen de otros alimentos se llaman. Los herbívoros como las vacas y las plantas que comen insectos son ejemplos de heterótrofos. Los seres vivos que producen su propia comida se llaman. Las plantas verdes y las algas son ejemplos de autótrofos.
En este artículo, aprenderá más sobre cómo ocurre la fotosíntesis en las plantas y las condiciones necesarias para este proceso.
Determinación de la fotosíntesis.
La fotosíntesis es el proceso químico mediante el cual las plantas, algunas y las algas producen glucosa y oxígeno a partir del dióxido de carbono y el agua, utilizando solo la luz como fuente de energía.
Este proceso es sumamente importante para la vida en la Tierra, porque gracias a él se libera oxígeno, del cual depende toda la vida.
¿Por qué las plantas necesitan glucosa (alimento)?
Como los humanos y otros seres vivos, las plantas también necesitan alimento para mantenerse con vida. El valor de la glucosa para las plantas es el siguiente:
- La glucosa de la fotosíntesis se usa durante la respiración para liberar la energía que la planta necesita para otros procesos vitales.
- Las células vegetales también convierten parte de la glucosa en almidón, que se usa según sea necesario. Por esta razón, las plantas muertas se utilizan como biomasa porque almacenan energía química.
- La glucosa también es necesaria para producir otras sustancias químicas como proteínas, grasas y azúcares vegetales, que son necesarios para el crecimiento y otros procesos importantes.
Fases de la fotosíntesis
El proceso de fotosíntesis se divide en dos fases: clara y oscura.
Fase de luz de la fotosíntesis
Como sugiere el nombre, las fases de luz necesitan luz solar. En las reacciones dependientes de la luz, la clorofila absorbe la energía de la luz solar y la convierte en energía química almacenada en forma de una molécula portadora de electrones NADPH (fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina) y una molécula de energía ATP (trifosfato de adenosina). Las fases ligeras ocurren en las membranas tilacoides dentro del cloroplasto.
Fase oscura de la fotosíntesis o ciclo de Calvin
En la fase oscura o ciclo de Calvin, los electrones excitados de la fase ligera proporcionan energía para la formación de carbohidratos a partir de moléculas de dióxido de carbono. Las fases independientes de la luz a veces se denominan ciclo de Calvin debido a la naturaleza cíclica del proceso.
Aunque las fases oscuras no utilizan la luz como reactivo (y como resultado, pueden ocurrir de día o de noche), necesitan los productos de reacciones dependientes de la luz para funcionar. Las moléculas independientes de la luz dependen de las moléculas portadoras de energía (ATP y NADPH) para crear nuevas moléculas de carbohidratos. Después de la transferencia de energía, las moléculas de los portadores de energía regresan a las fases ligeras para obtener electrones más energéticos. Además, la luz activa varias enzimas de la fase oscura.
Diagrama de fase de la fotosíntesis
La nota: Esto significa que las fases oscuras no continuarán si las plantas se ven privadas de luz durante demasiado tiempo, ya que están utilizando productos de la fase clara.
Estructura de la hoja de la planta
No podemos estudiar completamente la fotosíntesis sin saber más sobre la estructura de la hoja. La hoja está adaptada para desempeñar un papel vital en el proceso de fotosíntesis.
Estructura externa de hojas
- Cuadrado
Una de las características más importantes de las plantas es su gran superficie foliar. La mayoría de las plantas verdes son anchas, planas y hojas abiertas capaz de capturar tantos energía solar(luz solar) según sea necesario para la fotosíntesis.
- Vena central y pecíolo
La vena central y el pecíolo se unen y forman la base de la hoja. El pecíolo coloca la hoja para que reciba la mayor cantidad de luz posible.
- Lámina de la hoja
Las hojas simples tienen una placa de hoja, mientras que las hojas complejas tienen varias. La lámina de la hoja es uno de los componentes más importantes de la hoja, que participa directamente en el proceso de fotosíntesis.
- Venas
Una red de venas en las hojas transporta agua desde los tallos hasta las hojas. La glucosa liberada también se dirige a otras partes de la planta desde las hojas a través de las venas. Además, estas porciones de la hoja soportan y mantienen la placa de chapa plana para capturar más luz solar. La ubicación de las venas (venación) depende del tipo de planta.
- La base de la hoja
La base de la hoja es su parte más baja, que se articula con el tallo. A menudo, un número pareado de estípulas se encuentra en la base de la hoja.
- Borde de la hoja
Dependiendo del tipo de planta, el borde de la hoja puede tener una forma diferente, que incluye: bordes enteros, dentados, serrados, con muescas, crenate, etc.
- Parte superior de la hoja
Como el borde de la hoja, la parte superior es de varias formas, incluyendo: agudo, redondeado, obtuso, alargado, estirado, etc.
Estructura interna de hojas
A continuación se muestra un diagrama cercano estructura interna tejidos foliares:
- Cutícula
La cutícula actúa como la principal capa protectora de la superficie de la planta. Suele ser más grueso en la parte superior de la hoja. La cutícula está cubierta con una sustancia similar a la cera que protege a la planta del agua.
- Epidermis
La epidermis es la capa de células que constituye el tejido tegumentario de la hoja. Su función principal es proteger los tejidos internos de la hoja de la deshidratación, daños mecanicos e infecciones. También regula el proceso de intercambio de gases y transpiración.
- Mesófilo
El mesófilo es el tejido vegetal principal. Aquí es donde tiene lugar el proceso de fotosíntesis. En la mayoría de las plantas, el mesófilo se divide en dos capas: la superior es empalizada y la inferior es esponjosa.
- Células protectoras
Las células de defensa son células especializadas en la epidermis de la hoja que se utilizan para controlar el intercambio de gases. Tienen una función protectora de los estomas. Los poros de los estomas se agrandan cuando hay agua en acceso libre de lo contrario, las células protectoras se vuelven lentas.
- Estoma
La fotosíntesis depende de la penetración de dióxido de carbono (CO2) del aire a través de los estomas en el tejido mesófilo. El oxígeno (O2), producido como subproducto de la fotosíntesis, sale de la planta a través de los estomas. Cuando los estomas están abiertos, el agua se pierde por evaporación y debe reponerse a través de la corriente de transpiración con agua absorbida por las raíces. Las plantas se ven obligadas a equilibrar la cantidad de CO2 absorbido del aire y la pérdida de agua a través de los poros de los estomas.
Condiciones para la fotosíntesis.
A continuación se detallan las condiciones que necesitan las plantas para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis:
- Dióxido de carbono. Incoloro gas natural inodoro, se encuentra en el aire y tiene la designación científica CO2. Se forma cuando se queman carbono y compuestos orgánicos, y también ocurre durante la respiración.
- Agua... Líquido transparente Sustancia química inodoro e insípido (en condiciones normales).
- Ligero. Si bien la luz artificial también es adecuada para las plantas, la luz natural luz de sol generalmente crea Mejores condiciones para la fotosíntesis, porque contiene radiación ultravioleta natural, que tiene influencia positiva en las plantas.
- Clorofila. Es un pigmento verde que se encuentra en las hojas de las plantas.
- Nutrientes y Minerales. Productos químicos y compuestos orgánicos que las raíces de las plantas absorben del suelo.
¿Qué se forma como resultado de la fotosíntesis?
- Glucosa;
- Oxígeno.
(La energía luminosa se muestra entre paréntesis ya que no es materia)
La nota: Las plantas obtienen CO2 del aire a través de sus hojas y agua del suelo a través de sus raíces. La energía luminosa proviene del sol. El oxígeno resultante se libera al aire desde las hojas. La glucosa resultante se puede convertir en otras sustancias como el almidón, que se utiliza como reserva de energía.
Si los factores que promueven la fotosíntesis están ausentes o presentes en suficiente, esto puede afectar negativamente a la planta. Por ejemplo, menos luz crea condiciones favorables para los insectos que comen las hojas de la planta, y la falta de agua se ralentiza.
¿Dónde tiene lugar la fotosíntesis?
La fotosíntesis tiene lugar dentro de las células vegetales, en pequeños plástidos llamados cloroplastos. Los cloroplastos (que se encuentran principalmente en la capa del mesófilo) contienen una sustancia verde llamada clorofila. A continuación se muestran las otras partes de la célula que trabajan con el cloroplasto para realizar la fotosíntesis.
Estructura de la célula vegetal
Funciones de las partes de las células vegetales.
- : proporciona soporte estructural y mecánico, protege las células, fija y define la forma de la célula, controla la velocidad y la dirección de crecimiento y da forma a las plantas.
- : proporciona una plataforma para la mayoría de los procesos químicos controlados por enzimas.
- : actúa como una barrera, controlando el movimiento de sustancias dentro y fuera de la célula.
- : como se describió anteriormente, contienen clorofila, una sustancia verde que absorbe la energía luminosa durante la fotosíntesis.
- : una cavidad dentro del citoplasma celular que almacena agua.
- : contiene una marca genética (ADN) que controla la actividad celular.
La clorofila absorbe la energía luminosa necesaria para la fotosíntesis. Es importante tener en cuenta que no se absorben todas las longitudes de onda de color de la luz. Las plantas absorben principalmente las ondas rojas y azules; no absorben la luz en el rango verde.
Dióxido de carbono de la fotosíntesis.
Las plantas consiguen dióxido de carbono del aire a través de sus hojas. El dióxido de carbono se filtra a través de un pequeño orificio en la parte inferior de la hoja llamado estoma.
La parte inferior de la hoja tiene células poco espaciadas para permitir que el dióxido de carbono llegue a otras células de las hojas. También permite que el oxígeno producido durante la fotosíntesis salga fácilmente de la hoja.
El dióxido de carbono está presente en el aire que respiramos en concentraciones muy bajas y es un factor necesario en la fase oscura de la fotosíntesis.
Luz en el proceso de fotosíntesis.
La hoja por lo general tiene área grande superficie, por lo que puede absorber mucha luz. Su superficie superior está protegida de la pérdida de agua, las enfermedades y la intemperie mediante una capa de cera (cutícula). La parte superior de la hoja es donde cae la luz. Esta capa de mesófilo se llama empalizada. Está adaptado para absorber una gran cantidad de luz, porque contiene muchos cloroplastos.
En fases de luz, el proceso de fotosíntesis aumenta con gran cantidad Sveta. Se ionizan más moléculas de clorofila y se generan más ATP y NADPH si fotones de luz centrado en una hoja verde. Aunque la luz es extremadamente importante en las fases de luz, debe tenerse en cuenta que cantidades excesivas pueden dañar la clorofila y reducir la fotosíntesis.
Las fases de luz no dependen mucho de la temperatura, el agua o el dióxido de carbono, aunque todas son necesarias para completar el proceso de fotosíntesis.
Agua en proceso de fotosíntesis.
Las plantas obtienen el agua que necesitan para la fotosíntesis a través de sus raíces. Tienen pelos radicales que crecen en el suelo. Las raíces tienen una gran superficie y paredes delgadas que permiten que el agua pase fácilmente.
La imagen muestra plantas y sus células con suficiente agua (izquierda) y falta de agua (derecha).
La nota: Las células de la raíz no contienen cloroplastos porque generalmente están en la oscuridad y no pueden realizar la fotosíntesis.
Si la planta no absorbe suficiente agua, se desvanece. Sin agua, la planta no podrá realizar la fotosíntesis lo suficientemente rápido e incluso puede morir.
¿Qué importancia tiene el agua para las plantas?
- Proporciona minerales disueltos que apoyan la salud de las plantas;
- Es un medio de transporte;
- Apoya la estabilidad y la rectitud;
- Refresca e hidrata;
- Permite realizar diversas reacciones químicas en células vegetales.
La importancia de la fotosíntesis en la naturaleza.
El proceso bioquímico de la fotosíntesis utiliza la energía de la luz solar para convertir el agua y el dióxido de carbono en oxígeno y glucosa. La glucosa se utiliza como componentes básicos en las plantas para el crecimiento de tejidos. Así, la fotosíntesis es la forma en que se forman raíces, tallos, hojas, flores y frutos. Sin el proceso de fotosíntesis, las plantas no pueden crecer ni reproducirse.
- Productores
Debido a su capacidad fotosintética, las plantas son conocidas como productoras y sirven como base para casi todos los La cadena de comida en el piso. (Las algas son el equivalente a las plantas en). Toda la comida que comemos proviene de organismos que son fotosintéticos. Comemos estas plantas directamente o comemos animales como vacas o cerdos que consumen alimentos vegetales.
- La columna vertebral de la cadena alimentaria.
Dentro de los sistemas acuáticos, las plantas y las algas también forman la columna vertebral de la cadena alimentaria. Las algas sirven como alimento, que, a su vez, actúan como fuente de alimento para organismos más grandes. Sin la fotosíntesis en el medio acuático, la vida sería imposible.
- Eliminación de dióxido de carbono
La fotosíntesis convierte el dióxido de carbono en oxígeno. Durante la fotosíntesis, el dióxido de carbono de la atmósfera ingresa a la planta y luego se libera como oxígeno. En el mundo actual, donde los niveles de dióxido de carbono están aumentando a un ritmo alarmante, cualquier proceso que elimine el dióxido de carbono de la atmósfera es de importancia ambiental.
- Ciclo de nutrientes
Las plantas y otros organismos fotosintéticos juegan un papel vital en el ciclo de los nutrientes. El nitrógeno del aire se fija en los tejidos de las plantas y está disponible para producir proteínas. Los oligoelementos que se encuentran en el suelo también pueden incorporarse al tejido vegetal y ponerse a disposición de los herbívoros que se encuentran más abajo en la cadena alimentaria.
- Adicción fotosintética
La fotosíntesis depende de la intensidad y la calidad de la luz. En el ecuador, donde la luz solar es abundante durante todo el año y el agua no es un factor limitante, las plantas crecen a tasas elevadas y pueden crecer bastante. Por el contrario, la fotosíntesis en las partes más profundas del océano es menos común porque la luz no penetra estas capas y, como resultado, este ecosistema es más estéril.
Las membranas tilacoides contienen una gran cantidad de proteínas y pigmentos de bajo peso molecular, tanto libres como asociados a proteínas, que se combinan en dos complejos complejos denominados fotosistema I y fotosistema I I. El núcleo de cada uno de estos fotosistemas es una proteína que contiene pigmento verde. clorofila capaz de absorber luz en la región roja del espectro. Varios pigmentos que componen los complejos fotosintéticos son capaces de capturar incluso la luz muy débil y transferir su energía a la clorofila; por lo tanto, la fotosíntesis puede realizarse incluso con poca luz (por ejemplo, a la sombra de los árboles o en un clima nublado).
La absorción de un cuanto de luz por la molécula de clorofila del fotosistema II conduce a su excitación, es decir, uno de los electrones se transfiere a un nivel de energía superior. Este electrón se transfiere a la cadena de transportadores de electrones, o más bien, a los pigmentos y proteínas del citocromo disueltos en la membrana tilacoide, algo que recuerda a los citocromos de la membrana mitocondrial interna (ver figura). Por analogía con la cadena de transporte de electrones mitocondrial, hay una disminución en la energía de un electrón durante su transferencia de un portador a otro. Parte de su energía se gasta en la transferencia de protones a través de la membrana desde el estroma del cloroplasto al tilacoide. Por lo tanto, en la membrana tilacoide aparece gradiente de concentración de protones ... Este gradiente se puede utilizar con una enzima especial. ATP sintetasa para la síntesis de ATP a partir de ADP y H 3 PO 4 (F n). Aquellos. en los cloroplastos se realiza el mismo principio denominado "dique", que se consideró anteriormente en el ejemplo de las mitocondrias. La síntesis de ATP durante la fase ligera de la fotosíntesis se llama fotofosforilación ... Este nombre se debe al hecho de que utiliza la energía de la luz solar. Rasgo distintivo La fosforilación oxidativa en las mitocondrias es que la energía para la síntesis de ATP se forma durante la oxidación de sustratos orgánicos (ver sección "").
La reducción de la clorofila oxidada, que ha "perdido" un electrón, del fotosistema II se produce como resultado de la actividad de una enzima especial que descompone una molécula de agua, extrayendo electrones de ella (moléculas):
H 2 O -> 2e - + 2H + + 1 / 2O 2
El proceso anterior se llama fotólisis del agua y fluye dentro membranas de tilacoides. Este proceso conduce a un aumento aún mayor en el gradiente de concentración de protones en la membrana y, en consecuencia, a una síntesis adicional de ATP.
Es decir, podemos decir que el agua es un "proveedor" de electrones para la clorofila. Un subproducto de esta reacción es el oxígeno molecular que, debido a la difusión, abandona los cloroplastos y se libera a la atmósfera a través de los estomas.
Intentemos seguir el rastro del "destino" de los electrones desprendidos de la clorofila del fotosistema II. Pasan a través de la cadena portadora y entran en el centro de reacción del fotosistema I, que también contiene una molécula de clorofila. Esta molécula de clorofila también absorbe un cuanto de luz y transfiere su energía a uno de los electrones, elevándolo así a un nivel de energía más alto. Un electrón, que pasa a través de una cadena de proteínas transportadoras especiales, se transfiere a la molécula NADP +. Esta molécula de NADP + recibe un electrón más en el siguiente ciclo, captura un protón del estroma del cloroplasto y se reduce a NADPH.
Entonces, los electrones que han sido "arrancados" de la molécula de agua reciben alta energía debido a la absorción de cuantos de luz por las clorofilas de los fotosistemas II y I, luego, al pasar a lo largo de la cadena portadora, reducen el NADP +. Parte de la energía de estos electrones se gasta en transferir protones a través de la membrana tilacoide y crear un gradiente de concentración. Luego, la energía del gradiente de protones se utilizará para sintetizar ATP mediante la enzima ATP sintasa.
Fotosíntesis Es un conjunto de procesos para la síntesis de compuestos orgánicos a partir de inorgánicos debido a la conversión de energía luminosa en energía de enlaces químicos. Los organismos fototróficos incluyen plantas verdes, algunos procariotas: cianobacterias, bacterias de azufre púrpura y verde, flagelados de plantas.
La investigación sobre el proceso de la fotosíntesis se inició en la segunda mitad del siglo XVIII. El destacado científico ruso K.A. Timiryazev hizo un descubrimiento importante, quien corroboró la doctrina del papel cósmico de las plantas verdes. Las plantas absorben la luz solar y convierten la energía luminosa en energía de enlaces químicos de compuestos orgánicos sintetizados por ellas. Por lo tanto, aseguran la preservación y el desarrollo de la vida en la Tierra. El científico también fundamentó teóricamente y demostró experimentalmente el papel de la clorofila en la absorción de luz durante la fotosíntesis.
Las clorofilas son el principal pigmento fotosintético. En estructura, son similares a la hemoglobina hemo, pero en lugar de hierro contienen magnesio. El contenido de hierro es necesario para asegurar la síntesis de moléculas de clorofila. Hay varias clorofilas que difieren en su Estructura química... Obligatorio para todos los fotótrofos es clorofila a . ClorofilaB encontrado en plantas verdes, clorofila c - en diatomeas y algas marrones. Clorofila d característico de las algas rojas.
Las bacterias fotosintéticas verdes y púrpuras tienen bacterioclorofilas ... La fotosíntesis bacteriana tiene mucho en común con la fotosíntesis de las plantas. Se diferencia en que el sulfuro de hidrógeno es el donante de hidrógeno en las bacterias y el agua en las plantas. Las bacterias verdes y púrpuras carecen del fotosistema II. La fotosíntesis bacteriana no se acompaña de la liberación de oxígeno. La ecuación general de la fotosíntesis bacteriana:
6С0 2 + 12H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 12S + 6Н 2 0.
La fotosíntesis se basa en el proceso redox. Está asociado con la transferencia de electrones de compuestos que proporcionan electrones donantes a compuestos que los aceptan: aceptores. La energía luminosa se convierte en energía de compuestos orgánicos sintetizados (carbohidratos).
Las membranas de cloroplasto tienen estructuras especiales: centros de reacción que contienen clorofila. En plantas verdes y cianobacterias, se distinguen dos sistemas de fotos – primero yo) y segundo (II) , que tienen diferentes centros de reacción y están interconectados a través del sistema de transporte de electrones.
Dos fases de la fotosíntesis.
El proceso de fotosíntesis consta de dos fases: clara y oscura.
Ocurre solo cuando hay luz en las membranas internas de las mitocondrias en las membranas de estructuras especiales: tilacoides ... Los pigmentos fotosintéticos capturan cuantos de luz (fotones). Esto conduce a la "excitación" de uno de los electrones de la molécula de clorofila. Con la ayuda de moléculas portadoras, el electrón se mueve hacia la superficie exterior de la membrana tilacoide, adquiriendo cierta energía potencial.
Este electrón en fotosistema I puede volver a su nivel de energía y restaurarlo. NADP (fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina) también se puede transferir. Al interactuar con los iones de hidrógeno, los electrones reducen este compuesto. NADP reducido (NADPH) suministra hidrógeno para reducir el CO2 atmosférico a glucosa.
Procesos similares tienen lugar en fotosistema II ... Los electrones excitados pueden transferirse al fotosistema I y restaurarse. La restauración del fotosistema II se produce a expensas de los electrones suministrados por las moléculas de agua. Las moléculas de agua se descomponen (fotólisis del agua) en protones de hidrógeno y oxígeno molecular, que se libera a la atmósfera. Los electrones se utilizan para restaurar el fotosistema II. Ecuación de fotólisis del agua:
2H 2 0 → 4H + + 0 2 + 2e.
Cuando los electrones regresan de la superficie exterior de la membrana tilacoide al nivel de energía anterior, se libera energía. Se almacena en forma de enlaces químicos de moléculas de ATP, que se sintetizan durante reacciones en ambos fotosistemas. La síntesis de ATP con ADP y ácido fosfórico se llama fotofosforilación ... Parte de la energía se utiliza para evaporar el agua.
Durante la fase ligera de la fotosíntesis, se forman compuestos ricos en energía: ATP y NADPH Durante la descomposición (fotólisis) de una molécula de agua, se libera oxígeno molecular a la atmósfera.
Las reacciones tienen lugar durante ambiente interno cloroplastos. Pueden ocurrir con o sin luz. Las sustancias orgánicas se sintetizan (el CO2 se reduce a glucosa) utilizando la energía que se forma en la fase ligera.
El proceso de recuperación de dióxido de carbono es cíclico y se denomina ciclo de Calvin ... El nombre del investigador estadounidense M. Calvin, quien descubrió este proceso cíclico.
El ciclo comienza con la reacción del dióxido de carbono atmosférico con ribulezobifosfato. La enzima cataliza el proceso. carboxilasa ... El bifosfato de ribule es un azúcar de cinco carbonos combinado con dos residuos de ácido fosfórico. Está sucediendo toda la linea transformaciones químicas, cada una de las cuales cataliza su propia enzima específica. Cómo producto final se forma la fotosíntesis glucosa , también se restablece el ribulezobifosfato.
La ecuación general del proceso de fotosíntesis:
6C0 2 + 6H 2 0 → C 6 H 12 O 6 + 60 2
Gracias al proceso de fotosíntesis, la energía luminosa del Sol se absorbe y se convierte en energía de enlaces químicos de carbohidratos sintetizados. La energía se transfiere a los organismos heterótrofos a través de las cadenas alimentarias. En el proceso de fotosíntesis, se absorbe dióxido de carbono y se libera oxígeno. Todo el oxígeno atmosférico es de origen fotosintético. Cada año se liberan más de 200 mil millones de toneladas de oxígeno libre. El oxígeno protege la vida en la Tierra de Radiación ultravioleta creando una pantalla de ozono de la atmósfera.
El proceso de fotosíntesis es ineficaz, ya que solo el 1-2% de la energía solar se transfiere a la materia orgánica sintetizada. Esto se debe al hecho de que las plantas no absorben suficiente luz, parte de ella es absorbida por la atmósfera, etc. La mayor parte de la luz solar se refleja desde la superficie de la Tierra hacia el espacio.
La fotosíntesis es un proceso bastante complejo e incluye dos fases: la luz, que siempre ocurre exclusivamente en la luz, y la oscuridad. Todos los procesos tienen lugar dentro de los cloroplastos en órganos pequeños especiales: tilacoides. Durante la fase de luz, una cantidad de luz es absorbida por la clorofila, lo que resulta en la formación de moléculas de ATP y NADPH. En este caso, el agua se descompone, formando iones de hidrógeno y emitiendo una molécula de oxígeno. Surge la pregunta, ¿cuáles son estas sustancias misteriosas incomprensibles: ATP y NADH?
El ATP es una molécula orgánica especial que se encuentra en todos los organismos vivos y a menudo se la denomina moneda de "energía". Son estas moléculas las que contienen enlaces de alta energía y son la fuente de energía para cualquier síntesis orgánica y procesos quimicos en el organismo. Bueno, el NADPH es en realidad una fuente de hidrógeno, se usa directamente en la síntesis de sustancias orgánicas de alto peso molecular: carbohidratos, que ocurre en la segunda fase oscura de la fotosíntesis usando dióxido de carbono. Pero comencemos en orden.
Fase de luz de la fotosíntesis
Los cloroplastos contienen muchas moléculas de clorofila y todos absorben la luz solar. Al mismo tiempo, la luz es absorbida por otros pigmentos, pero no saben cómo realizar la fotosíntesis. El proceso en sí ocurre solo en algunas moléculas de clorofila, de las cuales hay muy pocas. Otras moléculas de clorofila, carotenoides y otras sustancias forman una antena especial, así como complejos de captación de luz (SSC). Al igual que las antenas, absorben cuantos de luz y transmiten la excitación a trampas o centros de reacción especiales. Estos centros están ubicados en fotosistemas, de los cuales las plantas tienen dos: fotosistema II y fotosistema I. Contienen moléculas especiales de clorofila: respectivamente, en el fotosistema II - P680 y en el fotosistema I - P700. Absorben luz de exactamente esta longitud de onda (680 y 700 nm).
El diagrama deja más claro cómo se ve y sucede todo durante la fase de luz de la fotosíntesis.
En la figura, vemos dos fotosistemas con clorofilas P680 y P700. La figura también muestra los portadores a través de los cuales ocurre el transporte de electrones.
Entonces: ambas moléculas de clorofila de los dos fotosistemas absorben un cuanto de luz y se excitan. El electrón e- (rojo en la figura) pasa a un nivel de energía más alto.
Los electrones excitados tienen una energía muy alta, se rompen y entran en una cadena portadora especial, que se encuentra en las membranas de los tilacoides. estructuras internas cloroplastos. La figura muestra que del fotosistema II de la clorofila P680 un electrón pasa a la plastoquinona y del fotosistema I de la clorofila P700 a la ferredoxina. En las propias moléculas de clorofila, en lugar de los electrones después de su desprendimiento, se forman agujeros azules con Carga positiva... ¿Qué hacer?
Para compensar la falta de un electrón, la molécula de clorofila P680 del fotosistema II recibe electrones del agua, mientras que se forman iones de hidrógeno. Además, es debido a la descomposición del agua que se forma el oxígeno liberado a la atmósfera. Y la molécula de clorofila P700, como se puede ver en la figura, compensa la falta de electrones a través del sistema portador del fotosistema II.
En general, no importa lo difícil que sea, así es como avanza la fase de luz de la fotosíntesis, su esencia principal es la transferencia de electrones. También se puede ver en la figura que, paralelamente al transporte de electrones, los iones de hidrógeno H + se mueven a través de la membrana y se acumulan dentro del tilacoide. Como hay muchos de ellos allí, se mueven hacia afuera con la ayuda de un factor de acoplamiento especial, que en la figura naranja, representado a la derecha y parece un hongo.
Al final vemos etapa final transporte de electrones, que da como resultado la formación del compuesto NADH mencionado anteriormente. Y debido a la transferencia de iones H +, se sintetiza una moneda de energía: ATP (que se ve en la figura de la derecha).
Entonces, la fase de luz de la fotosíntesis se completó, se liberó oxígeno a la atmósfera, se formaron ATP y NADH. ¿Que sigue? ¿Dónde está lo orgánico prometido? Y luego viene la etapa oscura, que consiste principalmente en procesos químicos.
Fase oscura de la fotosíntesis
Para la fase oscura de la fotosíntesis, un componente obligatorio es el dióxido de carbono - CO2. Por lo tanto, la planta debe absorberlo constantemente de la atmósfera. Para este propósito, hay estructuras especiales en la superficie de la hoja: estomas. Cuando se abren, el CO2 entra al interior de la hoja, se disuelve en agua y entra en la reacción de la fase ligera de la fotosíntesis.
Durante la fase ligera, en la mayoría de las plantas, el CO2 se une a un compuesto orgánico de cinco carbonos (que es una cadena de cinco moléculas de carbono), lo que da como resultado dos moléculas de un compuesto de tres carbonos (ácido 3-fosfoglicérico). Porque el resultado principal son precisamente estos compuestos de tres carbonos, las plantas con este tipo de fotosíntesis se denominan plantas C3.
La síntesis adicional en cloroplastos es bastante complicada. Finalmente, se forma un compuesto de seis carbonos, a partir del cual se pueden sintetizar glucosa, sacarosa o almidón. Es en forma de estas sustancias orgánicas que la planta acumula energía. Solo una pequeña parte de ellos permanece en la hoja y se utiliza para sus necesidades. El resto de los carbohidratos viajan por toda la planta y van exactamente donde más se necesita energía, por ejemplo, a los puntos de crecimiento.