fotosyntes

Förstå vikten och rollen av kloroplaster, klorofyll, grana, tylakoidmembran och stroma i fotosyntes

Förstå vikten och rollen av kloroplaster, klorofyll, grana, tylakoidmembran och stroma i fotosyntes Plats, betydelse och mekanismer för fotosyntes. Studera rollerna av kloroplaster, klorofyll, grana, tylakoidmembran och stroma i fotosyntes. Encyclopædia Britannica, Inc. Se alla videor för den här artikeln

fotosyntes , processen med vilken grön växter och vissa andra organismer omvandlar ljusenergi till kemisk energi. Under fotosyntes i gröna växter fångas ljusenergi och används för att omvandla vatten , koldioxid och mineraler till syre och energirikt organiskt föreningar .



fotosyntes

fotosyntes Diagram över fotosyntes som visar hur vatten, ljus och koldioxid absorberas av en växt för att producera syre, sockerarter och mer koldioxid. Encyclopædia Britannica, Inc.



Toppfrågor

Varför är fotosyntes viktigt?

Fotosyntes är avgörande för den stora majoriteten av livet på jorden. Det är det sätt på vilket praktiskt taget all energi i biosfären blir tillgänglig för levande saker. Som primära producenter utgör fotosyntetiska organismer basen för jordens livsmedel och konsumeras direkt eller indirekt av alla högre livsformer. Dessutom beror nästan allt syre i atmosfären på fotosyntesprocessen. Om fotosyntesen upphör skulle det snart finnas lite mat eller annat organiskt material på jorden, de flesta organismer skulle försvinna och jordens atmosfär skulle så småningom nästan sakna gasformigt syre.

Vad är grundformeln för fotosyntes?

Processen för fotosyntes skrivs ofta som: 6COtvå+ 6HtvåO → C6H12ELLER6+ 6Otvå. Detta innebär att reaktanterna, sex koldioxidmolekyler och sex vattenmolekyler, omvandlas av ljusenergi som fångats upp av klorofyll (antyds av pilen) till en sockermolekyl och sex syremolekyler, produkterna. Sockret används av organismen och syret frigörs som en biprodukt.



Läs mer nedan: Allmänna egenskaper: Övergripande reaktion av fotosyntes Klorofyll Lär dig mer om klorofyll.

Vilka organismer kan fotosyntetisera?

Förmågan att fotosyntetisera finns i båda eukaryot och prokaryota organismer. De mest kända exemplen är växter, eftersom alla utom ett fåtal parasit- eller mycoheterotrofa arter innehåller klorofyll och producerar sin egen mat. Alger är den andra dominerande gruppen av eukaryota fotosyntetiska organismer. Alla alger, som inkluderar massiva kelpar och mikroskopiska kiselalger, är viktiga primärproducenter. Cyanobakterier och vissa svavelbakterier är fotosyntetiska prokaryoter, i vilka fotosyntes utvecklats. Inga djur anses vara oberoende förmåga till fotosyntes, även om den smaragdgröna havssnigeln tillfälligt kan införliva algerkloroplaster i kroppen för livsmedelsproduktion.

Eukaryote Läs mer om eukaryoter. Prokaryote Läs mer om prokaryoter.

Det skulle vara omöjligt att överskatta betydelsen av fotosyntes i upprätthållandet av livet på jorden. Om fotosyntesen upphör skulle det snart finnas lite mat eller annat organiskt material på jorden. De flesta organismer skulle försvinna och med tiden skulle jordens atmosfär bli nästan saknad av gasformigt syre. De enda organismer som kan existera under sådana förhållanden skulle vara kemosyntetiska bakterier, som kan använda den kemiska energin hos vissa oorganiska föreningar och därmed inte är beroende av omvandlingen av ljusenergi.

Energi som produceras av fotosyntes utförd av växter för miljontals år sedan är ansvarig för fossila bränslen (dvs. kol, olja och gas) som driver industrisamhället. Under tidigare åldrar ökade gröna växter och små organismer som matade på växter snabbare än de konsumerades, och deras rester deponerades i jordskorpan genom sedimentering och andra geologiska processer. Där, skyddad från oxidation omvandlades dessa organiska rester långsamt till fossila bränslen. Dessa bränslen tillhandahåller inte bara mycket av den energi som används i fabriker, hem och transporter, utan fungerar också som råmaterial för plast och andra syntetisk Produkter. Tyvärr använder den moderna civilisationen på några århundraden det överskott av fotosyntetisk produktion som ackumulerats under miljontals år. Följaktligen returneras den koldioxid som har tagits bort från luften för att göra kolhydrater i fotosyntes under miljontals år i en otroligt snabb takt. Koldioxidkoncentrationen i jordens atmosfär stiger snabbast någonsin i jordens historia, och detta fenomen förväntas ha stora implikationer på jordens klimat .



Krav på mat, material och energi i en värld där mänsklig befolkningen växer snabbt har skapat ett behov av att öka både mängden fotosyntes och effektivitet omvandla fotosyntetisk produktion till produkter som är användbara för människor. Ett svar på dessa behov - den så kallade Grön revolution , började i mitten av 1900-talet - uppnådde enorma förbättringar av jordbruksavkastningen genom användning av kemiska gödningsmedel, bekämpning av skadedjur och växtsjukdomar, växtförädling och mekaniserad jordbearbetning, skörd och bearbetning av grödor. Denna ansträngning begränsade allvarliga hungersnöd till några områden i världen trots snabb befolkningstillväxt, men det eliminerade inte omfattande undernäring. Dessutom började början på början av 1990-talet att avkastningen för större grödor ökade. Detta gällde särskilt för ris i Asien. Stigande kostnader förknippade med att upprätthålla höga jordbruksproduktioner, som krävde ständigt ökande tillförsel av gödselmedel och bekämpningsmedel och ständig utveckling av nya växtvarianter, blev också problematiskt för jordbrukare i många länder.

En andra jordbruksrevolution, baserad på växt genteknik , prognostiserades leda till ökad produktivitetsproduktivitet och därmed delvis lindra undernäring. Sedan 1970-talet har molekylärbiologer haft möjlighet att förändra en växts genetiska material (deoxiribonukleinsyra eller DNA) i syfte att uppnå förbättringar av sjukdoms- och torktålighet, produktutbyte och kvalitet, frosthärdighet och andra önskvärda egenskaper. Sådana egenskaper är emellertid till sin natur komplicerade och processen att göra ändringar av gröda växter genom genteknik har visat sig vara mer komplicerad än förväntat. I framtiden kan sådan genteknik leda till förbättringar av fotosyntesprocessen, men under de första decennierna av 2000-talet hade den ännu inte visat att den dramatiskt skulle kunna öka avkastningen.

Ett annat spännande område i studien av fotosyntes har varit upptäckten att vissa djur kan omvandla ljusenergi till kemisk energi. Den smaragdgröna havssnigeln ( Elysia chlorotica ), till exempel, förvärvar gener och kloroplaster från Vauchena grusigt , ett alg det förbrukar, vilket ger den en begränsad förmåga att producera klorofyll. När det finns tillräckligt med kloroplaster assimilerad kan snigeln avstå från intag av mat. Ärtlössen ( Acyrthosiphon pisum ) kan utnyttja ljus för att tillverka de energirika förening adenosintrifosfat (ATP); denna förmåga har kopplats till bladlössens tillverkning av karotenoidpigment.



Generella egenskaper

Utveckling av idén

Studien av fotosyntes började 1771 med observationer gjorda av den engelska prästen och forskaren Joseph Priestley. Priestley hade bränt ett ljus i en sluten behållare tills luften i behållaren inte längre kunde stödja förbränning . Han placerade sedan en kvist som växten i behållaren och upptäckte att mynten efter flera dagar hade producerat något ämne (senare känt som syre) som gjorde det möjligt för den begränsade luften att åter stödja förbränning. 1779 utvidgade den nederländska läkaren Jan Ingenhousz Priestleys arbete och visade att växten måste exponeras för ljus om det brännbara ämnet (dvs. syre) skulle återställas. Han visade också att denna process krävde närvaron av växtens gröna vävnader.

1782 demonstrerades att den förbränningsbärande gasen (syre) bildades på bekostnad av en annan gas, eller fast luft, som året innan identifierades som koldioxid. Gasutbytesförsök 1804 visade att viktökningen hos en växt som odlats i en noggrant vägd kruka berodde på upptag av kol, som helt kom från absorberad koldioxid och vatten som tas upp av växtrötter; balansen är syre, släpps tillbaka till atmosfären. Nästan ett halvt sekel gick innan begreppet kemisk energi hade utvecklats tillräckligt för att möjliggöra upptäckten (1845) att ljusenergi från solen lagras som kemisk energi i produkter som bildas under fotosyntes.



främmande proteiner som binder till en antikropp kallas

Övergripande reaktion av fotosyntes

I kemiska termer är fotosyntes en ljusenergi oxidationsreduktionsprocess . (Oxidation avser avlägsnande av elektroner från en molekyl; reduktion avser elektronens förstärkning av en molekyl.) I växtfotosyntes används ljusets energi för att driva oxidationen av vatten (HtvåO), producerar syrgas (Otvåvätejoner (H+) och elektroner. De flesta av de avlägsnade elektronerna och vätejonerna överförs i slutändan till koldioxid (COtvå), som reduceras till ekologiska produkter. Andra elektroner och vätejoner används för att reducera nitrat och sulfat till amino- och sulfhydrylgrupper i aminosyror, som är byggstenarna för proteiner. I de flesta gröna celler, kolhydrater - särskilt stärkelse och socker sackaros - är de viktigaste direkta organiska produkterna från fotosyntes. Den totala reaktionen i vilken kolhydrater - representerade av den allmänna formeln (CHtvåO) —bildas vid växts fotosyntes kan anges med följande ekvation:

Kemisk ekvation.



Denna ekvation är bara ett sammanfattande uttalande, för processen med fotosyntes involverar faktiskt många reaktioner katalyserade av enzymer (organiska katalysatorer). Dessa reaktioner inträffar i två steg: ljusstadiet, som består av fotokemiska (dvs. ljusfångande) reaktioner; och det mörka scenen, innefattande kemiska reaktioner kontrollerade av enzymer. Under det första steget absorberas ljusets energi och används för att driva en serie elektronöverföringar, vilket resulterar i syntes av ATP och det elektrondonatorreducerade nikotinadenindinukleotidfosfatet (NADPH). Under det mörka stadiet används ATP och NADPH som bildas i ljusfångande reaktioner för att minska koldioxid till organiska kolföreningar. Denna assimilering av oorganiskt kol i organiska föreningar kallas kolfixering.

Under 1900-talet gav jämförelser mellan fotosyntetiska processer i gröna växter och vissa fotosyntetiska svavelbakterier viktig information om fotosyntetiska mekanismer. Svavelbakterier använder vätesulfid (HtvåS) som en källa till väteatomer och producerar svavel istället för syre under fotosyntes. Den totala reaktionen är



Kemisk ekvation.

På 1930-talet erkände den holländska biologen Cornelis van Niel att användningen av koldioxid för att bilda organiska föreningar var likartad i de två typerna av fotosyntetiska organismer. Han föreslog att skillnader fanns i det ljusberoende steget och i naturen hos de föreningar som användes som en källa till väteatomer, föreslog att väte överfördes från vätesulfid (i bakterier) eller vatten (i gröna växter) till en okänd acceptor ( A), som reducerades till HtvåA. Under de mörka reaktionerna, som liknar både bakterier och gröna växter, minskar den reducerade acceptorn (HtvåA) reagerade med koldioxid (COtvå) för att bilda kolhydrat (CHtvåO) och att oxidera den okända acceptorn till A. Detta förmodad reaktion kan representeras som:

Kemisk ekvation.

Van Niels förslag var viktigt eftersom den populära (men felaktiga) teorin hade varit att syre avlägsnades från koldioxid (snarare än väte från vatten, vilket släppte ut syre) och att kol sedan kombinerades med vatten för att bilda kolhydrat (snarare än väte från vatten som kombinerade med COtvåför att bilda CHtvåELLER).

Vid 1940 använde kemister tunga isotoper för att följa reaktionerna från fotosyntes. Vatten märkt med en isotop av syre (18O) användes i tidiga experiment. Växter som fotosyntetiseras i närvaro av vatten som innehåller Htvå18O producerade syrgas innehållande18O; de som fotosyntetiserades i närvaro av normalt vatten producerade normal syrgas. Dessa resultat gav definitivt stöd för van Niels teori att syrgas som produceras under fotosyntes härrör från vatten.