Fotosyntéza: co to je, typy a fáze fotosyntézy, popis procesu

Podle druhu výživy se živé organismy dělí na autotrofy, heterotrofy a autoheterotrofy. Autotrofy (řecky αὐτός – sám + τροφ – potrava) jsou organismy, které jsou samostatně schopné syntetizovat organické látky z anorganických. Heterotrofové (řecky ἕτερος – ostatní + τροφή – potrava) jsou organismy, které využívají k výživě hotové organické látky.

Konečně autoheterotrofní (řecky μῖξις – míchání + τροφή – jídlo) jsou organismy, které mohou využívat heterotrofní i autotrofní způsoby výživy. Například zelená euglena začíná fotosyntetizovat na světle a heterotrofně se živí ve tmě.

Fotosyntéza

Fotosyntéza (řecky φῶς – světlo a σύνθεσις – syntéza) je složitý chemický proces přeměny energie světelných kvant na energii chemických vazeb. V důsledku fotosyntézy se organické látky syntetizují z anorganických.

Tento proces je jedinečný a vyskytuje se pouze v rostlinných buňkách, stejně jako u některých bakterií. Fotosyntéza probíhá za účasti chlorofylu (řecky χλωρός – zelená a φύλλον – list) – zeleného pigmentu, který barví rostlinné orgány do zelena. Existují další pomocné pigmenty, které spolu s chlorofylem plní světlosběrnou nebo světloochrannou funkci.

Níže uvidíte srovnání struktury chlorofylu a hemoglobinu. Všimněte si, že Mg iont je ve středu molekuly chlorofylu.

Ruský vědec K.A. velmi důmyslným způsobem zdůraznil význam procesu fotosyntézy. Timiryazev: „Všechny organické látky, bez ohledu na to, jak rozmanité mohou být, bez ohledu na to, kde byly nalezeny, ať už v rostlině, zvířeti nebo člověku, prošly listem, pocházející z látek produkovaných listem. Mimo list, nebo spíše mimo zrno chlorofylu, není v přírodě laboratoř, kde by se izolovala organická hmota. Ve všech ostatních orgánech a organismech se přeměňuje, přeměňuje, jen zde se znovu tvoří z anorganické hmoty.“

Význam fotosyntézy si podrobněji probereme na konci tohoto článku. Fotosyntéza se skládá ze dvou fází: na světle závislé (světlo) a na světle nezávislé (tma). Doporučuji používat názvy závislý na světle a nezávislý na světle, protože přispívají k hlubšímu (a správnému!) pochopení fotosyntézy.

Fáze závislá na světle (světlo)

Tato fáze se vyskytuje pouze ve světle na thylakoidních membránách v chloroplastech. Podílejí se na něm různé enzymy, nosné proteiny, molekuly ATP syntetázy a zelené barvivo chlorofyl.

Chlorofyl plní dvě funkce: absorpci a přenos energie. Při vystavení kvantu světla ztrácí chlorofyl elektron a přechází do excitovaného stavu. Pomocí nosičů se elektrony hromadí z vnějšího povrchu thylakoidní membrány, zatímco uvnitř thylakoidu dochází k fotolýze vody (rozklad působením světla):

Hydroxidové ionty darují elektron navíc, mění se na reaktivní OH radikály, které se spojují a tvoří molekulu vody a volného kyslíku (to je vedlejší produkt, který se následně odstraňuje při výměně plynů).

Protony (H + ) vzniklé při fotolýze vody se hromadí na vnitřní straně thylakoidní membrány a elektrony se hromadí na vnější straně. V důsledku toho se na obou stranách membrány hromadí opačné náboje.

Když je dosaženo kritického rozdílu, některé protony jsou vytlačeny na vnější stranu membrány přes kanál ATP syntetázy. V důsledku toho se uvolňuje energie, kterou lze použít k fosforylaci molekul ADP:

Protony, jakmile jsou na povrchu thylakoidní membrány, se spojí s elektrony a vytvoří atomární vodík, který se používá k redukci nosné molekuly NADP (nikotinamid dinukleotid fosfát). Díky tomu se oxidovaná forma – NADP + přemění na redukovanou formu – NADP∗H.

• Volný kyslík O₂ – v důsledku fotolýzy vody
• ATP je univerzální zdroj energie
• NADP∗H – zásobní forma atomů vodíku

Kyslík je z buňky odstraňován jako vedlejší produkt fotosyntézy a rostlina jej vůbec nepotřebuje. ATP a NADP∗H se následně ukazují jako užitečnější: jsou transportovány do stromatu chloroplastu a účastní se na světle nezávislé fáze fotosyntézy.

Na světle nezávislá (tmavá) fáze

Fáze nezávislá na světle probíhá ve stromatu (matrice) chloroplastu neustále: ve dne i v noci – bez ohledu na osvětlení.

Za účasti ATP a NADP∗H dochází ke snížení CO₂ na glukózu C₆H₁₂O₆. Ve fázi nezávislé na světle nastává Calvinův cyklus, při kterém vzniká glukóza. K vytvoření jedné molekuly glukózy je zapotřebí 6 molekul CO₂12 NADP*H a 18 ATP.

V důsledku temné (na světle nezávislé) fáze fotosyntézy tedy vzniká glukóza, která se později může přeměnit na škrob, který slouží k ukládání živin v rostlinách.

Význam fotosyntézy

Význam fotosyntézy nelze přeceňovat. S jistotou prohlašuji, že právě díky tomuto procesu získal život na Zemi tak úžasné a úžasné formy, které kolem sebe vidíme: úžasné rostliny, krásné květiny a širokou škálu zvířat.

V sekci evoluce jsme již diskutovali o tom, že zpočátku nebyl v zemské atmosféře kyslík: před miliardami let jej začaly produkovat první fotosyntetické bakterie, modrozelené řasy (sinice). Postupně se hromadil kyslík a postupem času bylo na Zemi možné aerobní (kyslíkové) dýchání. Vznikla ozónová vrstva, která chrání veškerý život na naší planetě před škodlivým ultrafialovým zářením.

• Syntetizovat organické látky, které jsou potravou pro veškerý život na planetě
• Přeměňte energii světla na energii chemických vazeb, vytvořte organickou hmotu
• Rostliny si udržují určité procento O₂ v atmosféře, očistěte ji od přebytečného CO₂
• Přispějte k vytvoření ochranného ozónového štítu, který pohlcuje škodlivé ultrafialové záření

Chemosyntéza (řecky chemeia – chemie + syntéza – syntéza)

Chemosyntéza je autotrofní typ výživy, který je charakteristický pro některé mikroorganismy, které jsou schopny vytvářet organické látky z anorganických. Toho je dosaženo díky energii získané oxidací jiných anorganických sloučenin (železo, dusík a látky obsahující síru).

Chemosyntézu objevil ruský mikrobiolog S.N. Vinogradsky v roce 1888. Většina chemosyntetických bakterií jsou aerobní a potřebují k životu kyslík.

Oxidací anorganických látek se uvolňuje energie, kterou organismy ukládají ve formě energie chemické vazby. Nitrifikační bakterie tedy postupně oxidují amoniak na dusitany a poté dusičnany. Dusičnany mohou být přijímány rostlinami a slouží jako hnojivo.

• Sirné bakterie – oxidují H₂S → S0 → (S +4₃) 2- → (S +6₄) 2-
• Železné bakterie – oxidují Fe +2 → Fe +3
• Vodíkové bakterie – oxidují H₂ → H +1 ₂O
• Karboxydobakterie – oxidují CO → CO₂

Význam chemosyntézy

Chemosyntetické bakterie jsou nedílnou součástí koloběhu v přírodě takových prvků, jako jsou: dusík, síra, železo.

Nitrifikační bakterie zajišťují zpracování (neutralizaci) toxické látky – amoniaku. Také obohacují půdu o dusičnany, které jsou velmi důležité pro normální růst a vývoj rostlin.

K asimilaci dusičnanů dochází díky nodulovým bakteriím na kořenech luštěnin, je však důležité si uvědomit, že nodulové (dusík fixující) bakterie se na rozdíl od nitrifikačních bakterií živí heterotrofně.

© Bellevich Yury Sergeevich 2018-2024

Tento článek napsal Jurij Sergejevič Bellevič a je jeho duševním vlastnictvím. Kopírování, šíření (včetně kopírování na jiné stránky a zdroje na internetu) nebo jakékoli jiné použití informací a předmětů bez předchozího souhlasu držitele autorských práv je trestné ze zákona. Chcete-li získat materiály článku a povolení k jejich použití, kontaktujte Bellevič Jurij.

Fotosyntéza. Fáze a význam fotosyntézy

Díky fotosyntéze se na naší planetě ročně vyprodukuje asi 200 miliard tun (!) kyslíku a přibližně 150 miliard tun organické hmoty.

Vynikající ruský fyziolog K. A. Timiryazev (1843–1920) nazval roli fotosyntézy „kosmickou“ – nic více a nic méně! A to je naprosto spravedlivé, protože právě fotosyntéza pomáhá přeměnit energii Slunce na něco zcela hmotného – organické sloučeniny.

Abychom to shrnuli, zvýrazněme hlavní funkce fotosyntéza:

No, podařilo se nám vás přesvědčit o důležitosti fotosyntézy? Stejně důležité je znát toto téma, pokud chcete složit jednotnou státní zkoušku z biologie s vysokým skóre! Líbí se mi a nenechte si ujít nové zajímavé publikace v naší skupině VKontakte 🙂