פוטוסינתזה: הגדרה, תהליך, גורמים, פונקציות, תוצאות, תגובות

פוטוסינתזה היא תהליך ביוכימי של היווצרות חומרי מזון כמו פחמימות המבוצעות על ידי צמחים.

במיוחד בצמחים המכילים חומרים ירוקים עלים או המכונים בדרך כלל כלורופיל.

כידוע לכולנו, צמחים הם סוג של יצור חי. בניגוד ליצורים חיים אחרים, צמחים אלה יכולים לייצר מזון בעצמם בתהליך של פונטוסינתזה.

תגובה זו או גירוי של פוטוסינתזה יכולים להתרחש עקב מספר גורמים כולל כלורופיל ואור שמש.

כסוג אחד של יצור חי, צמחים או צמחים אכן יכולים לעמוד בדרישות ובמאפיינים של יצורים חיים אחרים.

מאפיינים או מצבים אלה כגון נשימה, תנועה ורבייה.

אבל יש דבר אחד שמבדיל אותו, בין צמחים ויצורים חיים אחרים כמו בני אדם ובעלי חיים.

כלומר עם היכולת של הצמחים להכין לעצמם את המזון שלהם.

צמחים הם אורגניזמים אוטוטרופיים שיכולים להכין לעצמם את המזון בתהליך הפוטוסינתזה.

כפי שתואר לעיל, פוטוסינתזה היא תגובה כימית המתרחשת על ידי שימוש באור השמש לייצור המזון הדרוש לצמחים.

1. פוטוסינתזה

במילון הגדול האינדונזי או KBBI, פוטוסינתזה היא השימוש באנרגיית אור שמש זה נעשה על ידי צמחים ירוקים או חיידקים כדי להמיר פחמן דו חמצני ומים לפחמימות.

בינתיים, ההגדרה הכללית של פוטוסינתזה היא תהליך של צמחים שמייצרים את המזון שלהם על ידי שימוש באור או באור שמש.

2. גילוי הפוטוסינתזה

פוטוסינתזה היא תהליך שבו צמחים כמו גם כמה אורגניזמים חיים אחרים מקבלים אנרגיה ממקור. המקור כאן הוא בדרך כלל אור שמש.

למרות שתהליך חשוב זה התגלה מאז ראשית הזמן, כולם מודעים לחלוטין לקיומו, והוא לא התגלה רק בשנות ה 1800.

כמה מדענים שונים לאורך יותר מ 200 שנה תרמו לגילויים של תופעה טבעית זו של פוטוסינתזה.

הנה כמה דמויות שגילו את תהליך הפוטוסינתזה, בין היתר:

יאן בפטיסטה

פוטוסינתזה חלקית התגלתה בשנות ה 1600- על ידי מדען בשם יאן בטיסטה ואן הלמונט.

הוא היה כימאי בלגי כמו גם פיזיולוג ורופא.

הלמונט ביצע ניסויים בחמש השנים האחרונות בהשתתפות ערבות שהוא מגדל בעציצים. על ידי שימוש בקרקע. וגם הושם בסביבה מבוקרת.

עצי ערבה בזהירות והושקו לתקופה של 5 שנים.

בתום הניסוי שלו אז הסיק הלמונט שגידול העץ הוא תוצאה של חומרים מזינים שהתקבלו מהמים.

מסקנתו של הלמונט היא המדויקת ביותר אך הניסויים שלו מוכיחים גם כי מים תורמים לצמיחת הצמחים.

ג'וזף פריסטלי

ג'וזף פריסטלי היה מדען שתרם גם לגילוי הפוטוסינתזה.

הוא נולד בשנת 1733 ומאוחר יותר הפך כימאי, שר, פילוסוף טבע, מחנך ותיאורטיקן פוליטי.

הניסויים שערך ג'וזף פריסטלי כללו הנחת נר דולק בצנצנת אטומה.

ואז, בשנת 1774, התוצאות של ניסויים אלה פורסמו בספרו שכותרתו "ניסויים ותצפיות על מיני מים שונים, כרך א '".

למרות שפריסטלי לא ידע אז, הניסוי הוכיח שאוויר מכיל חמצן.

יאן אינגנהוש

יאן אינגנהוש הוא מדען נוסף שתרם גם לגילוי הפוטוסינתזה.

הוא היה כימאי, ביולוג ופיזיולוג הולנדי שביצע ניסויים חשובים בסוף 1770 שהוכיחו כי צמחים מייצרים חמצן.

לאחר מכן הניח ינהאוש את הצמח השקוע בשמש ואז בצל.

ואז הבחין בבועות הזעירות שיצרו הצמחים כשהיו בשמש.

עד שהועברו לבועת צבע שכבר אינה מיוצרת על ידי צמח זה.

לאחר מכן הסיק Ingenhousz כי צמחים יכולים להשתמש באור לייצור חמצן.

ז'אן סנבייר

בשנת 1796, ז'אן סנבייר, בוטנאי שוויצרי, כומר וחוקר טבע קובע כי צמחים סופחים פחמן דו חמצני ומשחררים חמצן באמצעות אור שמש שמש.

בתחילת המאה ה -19 ניקולה-תיאודור דה סוסור גם סיפק מידע שבעוד צמחים זקוקים לפחמן דו תחמוצת, הגידול במסת הצומח שגדל אינו תוצאה של פחמן דו חמצני בלבד אלא גם של ספיגת מים.

יוליוס רוברט מאייר

בשנות ה -40 של המאה העשרים הצהיר יוליוס רוברט מאייר, רופא ופיזיקאי גרמני, כי לא ניתן ליצור ולא להרוס אנרגיה.

זה ידוע כחוק הראשון של התרמודינמיקה. הוא הציע לצמחים להמיר אנרגיית אור לאנרגיה כימית.

יוליוס סאקס

בשנים 1862-1864 יוליוס זאקס חקר כיצד מייצר עמילן בהשפעת אור וכיצד הוא מתייחס לכלורופיל.

בסופו של דבר זה הביא אותו לרשום את המשוואה הכללית לפוטוסינתזה (6CO2 + 6H2O2 → (עם אנרגיית אור) C6H12O6 + 6O2 /).

3. פונקצית פוטוסינתזה

להלן כמה מהפונקציות או המטרות של צמחים המבצעים פוטוסינתזה, כולל הפעולות הבאות:

1. הפקת גלוקוז

תפקידה של הפוטוסינתזה הראשונה הוא ליצור חומר מזון בצורת גלוקוז לאחר מכן זה ישמש כדלק בסיסי ואז יעובד שוב כדי להפוך לחומר מזון שניתן לצרוך אַחֵר.

התוצאה של התהליך המעובד היא בצורת חלבון ושומן הכלולים בצמחים.

חומרים מעובדים אלה יספקו אז יתרונות לבני אדם ובעלי חיים לצריכה.

2. לייצר O2 ולהפחית CO2

תהליך הפוטוסינתזה, הדורש פחמן דו חמצני, יכול למעשה לעזור לנו להפחית את רמות הפחמן הדו-חמצני בסביבה.

וכפי שאנו כבר יודעים שאחד המוצרים החשובים ביותר של פוטוסינתזה הוא חמצן.

חמצן הוא הצורך העיקרי לבני אדם ויצורים חיים אחרים, ללא חמצן או אוויר נקי, בני אדם ודברים חיים אחרים לא ישרדו.

3. לייצר פחם

פוטוסינתזה שבוצעה על ידי צמחים כשהצמח עדיין חי התבררה ככזו להפוך שרידי צמחים שנקברו באדמה במשך שנים יכולים להפוך פֶּחָם.

זה חשוב מאוד גם בחיים של ימינו, בהתחשב בכך שלפחם יש פונקציות רבות ויתרונות שונים.

לכן, עלינו לנסות להמשיך ולשמר את הצמחים הקיימים בסביבה סביבנו.

4. תהליך פוטוסינתזה בצמחים

לצמחים יש אוטוטרופים. לאוטוטרופים עצמם יש משמעות שהם יכולים לסנתז אוכל ישירות מתרכובות אנאורגניות.

צמחים יכולים להשתמש בפחמן דו חמצני ובמים כדי לייצר את הסוכר והחמצן שהם צריכים למאכל.

האנרגיה המשמשת לביצוע תהליך זה מגיעה מתהליך הפוטוסינתזה.

להלן משוואה לתגובת הפוטוסינתזה בייצור גלוקוז, כלומר:

ניתן להשתמש בגלוקוז ביצירת תרכובות אורגניות אחרות כמו תאית והוא יכול לשמש גם כדלק.

תהליך זה מתרחש באמצעות נשימה תאית המתרחשת הן בבעלי חיים והן בצמחים.

באופן כללי, התגובה המתרחשת בנשימה תאית היא ההפוכה מהמשוואה לעיל.

בנשימה, סוכר (גלוקוז) ותרכובות אחרות מגיבים עם חמצן לייצור פחמן דו חמצני, מים ואנרגיה כימית.

לאחר מכן צמחים יתפסו אור באמצעות פיגמנט המכונה כלורופיל. פיגמנט זה יעניק לצמח את צבעו הירוק.

כלורופיל קיים באברונים המכונים כלורופלסטים. כלורופיל זה מתפקד כבולם אור אשר ישמש מאוחר יותר בתהליך הפוטוסינתזה.

למרות שכל חלקי גוף הצמח בעלי צבע ירוק מכילים כלורופלסטים, רוב האנרגיה או רובה מיוצרת בעלים.

בתוך העלה שכבות שונות של תאים המכונות מזופיל המכילות חצי מיליון כלורופלסטים למילימטר מרובע.

לאחר מכן האור מובל דרך השכבה חסרת הצבע או השקופה של האפידרמיס, אל המזופיל, שם מתרחש רוב תהליך הפוטוסינתזה.

את פני העלים באופן כללי ציפתה לציפורן העשויה שעווה הדוחה מים כדי למנוע ספיגת אור שמש ונידוף יתר של המים.

5. פוטוסינתזה באצות ובחיידקים

אצות מורכבות מכמה אצות רב-תאיות, למשל אצות לאצות מיקרוסקופיות המורכבות מתא אחד בלבד.

אף על פי שאצות אינן מורכבות במבנה כמו צמחי קרקע, הפוטוסינתזה בשניהם מתרחשת באותו אופן.

עם זאת, מכיוון שבכלורופלסטים יש לאצות סוגים שונים של פיגמנטים, אורכי הגל של האור שהם סופגים ישתנו גם הם.

כל האצות יכולות לייצר חמצן, שרובן אוטוטרופיות.

רק לחלק קטן מהם יש הטרוטרופים, מה שאומר שהם תלויים בחומרים שניתן לייצר על ידי אורגניזמים אחרים.

צמחים זקוקים לאור שמש, מים ואוויר כדי להכין לעצמם את האוכל. כל יום, החומר הירוק בעלים של הצמחים יכול לספוג אור שמש.

צמחים משתמשים באור שמש אשר יומרו מהאוויר לפחמן דו חמצני, ובמים מהאדמה אשר יומרו למזון שכבר מכיל סוכר.

לפני שמתרחש תהליך הפוטוסינתזה, רק צמחים ירוקים יכולים לבצע את התהליך מאוחר יותר מכיוון שלצמחים ירוקים יש כלורופיל.

לא רק זאת, פוטוסינתזה יכולה להתבצע גם במהלך היום בו יש אור שמש.

בנוסף לאור השמש, הצמחים זקוקים גם למים ופחמן דו חמצני בכדי לבצע את התגובות הכימיות של פוטוסינתזה.

צמחים יכולים לקבל פחמן דו חמצני (CO2) באוויר אשר מאוחר יותר ייכנס לעלי הצמח דרך הפה או פיות העלים.

באשר למים (H2O) ניתן להשיג רק דרך שורשי הצמחים אשר יועברו אחר כך לעלים דרך גבעולי הצמחים.

כאשר אור השמש נופל על פני העלה, אז הכלורופיל תופס אנרגיה מאותה אור שמש.

האור שנלכד יעבור אז דרך שכבה שקופה של האפידרמיס. ואז חזר למזופיל. זה במזופיל שרוב תהליך הפוטוסינתזה מתרחש.

לאחר מכן משתמשים באנרגיה להמרת מים לסוכר או לגלוקוז (C6H12O6) ולחמצן (O2). לאחר מכן, תוצאות תהליך הפוטוסינתזה יוכלו להפוך למזון לצמחים.

בעוד שהחמצן המיוצר ישוחרר לאחר מכן על ידי צמחים דרך הסטומטה. חמצן זה משוחרר לאוויר החופשי לשאיפה על ידי כל היצורים החיים כמו בני אדם ובעלי חיים.

6. גורמים המשפיעים על פוטוסינתזה

ישנם 4 גורמים שיכולים להשפיע על תהליך הפוטוסינתזה הדרושים לצמחים בכדי שיוכלו לבצע את תהליך הפוטוסינתזה.

אלה כוללים כלורופיל, אור שמש, מים ופחמן דו חמצני. בהמשך נביא הסבר מפורט יותר על כל מרכיב בפוטוסינתזה ומשמעותם. קרא עוד בהמשך:

1. כלורופיל

כדי להיות מסוגלים לבצע את תהליך הפוטוסינתזה, על הצמחים להכיל כלורופיל או את מה שאנו מכירים בדרך כלל כחומר ירוק בעלים.

הגדרת הכלורופיל על פי ה- KBBI היא חומר צמחי ירוק (במיוחד בעלים) החשוב ביותר בתהליך הפוטוסינתזה.

אורגניזמים או צמחים שאין בהם כלורופיל אינם יכולים לבצע את תהליך הפוטוסינתזה. בינתיים, צמחים שיש בהם כלורופיל הם אוטוטרופיים.

אלה אורגניזמים שיכולים לייצר מזון בעצמם בתהליך הפוטוסינתזה.

2. אוֹר שֶׁמֶשׁ

אחד הגורמים הפוטוסינתטיים החשובים ביותר הוא נוכחות אור השמש.

אם אין אור שמש, אז צמחים ירוקים לא יוכלו לבצע את תהליך הפוטוסינתזה הזה.

זה כמובן מה שתהליך הפוטוסינתזה יכול להתרחש רק ביום בו השמש זורחת.

לעוצמת אור השמש תהיה השפעה רבה על תהליך הפוטוסינתזה.

ככל שעוצמת האור מהשמש גבוהה יותר, כך תייצר יותר אנרגיה. כך שתהליך הפוטוסינתזה שמתרחש יהיה מהיר יותר ולהיפך.

3. מים (H2O)

בביצוע תגובות פוטוסינתטיות, צמחים אלה יזדקקו גם למים או H2O כאחד הגורמים או המרכיבים.

אם אין מים, ניתן לעכב את תהליך הפוטוסינתזה. מים ניתן להשיג רק על ידי שורשים הסופגים מים דרך האדמה.

מחסור במים בזמן הבצורת עלול לגרום לסגירת הסטומטאות בצמחים. זה יכול לגרום לספיגת הפחמן הדו-חמצני לירידה.

וגם יכול לעכב את תהליך הפוטוסינתזה. לכן, יש צורך במים בתהליך הפוטוסינתזה.

4. פחמן דו חמצני (CO2)

לא רק מים, צמחים זקוקים גם לפחמן דו חמצני או CO2 כדי להיות מסוגלים לבצע את תהליך הפוטוסינתזה.

פחמן דו חמצני יהיה מרכיב חשוב בתהליך הפוטוסינתזה. צמחים יכולים להשיג פחמן דו חמצני באוויר באמצעות stomata.

וכולל את תוצאות שאר הנשימה שבוצעו על ידי בני אדם או בעלי חיים.

ככל שיש יותר פחמן דו חמצני באוויר, כך צמחים יכולים להשתמש בחומרים דו-חמצניים רבים יותר לצורך ביצוע תהליך של פוטוסינתזה.

5. תגובת פוטוסינתזה

באופן כללי, צמחים משתמשים בפחמן דו חמצני ובמים כדי לייצר גלוקוז או סוכר כמו גם חמצן הדרוש כמזון בתהליך פוטוסינתזה בעזרת אור שמש.

להלן משוואה לתגובת הפוטוסינתזה.

6H2O + 6CO2 + אור → C6H12O6 + 6O2

מֵידָע:

H2O = מים
CO2 = פחמן דו חמצני
C6H12O6 = סוכר או גלוקוז
O2 = חמצן

7. תהליך או תגובה של פוטוסינתזה

בתהליך או בתגובה בתהליך הפוטוסינתזה, ישנם שני סוגים, כלומר התגובה לאור וחושך.

להלן תגובה של פוטוסינתזה:

7.1 תגובות קלות

תגובות האור מתרחשות בקרום התילקואידי בגראנה.

גרנה הוא מבנה שנוצר מהקרום התילקואידי הנוצר בסטרומה, שהוא אחד החללים בכלורופלסט.

בגראנה יש כלורופיל כפיגמנט הממלא תפקיד בתהליך המתמשך של הפוטוסינתזה.

תגובת האור נקראת פוטוליזה מכיוון שמתרחש תהליך הקליטה של ​​אנרגיית האור והתפרקות מולקולות המים לחמצן ומימן.

7.2 תגובה אפלה

התגובה האפלה מתרחשת בסטרומה. תגובה זו תיצור סוכר מהמרכיבים הבסיסיים של CO2 המתקבלים מהאוויר ומהאנרגיה המתקבלת מתגובת האור.

זה כבר לא דורש אור שמש, אך תגובה זו אינה יכולה להתרחש אם מחזור האור לא התרחש. מכיוון שהאנרגיה בשימוש נובעת מתגובות האור.

בתגובה האפלה ישנם שני סוגים של מחזורים, כלומר מחזור קאלין-בנסון ומחזור הצוהר.

בתוך ה מחזור קלין-בנסון, הצמח ייצר תרכובות עם מספר אטומי הפחמן שלושה, כלומר תרכובות 3-פוספוגליצראט.

מחזור זה נעזר רבות בנוכחות אנזימים רוביסקו.

תוך כדי מחזור הצוהר, הצמחים ייצרו תרכובות עם ארבעה אטומי פחמן.

האנזימים שמשחקים תפקיד במחזור השני הזה הם carboxylase phosphoenolpyruvate.

התוצר הסופי של המחזור הכהה הוא גלוקוז שישמש את הצמחים לפעילותם או יאוחסן כמאגרי אנרגיה או מזון.

ישנם שני סוגים של תהליך פוטוסינתזה. כלומר פוטוסינתזה חמצןית ופוטוסינתזה חמצנית. הנה הסבר מלא:

1. פוטוסינתזה חמצן

פוטוסינתזה חמצןית היא התהליך הנפוץ ביותר והיא נראית בצמחים, באצות וגם בציאנובקטריה.

בתהליך הפוטוסינתזה החמצן, האור יעביר אנרגיית אלקטרונים שמגיע ממים (H2O) לפחמן דו חמצני (CO2) ויוצר בסופו של דבר פַּחמֵימָה.

בתהליך העברה זה, CO2 מופחת, או מקבל אלקטרונים, כמו כן מים יהפכו ל"מחמצנים "או יאבדו אלקטרונים.

כך שבסופו של דבר ייוצר חמצן יחד עם פחמימות.

תפקידה של פוטוסינתזה חמצןית הוא לאזן את הנשימה, הנדרש בנוכחות פחמן דו חמצני מאוחר יותר הוא יופק על ידי כל אורגניזמי הנשימה ויוחזר בצורה של חמצן לאוויר חינם.

במאמרו משנת 1998, "מבוא לפוטוסינתזה ויישומיה", אמר וים ורמאס, פרופסור מ אוניברסיטת מדינת אריזונה מעריכה כי "ללא פוטוסינתזה חמצןית, החמצן באוויר יתדלדל בתוך כמה אלפים" שָׁנָה."

2. פוטוסינתזה חמצונית

מצד שני, פוטוסינתזה אנוקסיגנית תשתמש בתורמי אלקטרונים שאינם מים. תהליך זה מתרחש בדרך כלל בחיידקים כגון חיידקים סגולים וחיידקי גופרית ירוקים.

פוטוסינתזה אנוקסידגנית זו לא תייצר חמצן, ולכן דיוויד באום, פרופסור לבוטניקה באוניברסיטת ויסקונסין מדיסון, אמר:

מה שיופק יהיה תלוי בתורם האלקטרונים.

לדוגמא, ישנם חיידקים המשתמשים בגזי ביצה ריחניים, כלומר מימן גופרתי וגופרית לייצור מוצקים כתוצרי לוואי.

8. תגובה כימית של פוטוסינתזה

בתגובת פונטוסינתזה אנרגיה מהשמש תומר לאחר מכן לאנרגיה כימית.

אנרגיה כימית זו תאוחסן בצורה של גלוקוז (סוכר).

פחמן דו חמצני, מים ואור שמש ישמשו לייצור גלוקוז, חמצן ומים.

המשוואה הכימית לתהליך פוטוסינתזה זה היא:

6CO2 + 12H2O + אור שמש → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

אם נסתכל על התגובה שלמעלה, נצרכות בתהליך 6 מולקולות של פחמן דו חמצני (6CO2) ו -12 מולקולות מים (12H2O).

באשר לגלוקוז (C6H12O6), נוצרות שש מולקולות חמצן (6O2) וגם שש מולקולות מים (6H2O).

אנו יכולים גם לפשט משוואה זו ל:

6CO2 + 12H2O + אור → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O.

8.1 סוגי תגובות כימיות

באשר לסוגים עצמם, ניתן לקבץ תגובות כימיות אלה על פי הדמיון שלהן. במטרה להצליח להקל על תהליך הלמידה.

מערכת אחת המשמשת בסיווגם מבוססת על הדרך בה ניתן לסדר אטומים בתגובות כימיות. הנה הסקירה המלאה ...

א. תגובת מיזוג

קבוצה זו יכולה להתרחש אם בין שני החומרים או יכולה לפעול יותר ואז ליצור חומר אחר

לדוגמה, מימן וחמצן מגיבים וייצרו מים, כלומר 2H2 + O2 → 2H2O

ב. תגובת פירוק

אמנם קבוצה שנייה זו יכולה להתרחש כאשר חומר אחד מתפרק והופך לחומר אחד או שהוא יכול להיות יותר

לדוגמא: 2NH3 → N2 + 3H2

ג. תגובת החלפה

בינתיים, הקבוצה האחרונה יכולה להתרחש כאשר אטום אחד מחליף אטום אחר בתרכובת.

לדוגמא כמו: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2. בתגובה זו מג מחליף את קל.

כך סקירה קצרה הפעם שנוכל להעביר. אני מקווה שהסקירות לעיל יכולות לשמש כחומר הלימוד שלך.