Фотосинтез: влияющие, ингибирующие и реакционные факторы

June 28, 2021
ВРазное

Список быстрого чтенияпоказывать

1.Определение фотосинтеза

2.Факторы, влияющие на скорость фотосинтеза

2.1.Интенсивность света

2.2.Концентрация углекислого газа

2.3.Температурный фактор

2.4.Содержание воды

2.5.Содержание хлорофилла

2.6.Содержание фотосинтата (результат фотосинтеза)

2.7.Стадия роста

3.Основные факторы, определяющие скорость фотосинтеза

3.1.Сила света, длина волны и температура

3.2.Уровни карбондиокси и фотодыхание

4.Факторы, тормозящие скорость фотосинтеза

5.Световые и темные реакции фотосинтеза

5.1.Световые реакции в фотосинтезе

5.2.Темная реакция в фотосинтезе

6.Основные функции фотосинтеза

6.1.Поделись этим:

6.2.Похожие сообщения:

Определение Фотосинтез

Фотосинтез это биохимический процесс образования пищевых или энергетических веществ, а именно глюкозы, осуществляемый растениями, водорослями и водорослями. необходимо несколько видов бактерий, использующих питательные вещества, углекислый газ, воду и световую энергию солнце. Практически все живые существа зависят от энергии, производимой в процессе фотосинтеза. В результате фотосинтез необходим для жизни на Земле.

instagram viewer

Фотосинтезу также приписывают производство большей части кислорода в атмосфере Земли. Организмы, вырабатывающие энергию посредством фотосинтезафотографии означает свет) называются фототрофами. Фотосинтез - это один из способов ассимиляции углерода, потому что в процессе фотосинтеза свободный углерод из СО2 связывается (фиксируется) в сахара как молекулы хранения энергии. Другой способ, которым организмы усваивают углерод, - это хемосинтез, который осуществляется рядом серобактерий.

Также читайте статьи, которые могут быть по теме: Объяснение процесса фотосинтеза, реакции и формулы

Факторы, влияющие на скорость фотосинтеза

Интенсивность света

Свет имеет два свойства, а именно волновые свойства и свойства частиц. Частичная природа света обычно выражается в фотонах и квантах, которые представляют собой пакеты энергии, имеющие свои собственные характеристики; Каждый фотон имеет определенную длину волны. Энергия каждого фотона обратно пропорциональна длине волны, поэтому длины волн фиолетового и синего света имеет энергию фотона выше, чем длина волны оранжевого и красного света (Sasmitamihardja, 1990).

Согласно Dwidjoseputro (1994), спектр света, видимый нашим глазом, может быть описан его формой волны, выраженной mµ.

Фиолетовый	Индиго	Синий	Зеленый	Желтый	апельсин	красный
430 мкм	470 мµ	500 м	560 кв.м.	600 м	650 м	760 мкм

Фундаментальный принцип поглощения света называется законом Старка Эйнштейна, который гласит, что каждый молекула может поглощать только один фотон за раз, и этот фотон вызывает возбуждение только одного фотона электрон. Электрон, который находится в стабильном основном состоянии на орбите, обычно возбужден, смещен от основного состояния (орбиты) на расстояние (до другой орбиты) в соответствии с энергией фотона, который абсорбция. Если молекула, поглощающая энергию фотона, представляет собой молекулу хлорофилла или какой-либо другой пигмент, то эта молекула тогда будет в возбужденном состоянии, и эта энергия возбуждения используется в фотосинтез. Хлорофилл или другой пигмент остается в возбужденном состоянии в течение короткого времени, обычно 10-9 секунд или меньше энергия возбуждения будет потеряна, когда электрон вернется на свою орбиту. начало.

Энергия возбуждения, индуцированная в молекуле или атоме одним фотоном, может быть потеряна тремя способами, а именно (Sasmitamihardja, 1990):

Энергия может быть потеряна в виде тепла или тепла.
Частично энергия может быть потеряна в виде тепла, а остальная часть - в виде видимого света с длиной волны, превышающей поглощенную длину волны, что называется флуоресценцией.
Энергия может быть использована для проведения химической реакции. Фотосинтез - это результат третьего процесса.

Чем ниже интенсивность света, тем ниже скорость фотосинтеза, потому что поглощенной энергии недостаточно для фотосинтеза. Длина волны, захваченная листом, определяет ширину устьичного рта. В некоторых исследованиях было обнаружено, что синий и красный свет обеспечивают значительное расширение устьиц, в то время как зеленый и желтый свет обеспечивают расширение.

Концентрация углекислого газа

Скорость фотосинтеза можно увеличить, увеличив уровень CO.₂воздуха. Однако, если уровень слишком высок, он может отравить или вызвать закрытие устьиц, что нарушит скорость фотосинтеза.

Температурный фактор

Чем выше температура, тем выше скорость фотосинтеза. Ферменты, которые работают в процессе фотосинтеза, могут работать только при оптимальной для них температуре. Как правило, скорость фотосинтеза увеличивается с повышением температуры до предела толерантности фермента.

Содержание воды

Недостаток воды или засуха вызывают закрытие устьиц, препятствуя абсорбции углекислого газа, тем самым снижая скорость фотосинтеза.

Содержание хлорофилла

Хлорофилл присутствует в хлоропластах в виде зеленых зерен. В целом хлоропласты имеют овальную форму, основной материал называется стромой, а содержащиеся в нем зерна - грана.

Согласно Dwidjoseputro (1994), факторы, влияющие на образование хлорофилла:

наследственный фактор. Образование хлорофилла, а также образование других пигментов, таких как животные и люди, несет определенный ген в хромосоме. Если этого гена нет, растение будет белым (альбиносом), как кукуруза, которая живет недолго.
В некоторых проростках покрытосеменных хлорофилл может образовываться без света. Другие растения, выращенные в темноте, не могут образовывать хлорофилл, они бледнеют (хлороз). желтоватый цвет из-за наличия протохлорофилла, похожего на хлорофилл-а, который содержит менее 2 Атомы Н. Слишком много света плохо влияет на хлорофилл. Под воздействием яркого света раствор хлорофилла выглядит менее зеленым. Мы также можем видеть это на листьях, которые постоянно подвергаются прямому воздействию света, их цвет становится желтовато-зеленым.
Ростки, выращенные в темноте, а затем помещенные на свет, не могут образовывать хлорофилл, если им не дать кислород.
Особенно в виде сахара, он способствует образованию корофилла в листьях, которые подвергаются этиолированному росту. Без сахара листья не могут производить хлорофилл.
Азот, магний. Железо, которое образует материал хлорофилла, безусловно, является обязательным условием. Дефицит любого из этих веществ вызывает у растений хлороз.
Элементы Mn, Cu, Zn. Хотя количество хлорофилла при образовании невелико, если этих элементов нет, то растение также испытает хлороз.
Недостаток воды приводит к распаду хлорофилла, как это происходит в траве и деревьях в сухой сезон.
30–480 ° C - хорошие условия для образования хлорофилла у большинства растений, но наилучшее - между 260–300 ° C.

Желтые листья указывают на пониженный уровень хлорофилла. Это снизит скорость фотосинтеза. Для производства пигментов хлорофилла растениям необходимы элементы железа (Fe), магния (Mg) и азота (N).

Содержание фотосинтата (результат фотосинтеза)

Если уровень фотосинтата, такого как сахар, снижен, скорость фотосинтеза увеличится. Когда уровень фотосинтата увеличивается или даже достигает насыщения, скорость фотосинтеза снижается.

Стадия роста

Исследования показывают, что скорость фотосинтеза у прорастающих растений намного выше, чем у зрелых. Это может быть связано с тем, что прорастающим растениям требуется больше энергии и пищи для роста.

Также читайте статьи, которые могут быть по теме: Процесс фотосинтеза и детерминанты скорости фотосинтеза по данным биологических наук

Основные факторы, определяющие скорость фотосинтеза

На процесс фотосинтеза влияют несколько факторов, а именно факторы, которые могут напрямую влиять, например, условия окружающей среды. а также факторы, которые не влияют напрямую, например, нарушение нескольких функций органов, важных для процесса фотосинтез.

На самом деле процесс фотосинтеза чувствителен к нескольким условиям окружающей среды, включая присутствие солнечного света, температуру окружающей среды и концентрацию углекислого газа (CO2). В факторах окружающей среды это известно как ограничивающий фактор и напрямую влияет на скорость фотосинтеза. Итак, вот основные факторы, определяющие скорость фотосинтеза, а именно:

Сила света, длина волны и температура

В начале 120-го века Фредерик Фрост Блэкман и Альберт Эйнштейн исследовали влияние интенсивности света и температуры на скорость ассимиляции углерода. В этом исследовании сделаны следующие выводы:

При постоянной температуре скорость ассимиляции углерода изменяется, причем выбросы сначала увеличиваются по мере увеличения выбросов. Однако при более высоких уровнях выбросов эта взаимосвязь длится недолго, и скорость ассимиляции углерода остается постоянной.
При постоянной эмиссии скорость ассимиляции углерода увеличивается с повышением температуры в ограниченном диапазоне. Этот эффект можно увидеть только при высоких уровнях выбросов. При низком уровне выбросов повышение температуры мало влияет на скорость ассимиляции углерода.

Уровни карбондиокси и фотодыхание

По мере увеличения концентрации углекислого газа уровень сахара, производимого светозависимой реакцией, увеличивается до тех пор, пока его не ограничивают другие факторы. Рубиско, фермент, который увеличивает углекислый газ в темноте, обладает сродством связывания с углеродом и кислородом. Что при высокой концентрации углекислого газа RuBisCo фиксирует углекислый газ. Однако, если концентрация углекислого газа низкая, RuBisCo будет связывать кислород, а не углекислый газ. То, что в этом процессе называется фотодыханием, использует энергию, но не производит сахар.

Также читайте статьи, которые могут быть по теме: Фотосинтез - определение, эксперимент, процесс, фактор, свет

Факторы, тормозящие скорость фотосинтеза

Свет полезен для растений, особенно в качестве энергии, которая будет использоваться для процесса фотосинтеза, то есть для образования питательных веществ. Самый большой источник света на Земле - солнечный свет. Солнечный свет является важным фактором фотосинтеза, в то время как фотосинтез это процесс, который является ключом к возникновению других метаболических процессов в организме растение. Эффект света также различается для каждого вида растений. Растения C4, C3 и CAM по-разному реагируют на физиологические реакции на влияние интенсивности, качества и продолжительности облучения солнечным светом (Onrizal, 2009).

Свет является одним из ограничивающих факторов фотосинтеза, помимо температуры, CO2 и воды. Скорость фотосинтеза прямо пропорциональна интенсивности солнечного света. Тогда чем большую интенсивность солнечного света могут получить растения, тем быстрее будет процесс образования клубней и время утилизации. Но не все длины волн поглощаются растениями, только определенные длины волн растений поглощают солнечный свет (Samadi, 2007).

Влияние интенсивности света на генеративный рост связано со скоростью фотосинтеза, который является источником энергии для процесса утилизации, который также осуществляется через механизм растительных гормонов. Недостаток солнечного света приведет к нарушению процесса фотосинтеза, вследствие чего нарушится процесс формирования вегетативных и генеративных органов, в результате у растений проявляются симптомы этиоляции. Этиоляция - это такой быстрый рост растений, когда растение помещено в темное место или в места, где отсутствует солнечный свет.

Этиоляция характеризуется несколькими симптомами, такими как:

Растения довольно быстро увеличиваются в длину или в высоту.
Клеточные стенки стеблей и листьев растений ослабевают.
Между одним сегментом и другим этиолированные растения находятся на большем расстоянии.
Возникновение хлороза - бледной окраски листьев в результате недостаточного содержания хлорофилла в растении.

Также читайте статьи, которые могут быть по теме: 4 Аэробное и анаэробное дыхание

Световые и темные реакции фотосинтеза

Процесс фотосинтеза делится на две: световые реакции и темные реакции. Световые реакции, которые происходят на тилакоидной пластине в хлоропласте, функционируют как процесс выработки энергии АТФ и НАДФН, которая будет использоваться для вступления в темные реакции и удовлетворения потребностей их клеток.

Затем темная реакция, возникающая в строме. Легкая реакция в рамках цикла Кальвина-Бенсона-Бассема производит глюкозу, сахарозу и крахмал (крахмал), которые за счет использования CO₂ (фиксация углерода)

Световые реакции в фотосинтезе

Световая реакция: светозависимая реакция: световая реакция в процессе фотосинтеза происходит в тилакоидной мембране. Внутри тилакоидной мембраны есть просвет, а снаружи тилакоидной мембраны - строма, в которой происходят световые реакции. Тилакоидная мембрана содержит интегрированный мембранный белковый комплекс, который катализирует световые реакции. В тилакоидной мембране обнаружены 4 типа белковых комплексов, а именно фотосистема II, комплекс цитохрома b6f, фотосистема I и АТФ-синтетаза. Эти 4 вида белков работают вместе, чтобы производить АТФ и НАДФН, необходимые растениям.

Две фотосистемы, а именно фотосистемы I и II, играют роль в поглощении солнечной энергии или фотонов через пигменты хлорофилла. Световая реакция начинается, когда реагирует фотосистема II. Когда пигмент хлорофилл в реакционном центре фотосистемы II поглощает фотоны, электроны в этой молекуле имеют высокую энергию, вызывая нестабильность, а затем Это вызывает цепную окислительно-восстановительную реакцию, в которой электроны перемещаются от молекулы с более высоким энергетическим уровнем к молекуле с более низким энергетическим уровнем. энергия. Этот процесс известен как цепь переноса электронов. Электроны «перетекают» из фотосистемы II на цитохром b6f в фотосистему I. В фотосистеме I электрон снова получает энергию от фотона (световую энергию). Конечный акцептор электронов - НАДФ. В реакции кислородного фотосинтеза первым акцептором электронов является вода (фотолиз), производящая кислород в качестве побочного продукта. В процессе аноксигенного фотосинтеза используются различные типы акцепторов электронов.

В световых реакциях фотосинтеза цитохромы и АТФ-синтетаза работают вместе, чтобы произвести АТФ. Этот процесс в световой реакции фотосинтеза называется фотофосфорилированием, которое происходит двумя способами: циклическим и нециклическим. При нециклическом фотофосфорилировании белок цитохрома b6f использует энергию электронов фотосистемы II для перекачки протонов из стромы в просвет. Протонный градиент, который проходит вдоль тилакоидной мембраны, создает протонодвижущую силу, которая будет использоваться АТФ-синтетазой для производства АТФ. В то время как при циклическом фотофосфорилировании белок цитохрома b6f использует энергию электронов в фотосистемах I и II для создания большего количества АТФ и остановки производства НАДФН. Циклическое фотофосфорилирование необходимо для создания АТФ и поддержания НАДФН в правильных пропорциях, чтобы поддерживать световые реакции и фотосинтез. Уравнение реакции в легких реакциях кислородного фотосинтеза выглядит следующим образом:

2H2O + 2NADP ++ 3ADP + 3Pi → O2 + 2NADPH + 3ATP

Темная реакция в фотосинтезе

Темная реакция (цикл Кальвина-Бенсона) | Фотосинтез - в строме происходят темные реакции. Называется темной реакцией, потому что она не требует световой энергии в процессе, но использует АТФ в качестве энергии и НАДФН в качестве источника электронов для преобразования CO.₂ в углеводы (не поймите меня неправильно, если темная реакция происходит в темноте, темновая реакция в процессе фотосинтеза происходит в в течение дня у большинства растений (как у растений C3, так и у растений C4, а также CAM, хотя в CAM есть различия в процессе входа CO₂ т.е. в темноте / ночи.

Фотосинтез отвечает за производство НАДФН и АТФ, а цикл Кельвина Бенсона-Бассама (CBB) использует эти высокоэнергетические молекулы (АТФ) для производства глицеральдегид-3-фосфата (G-3-P). Кроме того, G-3-P можно использовать для синтеза гексозных сахаров, которые являются основными питательными веществами для гетеротрофных организмов.

Этап I Темная реакция

Первый этап цикла CBB темновой реакции аналогичен этапу изомеризации в пути пентозофосфата (PPP). Фермент, используемый в этой реакции, имеет красный цвет (см. Рисунок выше). Фермент рубиско (сокращение от рибулозобисфосфаткарбоксилазы) катализирует реакцию карбоксилирования рибулозо-1,5-бисфосфата в двух реакциях. Во-первых, рибулозо-1-5-бисфосфат должен быть фосфорилирован ферментом фосфорибулозокиназой. Результатом этого процесса карбоксилирования являются две молекулы 3-фосфоглицерата (3-фосфоглицерата).

Второй этап темной реакции

Вторая стадия цикла Кальвина-Бенсона темновой реакции аналогична тем, что является частью реакции глюконеогенеза.

3-Фосфоглицерат (3-фосфоглицерат) фосфорилируется с использованием фермента фосфоглицераткиназы с образованием 1,3-бисфосфоглицерата.
Кроме того, 1,3-бисфосфоглицерат восстанавливается с помощью НАДФН с образованием НАДФ + и глицеральдегид-3-фосфата. (Глицеральдегид-3-фосфат) с использованием фермента Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа). каждые 6 молекул глицеральдегид-3-фосфата выносятся (экспортируются) в цитоплазму растительных клеток для использования в синтезе глюкозы и в метаболических путях. другой обмен веществ.

Третья стадия темной реакции

Стадия 3 в темновом реакционном цикле Кальвина-Бенсона-Бассема - это регенерация рибулозы (рибулозы). Эта стадия имеет некоторое сходство с одной из стадий пентозофосфатного пути.

Присутствующий глицеральдегид-3-фосфат затем снова превращается в дигидроксиацетонфосфат (дигидроксиацетонфосфат / DHAP) с помощью триозофосфат-изомеразы (триозофосфат-изомеразы).
Затем дигидроксиацетонфосфат превращается во фруктозо-6-фосфат (фруктозо-6-фосфат) (F-6-P) альдолазой и фруктозобисфосфатазой (фруктозобисфосфатазой). Альдолаза конденсирует две молекулы DHAP с образованием молекулы фруктозо-1,6-бисфосфата. Затем фруктозо-1,6-бисфосфат превращается во фруктозо-6-фосфат (F-6-P) бисфосфатом фруктозы. Затем F-6-P может быть преобразован в сахар двумя ферментативными путями, а именно с помощью фосфоглюкоизомеразы и глюкозо-6-фосфатазы.
Дигидроксиацетон также может быть объединен с эритрозо-4-фосфатом с образованием седогептулозо-1,7-бисфосфата (седогептулозо-1,7-бисфосфат / SBP). Эта реакция также катализируется ферментом альдолазой.
Затем SBP дефосфорилируется бифосфатазой седогептулазы с образованием седогептулазы-7-фосфата (S7P).
Реакция сборки ферментами транскетолаза и трансальдолаза с образованием ксилулозы-5.
Фосфат (Xelulosa-5-phosphate / X5P) и рибозо-5-фосфат (Ribose-5 phosphate / R5P).
Наконец, в этой темной реакции X5P и R5P изомеризуются с использованием ферментов фосфопентозоэпимеразы и фосфопентозомеразы. для производства рибулозо-5-фосфата (рибулозо-5-фосфат), который затем может повторять цикл Кальвина-Бенсона-Бассама.

Также читайте статьи, которые могут быть по теме: Фотосинтез: реакции, примеры, функции и влияющие факторы

Основные функции фотосинтеза

Основная функция фотосинтеза - производство глюкозы как основного источника энергии для растений, в присутствии которой глюкоза также будет служить источником энергии для жира и белка. Теперь эти вещества станут источником пищи для человека и животных, поэтому процесс фотосинтеза очень важен в нашей жизни.
Процесс фотосинтеза может очистить воздух. Воздух очищается за счет поглощения углекислого газа и производства кислорода. Поэтому мы часто слышим о посадке деревьев для очистки окружающей среды, потому что в процессе фотосинтеза деревья могут быть полезны для очистки нашего воздуха.
Фотосинтезирующие способности растений в течение их жизни заставят остальную часть растений погребать в почве. Груды растений через долгое время превратят его в уголь, который является сырьем и источником энергии в современной жизни.