Fotosinteza: vplivni, zaviralni in reakcijski dejavniki
Definicija Fotosinteza
Fotosinteza je biokemični postopek za tvorbo hrane ali energijskih snovi, in sicer glukoze, ki jo izvajajo rastline, alge in alge potrebujemo več vrst bakterij, ki uporabljajo hranila, ogljikov dioksid ter vodo in svetlobo sonce. Skoraj vsa živa bitja so odvisna od energije, ki nastane pri fotosintezi. Fotosinteza je ključnega pomena za življenje na zemlji.
Fotosintezi pripisujejo tudi proizvodnjo večine kisika v zemeljski atmosferi. Organizmi, ki proizvajajo energijo s fotosintezofotografije kar pomeni svetloba) se imenujejo fototrofi. Fotosinteza je eden od načinov asimilacije ogljika, ker se pri fotosintezi prosti ogljik iz CO2 veže (fiksira) v sladkorje kot molekule za shranjevanje energije. Organizmi asimilirajo ogljik tudi s pomočjo kemosinteze, ki jo izvajajo številne žveplove bakterije.
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani: Pojasnilo fotosinteze, reakcije in formule
Dejavniki, ki vplivajo na stopnjo fotosinteze
Intenzivnost svetlobe
Svetloba ima dve lastnosti, in sicer lastnosti valov in lastnosti delcev. Narava delcev svetlobe se običajno izraža v fotonih in kvantih, ki so zavojčki energije, ki imajo svoje značilnosti; Vsak foton ima določeno valovno dolžino. Energija v vsakem fotonu je obratno sorazmerna z valovno dolžino, zato sta valovni dolžini vijolične in modre svetlobe ima fotonsko energijo večjo od valovne dolžine oranžne in rdeče svetlobe (Sasmitamihardja, 1990).
Po Dwidjoseputro (1994) lahko spekter svetlobe, ki je vidna našim očem, opišemo z njegovo valovno obliko, izraženo z mµ.
| Vijolična | Indigo | Modra | Zelena | Rumena | Oranžna | rdeča |
| 430 mµ | 470 mµ | 500 m | 560 m | 600 m | 650 m | 760mµ |
Temeljno načelo absorpcije svetlobe se imenuje Starkov Einsteinov zakon, ki pravi, da vsak molekula lahko naenkrat absorbira le en foton in ta foton povzroči, da se vzbudi le en elektrona. Elektron, ki je v stabilnem osnovnem stanju v orbiti, je običajno vznemirjen in premaknjen oddaljena od osnovnega stanja (orbite) z razdaljo (do druge orbite) glede na energijo fotona, ki je absorpcija. Če je molekula, ki absorbira energijo fotona, molekula klorofila ali kak drug pigment, potem je molekula bo nato v vzbujenem stanju in ta energija vzbujanja se uporablja v fotosinteza. Klorofil ali drug pigment bo navadno kratek čas ostal v navdušenem stanju 10–9 sekund ali manj se bo energija vzbujanja izgubila, ko se elektron vrne v svojo orbito začetek.
Energijo vzbujanja, ki jo v molekuli ali atomu povzroči en sam foton, lahko izgubimo na tri načine, in sicer (Sasmitamihardja, 1990):
- Energijo lahko izgubimo kot toploto ali toploto.
- Energijo lahko delno izgubimo kot toploto, ostalo pa kot vidno svetlobo z valovno dolžino, daljšo od absorbirane valovne dolžine, imenovane fluorescenca.
- Energijo lahko uporabimo za izvedbo kemijske reakcije. Fotosinteza je rezultat tretjega procesa.
Nižja je intenziteta svetlobe, manjša je hitrost fotosinteze, ker absorbirana energija ne zadostuje za fotosintezo. Valovna dolžina, ki jo zajame list, določa širino ustnic ožilje. V nekaterih študijah so ugotovili, da bo modra in rdeča svetloba močno razširila ustje ostnic, zelena in rumena pa širitev.
Koncentracija ogljikovega dioksida
Hitrost fotosinteze lahko povečamo s povečanjem ravni CO2 zrak. Če pa je raven previsoka, lahko zastrupi ali povzroči zapiranje ožilja, tako da se stopnja fotosinteze moti.
Faktor temperature
Višja kot je temperatura, večja je stopnja fotosinteze. Encimi, ki delujejo v procesu fotosinteze, lahko delujejo le pri njihovi optimalni temperaturi. Na splošno se hitrost fotosinteze poveča s povečanjem temperature do tolerančne meje encima.
Vsebnost vode
Pomanjkanje vode ali suša povzroči, da se stomate zaprejo, kar zavira absorpcijo ogljikovega dioksida in s tem zmanjšuje hitrost fotosinteze.
Vsebnost klorofila
Klorofil je v kloroplastih prisoten kot zelena zrna. Na splošno so kloroplasti ovalne oblike, osnovni material se imenuje stroma, medtem ko zrna, ki jih vsebuje, imenujejo grana.
Po Dwidjoseputro (1994) so dejavniki, ki vplivajo na tvorbo klorofila:
- dedni dejavnik. Tvorbo klorofila in druge pigmente, kot so živali in ljudje, nosi določen gen v kromosomu. Če tega gena ni, bo rastlina videti bela (albino), kot koruza, ki albino ne živi dolgo.
-
V nekaterih kalčkih kritosemenke lahko klorofil nastane brez potrebe po svetlobi. Druge rastline, gojene v temi, ne uspejo ustvariti klorofila, postanejo blede (kloroza) rumenkast, zaradi prisotnosti protoklorofila, podobnega klorofilu-a, ki vsebuje manj kot 2 H-atomi. Preveč svetlobe slabo vpliva na klorofil. Raztopina klorofila, izpostavljena močni svetlobi, je videti manj zelena. To lahko opazimo tudi pri listih, ki so nenehno izpostavljeni neposredni svetlobi, njihova barva postane rumenkasto zelena.
-
Kalčki, gojeni v temi in nato postavljeni na svetlobo, ne morejo tvoriti klorofila, če ne dobijo kisika.
-
Zlasti v obliki sladkorja pomaga pri tvorbi korofila v listih, ki imajo etiolirano rast. Brez sladkorja listi ne morejo proizvajati klorofila.
-
Dušik, magnezij. Železo, ki tvori klorofilni material, je seveda pogojni pogoj (mošt). Pomanjkanje katere koli od teh snovi povzroča klorozo v rastlinah.
-
Elementi Mn, Cu, Zn. Čeprav je količina le majhna pri tvorbi klorofila, če teh elementov ni, bo rastlina doživela tudi klorozo.
-
Pomanjkanje vode povzroči razpadanje klorofila, kot se v suhi sezoni pojavlja na travi in drevesih.
- 30 - 480 C je dober pogoj za tvorbo klorofila v večini rastlin, najboljši pa je med 260 - 300 C.
Rumeni listi kažejo na znižano raven klorofila. To bo zmanjšalo stopnjo fotosinteze. Za izdelavo rastlinskih klorofilnih pigmentov so potrebni elementi železa (Fe), magnezija (Mg) in dušika (N).
Vsebnost fotosinteta (rezultat fotosinteze)
Če se ravni fotosintata, kot je sladkor, zmanjšajo, se bo stopnja fotosinteze povečala. Ko se ravni fotosintata povečajo ali celo nasičijo, se bo stopnja fotosinteze zmanjšala.
Stopnja rasti
Raziskave kažejo, da je stopnja fotosinteze pri kalivih rastlinah veliko večja kot pri zrelih rastlinah. To je lahko zato, ker kalive rastline potrebujejo več energije in hrane za rast.
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani: Proces fotosinteze in determinante hitrosti fotosinteze po bioloških znanostih
Glavni dejavniki, ki določajo hitrost fotosinteze
Na postopek fotosinteze vpliva več dejavnikov, in sicer dejavniki, ki lahko neposredno vplivajo, na primer okoljske razmere pa tudi dejavniki, ki ne vplivajo neposredno, na primer motnje v delovanju več organov, pomembnih za postopek fotosinteza.
Proces fotosinteze je dejansko občutljiv na številne okoljske razmere, vključno s prisotnostjo sončne svetlobe, okoljsko temperaturo in koncentracijo ogljikovega dioksida (CO2). Pri okoljskih dejavnikih je to znano kot omejevalni dejavnik in ima neposreden vpliv na hitrost fotosinteze. Tu so torej glavni dejavniki, ki določajo hitrost fotosinteze, in sicer:
"Emitanca", valovna dolžina in temperatura svetlobne jakosti
V začetku 120. stoletja sta Frederick Frost Blackman in Albert Einstein raziskovala vpliv intenzivnosti svetlobe "emisije" in temperature na hitrost asimilacije ogljika. V tej študiji so zaključki:
- Pri konstantni temperaturi se hitrost asimilacije ogljika spreminja s prvotno naraščajočimi emisijami, ko se emisije povečujejo. Vendar pri višjih ravneh emisij to razmerje ne traja dolgo in stopnja asimilacije ogljika ostaja nespremenjena.
- Pri stalnih emisijah se stopnja asimilacije ogljika povečuje, ko temperatura narašča v omejenem območju. Ta učinek je opazen le pri visokih ravneh emisij. Pri nizkih emisijah povišanje temperature le malo vpliva na stopnjo asimilacije ogljika.
Ogljikov dioksid in fotorespiracija Tingkat
Ko se koncentracija ogljikovega dioksida povečuje, se raven sladkorja, proizvedenega z reakcijo, odvisno od svetlobe, povečuje, dokler je ne omejijo drugi dejavniki. Rubisco, encim, ki v temni reakciji poveča ogljikov dioksid, ima afiniteto za vezavo na ogljik in kisik. Ko bo koncentracija ogljikovega dioksida visoka, bo RuBisCo popravil ogljikov dioksid. Če pa je koncentracija ogljikovega dioksida nizka, bo RuBisCo vezal kisik in ne ogljikovega dioksida. Temu postopku pravimo fotodihanje, ki porablja energijo, vendar ne proizvaja sladkorja.
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani: Fotosinteza - opredelitev, eksperiment, proces, faktor, svetloba
Dejavniki, ki zavirajo hitrost fotosinteze
Svetloba je koristna za rastline, zlasti kot energija, ki jo bomo uporabili za postopek fotosinteze, tj. Za tvorbo hranil. Največji vir svetlobe na zemlji je sončna svetloba. Sončna svetloba je pomemben dejavnik za fotosintezo, medtem ko je fotosinteza je proces, ki je ključen za pojav drugih presnovnih procesov v telesu rastlina. Tudi učinek svetlobe je pri vsaki vrsti rastline različen. Rastline C4, C3 in CAM imajo različne fiziološke reakcije na vpliv intenzivnosti, kakovosti in trajanja obsevanja s sončno svetlobo (Onrizal, 2009).
Svetloba je poleg temperature, CO2 in vode eden od omejevalnih dejavnikov fotosinteze. Hitrost fotosinteze je neposredno sorazmerna z intenzivnostjo sončne svetlobe. Potem večja je intenzivnost sončne svetlobe, ki jo lahko sprejmejo rastline, hitrejši je proces nastanka gomoljev in čas odstranjevanja. Toda rastline ne absorbirajo vseh valovnih dolžin, le nekatere valovne dolžine rastlin absorbirajo sončno svetlobo (Samadi, 2007).
Učinek intenzivnosti svetlobe na generativno rast je povezan s hitrostjo fotosinteze, ki je vir energije za postopek odstranjevanja, ki je tudi prek mehanizma rastlinskih hormonov. Pomanjkanje sončne svetlobe bo povzročilo motnje v procesu fotosinteze, tako da bo moten proces oblikovanja vegetativnih in generativnih organov, zato rastline kažejo simptome etiolacije. Etiolacija je rast rastlin, ki je tako hitra, ko je rastlina postavljena v temen prostor ali kraje, kjer primanjkuje sončne svetlobe.
Za etiolacijo je značilnih več simptomov, kot so:
- Rastline doživljajo precej hitro povečanje dolžine ali višine
- Celične stene v steblih in listih rastlin so oslabljene.
- Med enim in drugim segmentom imajo etiolirane rastline daljšo razdaljo
- Pojav kloroze, ki je bledo listne barve zaradi pomanjkanja vsebnosti klorofila v rastlini.
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani: 4 Aerobno vs anaerobno dihanje
Svetlobne in temne reakcije fotosinteze
Proces fotosinteze delimo na dve, in sicer na svetlobne in temne reakcije. Svetlobne reakcije, ki se pojavijo na tilakoidni plošči v kloroplastu, delujejo kot proces pridobivanja energije ATP in NADPH, ki bo uporabljena za vstop v temne reakcije in njihove potrebe celic.
Nato temna reakcija, ki se pojavi v stromi. Svetlobna reakcija skozi cikel Calvin-Benson-Bassham proizvaja glukozo, saharozo in škrob (škrob), ki z uporabo CO2 (fiksacija ogljika)
Svetlobne reakcije pri fotosintezi
Svetlobna reakcija: svetlobno odvisna reakcija: Svetlobna reakcija v procesu fotosinteze se pojavi v tilakoidni membrani. Znotraj tilakoidne membrane je lumen, na zunanji strani tilakoidne membrane pa je stroma, kjer se pojavijo svetlobne reakcije. Tilakoidna membrana vsebuje integralni membranski beljakovinski kompleks, ki deluje kot katalizator svetlobnih reakcij. V tilakoidni membrani najdemo 4 vrste beljakovinskih kompleksov, in sicer fotosistem II, kompleks citokroma b6f, fotosistem I in ATP sintetazo. Te 4 vrste beljakovin skupaj ustvarjajo ATP in NADPH, ki jih rastline potrebujejo.
Dva fotosistema, in sicer fotosistem I in II, igrata vlogo pri absorpciji sončne energije ali fotonov s pomočjo klorofilnih pigmentov. Svetlobna reakcija se začne, ko reagira fotosistem II. Ko pigment klorofila v reakcijskem središču fotosistema II absorbira fotone, imajo elektroni v tej molekuli veliko energije, ki povzroča nestabilnost in nato To povzroči redoks verižno reakcijo, pri kateri se elektroni premikajo od molekule višjega nivoja energije do molekule nižjega nivoja energije energije. Ta postopek je znan kot veriga prenosa elektronov. Elektroni "tečejo" iz fotosistema II v citokrom b6f v fotosistem I. V fotosistemu I elektron spet dobi energijo iz fotona (svetlobna energija). Končni akceptor elektronov je NADP. V reakciji kisikove fotosinteze je prvi akceptor elektronov voda (fotoliza), ki kot odpadni produkt proizvaja kisik. Med postopkom anoksigene fotosinteze se uporabljajo različne vrste sprejemnikov elektronov.
V svetlobnih reakcijah fotosinteze citokromi in ATP sintetaza sodelujejo pri tvorbi ATP. Ta proces v svetlobni reakciji fotosinteze se imenuje fotofosforilacija, ki poteka na dva načina, in sicer ciklično in neciklično. Pri neciklični fotofosforilaciji protein citokrom b6f porablja energijo elektronov fotosistema II za črpanje protonov v stromi do lumena. Protonski gradient, ki poteka vzdolž tilakoidne membrane, ustvarja protonsko gibalno silo, ki jo bo ATP sintetaza uporabila za tvorbo ATP. Medtem ko pri ciklični fotofosforilaciji protein citokrom b6f porablja energijo iz elektronov v fotosistemih I in II, da ustvari več ATP in ustavi proizvodnjo NADPH. Ciklična fotofosforilacija je bistvenega pomena pri ustvarjanju ATP in vzdrževanju NADPH v pravih razmerjih, da se ohranijo svetlobne reakcije in fotosinteza. Enačba za reakcijo v svetlobnih reakcijah kisikove fotosinteze je naslednja:
2H2O + 2NADP ++ 3ADP + 3Pi → O2 + 2NADPH + 3ATP
Temna reakcija v fotosintezi
Temna reakcija (Calvin-Bensonov cikel) | Fotosinteza - v stromi se pojavijo temne reakcije. Imenovana je temna reakcija, ker v procesu ne potrebuje svetlobne energije, vendar kot energijo uporablja ATP in NADPH kot vir elektronov za pretvorbo CO2 v ogljikove hidrate (Ne razumite me narobe, če se temna reakcija pojavi v temi, temna reakcija v procesu fotosinteze nastopi v čez dan v večini rastlin (tako v rastlinah C3, rastlinah C4 kot tudi v CAM, čeprav obstajajo razlike v postopku vstopa v CAM CO2 torej v temi / noči.
Fotosinteza je odgovorna za tvorbo NADPH in ATP, cikel Calvin Benson-Bassham (CBB) pa uporablja te visokoenergijske molekule (ATP) za proizvodnjo gliceraldehid-3-fosfata (G-3-P). Poleg tega se lahko G-3-P uporablja za sintezo heksoznih sladkorjev, ki so glavna hranila za heterotrofne organizme.
Temna reakcija I. stopnje
Prvi korak v temnem reakcijskem ciklusu CBB je podoben koraku izomerizacije na poti pentoze fosfata (PPP). Encim, uporabljen v tej reakciji, je rdeč (glej sliko zgoraj). Encim rusko (kratica za ribulozo bisfosfat karboksilazo) katalizira reakcijo karboksilacije ribuloza-1,5-bisfosfata v dveh reakcijah. Najprej je treba fosforilirati ribulozo-1-5-bisfosfat z encimom fosforibuloza kinaza. Rezultati tega postopka karboksilacije so dve molekuli 3-fosfoglicerata (3-fosfoglicerata).
Druga stopnja temne reakcije
Druga stopnja cikla Calvin Benson temne reakcije je podobna, ker je del reakcije glukoneogeneze.
- 3-fosfoglicerat (3-fosfoglicerat) se fosforilira z uporabo encima fosfoglicerat kinaza, da nastane 1,3-bisfosfoglicerat.
- Poleg tega se 1,3-bisfosfoglicerat zmanjša z uporabo NADPH za proizvodnjo NADP + in gliceraldehid-3-fosfata (Gliceraldehid-3-fosfat) z uporabo encima gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza (gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza). vsakih 6 molekul gliceraldehid-3-fosfata se izvede (izvozi) v citoplazmo rastlinskih celic za uporabo pri sintezi glukoze in poti. druge presnove.
Tretja stopnja temne reakcije
Faza 3 v temnem reakcijskem ciklusu Calvin-Benson-Bassham je regeneracija ribuloze (ribuloze). Ta stopnja je nekoliko podobna eni od stopenj na poti pentoze-fosfata.
- Prisotni gliceraldehid-3-fosfat se nato s triozo fosfat izomerazo (trioza fosfat izomeraza) pretvori nazaj v dihidroksiaceton fosfat (dihidroksiaceton fosfat / DHAP).
- Nato se dihidroksiaceton fosfat pretvori v fruktoza-6-fosfat (fruktoza-6-fosfat) (F-6-P) z Aldolase in fruktozo bisfosfatazo (fruktoza bisfosfataza). Aldolaza kondenzira dve molekuli DHAP in tvori molekulo fruktoze-1,6-bisfosfata. Nato se fruktoza-1,6-bisfosfat s fruktozo-bisfosfatom pretvori v fruktoza-6-fosfat (F-6-P). Nato lahko F-6-P pretvorimo v sladkor po dveh encimskih poteh, in sicer s pomočjo fosfoglukoizomeraze in glukoze-6-fosfataze.
- Dihidroksiaceton lahko kombiniramo tudi z eritrozo-4-fosfatom, da nastane sedoheptuloza-1,7-bisfosfat (Sedoheptuloza-1,7-bisfosfat / SBP). To reakcijo katalizira tudi encim aldolaza.
- SBP nato defosforilira s sedoheptulazo bisfosfatazo, da nastane sedoheptulaza-7-fosfat (S7P).
- Reakcija sestavljanja encimov Transketolase in Transaldolase tvori Xylulose-5
- Fosfat (kseluloza-5-fosfat / X5P) in riboza-5-fosfat (riboza-5 fosfat / R5P).
- Končno se v tej temni reakciji X5P in R5P izomerizirata z uporabo encimov fosfopentoza epimeraza in fosfopentoza izomeraza. za proizvodnjo ribuloza-5-fosfata (ribuloza-5-fosfat), ki lahko nato ponovi cikel Calvin-Benson-Bassham.
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani: Fotosinteza: reakcije, primeri, funkcije in vplivni dejavniki
Glavne funkcije fotosinteze
- Glavna naloga fotosinteze je proizvajati glukozo kot glavni vir energije za rastline, ob prisotnosti te glukoze pa bo tvorila tudi vir maščob in beljakovin. Zdaj bodo te snovi vir hrane za ljudi in živali, zato je postopek fotosinteze zelo pomemben v našem življenju.
-
Postopek fotosinteze lahko očisti zrak. Zrak se očisti z absorpcijo ogljikovega dioksida in proizvodnjo kisika. Tako pogosto slišimo o sajenju dreves za čiščenje okolja, ker poteka postopek fotosinteze, da so drevesa lahko koristna za čiščenje našega zraka.
-
Zaradi fotosintetske sposobnosti rastlin v življenju bodo ostali ostanki rastlin pokopani v tleh. Kup rastlin bo čez dolgo postal premog, ki je v sodobnem življenju surovina in vir energije.