Értse meg a kloroplasztok, a klorofill, a grana, a thilakoid membránok és a sztromák fontosságát és szerepét a fotoszintézis során A fotoszintézis helye, fontossága és mechanizmusai. Tanulmányozza a kloroplasztok, a klorofill, a grana, a thilakoid membránok és a stroma szerepét a fotoszintézis során. Encyclopædia Britannica, Inc. Tekintse meg a cikk összes videóját
fotoszintézis , az a folyamat, amellyel zöld növények és bizonyos más organizmusok átalakítják a fényenergiát kémiai energiává. A zöld növények fotoszintézise során a fényenergiát megfogják és átalakításra használják víz , szén-dioxid és ásványi anyagok oxigén- és energiadús szerves anyaggá vegyületek .
fotoszintézis A fotoszintézis diagramja azt mutatja, hogy a növény, a víz, a fény és a szén-dioxid hogyan szívódik fel oxigén, cukrok és több szén-dioxid előállítására. Encyclopædia Britannica, Inc.
Legfontosabb kérdésekA fotoszintézis kritikus jelentőségű a Föld életének túlnyomó többsége számára. Ez az a mód, ahogy a bioszféra gyakorlatilag minden energiája elérhetővé válik az élőlények számára. Elsődleges termelőként a fotoszintetikus organizmusok képezik a Föld táplálékhálóinak alapját, és közvetlenül vagy közvetve minden magasabb életforma elfogyasztja őket. Ezenkívül a légkörben lévő összes oxigén a fotoszintézis folyamatának köszönhető. Ha megszűnik a fotoszintézis, hamarosan kevés élelmiszer vagy egyéb szerves anyag lesz a Földön, a legtöbb organizmus eltűnik, és a Föld légköre végül szinte hiányzik a gáznemű oxigéntől.
A fotoszintézis folyamatát általában így írják: 6COkettő+ 6HkettőO → C6.H12.VAGY6.+ 6Okettő. Ez azt jelenti, hogy a reagenseket, hat szén-dioxid-molekulát és hat vízmolekulát a klorofill által megfogott (a nyíllal jelzett) fényenergia átalakítja cukormolekulává és hat oxigénmolekulává, a termékké. A cukrot a szervezet használja fel, és az oxigén melléktermékként szabadul fel.
A fotoszintetizálás képessége megtalálható mindkettőben eukarióta és prokarióta organizmusok. A legismertebb példák a növények, mivel csak néhány parazita vagy mikoheterotróf faj tartalmaz klorofillt, és saját táplálékot állít elő. Algák az eukarióta fotoszintetikus organizmusok másik domináns csoportja. Az összes alga, amely masszív moszatot és mikroszkopikus diatómát tartalmaz, fontos őstermelő. Cianobaktériumok és bizonyos kénbaktériumok fotoszintetikus prokarióták, amelyekben a fotoszintézis kialakult. Úgy gondolják, hogy egyetlen állat sem képes önállóan fotoszintézisre, bár a smaragdzöld tengeri csiga ideiglenesen be tudja építeni az alga kloroplasztokat a szervezetébe élelmiszer-előállítás céljából.
Eukarióta Tudjon meg többet az eukariótákról. Prokarióta További információ a prokariótákról.Lehetetlen lenne túlbecsülni a fotoszintézis fontosságát a Föld életének fenntartásában. Ha megszűnik a fotoszintézis, hamarosan kevés élelmiszer vagy egyéb szerves anyag lesz a Földön. A legtöbb organizmus eltűnik, és idővel a Föld légköre szinte mentes lesz a gáznemű oxigéntől. Az egyetlen organizmus, amely képes ilyen körülmények között létezni, a kemoszintetikus baktériumok lennének, amelyek hasznosítani tudják bizonyos szervetlen vegyületek kémiai energiáját, és így nem függenek a fényenergia átalakulásától.
Az üzemek által évmilliókkal ezelőtt végzett fotoszintézis által előállított energia felelős a fosszilis tüzelőanyagokért (azaz a szénért, a olaj és gáz), amely az ipari társadalmat hatja. Az elmúlt korokban a zöld növények és a növényekkel táplálkozó kisméretű organizmusok gyorsabban növekedtek, mint amennyit elfogyasztottak, és maradványaikat ülepítés és más geológiai folyamatok tették a földkéregbe. Ott védve oxidáció , ezek a szerves maradványok lassan fosszilis tüzelőanyagokká alakultak. Ezek az üzemanyagok nemcsak a gyárakban, otthonokban és a szállításban felhasznált energia nagy részét biztosítják, hanem a műanyagok és más szintetikus Termékek. Sajnos a modern civilizáció néhány évszázad alatt felhasználja a fotoszintetikus termelés többletét, amelyet évmilliók alatt felhalmoztak. Következésképpen az a szén-dioxid, amelyet a fotoszintézis során több millió év alatt a levegőből eltávolítottak a szénhidrátok előállításához, hihetetlenül gyors ütemben tér vissza. A Föld légkörében a szén-dioxid-koncentráció a leggyorsabban növekszik, ami valaha volt a Föld történetében, és ennek a jelenségnek várhatóan jelentős következményei a Földön éghajlat .
Élelmiszerekre, anyagokra és energiára vonatkozó követelmények egy olyan világban, ahol emberi a népesség gyorsan növekszik, szükségessé vált mind a fotoszintézis, mind a hatékonyság a fotoszintetikus kimenet átalakítása az emberek számára hasznos termékekké. Egy válasz ezekre az igényekre - az ún Zöld forradalom század közepén kezdődött - óriási javulást ért el a mezőgazdasági termésmennyiségben vegyi műtrágyák, kártevők és növényi betegségek elleni védekezés, növénynemesítés és gépesített talajművelés, betakarítás és növények feldolgozása révén. Ez az erőfeszítés a súlyos népesség éhínségét a világ néhány területére korlátozta a népesség gyors növekedése ellenére, de nem szüntette meg az elterjedt alultápláltságot. Ráadásul az 1990-es évek elejétől a főbb növények termésmennyiségének növekedési üteme csökkent. Ez különösen igaz az ázsiai rizsre. A magas mezőgazdasági termelés fenntartásával járó növekvő költségek, amelyekhez egyre nagyobb mennyiségű műtrágya és növényvédő szer szükséges, valamint új növényfajták folyamatos fejlesztése szükséges, szintén sok országban problémássá vált a gazdálkodók számára.
A második mezőgazdasági forradalom, növényi alapon génmanipuláció , az előrejelzések szerint az üzemek termelékenységének növekedését, és ezáltal részben enyhíteni alultápláltság. Az 1970-es évek óta a molekuláris biológusok rendelkeznek a növény genetikai anyagának (dezoxiribonukleinsav vagy DNS) megváltoztatásának eszközeivel, hogy javítsák a betegségekkel és az aszályval szembeni ellenállást, a termék hozamát és minőségét, a fagyságot és egyéb kívánatos tulajdonságokat. Ezek a tulajdonságok azonban eredendően bonyolultak, és a növényi növények géntechnológiával történő megváltoztatásának folyamata a vártnál bonyolultabbnak bizonyult. A jövőben az ilyen géntechnológia javíthatja a fotoszintézis folyamatát, de a 21. század első évtizedeire még be kellett bizonyítania, hogy ez drámai módon növelheti a terméshozamot.
A fotoszintézis vizsgálatának másik érdekes területe az a felfedezés volt, hogy bizonyos állatok képesek a fényenergiát kémiai energiává alakítani. A smaragdzöld tengeri csiga ( Elysia chlorotica ) például géneket és kloroplasztokat szerez Vauchena kavicsos , an alga fogyaszt, korlátozott képességet biztosítva a klorofill előállítására. Amikor elegendő kloroplaszt van asszimilálódott , a csiga lemondhat az élelmiszer lenyeléséről. A borsó levéltetű ( Acyrthosiphon pisum ) fényt hasznosíthat az energiadús előállításához összetett adenozin-trifoszfát (ATP); ez a képesség a levéltetű karotinoid pigmentek gyártásával függ össze.
A fotoszintézis tanulmányozása 1771-ben kezdődött Joseph Priestley angol lelkész és tudós megfigyeléseivel. Priestley egy gyertyát égetett egy zárt edényben, amíg a tartályban lévő levegő már nem tudott eltartani égés . Ezután elhelyezett egy szálat mint növényt a tartályba, és felfedezte, hogy néhány nap múlva a pénzverde termelt valamilyen anyagot (később oxigénnek ismerték el), amely lehetővé tette a zárt levegő számára az égés újbóli támogatását. 1779-ben Jan Ingenhousz holland orvos kibővítette Priestley munkáját, megmutatva, hogy a növényt fénynek kell kitenni, ha helyre akarják állítani az éghető anyagot (azaz oxigént). Kimutatta azt is, hogy ehhez a folyamathoz a növény zöld szöveteinek jelenléte szükséges.
1782-ben bebizonyosodott, hogy az égést támogató gáz (oxigén) egy másik gáz vagy fix levegő rovására keletkezett, amelyet az előző évben szén-dioxidként azonosítottak. Az 1804-es gázcserélési kísérletek azt mutatták, hogy a gondosan lemért edényben termesztett növény súlygyarapodása a szén felvételéből származott, amely teljes egészében az abszorbeált szén-dioxidból és a növény gyökerei által felvett vízből származott; az egyensúly oxigén, visszavezetve a légkörbe. Csaknem fél évszázad telt el azelőtt, hogy a kémiai energia koncepciója eléggé kifejlődött ahhoz, hogy lehetővé tegyék annak felfedezését (1845-ben), hogy a napból származó fényenergia kémiai energiaként tárolódik a fotoszintézis során keletkező termékekben.
1940-ben a britani csata:
Kémiai szempontból a fotoszintézis fényáram oxidációs – redukciós folyamat . (Az oxidáció az elektronok eltávolítását jelenti egy molekulából; a redukció az elektronok molekula általi nyereségét jelenti.) A növényi fotoszintézis során a fény energiáját a víz (HkettőOxigént (Okettő), hidrogénionok (H+) és elektronok. Az eltávolított elektronok és hidrogénionok nagy része végül szén-dioxidba (COkettő), amelyet ökológiai termékekké redukálnak. Más elektronokat és hidrogénionokat használnak a nitrát és a szulfát aminosav- és szulfhidrilcsoportokká történő redukálására az aminosavakban, amelyek a fehérjék építőkövei. A legtöbb zöld sejtben a szénhidrátok - különösen a keményítő és a cukor szacharóz - a fotoszintézis legfontosabb közvetlen szerves termékei. Az általános reakció, amelyben a szénhidrátok - az általános képlettel (CHkettőO) - a növény fotoszintézise során keletkeznek, a következő egyenlettel lehet jelezni:
Ez az egyenlet csupán összefoglaló megállapítás, mivel a fotoszintézis folyamata valójában számos reakciót tartalmaz, amelyeket enzimek (szerves katalizátorok) katalizálnak. Ezek a reakciók két szakaszban fordulnak elő: a fény szakasza, amely fotokémiai (azaz fény megkötő) reakciókból áll; és a sötét színpad, tartalmaz enzimek által vezérelt kémiai reakciók. Az első szakaszban a fény energiája elnyelődik, és egy elektrontranszfer-sorozat meghajtására szolgál, amelynek eredményeként a ATP és az elektrondonor-redukált nikotin-adenin-dinukleotid-foszfát (NADPH). A sötét szakaszban a fénymegkötő reakciókban képződött ATP-t és NADPH-t arra használják, hogy a szén-dioxidot szerves szén-vegyületekké redukálják. A szervetlen szén szerves vegyületekké történő asszimilációját szén-fixációnak nevezzük.
A 20. század folyamán a zöld növények fotoszintetikus folyamatainak és egyes fotoszintetikus kénbaktériumok összehasonlítása fontos információkat szolgáltatott a fotoszintetikus mechanizmusról. A kénbaktériumok hidrogén-szulfidot (HkettőS) hidrogénatomforrásként és oxigén helyett ként termel a fotoszintézis során. A teljes reakció az
Az 1930-as években Cornelis van Niel holland biológus felismerte, hogy a szén-dioxid felhasználása szerves vegyületek képződéséhez hasonló volt a két fotoszintetikus organizmusban. Azt javasolva, hogy a fényfüggő szakaszban és a hidrogénatomforrásként használt vegyületek jellegében különbségek vannak, javasolta, hogy a hidrogén átkerüljön a hidrogén-szulfidból (baktériumokban) vagy a vízből (zöld növényekben) egy ismeretlen akceptorba ( nevű A), amelyet H-ra redukáltakkettőA. A sötét reakciók során, amelyek mind a baktériumokban, mind a zöld növényekben hasonlóak, a redukált akceptor (HkettőA) szén-dioxiddal (COkettő) szénhidrát (CHkettőO) és az ismeretlen akceptort A -vá oxidálni vélt reakció a következőképpen ábrázolható:
Van Niel javaslata azért volt fontos, mert a népszerű (de helytelen) elmélet az volt, hogy az oxigént eltávolították a szén-dioxidból (nem pedig a hidrogént a vízből, oxigént szabadítva fel), és hogy a szén ezután vízzel kombinálva szénhidrátot képzett CO-valkettőhogy CH-t képezzenkettőVAGY).
1940-re a vegyészek nehéz izotópokat használtak a fotoszintézis reakcióinak követésére. Az oxigén izotóppal jelölt víz (18.Az O) -t korai kísérletekben használták. H-t tartalmazó víz jelenlétében fotoszintetizáló növényekkettő18.O oxigént tartalmazó gáz keletkezett18.O; azok, amelyek normál víz jelenlétében fotoszintetizálnak, normál oxigéngázt termeltek. Ezek az eredmények végérvényesen alátámasztották Van Niel elméletét, miszerint a fotoszintézis során keletkező oxigéngáz vízből származik.
![„Itt állok”: Tameka Raymond elmeséli, hol áll az új emlékiratban [2. rész]](https://asayamind.com/img/books/8F/here-i-stand-tameka-raymond-tells-us-where-she-stands-in-new-memoir-part-2-1.jpeg)
