Fotosynteesi | miten kasvit ja jotkut mikro-organismit valmistavat hiilihydraatteja

Kasvit ja jotkin mikro-organismit tuottavat hiilihydraatteja fotosynteesin avulla. Se on endoterminen (lämpöä kuluttava) kemiallinen prosessi, jossa hiilidioksidi muutetaan auringonvalon avulla sokereiksi. Solu käyttää sokereita energiana ja muiden molekyylien rakentamiseen. Periaatteessa fotosynteesissä valoenergia muutetaan kemialliseksi energiaksi.

Fotosynteesi on elintärkeää elämälle maapallolla. Ennen fotosynteesiä maapallon ilmakehässä ei ollut vapaata happea.

Vihreät kasvit rakentavat itsensä fotosynteesin avulla. Myös levät, alkueläimet ja jotkut bakteerit käyttävät sitä. Poikkeuksena ovat eliöt, jotka saavat energiansa suoraan kemiallisista reaktioista; näitä eliöitä kutsutaan kemoautotrofeiksi.


  Auringonvalon energia, juurien imemä vesi, ilmakehän hiilidioksidi. Nämä tuottavat glukoosia ja happea fotosynteesin avulla.  Zoom
Auringonvalon energia, juurien imemä vesi, ilmakehän hiilidioksidi. Nämä tuottavat glukoosia ja happea fotosynteesin avulla.  

Fotosynteesin alkuperä

Fotosynteesi ei ole sattumaa. Se tapahtuu, koska sen rakennusaineita esiintyy luonnostaan avaruudessa, ja ne otetaan mukaan planeettojen muodostuessa. Meillä ei ole aavistustakaan siitä, kuinka yleistä tai harvinaista tämä prosessi on. Tiedämme, että korkeammat alkuaineet muodostuvat supernovissa, ja se on kaikkien heliumia korkeampien alkuaineiden alkuperä. Halleyn komeetasta löydetyt korkeammat alkuaineet on analysoitu.

Ennen fotosynteesiä maapallon ilmakehässä ei ollut juuri lainkaan happea. Jopa ilman happea joitakin yksinkertaisia elämänmuotoja olisi voinut olla olemassa. Mutta avaintapahtuma elämälle sellaisena kuin me sen tunnemme, oli Suuri happitapahtuma.

Tapoja, joilla se tehdään

Fotosynteesi voi tapahtua eri tavoin, mutta jotkin osat ovat yhteisiä.

6 CO2(g) + 6 H2 O + fotonit C6 H12 O 6(aq) + 6 O2(g)

hiilidioksidi + vesi + valoenergia → glukoosi + happi

Hiilidioksidi kulkeutuu lehteen ilmakehästä diffuusiolla silmäkuoppien kautta.

Vesi imeytyy maaperästä juurikarvojen soluihin, joiden pinta-ala on kasvanut veden imeytymistä varten.

Fotosynteesi tapahtuu lehtien (tai muiden vihreiden kudosten) kloroplasteissa. Ne sisältävät klorofylliä, vihreää pigmenttiä, joka absorboi valoenergiaa. Lehdissä kloroplasteja on palisadesoluissa, jotka sieppaavat valoa.

Happea syntyy fotosynteesin tuloksena ja vapautuu ilmakehään hengityksen kautta. Kaikki ilmakehän happi on peräisin kasveista (myös fotosynteesiä tekevistä mikro-organismeista).

Glukoosia käytetään hengitykseen (energian vapauttamiseen soluissa). Se varastoidaan tärkkelyksen muodossa (joka muuttuu pimeässä takaisin glukoosiksi hengitystä varten). Glukoosia voidaan muuntaa myös muiksi kasvussa ja lisääntymisessä tarvittaviksi yhdisteiksi, kuten selluloosaksi, nektariksi, fruktoosiksi, aminohapoiksi ja rasvoiksi.



 

Prosessi

Fotosynteesissä on kaksi pääreaktiokokonaisuutta (vaihetta). Valosta riippuvaiset reaktiot, jotka tarvitsevat valoa toimiakseen, ja valosta riippumattomat reaktiot, jotka eivät tarvitse valoa toimiakseen.

Valosta riippuvainen vaihe

Auringon valoenergiaa käytetään vesimolekyylien pilkkomiseen (fotolyysi). Auringonvalo osuu kasvin kloroplasteihin. Tämä saa entsyymin jakamaan vettä. Jakautuessaan vesi antaa happea, vetyä ja elektroneja.

Vety ja valon virittämät elektronit muuttavat NADP:n NADPH:ksi, jota sitten käytetään valosta riippumattomissa reaktioissa. Happikaasu diffundoituu ulos kasvista fotosynteesin jätetuotteena, ja ATP syntetisoidaan ADP:stä ja epäorgaanisesta fosfaatista. Tämä kaikki tapahtuu kloroplastien granassa.

Pimeä vaihe

Tässä reaktiossa sokerit muodostuvat hiilidioksidista ja valosta riippuvaisten reaktioiden tuotteista (ATP ja NADPH) sekä erilaisista muista Calvinin syklin kemikaaleista, joita kasvissa esiintyy. Valosta riippumaton reaktio ei siis voi tapahtua ilman valosta riippuvaista reaktiota. Hiilidioksidi diffundoituu kasviin, ja yhdessä kloroplastissa olevien kemikaalien, ATP:n ja NADPH:n kanssa syntyy glukoosia, joka lopulta kuljetetaan ympäri kasvia translokaation avulla.



 Kloroplastin kaavio  Zoom
Kloroplastin kaavio  

Fotosynteesiin vaikuttavat tekijät

tarkastella - keskustella - muokata

-4500 -

-

-4250 -

-

-4000 -

-

-3750 -

-

-3500 -

-

-3250 -

-

-3000 -

-

-2750 -

-

-2500 -

-

-2250 -

-

-2000 -

-

-1750 -

-

-1500 -

-

-1250 -

-

-1000 -

-

-750 -

-

-500 -

-

-250 -

-

0 -

Fotosynteesiin vaikuttaa kolme päätekijää:

Valon voimakkuus

Jos kasvi saa vain vähän valoa, valosta riippuvaiset reaktiot eivät toimi tehokkaasti. Tämä tarkoittaa, että fotolyysi (veden hajottaminen valon vaikutuksesta) ei tapahdu nopeasti, ja siksi NADPH:ta ja ATP:tä muodostuu vähän. Tämä NADPH:n ja ATP:n vähyys johtaa siihen, että valosta riippumattomat reaktiot eivät toimi, koska valosta riippumattomat reaktiot tarvitsevat NADPH:ta ja ATP:tä toimiakseen.

Vaadittava valon voimakkuus on helppo tutkia vesikasvien, kuten lammikoiden, kohdalla. Vapautuvat happikuplat voidaan laskea tai niiden tilavuus mitata. Muuttamalla valon ja kasvin välistä etäisyyttä saadaan valon voimakkuus vaihtelemaan. Valon voimakkuuden muutos vaikuttaa fotosynteesin nopeuden muutokseen. Pimeässä voidaan käyttää keinovalaistusta fotosynteesinopeuden maksimoimiseksi.

Hiilidioksidipitoisuus

Hiilidioksidia käytetään valosta riippumattomissa reaktioissa. Se yhdistyy NADPH:n ja ATP:n sekä useiden muiden kemikaalien kanssa glukoosiksi. Jos hiilidioksidia ei siis ole riittävästi, NADPH:ta ja ATP:tä kertyy liian vähän eikä glukoosia muodostu riittävästi.

Lämpötila

Fotosynteesireaktioissa toimii monia entsyymejä, kuten fotolyysin entsyymi. Kaikki entsyymit toimivat parhaiten optimilämpötilassaan. Kaikki valosta riippuvaiset ja valosta riippumattomat reaktiot tapahtuvat normaalisti keskimääräisessä tai optimaalisessa lämpötilassa. Trooppisilla kasveilla on korkeampi lämpötilaoptimi kuin lauhkeaan ilmastoon sopeutuneilla kasveilla.

Kun lämpötilat ovat liian alhaiset, liike-energiaa on vähän, joten reaktionopeus laskee. Jos lämpötila on liian korkea, entsyymit denaturoituvat ja fotosynteesireaktion katalyysi pysähtyy.

Kasvihuoneissa on säilytettävä optimaalinen lämpötila, jotta kasvit voivat toimia normaalisti.



 

Varhainen evoluutio

Ensimmäiset fotosynteettiset organismit kehittyivät todennäköisesti elämän historian alkuvaiheessa. Ne ovat saattaneet käyttää elektronien lähteenä veden sijasta pelkistäviä aineita, kuten vetyä tai rikkivetyä. Syanobakteerit ilmestyivät myöhemmin, ja niiden tuottama ylimääräinen happi aiheutti happikatastrofin. Tämän jälkeen monimutkaisen elämän kehittyminen oli mahdollista.

Tehokkuus

Nykyään fotosynteesin avulla saadaan maailmanlaajuisesti keskimäärin noin 130 terawattia energiaa. Tämä on noin kuusi kertaa suurempi kuin ihmisen sivilisaation nykyisin käyttämä teho. Fotosynteettiset organismit muuttavat myös noin 100-115 miljardia miljoonaa tonnia hiiltä biomassaksi vuodessa.



 

Aiheeseen liittyvät sivut



 

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on fotosynteesi?


V: Fotosynteesi on prosessi, jonka avulla kasvit ja jotkin mikro-organismit muuttavat hiilidioksidia sokereiksi auringonvalon avulla. Siinä valoenergia muutetaan kemialliseksi energiaksi.

K: Mitkä ovat fotosynteesin tuotteet?


V: Fotosynteesin tuotteet ovat hiilihydraatteja, joita solut käyttävät energiana ja muiden molekyylien rakentamiseen.

K: Miten fotosynteesi vaikuttaa elämään maapallolla?


V: Fotosynteesi on elintärkeä maapallon elämälle, koska sen ansiosta ilmakehään tuli vapaata happea. Ilman sitä maapallolla ei olisi elämää.

K: Kuka käyttää fotosynteesiä?


V: Vihreät kasvit, levät, alkueliöt ja jotkut bakteerit käyttävät fotosynteesiä. Joitakin organismeja, jotka saavat energiansa kemiallisista reaktioista, kutsutaan kemoautotrofeiksi, eivätkä ne käytä fotosynteesiä.

K: Onko fotosynteesi eksoterminen vai endoterminen reaktio?


V: Fotosynteesi on endoterminen reaktio, eli se vaatii lämpöä tapahtuakseen.

K: Millaiseksi energiaksi fotosyteesi muuttaa valon?



V: Fotosyteesi muuttaa valoenergian kemialliseksi energiaksi.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3