Forstå viktigheten og rollen til kloroplaster, klorofyll, grana, tylakoidmembraner og stroma i fotosyntese Plassering, betydning og mekanismer for fotosyntese. Studer rollene til kloroplaster, klorofyll, grana, tylakoidmembraner og stroma i fotosyntese. Encyclopædia Britannica, Inc. Se alle videoene for denne artikkelen
fotosyntese , prosessen som grønne planter og visse andre organismer forvandler lysenergi til kjemisk energi. Under fotosyntese i grønne planter fanges lysenergi og brukes til å konvertere vann , karbondioksid og mineraler til oksygen og energirike organiske stoffer forbindelser .
fotosyntese Diagram over fotosyntese som viser hvordan vann, lys og karbondioksid absorberes av en plante for å produsere oksygen, sukker og mer karbondioksid. Encyclopædia Britannica, Inc.
Fotosyntese er kritisk for det store flertallet av livet på jorden. Det er måten nesten all energi i biosfæren blir tilgjengelig for levende ting. Som primærprodusenter danner fotosyntetiske organismer basen til jordens matnett og konsumeres direkte eller indirekte av alle høyere livsformer. I tillegg skyldes nesten alt oksygen i atmosfæren prosessen med fotosyntese. Hvis fotosyntese opphørte, ville det snart være lite mat eller annet organisk materiale på jorden, de fleste organismer ville forsvinne, og jordens atmosfære ville til slutt bli nesten blottet for gassformet oksygen.
Prosessen med fotosyntese skrives ofte som: 6COto+ 6HtoO → C6H12ELLER6+ 6Oto. Dette betyr at reaktantene, seks karbondioksidmolekyler og seks vannmolekyler, omdannes av lysenergi fanget av klorofyll (underforstått av pilen) til et sukkermolekyl og seks oksygenmolekyler, produktene. Sukkeret brukes av organismen, og oksygen frigjøres som et biprodukt.
Evnen til å fotosyntetisere finnes i begge eukaryotisk og prokaryote organismer. De mest kjente eksemplene er planter, da alle unntatt få parasittiske eller mycoheterotrofe arter inneholder klorofyll og produserer sin egen mat. Alger er den andre dominerende gruppen av eukaryote fotosyntetiske organismer. Alle alger, som inkluderer massive tang og mikroskopiske kiselalger, er viktige hovedprodusenter. Cyanobakterier og visse svovelbakterier er fotosyntetiske prokaryoter, der fotosyntese utviklet seg. Ingen dyr antas å være uavhengig i stand til fotosyntese, selv om den smaragdgrønne sneglen midlertidig kan innlemme algerkloroplaster i kroppen for matproduksjon.
Eukaryote Lær mer om eukaryoter. Prokaryote Lær mer om prokaryoter.Det ville være umulig å overvurdere viktigheten av fotosyntese for å opprettholde livet på jorden. Hvis fotosyntesen opphørte, ville det snart være lite mat eller annet organisk materiale på jorden. De fleste organismer ville forsvinne, og etter hvert ville jordens atmosfære nesten være blottet for gassformig oksygen. De eneste organismer som er i stand til å eksistere under slike forhold, vil være de kjemosyntetiske bakteriene, som kan bruke den kjemiske energien til visse uorganiske forbindelser og dermed ikke er avhengig av konvertering av lysenergi.
Energi produsert av fotosyntese utført av planter for millioner av år siden er ansvarlig for fossile brensler (dvs. kull, olje og gass) som driver industrisamfunnet. I tidligere tider økte grønne planter og små organismer som matet på planter raskere enn de ble konsumert, og levningene ble avsatt i jordskorpen ved sedimentering og andre geologiske prosesser. Der, beskyttet mot oksidasjon ble disse organiske restene sakte omdannet til fossile brensler. Disse drivstoffene gir ikke bare mye av energien som brukes i fabrikker, hjem og transport, men fungerer også som råmateriale til plast og annet syntetisk Produkter. Dessverre bruker den moderne sivilisasjonen i løpet av noen få århundrer det overskudd av fotosyntetisk produksjon som er samlet over millioner av år. Følgelig blir karbondioksidet som har blitt fjernet fra luften for å lage karbohydrater i fotosyntese over millioner av år, returnert i utrolig rask hastighet. Karbondioksidkonsentrasjonen i jordens atmosfære stiger den raskeste den noensinne har hatt i jordens historie, og dette fenomenet forventes å ha implikasjoner på jordens klima .
Krav til mat, materialer og energi i en verden der menneskelig befolkningen er raskt voksende har skapt et behov for å øke både mengden fotosyntese og effektivitet konvertering av fotosyntetisk produksjon til produkter som er nyttige for mennesker. Ett svar på disse behovene - den såkalte Grønn revolusjon , startet på midten av 1900-tallet - oppnådde enorme forbedringer i jordbruksutbyttet gjennom bruk av kjemisk gjødsel, skadedyr- og plantesykdomsbekjempelse, planteoppdrett og mekanisert bearbeiding, høsting og avling. Denne innsatsen begrenset alvorlig sult til noen få områder i verden til tross for rask befolkningsvekst, men det eliminerte ikke utbredt underernæring. Begynnelsen på begynnelsen av 1990-tallet begynte dessuten å synke. Dette gjaldt spesielt for ris i Asia. Stigende kostnader forbundet med å opprettholde høye landbruksproduksjoner, som krevde stadig økende tilførsel av gjødsel og plantevernmidler og konstant utvikling av nye plantesorter, ble også problematisk for bønder i mange land.
En annen landbruksrevolusjon, basert på plante genteknologi , ble forventet å føre til økning i planteproduktivitet og dermed delvis lindre underernæring. Siden 1970-tallet har molekylærbiologer hatt midler til å endre et plantes genetiske materiale (deoksyribonukleinsyre eller DNA) med sikte på å oppnå forbedringer i motstandsdyktighet mot sykdom og tørke, produktutbytte og kvalitet, frosthardhet og andre ønskelige egenskaper. Imidlertid er slike egenskaper iboende komplekse, og prosessen med å gjøre endringer i avlingsplanter gjennom genteknologi har vist seg å være mer komplisert enn forventet. I fremtiden kan slik genteknikk føre til forbedringer i prosessen med fotosyntese, men i de første tiårene av det 21. århundre måtte den ennå ikke demonstrere at den kunne øke avlingene dramatisk.
Et annet spennende område i studien av fotosyntese har vært oppdagelsen at visse dyr er i stand til å konvertere lysenergi til kjemisk energi. Den smaragdgrønne sneglen ( Elysia chlorotica ), for eksempel, anskaffer gener og kloroplaster fra Vauchena grusomt , en alge den forbruker, noe som gir den en begrenset evne til å produsere klorofyll. Når nok kloroplaster er assimilert , kan sneglen avstå fra inntak av mat. Ertluset ( Acyrthosiphon pisum ) kan utnytte lys for å produsere de energirike forbindelse adenosintrifosfat (ATP); denne evnen har vært knyttet til bladlusens produksjon av karotenoidpigmenter.
Studiet av fotosyntese begynte i 1771 med observasjoner gjort av den engelske geistlige og forskeren Joseph Priestley. Priestley hadde brent et lys i en lukket beholder til luften i beholderen ikke lenger kunne støtte forbrenning . Han plasserte deretter en kvist som plante i beholderen og oppdaget at mynten etter flere dager hadde produsert noe stoff (senere anerkjent som oksygen) som gjorde at den lukkede luften igjen kunne støtte forbrenning. I 1779 utvidet den nederlandske legen Jan Ingenhousz Priestleys arbeid, og viste at planten måtte utsettes for lys hvis det brennbare stoffet (dvs. oksygen) skulle gjenopprettes. Han demonstrerte også at denne prosessen krevde tilstedeværelsen av plantens grønne vev.
I 1782 ble det demonstrert at den forbrenningsstøtende gassen (oksygen) ble dannet på bekostning av en annen gass, eller fast luft, som året før ble identifisert som karbondioksid. Eksperimenter med gassutveksling i 1804 viste at vektøkningen til en plante dyrket i en nøye veid gryte var resultatet av opptak av karbon, som helt kom fra absorbert karbondioksid, og vann som ble tatt opp av planterøttene; balansen er oksygen, sluppet tilbake til atmosfæren. Nesten et halvt århundre gikk før begrepet kjemisk energi hadde utviklet seg tilstrekkelig til å tillate oppdagelsen (i 1845) at lysenergi fra solen lagres som kjemisk energi i produkter dannet under fotosyntese.
hva betyr ordet fuhrer
I kjemiske termer er fotosyntese en lysenergisk oksidasjonsreduksjonsprosess . (Oksidasjon refererer til fjerning av elektroner fra et molekyl; reduksjon refererer til gevinst av elektroner av et molekyl.) I plantefotosyntese brukes lysenergien til å drive oksidasjonen av vann (HtoO), produserer oksygengass (Oto), hydrogenioner (H+) og elektroner. De fleste av de fjernede elektronene og hydrogenionene overføres til slutt til karbondioksid (COto), som er redusert til økologiske produkter. Andre elektroner og hydrogenioner brukes til å redusere nitrat og sulfat til amino- og sulfhydrylgrupper i aminosyrer, som er byggesteinene til proteiner. I de fleste grønne celler, karbohydrater - spesielt stivelse og sukker sukrose - er de viktigste direkte organiske produktene fra fotosyntese. Den totale reaksjonen der karbohydrater — representert av den generelle formelen (CHtoO) —formes under plantesyntese kan indikeres med følgende ligning:
Denne ligningen er bare et sammendrag, for prosessen med fotosyntese involverer faktisk mange reaksjoner katalysert av enzymer (organiske katalysatorer). Disse reaksjonene forekommer i to trinn: lysstadiet, bestående av fotokjemiske (dvs. lysfangende) reaksjoner; og det mørke scenen, består av kjemiske reaksjoner kontrollert av enzymer. I løpet av det første trinnet absorberes lysenergien og brukes til å drive en serie elektronoverføringer, noe som resulterer i syntesen av ATP og det elektron-donor-reduserte nikotin-adenindinukleotidfosfat (NADPH). I det mørke stadiet brukes ATP og NADPH dannet i lysfangende reaksjoner for å redusere karbondioksid til organiske karbonforbindelser. Denne assimileringen av uorganisk karbon i organiske forbindelser kalles karbonfiksering.
I løpet av det 20. århundre ga sammenligninger mellom fotosyntetiske prosesser i grønne planter og i visse fotosyntetiske svovelbakterier viktig informasjon om den fotosyntetiske mekanismen. Svovelbakterier bruker hydrogensulfid (HtoS) som kilde til hydrogenatomer og produsere svovel i stedet for oksygen under fotosyntese. Den generelle reaksjonen er
På 1930-tallet anerkjente den nederlandske biologen Cornelis van Niel at bruken av karbondioksid til å danne organiske forbindelser var lik i de to typene fotosyntetiske organismer. Foreslo at det eksisterte forskjeller i det lysavhengige stadiet og i naturen til forbindelsene som ble brukt som kilde til hydrogenatomer, foreslo han at hydrogen ble overført fra hydrogensulfid (i bakterier) eller vann (i grønne planter) til en ukjent akseptor ( kalt A), som ble redusert til HtoA. Under de mørke reaksjonene, som er like i både bakterier og grønne planter, reduseres den reduserte akseptoren (HtoA) reagerte med karbondioksid (COto) for å danne karbohydrat (CHtoO) og å oksidere den ukjente akseptoren til A. Dette antatt reaksjon kan fremstilles som:
Van Niels forslag var viktig fordi den populære (men uriktige) teorien hadde vært at oksygen ble fjernet fra karbondioksid (i stedet for hydrogen fra vann, som frigjorde oksygen) og at karbon deretter ble kombinert med vann for å danne karbohydrat (i stedet for hydrogen fra vann som kombinerte med COtofor å danne CHtoELLER).
I 1940 brukte kjemikere tunge isotoper for å følge reaksjonene fra fotosyntese. Vann merket med en isotop av oksygen (18O) ble brukt i tidlige eksperimenter. Planter som fotosyntetiseres i nærvær av vann som inneholder Hto18O produserte oksygengass som inneholder18O; de som fotosyntetiseres i nærvær av normalt vann produserte normal oksygengass. Disse resultatene ga definitiv støtte for van Niels teori om at oksygengassen produsert under fotosyntese er avledet fra vann.
