Что происходит в световую и темновую фазы фотосинтеза – в какое время суток происходят световая и темновая фазы фотосинтеза? каковы энергетические преобразования?

световая фаза, темновая фаза, фотодыхание, хемосинтез

Что такое фотосинтез?Что такое фотосинтез?

Фотосинтез – это синтез сложных молекул из более простых под действием фотонов света, в результате которого световая энергия трансформируется в химическую. Продуктами первой фазы фотосинтеза являются НАДФ и АТФ (аденозинтрифосфат) — универсальные источники энергии для всех биохимических реакций, протекающих в живых организмах. Во второй фазе НАДФ и АТФ участвуют в синтезе более стабильных органических молекул, позволяющих хранить энергию (крахмал и ряд других углеводов).

Не только растения, но и многие одноклеточные способны к фотосинтезу благодаря специальным органоидам, которые называются хлоропластами. Хлоропласты состоят из двух мембран и стопок (граны), которые содержат диски (тилакоиды). Внутреннее вещество, находящиеся между гранами и мембраной, называется стромой. Фотосинтез делят на две фазы: световую и темновую. Рассмотрим каждую из них.

Из чего состоит хлоропласт?Из чего состоит хлоропласт?

Световая фаза

Световая фаза происходит на мембранах тилакоидов, которые содержат хлорофилл. Фотоны света действуют на хлорофилл, возбуждают его и приводят к выделению электронов на мембрану (это первая фотосистема). Когда хлорофилл теряет все свои электроны, фотоны света действуют на воду, вызывая фотолиз воды (это вторая фотосистема). В результате фотолиза протоны водорода накапливаются на внутренней мембране тилакоидов, а из гидроксильных ионов получается кислород (побочный продукт). Более того, вторая фотосистема восполняет утраченные электроны первой фотосистемы.

Когда количество протонов водорода и электронов достигает максимума, запускается специальный переносчик, называемый АТФ-синтаза. АТФ-синтаза выталкивает протоны водорода в строму где их подхватывает НАДФ, который вместе с полученным водородом переходит дальше в темновую фазу. Прохождение протонов водорода через АТФ-синтазу сопровождается фосфорилированием, другими словами — синтезом АТФ из АДФ и фосфата.

Стоит отметить, что обе фотосистемы реагируют на световые волны различной длины. Цель их работы – запастись энергией для синтеза сложных органических молекул из простых неорганических, а именно, запастись АТФ и НАДФ·H2, которые активно используются в темновой фазе.

Темновая фаза

Темная стадия фотосинтеза – сложный процесс, в котором НАДФ·H2 и АТФ используются для производства молекул углеводов (сахаров). В отличие от световой фазы, ее процессы могут происходить как на свету, так и в темноте. Разберемся, как темновая фаза фотосинтеза работает, какие у нее преимущества и почему она важна.

Темная фаза фотосинтеза происходит внутри органелл хлоропластов и ​​напрямую зависит от продуктов, полученных в световой фазе. Рибулозобисфосфат, присоединяясь к газообразному углекислому газу (CO2) из воздуха, приводит к образованию органических соединений, главным образом углеводов или сахаров, молекулы которых содержат углерод, водород и кислород. Этот цикл трансформации называется циклом Кальвина.

Выделяют три стадии темновой фазы:

  1. Углеродная фиксация.
  2. Восстановление.
  3. Регенерация.

После образования глюкозы происходит последовательность химических реакций, которая приводит к образованию крахмала и ряда других углеводов. С помощью этих продуктов растение производит липиды (жиры) и белки, необходимые для формирования растительной ткани. Полученный крахмал смешивается с водой, содержащейся в листьях, через крошечные трубки в стебле растения транспортируется к корням, где формируются его основные запасы. Также крахмал используется для производства целлюлозы, основного компонента древесины.

Стоит отметить, что темновая фаза является донором НАДФ+ и АДФ + Ф для световой фазы.

Фотосинтез: простая схемаФотосинтез: простая схемаУпрощенная схема фотосинтеза

С3-фотосинтез

Растения, использующие для фиксации углекислого газа из воздуха лишь цикл Кальвина, известны как растения C3. На первом этапе цикла CO2 реагирует с RuBP с образованием двух 3-углеродных молекул 3-фосфоглицериновой кислоты (3-PGA). Отсюда и происходит обозначение C3 для растений, использующих этот цикл.

Весь процесс, от захвата световой энергии до производства сахара, происходит внутри хлоропласта. Световая энергия улавливается нециклическим процессом транспорта электронов, который использует тилакоидные мембраны.

Около 85% видов растений являются растениями С3. Приведем примеры:

  • Пшеница
  • Рис
  • Ячмень
  • Овес
  • Рожь
  • Арахис
  • Хлопок
  • Сахарная свекла
  • Табак
  • Шпинат
  • Большинство деревьев
  • Газонные травы (овсяница и др.)

Главный недостаток С3 фотосинтеза

У растений C3 есть недостаток: в сухих условиях их фотосинтетическая эффективность страдает из-за процесса, называемого фотодыханием. Когда концентрация CO2 в хлоропластах падает ниже уровня 50 частей на миллион, катализатор РуБисКО, который помогает фиксировать углерод, начинает вместо этого фиксировать кислород. Это очень бесполезно расходует энергию, полученную от света, и заставляет РуБисКО работать всего на четверть своей максимальной скорости. В результате резко угнетается синтез органических веществ, рост и развитие растения, а побочный продукт фотосинтеза (кислород) не выбрасывается в атмосферу.

Фотодыхание

Во время дыхания растения потребляют питательные вещества для поддержания метаболизма растительных клеток, в то время как во время фотосинтеза растения создают свою собственную пищу.

Формула фотосинтеза:

Формула дыхания растений:

Растения дышат постоянно, днем ​​и ночью. А фотосинтез происходит только в течение дня, когда есть солнечный свет.

Дыхание – это физический процесс обмена газами между живыми объектами и окружающей средой.

Растения не дышат в самом строгом смысле этого слова, как животные и люди. Во время дыхания и фотосинтеза газы диффузно входят и выходят из растений через маленькие отверстия, называемые устьицами. Устьица расположены на нижней стороне листа. Каждый лист может содержать тысячи таких отверстий.

Устьице под микроскопомУстьице под микроскопомТак выглядят устьица под микроскопом

Все живые организмы дышат, потому что им нужно получать кислород для осуществления клеточного дыхания, чтобы остаться в живых. Так же и растения должны дышать, чтобы остаться в живых.

Однако, в общем и целом у растений объем выброса кислорода намного превышает объем его поглощения при фотодыхании. За солнечный день один гектар леса выделяет 180-200 кг кислорода, поглощая 120-280 кг углекислого газа.

Газообмен растений в зависимости от освещенности

В зависимости от количества солнечного света растения могут выделять или поглощать кислород и углекислый газ следующим образом.

Темно – имеет место только дыхание. Кислород расходуется, а углекислый газ выделяется.

Тусклый солнечный свет – скорость фотосинтеза равна «частоте» дыхания. Растение потребляет на дыхание весь кислород, который генерирует фотосинтез. В результате газообмен с окружающей средой не происходит.

Яркий солнечный свет – при фотосинтезе используется углекислый газ, и кислорода освобождается намного больше, чем расходуется на дыхание. Лишний кислород выделяется в атмосферу. В дневное время фотосинтез производит кислород и глюкозу быстрее, чем дыхание потребляет его. Фотосинтез также использует углекислый газ быстрее, чем его производит дыхание. Избыток кислорода выделяется в атмосферу, углекислый газ забирается из воздуха, а неиспользованная глюкоза связывается в крахмал, который откладывается в растении для хранения и последующего использования.

С4-фотосинтез

Проблема фотодыхания преодолевается в растениях C4 с помощью двухэтапной стратегии, которая поддерживает высокий уровень CO2 и низкий уровень O2 в хлоропластах, где работает цикл Кальвина. Эта стратегия служит для предотвращения фотодыхания.

Сахарный тростник является лидером в сфере фотосинтеза в нормальных условиях произрастания и является ярким примером растения, использующего фотосинтез C4.

Растения С4 почти никогда не насыщаются светом, а в жарких и сухих условиях значительно превосходят растения С3 по скорости синтеза органических веществ. Они используют двухстадийный процесс, в котором СО2 фиксируется в тонкостенных клетках мезофилла с образованием 4-углеродного промежуточного соединения, обычно малата (яблочной кислоты). 4-углеродная кислота активно перекачивается через клеточную мембрану в толстостенную оболочку, где она расщепляется на CO2 и 3-углеродное соединение.

Этот CO2 затем вступает в цикл Кальвина и вырабатывает G3P, а затем углеводы, которые попадают в клеточную систему обмена энергии.

Преимущество этого двухстадийного процесса состоит в том, что активная закачка углерода в ячейку оболочки пучка и блокирование кислорода создают окружающую среду с 10-120-кратным количеством СО2, доступным для цикла Кальвина, и рубиско оптимально используется, не переходя на связывание кислорода. Высокая концентрация CO2 и отсутствие кислорода означает, что система никогда не испытывает негативных эффектов фотодыхания.

Недостатком фотосинтеза С4 является расход дополнительной энергии АТФ, которая идет на превращение 4-углеродных кислот в 3-углеродные соединения, и обратно. Эта потеря энергии объясняет, почему растения C3 всегда будут превосходить растения C4 по производительности, если им будет достаточно воды и солнца.

Небольшой процент растений С4 включает в себя многие тропические травы и осоки, а также важные продовольственные культуры:

  • Кукурузу
  • Сорго
  • Сахарный тростник
  • Просо

Значение фотосинтеза в природе

Растения жизненно важны для существования человека и других животных. Без фотосинтеза у нас не было бы ни кислорода, ни пищи, чтобы элементарно оставаться в живых.

Жизнь на нашей планете поддерживается в основном благодаря фотосинтезу водорослями и наземными растениями. Это связано с их способностью синтезировать органическое вещество из неорганических веществ почвы, воды и атмосферного углекислого газа, с использованием солнечного света.

Также можем рассматривать растения (наземные и водные) как глобальную фабрику кислорода, который они выбрасывают в виде отходов фотосинтеза, когда производят для себя сахар и прочие углеводы, используя воду с углекислым газом в качестве сырья, а свет – источника энергии.

Хемосинтез

Фотосинтез происходит на суше и на мелководье, где доступен солнечный свет. Но образование моноуглеводов из углекислого газа и воды возможно и без солнечной энергии. И такую возможность используют бактерии.

Хемосинтез – это процесс, при котором пища (глюкоза) производится с использованием химических веществ (вместо солнечного света) в качестве источника энергии. Хемосинтез происходит вокруг гидротермальных источников и метановых утечек в глубоком море, и других теплых местах, где отсутствует солнечный свет.

Во время хемосинтеза бактерии, живущие на морском дне или внутри животных, используют энергию, запасенную в химических связях сероводорода и метана, для получения глюкозы из воды и углекислого газа (растворенного в морской воде). Как побочные продукты хемосинтеза образуются сера и соединения серы.

Оба процесса, фотосинтез и хемосинтез, сводятся к образованию молекул глюкозы и других простых углеводов из СО2 и Н2О. Но у этих процессов разные источники энергии и побочные продукты (отходы). И это определяет значение растений и бактерий в природе.

какие процессы происходят в световой фазе фотосинтеза?

Фотосинтез происходит в две фазы — световую и темновую. Во время световой фазы накапливается энергия, необходимая для синтеза органических веществ, происходящего в темновой фазе. Световая фаза. Процесс световой фазы фотосинтеза растений включает в себя нециклическое фосфорилирование и фотолиз воды. Реакции происходят на мембранах хлоропластов. Фотосинтез начинается с того, что излучаемые солнцем фотоны попадают в особые пигментные молекулы, находящиеся в листе, — молекулы хлорофилла. Хлорофилл содержится в клетках листа, в мембранах клеточных органелл хлоропластов (именно они придают листу зеленую окраску) . Процесс улавливания энергии состоит из двух этапов и осуществляется в раздельных кластерах молекул — эти кластеры принято называть Фотосистемой I и Фотосистемой II. Номера кластеров отражают порядок, в котором эти процессы были открыты, и это одна из забавных научных странностей, поскольку в листе сначала происходят реакции в Фотосистеме II, и лишь затем — в Фотосистеме I.

Электроны хлорофилла, возбужденные энергией света, идут по электроно-транспортным цепям, их энергия запасается в АТФ и НАДФ-Н2. Происходит фотолиз воды, выделяется кислород.

нафига так расписывать? вы не могли сказать только ответ? на то как это всё устроенно вообще посрать

Световая фаза: 1. Поглощение волны света красной и синей части спектра 2. Электрон хлорофилла переносится на более высокий уровень 3. Фотолиз воды

охарактеризуйте световую и темновую фазы фотосинтеза

В процессе фотосинтеза различают световую и темновую фазы. При освещении растений энергия света преобразуется в энергию химических связей АТФ и НАДФ*Н. Энергия этих соединений легко освобождается и используется внутри клетки растения для разных целей, в первую очередь для синтеза глюкозы и иных органических соединений. Без освещения солнечным или искусственным светом, в спектре которого есть красные и синие лучи, синтез АТФ и НАДФ*Н в клетке растения не происходит. Поэтому такую начальную стадию фотосинтеза называют световой фазой.

Однако, когда в растительной клетке уже накопились АТФ и НАДФ*Н, синтез глюкозы может происходить и в темноте, без участия света. Для этих биохимических реакций освещение не нужно, поскольку они уже обеспечены энергией света, запасенной в биологических «аккумуляторах» . Эту стадию фотосинтеза называют темновой фазой.

Все реакции фотосинтеза происходят в хлоропластах — утолщенных овальных или круглых образованиях, расположенных в цитоплазме растительной клетки (кратко о хлоропластах уже говорилось в § [Узел не найден]) . В каждой клетке находится 40-50 хлоропластов. Хлоропласты ограничены снаружи двойной мембраной, а внутри их размещаются тонкие плоские мешочки — тилакоиды, также ограниченные мембранами. В тилакоидах находятся хлорофилл, переносчики электронов и все ферменты, участвующие в световой фазе фотосинтеза, а также АДФ, АТФ, НАДФ+ и НАДФ*Н. Десятки тилакоидов плотно уложены в стопки, которые называют гранами. Во внутреннем пространстве между гранами — в строме хлоропластов — размещаются ферменты, участвующие в восстановлении СО2 до глюкозы за счет энергии продуктов световой фазы фотосинтеза — АТФ и НАДФ*Н. Следовательно, в строме происходят реакции темновой фазы фотосинтеза, тесно связанные со световой фазой, которая развертывается в тилакоидах. Световая и темновая фазы фотосинтеза схематически изображены на рисунке 18.

Хлоропласты имеют свой собственный генетический аппарат — молекулы ДНК и автономно воспроизводятся внутри клеток. Полагают, что более 1,5 млрд лет назад они были свободными микроорганизмами, которые стали симбионтами клеток растений.

что происходит в световую фазу фотосинтеза?

В ходе световой стадии фотосинтеза образуются высокоэнергетические продукты: АТФ, служащий в клетке источником энергии, и НАДФН, использующийся как восстановитель. В качестве побочного продукта выделяется кислород. В общем роль световых реакций фотосинтеза заключается в том, что в световую фазу синтезируются молекула АТФ и молекулы-переносчики протонов, то есть НАДФ Н2.

Световая фаза фотосинтеза: введение Форум Биологические базы данных Большая часть солнечной энергии испускается в виде фотонов — квантов видимого света. Энергия света поглощается хлорофиллом и переводит его в возбужденное состояние. Электрон в составе хлорофилла поглощает квант света определенной длины волны и перемещается на более высокий энергетический уровень этой молекулы. Такой электрон можно сравнить с камнем, поднятым на высоту, который приобретает потенциальную энергию и теряет ее, падая с высоты. Возбужденный электрон, как по ступеням, перемещается по цепи переносчиков электронов. При этом он теряет энергию, которая служит для фосфорилирования АДФ в АТФ и запасания ее в высокоэнергетической связи этого соединения. Часть возбужденных светом электронов используется также для восстановления НАДФ+ в НАДФН. Под действием солнечного света в хлоропластах происходит также расщепление молекулы воды — фотолиз, при этом образуются электроны, которые возмещают потери их хлорофиллом; в качестве побочного продукта при этом образуется кислород. В 1939г. Роберту Хиллу впервые удалось показать, что в изолированных хлоропластах под действием света, при добавлении акцептора электронов, происходит выделение кислорода. Эта реакция, описываемая приведенным ниже уравнением, получила название реакции Хилла : hv 2Н20+2А = 2АН2+02 где А — акцепторы электронов и протонов (или атомов водорода) ; такими акцепторами в хлоропластах являются молекулы НАДФ + ; hv — квант световой энергии (h — постоянная Планка, a v-частота излучения) . В составе хлоропластов описаны две фотосистемы разного строения и состава: фотосистема I и фотосистема II . На рис. 36 приведена схема, упрощенно изображающая просходящие в этих двух фотосистемах процессы. В фотосистеме I имеется реакционный центр, представляющий собой молекулы хлорофилла в комплексе с особым белком. Этот комплекс поглощает красный свет с длиной волны в 700 нм, поэтому его называют фотохимическим центром Р700 (буква Р от англ. pigment — пигмент) . Под действием света электрон в этом реакционном центре переходит в возбужденное состояние, «перескакивая» на высокий энергетический уровень молекулы хлорофилла. Возбужденный электрон хлорофилла переносится на ферредоксин, который представляет собой содержащий железо белок и является сильным биологическим восстановителем. От ферредоксина высокоэнергетические электроны через фермент — редуктазу ферредоксина переносятся на НАДФ + ,восстанавливая его в НАДФН. В молекулах хлорофилла фотосистемы I остаются при этом дыры — незаполненные места электронов, перешедших в НАДФН. Эти дыры заполняются электронами, которые образуются в фотосистеме II . В фотосистеме II также имеется реакционный центр — комплекс хлорофилла с белком, который поглощает свет с длиной волны 680 нм (его называют Р680 ). Под действием света электрон хлорофилла в фотохимическом центре Р680 также переходит в возбужденное состояние и захватывается первым переносчиком в длинной цепи, обозначаемым буквой Z. От этого акцептора электрон спускается по цепи переносчиков «вниз» и в конечном итоге заполняет дыру, образовавшуюся в хлорофилле фотосистемы I . Таким образом, фотосистема II поставляет электроны для фотосистемы I, которые расходуются в ней на восстановление НАДФ + в НАДФН. Однако это не единственная функция фотосистемы II. Возбужденные светом электроны фотосистемы II от акцептора Z «перескакивают» вниз по цепи переносчиков, куда входят пластохинон (PQ) , цитохром b 563, цитохром f, пластоцианин и конечный акцептор — хлорофилл фотосистемы I . На этом пути энергия электрона расходуется на «зарядку» универсального биологического аккумулятора: на фосфорилирование АДФ в богатую энергией АТФ . Таким образом, энергия света запасается в молекулах АТФ и расходуется далее для синтеза углеводов, белков, нуклеиновых кислот и для иных жизненных процессов растений, а через них и иных живых организмов, населяющих нашу планету.

Фотосинтез!Процессы происходящие в световой и темновой фазе и их результаты!!

СВЕТОВÁЯ ФÁЗА ФОТОСИ́НТЕЗА [ligh phase of photosynthesis]. Часть процессов фотосинтеза, непосредственно зависящая от энергии света. С. ф. ф. начинается с поглощения кванта света молекулой одного из светособирающих пигментов. Далее энергия возбужденной светом молекулы передается на хлорофилл реакционного центра, где преобразуется в энергию движущихся электронов. Сопряжение транспорта электронов с переносом ионов водорода внутрь тилакоида создает предпосылки для последующего синтеза АТФ. Именно фотосинтетическое фосфорилирование, осуществляемое на мембранах тилакоидов хлоропластов является центральной частью С. ф. ф. Во время С. ф. ф. с необходимостью происходят и др. важнейшие события, напр. фотолиз воды. Основными же продуктами этого этапа являются НАДФН и АТФ. С. ф. ф. противопоставляется темновая фаза фотосинтеза. ТЕМНОВÁЯ ФÁЗА ФОТОСИ́НТЕЗА [dark phase of photosynthesis]. Ферментативные реакции, связанные с усвоением углерода углекислого газа растением. Т. ф. ф. не нуждается непосредственно в световой энергии, если в хлоропластах имеются в достаточном кол-ве продукты световой фазы фотосинтеза  АТФ и НАДФН. Ядром Т. ф. ф. является цикл Кальвина. Т. ф. ф. противопоставляется световая фаза фотосинтеза. ЦИКЛ КÁЛЬВИНА, восстанови́тельный пентозофосфáтный путь [Calvin cycle, reducing pentose phosphate pathway]. Процесс фиксации углерода СО2 и превращения его в углеводы. Состоит из трех этапов: карбоксилирования, восстановления и регенерации. При помощи рибулозодифосфаткарбоксилазы СО2 присоединяется к рибулозодифосфату с последующим получением трехуглеродной фосфоглицериновой кислоты, которая затем восстанавливается до фосфотриоз, часть из которых идет на образование глюкозы, а часть на образование снова рибулозодифосфата. Ц. к. имеет место у всех растений, в том числе и у тех, которые в качестве первичного акцептора СО2 используют фосфоенолпируват. Ц. к. также обеспечивает усвоение СО2 и при хемосинтезе.

В ходе световой стадии фотосинтеза образуется высокоэнергетические продукты: АТФ, служащий в клетке источником энергии, и НАДФН, использующийся как восстановитель. В качестве побочного продукта выделяется кислород. В общем роль световых реакций фотосинтеза заключается в том, что в световую фазу синтезируются молекула АТФ и молекулы-переносчики протонов, то есть НАДФ Н2. В темновой стадии с участием АТФ и НАДФН происходит восстановление CO2 до глюкозы. Хотя свет не требуется для осуществления данного процесса, он участвует в его регуляции.

Фотоси́нтез — это процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *