Rezultatele învățării
- Identificați reactivii și produsele fotosintezei
Fosinteza este un proces în mai multe etape care necesită ca substraturi lumina soarelui, dioxidul de carbon (care are un conținut energetic scăzut) și apa (figura 1). După ce procesul este finalizat, el eliberează oxigen și produce gliceraldehidă-3-fosfat (GA3P), molecule de carbohidrați simpli (care au un conținut ridicat de energie) care pot fi transformate ulterior în glucoză, zaharoză sau oricare dintre zecile de alte molecule de zahăr. Aceste molecule de zahăr conțin energie și carbonul energizat de care toate ființele vii au nevoie pentru a supraviețui.
Figura 1. Fotosinteza utilizează energia solară, dioxidul de carbon și apa pentru a produce carbohidrați care stochează energie. Oxigenul este generat ca produs rezidual al fotosintezei.
Aceasta este ecuația chimică pentru fotosinteză (figura 2):
Figura 2. Ecuația de bază pentru fotosinteză este înșelător de simplă. În realitate, procesul se desfășoară în mai multe etape care implică reactanți și produse intermediare. Glucoza, sursa primară de energie din celule, este obținută din două GA3P cu trei atomi de carbon.
Deși ecuația pare simplă, numeroasele etape care au loc în timpul fotosintezei sunt de fapt destul de complexe. Înainte de a afla detalii despre modul în care fotoautotrofele transformă lumina solară în hrană, este important să ne familiarizăm cu structurile implicate.
La plante, fotosinteza are loc, în general, în frunze, care constau din mai multe straturi de celule. Procesul de fotosinteză are loc într-un strat mijlociu numit mezofil. Schimbul gazos de dioxid de carbon și oxigen are loc prin deschideri mici, reglementate, numite stomate (singular: stoma), care joacă, de asemenea, roluri în reglarea schimbului de gaze și a echilibrului hidric. Stomatele sunt situate, de obicei, pe partea inferioară a frunzei, ceea ce ajută la minimizarea pierderilor de apă. Fiecare stomă este flancată de celule de gardă care reglează deschiderea și închiderea stomatelor prin umflarea sau micșorarea lor ca răspuns la modificările osmotice.
La toate eucariotele autotrofe, fotosinteza are loc în interiorul unui organit numit cloroplast. În cazul plantelor, celulele care conțin cloroplaste există în mezofil. Cloroplastele au un înveliș membranar dublu (compus dintr-o membrană externă și o membrană internă). În interiorul cloroplastului se află structuri suprapuse, în formă de disc, numite tilacoizi. În membrana thylakoidă se află clorofila, un pigment (moleculă care absoarbe lumina) responsabil de interacțiunea inițială dintre lumină și materialul vegetal, și numeroase proteine care alcătuiesc lanțul de transport al electronilor. Membrana tirokoidă înconjoară un spațiu intern numit lumenul tirokoidian. După cum se arată în figura 3, o stivă de tirocoizi se numește granum, iar spațiul plin de lichid care înconjoară granum-ul se numește stroma sau „pat” (a nu se confunda cu stoma sau „gura”, o deschidere de pe epiderma frunzei).
Întrebare practică
Figura 3. Fotosinteza are loc în cloroplaste, care au o membrană externă și o membrană internă. Stive de tirozide numite granule formează un al treilea strat de membrană.
Într-o zi caldă și uscată, plantele își închid stomatele pentru a conserva apa. Ce impact va avea acest lucru asupra fotosintezei?
Două părți ale fotosintezei
Fosinteza are loc în două etape secvențiale: reacțiile dependente de lumină și reacțiile independente de lumină. În reacțiile dependente de lumină, energia de la lumina solară este absorbită de clorofilă și această energie este transformată în energie chimică stocată. În reacțiile independente de lumină, energia chimică acumulată în timpul reacțiilor dependente de lumină conduce la asamblarea moleculelor de zahăr din dioxid de carbon. Prin urmare, deși reacțiile independente de lumină nu folosesc lumina ca reactant, ele au nevoie de produsele reacțiilor dependente de lumină pentru a funcționa. În plus, mai multe enzime ale reacțiilor independente de lumină sunt activate de lumină. Reacțiile dependente de lumină utilizează anumite molecule pentru a stoca temporar energia: Acestea sunt denumite purtători de energie. Purtătorii de energie care transferă energia de la reacțiile dependente de lumină la reacțiile independente de lumină pot fi considerați ca fiind „plini”, deoarece sunt bogați în energie. După ce energia este eliberată, purtătorii de energie „goi” se întorc la reacția dependentă de lumină pentru a obține mai multă energie. Figura 4 ilustrează componentele din interiorul cloroplastului în care au loc reacțiile dependente de lumină și cele independente de lumină.
Figura 4. Fotosinteza are loc în două etape: reacțiile dependente de lumină și ciclul Calvin. Reacțiile dependente de lumină, care au loc în membrana tilacoidă, utilizează energia luminoasă pentru a produce ATP și NADPH. Ciclul Calvin, care are loc în stroma, utilizează energia derivată din acești compuși pentru a produce GA3P din CO2.
Fosinteza la magazinul alimentar
Figura 5. Alimentele pe care le consumă omul provin din fotosinteză. (credit: Associação Brasileira de Supermercados)
Marele magazine alimentare din Statele Unite sunt organizate în departamente, cum ar fi lactate, carne, produse alimentare, pâine, cereale și așa mai departe. Fiecare raion (figura 5) conține sute, dacă nu mii, de produse diferite pe care clienții le pot cumpăra și consuma.
Deși există o mare varietate, fiecare articol are legătură cu fotosinteza. Carnea și lactatele se leagă pentru că animalele au fost hrănite cu alimente pe bază de plante. Pâinea, cerealele și pastele provin în mare parte din boabe cu amidon, care sunt semințele unor plante dependente de fotosinteză. Cum rămâne cu deserturile și băuturile? Toate aceste produse conțin zahăr – zaharoza este un produs vegetal, o dizaharidă, o moleculă de carbohidrat, care este construită direct din fotosinteză. Mai mult, multe articole sunt mai puțin evident derivate din plante: de exemplu, articolele din hârtie sunt în general produse vegetale, iar multe materiale plastice (abundente ca produse și ambalaje) pot fi derivate din alge sau din petrol, rămășițele fosilizate ale organismelor fotosintetice. Practic, fiecare condiment și aromă din raionul de condimente a fost produsă de o plantă sub formă de frunză, rădăcină, scoarță, floare, fruct sau tulpină. În cele din urmă, fotosinteza se leagă de fiecare masă și de fiecare aliment pe care o persoană îl consumă.
În rezumat: O privire de ansamblu asupra fotosintezei
Procesul de fotosinteză a transformat viața pe Pământ. Prin valorificarea energiei de la soare, fotosinteza a evoluat pentru a permite organismelor vii să aibă acces la cantități enorme de energie. Datorită fotosintezei, ființele vii au obținut acces la suficientă energie care le-a permis să construiască noi structuri și să realizeze biodiversitatea evidentă astăzi.
Doar anumite organisme, numite fotoautotrofe, pot realiza fotosinteza; acestea necesită prezența clorofilei, un pigment specializat care absoarbe anumite porțiuni din spectrul vizibil și poate capta energia din lumina solară. Fotosinteza folosește dioxidul de carbon și apa pentru a asambla molecule de carbohidrați și pentru a elibera oxigen ca produs rezidual în atmosferă. Autotrofele eucariote, cum ar fi plantele și algele, au organite numite cloroplaste în care are loc fotosinteza, iar amidonul se acumulează. La procariote, cum ar fi cianobacteriile, procesul este mai puțin localizat și are loc în cadrul unor membrane pliate, prelungiri ale membranei plasmatice și în citoplasmă.
Încearcă
Contribuie!
Îmbunătățiți această paginăÎnvățați mai mult