Forstå vigtigheden og rollen af kloroplaster, klorofyl, grana, thylakoidmembraner og stroma i fotosyntese Placering, betydning og mekanismer for fotosyntese. Undersøg rollerne af kloroplaster, klorofyl, grana, thylakoidmembraner og stroma i fotosyntese. Encyclopædia Britannica, Inc. Se alle videoer til denne artikel
fotosyntese , den proces, hvorved grøn planter og visse andre organismer omdanner lysenergi til kemisk energi. Under fotosyntese i grønne planter fanges lysenergi og bruges til at konvertere vand , kuldioxid og mineraler til ilt og energirig organisk forbindelser .
fotosyntese Diagram over fotosyntese, der viser, hvordan vand, lys og kuldioxid absorberes af en plante for at producere ilt, sukker og mere kuldioxid. Encyclopædia Britannica, Inc.
Fotosyntese er kritisk for eksistensen af langt størstedelen af livet på jorden. Det er den måde, hvorpå næsten al energi i biosfæren bliver tilgængelig for levende ting. Som primære producenter udgør fotosyntetiske organismer basen på Jordens madnettet og forbruges direkte eller indirekte af alle højere livsformer. Derudover skyldes næsten alt iltet i atmosfæren fotosyntese. Hvis fotosyntese ophørte, ville der snart være lidt mad eller andet organisk stof på Jorden, de fleste organismer ville forsvinde, og Jordens atmosfære ville i sidste ende næsten blottet for luftformigt ilt.
Processen med fotosyntese er almindeligt skrevet som: 6COto+ 6HtoO → C6H12ELLER6+ 6Oto. Dette betyder, at reaktanterne, seks kuldioxidmolekyler og seks vandmolekyler, omdannes af lysenergi fanget af klorofyl (underforstået af pilen) til et sukkermolekyle og seks iltmolekyler, produkterne. Sukkeret bruges af organismen, og iltet frigives som et biprodukt.
Evnen til fotosyntese findes i begge eukaryotisk og prokaryote organismer. De mest kendte eksempler er planter, da alle undtagen meget få parasitære eller mycoheterotrofe arter indeholder klorofyl og producerer deres egen mad. Alger er den anden dominerende gruppe af eukaryote fotosyntetiske organismer. Alle alger, der inkluderer massive tang og mikroskopiske kiselalger, er vigtige primære producenter. Cyanobakterier og visse svovlbakterier er fotosyntetiske prokaryoter, i hvilke fotosyntese udviklede sig. Ingen dyr menes at være uafhængigt i stand til fotosyntese, selvom den smaragdgrønne havsnegle midlertidigt kan inkorporere algerchloroplaster i kroppen til fødevareproduktion.
Eukaryote Lær mere om eukaryoter. Prokaryote Lær mere om prokaryoter.Det ville være umuligt at overvurdere vigtigheden af fotosyntese i opretholdelsen af livet på jorden. Hvis fotosyntese ophørte, ville der snart være lidt mad eller andet organisk stof på Jorden. De fleste organismer ville forsvinde, og med tiden ville Jordens atmosfære blive næsten blottet for luftformigt ilt. De eneste organismer, der kunne eksistere under sådanne forhold, ville være de kemosyntetiske bakterier, som kan udnytte den kemiske energi fra visse uorganiske forbindelser og derfor ikke er afhængige af omdannelsen af lysenergi.
Energi produceret ved fotosyntese udført af planter for millioner af år siden er ansvarlig for de fossile brændstoffer (dvs. kul, olie og gas), der driver det industrielle samfund. I tidligere tider steg grønne planter og små organismer, der fodrede med planter hurtigere, end de blev forbrugt, og deres rester blev deponeret i jordskorpen ved sedimentering og andre geologiske processer. Der, beskyttet mod oxidation blev disse organiske rester langsomt omdannet til fossile brændstoffer. Disse brændstoffer leverer ikke kun meget af den energi, der bruges i fabrikker, hjem og transport, men tjener også som råmateriale til plast og andet syntetisk Produkter. Desværre bruger den moderne civilisation i løbet af få århundreder det overskydende fotosyntetiske produktion, der er akkumuleret gennem millioner af år. Derfor returneres det kuldioxid, der er fjernet fra luften for at fremstille kulhydrater i fotosyntese over millioner af år, i en utrolig hurtig hastighed. Kuldioxidkoncentrationen i Jordens atmosfære stiger den hurtigste, den nogensinde har haft i Jordens historie, og dette fænomen forventes at have større implikationer på jordens klima .
Krav til mad, materialer og energi i en verden, hvor human befolkningen vokser hurtigt har skabt et behov for at øge både mængden af fotosyntese og effektivitet konvertering af fotosyntetisk output til produkter, der er nyttige for mennesker. Et svar på disse behov - den såkaldte Grøn revolution , begyndt i midten af det 20. århundrede - opnåede enorme forbedringer i landbrugsudbyttet gennem anvendelse af kemisk gødning, skadedyrsbekæmpelse og plantesygdomsbekæmpelse, planteopdræt og mekaniseret dyrkning, høst og afgrødeforarbejdning. Denne indsats begrænsede alvorlige hungersnød til nogle få områder i verden på trods af hurtig befolkningsvækst, men det fjernede ikke udbredt underernæring. Desuden begyndte hastigheden, hvor udbyttet af større afgrøder steg, begyndende i begyndelsen af 1990'erne at falde. Dette gælder især for ris i Asien. Stigende omkostninger forbundet med opretholdelse af høje landbrugsproduktioner, som krævede stadigt stigende input af gødning og pesticider og konstant udvikling af nye plantesorter, blev også problematisk for landmænd i mange lande.
En anden landbrugsrevolution, baseret på planter genteknologi , forventes at føre til stigninger i planteproduktivitet og dermed delvist lindre underernæring. Siden 1970'erne har molekylærbiologer haft midlerne til at ændre et plantes genetiske materiale (deoxyribonukleinsyre eller DNA) med det formål at opnå forbedringer i sygdoms- og tørkebestandighed, produktudbytte og kvalitet, frosthårdhed og andre ønskelige egenskaber. Sådanne træk er imidlertid iboende komplekse, og processen med at foretage ændringer i afgrødeplanter gennem genteknologi har vist sig at være mere kompliceret end forventet. I fremtiden kan sådan genteknologi resultere i forbedringer i processen med fotosyntese, men i de første årtier i det 21. århundrede måtte den endnu ikke demonstrere, at den dramatisk kunne øge afgrødeudbyttet.
Et andet spændende område i studiet af fotosyntese har været opdagelsen af, at visse dyr er i stand til at omdanne lysenergi til kemisk energi. Den smaragdgrønne havsnegl ( Elysia chlorotica ) erhverver for eksempel gener og kloroplaster fra Vauchena grusomt , en alge det forbruger, hvilket giver det en begrænset evne til at producere klorofyl. Når der er nok kloroplaster assimileret , kan sneglen give afkald på indtagelse af mad. Ærluslusen ( Acyrthosiphon pisum ) kan udnytte lys til at fremstille de energirige forbindelse Adenosintrifosfat (ATP); denne evne er knyttet til bladlusfremstillingen af carotenoidpigmenter.
Undersøgelsen af fotosyntese begyndte i 1771 med observationer foretaget af den engelske gejstlige og videnskabsmand Joseph Priestley. Priestley havde brændt et lys i en lukket beholder, indtil luften i containeren ikke længere kunne understøtte forbrænding . Han placerede derefter en kvist som plante i beholderen og opdagede, at mynten efter flere dage havde produceret noget stof (senere anerkendt som ilt), der gjorde det muligt for den lukkede luft igen at støtte forbrændingen. I 1779 udvidede den hollandske læge Jan Ingenhousz Priestleys arbejde og viste, at planten måtte udsættes for lys, hvis det brændbare stof (dvs. ilt) skulle gendannes. Han demonstrerede også, at denne proces krævede tilstedeværelsen af plantens grønne væv.
I 1782 blev det demonstreret, at den forbrændingsstøttende gas (ilt) blev dannet på bekostning af en anden gas eller fast luft, som året før var blevet identificeret som kuldioxid. Gasudvekslingseksperimenter i 1804 viste, at vægtforøgelsen af en plante, der blev dyrket i en omhyggeligt afvejet gryde, var resultatet af optagelsen af kulstof, der helt kom fra absorberet kuldioxid og vand, der blev optaget af planterødderne; balancen er ilt, frigivet tilbage til atmosfæren. Næsten et halvt århundrede gik, før begrebet kemisk energi havde udviklet sig tilstrækkeligt til at tillade opdagelsen (i 1845), at lysenergi fra solen lagres som kemisk energi i produkter dannet under fotosyntese.
hvad betyder episk i litteraturen
Kemisk set er fotosyntese en lysenerget oxidationsreduktionsproces . (Oxidation henviser til fjernelse af elektroner fra et molekyle; reduktion refererer til gevinsten af elektroner ved et molekyle.) I plantefotosyntese bruges lysets energi til at drive oxidationen af vand (HtoO), der producerer iltgas (Oto), hydrogenioner (H+) og elektroner. De fleste af de fjernede elektroner og hydrogenioner overføres i sidste ende til kuldioxid (COto), der reduceres til økologiske produkter. Andre elektroner og hydrogenioner bruges til at reducere nitrat og sulfat til amino- og sulfhydrylgrupper i aminosyrer, som er byggestenene i proteiner. I de fleste grønne celler, kulhydrater - især stivelse og sukker saccharose - er de vigtigste direkte organiske produkter fra fotosyntese. Den samlede reaktion, hvor kulhydrater - repræsenteret af den generelle formel (CHtoO) - dannes under plantesyntese kan angives ved følgende ligning:
Denne ligning er blot et resumé, for processen med fotosyntese involverer faktisk adskillige reaktioner katalyseret af enzymer (organiske katalysatorer). Disse reaktioner forekommer i to trin: lysstadiet, der består af fotokemiske (dvs. lysfangende) reaktioner; og det mørke stadium, omfattende kemiske reaktioner kontrolleret af enzymer. I løbet af det første trin absorberes lysets energi og bruges til at drive en række elektronoverførsler, hvilket resulterer i syntesen af ATP og det elektron-donor-reducerede nikotin-adenin-dinukleotidphosphat (NADPH). I det mørke stadium bruges ATP og NADPH dannet i lysfangstreaktionerne til at reducere kuldioxid til organiske kulstofforbindelser. Denne assimilering af uorganisk kulstof i organiske forbindelser kaldes kulstoffiksering.
I det 20. århundrede gav sammenligninger mellem fotosyntetiske processer i grønne planter og i visse fotosyntetiske svovlbakterier vigtig information om den fotosyntetiske mekanisme. Svovlbakterier bruger hydrogensulfid (HtoS) som kilde til brintatomer og producere svovl i stedet for ilt under fotosyntese. Den samlede reaktion er
I 1930'erne anerkendte den hollandske biolog Cornelis van Niel, at anvendelsen af kuldioxid til dannelse af organiske forbindelser var ens i de to typer fotosyntetiske organismer. Han foreslog, at der eksisterede forskelle i det lysafhængige trin og i arten af de forbindelser, der blev brugt som kilde til hydrogenatomer, foreslog, at brint blev overført fra hydrogensulfid (i bakterier) eller vand (i grønne planter) til en ukendt acceptor ( kaldet A), som blev reduceret til HtoA. Under de mørke reaktioner, som er ens i både bakterier og grønne planter, reduceres den reducerede acceptor (HtoA) reagerede med kuldioxid (COto) til dannelse af kulhydrat (CHtoO) og at oxidere den ukendte acceptor til A. Dette formodet reaktion kan repræsenteres som:
Van Niels forslag var vigtigt, fordi den populære (men ukorrekte) teori havde været, at ilt blev fjernet fra kuldioxid (snarere end brint fra vand, frigivende ilt), og at kulstof derefter blev kombineret med vand til dannelse af kulhydrat (snarere end brint fra vand, der kombinerede med COtotil dannelse af CHtoELLER).
I 1940 brugte kemikere tunge isotoper til at følge reaktionerne fra fotosyntese. Vand mærket med en isotop af ilt (18O) blev brugt i tidlige eksperimenter. Planter, der fotosyntetiseres i nærværelse af vand indeholdende Hto18O producerede iltgas indeholdende18O; dem, der fotosyntetiseres i nærværelse af normalt vand, producerede normal iltgas. Disse resultater gav endelig støtte til van Niels teori om, at den iltgas, der produceres under fotosyntese, stammer fra vand.
