![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_6ixLCt6ulT0XuUPgvhf.jpg)
Шуме се сматрају „зеленим плућима планете“ не узалуд. Шта је фотосинтеза и како се одвија тај процес, размотрићемо детаљно.
Шта је фотосинтеза?
Фотосинтеза - биохемијски процес током кога настају органски уз помоћ посебних биљних пигмената и светлосне енергије неорганских материја (угљен-диоксида, воде). Ово је један од најважнијих процеса због којег се већина организама појавила и наставља да постоји на планети.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_uOv4HpOwd55imt1Be2E.jpg)
Интересантна чињеница: Земаљске биљке, као и зелене алге, способне су за фотосинтезу. У овом случају, алге (фитопланктон) производе 80% кисеоника.
Важност фотосинтезе за живот на Земљи
Без фотосинтезе, уместо многих живих организама, на нашој планети би постојале само бактерије. Управо је енергија добијена као резултат овог хемијског процеса која је омогућила еволуцији бактерија.
Било који природни процес треба енергију. Она долази са сунца. Али сунчева светлост се обликује тек након што их биљке трансформишу.
Биљке троше само део енергије, а остатак акумулирају у себи. Једу биљоједи, која су храна предаторе. Током ланца, свака веза добија потребне драгоцене супстанце и енергију.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_k9XrgGsZljrp.jpg)
Кисик произведен током реакције неопходан је да сва створења дишу. Дисање је супротно од фотосинтезе. У том случају се органска материја оксидује, уништава. Настала енергија се користи од стране организама за обављање различитих виталних задатака.
За време постојања планете, када је било мало биљака, кисеоник је практично био присутан. Примитивни животни облици примали су најмање енергије и на друге начине. Било је премало за развој. Стога је дисање због кисеоника отворило више могућности.
Друга функција фотосинтезе је заштита организама од изложености ултраљубичастој светлости. Говоримо о озонском омотачу који се налази у стратосфери на надморској висини од око 20-25 км. Настаје због кисеоника, који се под дејством сунчеве светлости претвара у озон. Без те заштите живот на Земљи био би ограничен само на подводне организме.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_OmovxgXB250z.jpg)
Организми ослобађају угљен диоксид током дисања. То је суштински елемент фотосинтезе. У супротном, угљен диоксид би се једноставно акумулирао у горњој атмосфери, знатно појачавајући ефекат стаклене баште.
Ово је озбиљан еколошки проблем, чија је суштина повећање температуре атмосфере са негативним последицама. Они укључују климатске промене (глобално загревање), топљење глечера, повећање нивоа мора итд.
Функције фотосинтезе:
- еволуција кисеоника;
- формирање енергије;
- стварање хранљивих састојака;
- стварање озонског омотача.
Дефиниција и формула фотосинтезе
Израз „фотосинтеза“ долази од комбинације две речи: фотографија и синтеза. У преводу са старогрчког значе „светлост“ и „веза“. Тако се енергија светлости претвара у енергију веза органских материја.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_bh66emxv2DqvOIDvpoYJ5.jpg)
Шема:
Угљен диоксид + вода + светло = угљени хидрат + кисеоник.
Научна формула за фотосинтезу:
6ЦО2 + 6Х2О → Ц6Н12О ТОМЕ6 + 6О2.
Фотосинтеза се одвија тако да је директан контакт воде и ЦО2 није видљиво.
Важност фотосинтезе за биљке
Биљкама је потребна органска материја, енергија за раст и развој. Захваљујући фотосинтези осигуравају се овим компонентама. Стварање органских супстанци главни је циљ фотосинтезе за биљке, а ослобађање кисеоника сматра се споредном реакцијом.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_RZptuGhlQMPhC4V008P6.jpg)
Интересантна чињеница: Биљке су јединствене јер им не требају други организми да би добили енергију.Због тога формирају посебну групу - аутотрофе (преведено са старогрчког језика „Једем сам“).
Како се одвија фотосинтеза?
Фотосинтеза се одвија директно у зеленим деловима биљака - хлоропласти. Они су део биљних ћелија. Хлоропласти садрже супстанцу - хлорофил. Ово је главни фотосинтетски пигмент, захваљујући њему се одвија цела реакција. Поред тога, хлорофил одређује зелену боју вегетације.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_ge8lfDlQqulkYiAG2h8n.jpg)
Овај пигмент карактерише способност апсорпције светлости. А у ћелијама биљке је покренута права биохемијска „лабораторија“, у којој се налазе вода и ЦО2 претварају се у кисеоник, угљене хидрате.
Вода улази кроз систем коријена биљке, а плин продире директно у лишће. Светлост делује као извор енергије. Када честица светлости делује на молекул хлорофила, долази до његове активације. У молекули воде Х2О кисеоник (О) остаје непријављен. Дакле, он постаје нус-производ за биљке, али за нас тако важан, производ реакције.
Фазе фотосинтезе
Фотосинтеза је подељена у две фазе: светла и тамна. Јављају се истовремено, али у различитим деловима хлоропласта. Назив сваке фазе говори сам за себе. Фаза зависна од светлости или светлости одвија се само уз учешће светлосних честица. У мрачној или неиспарљивој фази светлост није потребна.
Пре детаљнијег проучавања сваке фазе, вредно је разумети структуру хлоропласта, јер она одређује суштину и место фаза. Хлоропласт је разна пластида и налази се у ћелији одвојено од осталих компоненти. Има облик семена.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_eVvo0uL80KXGz.jpg)
Састојци хлоропласта који су укључени у фотосинтезу:
- 2 мембране;
- строма (унутрашња течност);
- тилакоиди;
- лумени (празнине унутар тилакоида).
Светлосна фаза фотосинтезе
Тече на тилакоиде, тачније, на њихове мембране. Када их погоди светлост, негативно наелектрисани електрони се ослобађају и акумулирају. Тако фотосинтетски пигменти губе све електроне, након чега долази ред да молекули воде пропадну:
Х2О → Х + + ОХ-
У овом случају, формирани водонични протони имају позитиван набој и накупљају се на унутрашњој тилакоидној мембрани. Као резултат, протони са набојем плус и електрони са минус наелектрисања су раздвојени само мембраном.
Кисик се производи као нуспроизвод:
4ОХ → О2 + 2Х2О
У одређеном тренутку, фазе електрона и протона водоника постају превише. Тада ензим АТП синтаза улази у рад. Његов задатак је преношење водоничних протона са тилакоидне мембране у течни медијум хлоропласта - строму.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_o9b6e1elhs9ulqtikfOHJo2V.jpg)
У овој фази, водоник је на располагању другом носачу - НАДП (скраћено за никотинамидин нуклеотид фосфат). Такође је врста ензима који убрзава оксидативне реакције у ћелијама. У овом случају, његов посао је транспортовање водоничних протона у реакцији са угљеним хидратима.
У овој фази се одвија процес фотофосфолације током кога се ствара огромна количина енергије. Његов извор је АТП - аденозин трифосфорна киселина.
Кратак преглед:
- Погодак квантне светлости на хлорофил.
- Избор електрона.
- Еволуција кисеоника.
- Формирање НАДПХ оксидазе.
- АТП производња енергије.
Интересантна чињеница: На афричкој обали Атлантског океана расте реликтна биљка под називом Велвицхиа. Ово је једини представник врсте са најмање лишћа способних за фотосинтезу. Међутим, старост Велвича достиже око 2000 година.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_h2Onh5a1VIpAvyuxUy5.jpg)
Тамна фаза фотосинтезе
Фаза независна од светлости одвија се директно у строми. Представља низ ензимских реакција. Угљени диоксид апсорбован у светлосној фази се раствара у води, а у овој фази се смањује у глукозу. Такође се производе сложене органске материје.
Реакције тамне фазе су подељене у три главне врсте и зависе од врсте биљака (тачније, од њиховог метаболизма), у ћелијама којих се одвија фотосинтеза:
- СА3-биљке;
- СА4-биљке;
- ЦАМ биљке.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_SU600g23awvV.jpg)
К Ц3- Биљке укључују већину пољопривредних култура које расту у умереним климама. Током фотосинтезе, угљен диоксид постаје фосфоглицеринска киселина.
Субтропске и тропске врсте, углавном коров, припадају биљкама Ц4. Карактерише их трансформација угљен-диоксида у оксалоацетат. ЦАМ биљке су категорија биљака којима недостаје влаге. Разликују се у посебној врсти фотосинтезе - ЦАМ.
СА3-фосинтетиза
Најчешћи је Ц3- фотосинтеза, која се још назива и Цалвин циклус - у част америчког научника Мелвина Цалвина, који је дао огроман допринос у истраживању ових реакција и за то је добио Нобелову награду.
Биљке се називају Ц3 због чињенице да током реакција тамне фазе формирају се 3-угљен-молекули 3-фосфоглицеринске киселине - 3-ПГА. Различити ензими су директно укључени.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_Qk05t1VSjLsE4TsFEYfrh2w.jpg)
Да би се формирао комплетан молекул глукозе, мора проћи 6 циклуса реакција фазе независне од светлости. Угљикохидрати су главни продукт фотосинтезе у Цалвин циклусу, али се поред њега производе масне и аминокиселине, као и гликолипиди. Ц3 фотосинтеза биљака одвија се искључиво у ћелијама мезофила.
Главни недостатак Ц3фотосинтеза
Биљке Ц групе3карактерише један значајан недостатак. Ако у околини нема довољно влаге, способност фотосинтезе значајно се смањује. То је због фотореспирације.
Чињеница је да са ниском концентрацијом угљен-диоксида у хлоропластима (мањом од 50: 1 000 000) кисеоник се фиксира уместо фиксације угљеника. Посебни ензими значајно успоравају и троше соларну енергију.
Истовремено, раст и развој биљке успорава, јер јој недостаје органска материја. Такође, не долази до испуштања кисеоника у атмосферу.
Интересантна чињеница: Морски крилат Елисиа цхлоротица је јединствена животиња која фотосинтезира попут биљака. Храни се алгама, чији хлоропласти продиру у ћелије дигестивног тракта и месецима се фотосинтезирају. Произведени угљени хидрати слуз служе као храна.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_r68tJtEehupPx6ti7DiObe.jpg)
Ц4 фотосинтеза
За разлику од Ц3-синтеза, овде се реакције фиксације угљен-диоксида изводе у разним ћелијама биљака. Ове врсте биљака могу се носити са проблемом фотореспирације и то раде двостепеним циклусом.
С једне стране се одржава високи ниво угљен диоксида, а са друге, контролише се низак ниво кисеоника у хлоропластима. Ова тактика омогућава биљкама Ц4 да избегну фото-дисање и повезане потешкоће. Представници биљака ове групе су шећерна трска, кукуруз, просо итд.
У поређењу са биљкама Ц3 они су у стању да интензивније изводе процесе фотосинтезе под високом температуром и недостатком влаге. У првој фази, угљендиоксид се фиксира у ћелијама мезофила, где се формира 4-угљенска киселина. Тада киселина прелази у шкољку и тамо се разграђује у једињење од 3 угљеника и угљен диоксид.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_qOV4EeoTfawFT6iB9XDKc.jpg)
У другој фази, добијени угљен-диоксид почиње да делује у Цалвин циклусу, где се стварају глицералдехид-3-фосфат и угљени хидрати, који су неопходни за енергетски метаболизам.
Због двостепене фотосинтезе у биљкама Ц4, ствара се довољна количина угљен диоксида за Келвин циклус. Стога ензими раде пуном снагом и не троше енергију узалуд.
Али овај систем има својих недостатака. Конкретно се троши већа количина АТП енергије - она је потребна за трансформацију 4-угљених киселина у 3-угљене киселине и у супротном смеру. Дакле Ц3-Фосинтетиза је увек продуктивнија од Ц4 са одговарајућом количином воде и светлости.
Шта утиче на брзину фотосинтезе?
Фотосинтеза се може одвијати различитим брзинама. Овај процес зависи од услова животне средине:
- вода;
- таласна дужина светлости;
- угљен диоксид;
- температура.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_ZW73s84oz5.jpg)
Вода је основни фактор, па кад је нема, реакције успоравају. За фотосинтезу најповољнији су таласи црвеног и плаво-љубичастог спектра. Такође је пожељан висок степен осветљености, али само до одређене вредности - када се постигне, веза између осветљења и брзине реакције нестаје.
Висока концентрација угљен-диоксида омогућава брзе фотосинтетске процесе и обрнуто. Одређене температуре су важне за ензиме који убрзавају реакције. Идеални услови за њих су око 25-30 ℃.
Фотографски дах
Сва жива бића требају да дишу, а биљке нису изузетак. Међутим, овај процес се код њих одвија мало другачије него код људи и животиња, због чега се назива фотореспирација.
Обично, дах - физички процес током кога живи организам и његова околина размењују гасове. Као и свим живим бићима, и биљкама је потребан кисеоник за дисање. Али га конзумирају много мање него што производе.
Током фотосинтезе, која се одвија само на сунцу, биљке стварају храну за себе. Током фото-дисања, које се изводи свакодневно, ове хранљиве материје их апсорбују како би подржали метаболизам у ћелијама.
Интересантна чињеница: за сунчаног дана шумско земљиште од 1 хектара троши од 120 до 280 кг угљен-диоксида и емитује од 180 до 200 кг кисеоника.
Кисеоник (попут угљен-диоксида) продире у биљне ћелије кроз посебне отворе - стомате. Налазе се на дну листова. Око 1000 стомака може се налазити на једном листу.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_i88dfhKbye6D.jpg)
Промена биљака у зависности од осветљења
Процес размене гаса при различитом осветљењу представљен је на следећи начин:
- Јака светлост. Угљен-диоксид се користи током фотосинтезе. Биљке производе више кисеоника него што троше. Њени вишкови улазе у атмосферу. Угљени диоксид се троши брже него што се ослобађа дисањем. Неискоришћене угљене хидрате биљка складишти за будућу употребу.
- Слабо осветљење. Не долази до размене гаса са околином, јер биљка троши сав кисеоник који ствара.
- Недостатак светлости. Јављају се само процеси дисања. Ослобађа се угљени диоксид и троши се кисеоник.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_wgWu7iRgxx8aTq80Eu.jpg)
Хемосинтеза
Неки живи организми су такође способни да формирају монокарбохидрате из воде и угљендиоксида, док им сунчева светлост не треба. Ту се убрајају бактерије, а процес претварања енергије назива се хемосинтеза.
Хемосинтеза То је процес током кога се синтетише глукоза, али хемикалије се користе уместо соларне енергије. Тече у областима са довољно високом температуром, погодном за рад ензима и у недостатку светлости. То могу бити подручја у близини хидротермалних извора, пропуштања метана на морским дубинама итд.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_1kf7567z9O0gbkQ.jpg)
Историја открића фотосинтезе
Историја открића и проучавања фотосинтезе датира из 1600. године, када је Јан Баптисте ван Хелмонт одлучио да разуме разумљиво тадашње питање: шта једу биљке и одакле добијају корисне материје?
У то време се веровало да је тло извор вредних елемената. Научник је ставио гранчицу врбе у контејнер са земљом, али претходно је мерио њихову тежину. Пет година бринуо је о дрвету, залијевајући га, након чега је поново извршио мере мерења.
Показало се да се тежина земље смањила за 56 г, али дрво је постало 30 пута теже. Ово откриће оповргава гледиште да се биљке хране тлом и створило је нову теорију - храњивање водом.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_HfWfuWci6MGiKmIA4udB5Gl6.jpg)
У будућности, многи научници су то покушали да одбаце.На пример, Ломоносов је веровао да делимично структурне компоненте улазе у биљке кроз лишће. Водио га је биљкама које успешно расту у сушним пределима. Међутим, ову верзију није било могуће доказати.
Стварном стању ствари најближе је био Јосепх Приестлеи, хемијски научник и хонорарни свештеник. Једном је открио мртвог миша у преврнутом теглу, а овај инцидент га је присилио да спроведе низ експеримената са глодарима, свећама и контејнерима 1770-их.
Приестлеи је открио да се свијећа увијек гаси брзо ако је покријете теглом на врху. Такође, живи организам не може преживети. Научник је закључио да постоје одређене силе које ваздух чине погодним за живот, и покушао је овај феномен повезати са биљкама.
Наставио је да поставља експерименте, али овај пут је покушао да под стаклену посуду стави лонац са растућом метвицом. На велико изненађење, биљка је наставила да се активно развија. Тада је Приестлеи ставио биљку и миша под једну теглу, а само животињу испод друге. Резултат је очигледан - под првим резервоаром глодавац је остао нетакнут.
![](http://nationalgreenhighway.org/img/kipm-2020/1414/image_5yst8JXqa4O.jpg)
Постигнуће хемичара постало је мотивација других научника широм света да понове експеримент. Али улов је да је свештеник током дана вршио експерименте. А, на пример, апотекар Карл Сцхееле - ноћу, када је било слободног времена. Као резултат тога, научник је Приестлија оптужио за превару, јер његови експериментални субјекти нису могли да поднесу експеримент са биљком.
Између хемичара избила је права научна конфронтација, што је донело значајне користи и омогућило још једно откриће - да биљке морају да обнављају ваздух, треба им сунчева светлост.
Наравно, тада овај феномен није назвао фотосинтезом, а било је још много питања. Међутим, 1782. године, ботаничар Јеан Сенебиер успео је да докаже да су у присуству сунчеве светлости биљке способне да разграде угљен диоксид на ћелијском нивоу. И 1864. године коначно су се појавили експериментални докази да биљке апсорбују угљен диоксид и луче кисеоник. То је заслуга научника из Немачке - Јулиуса Сацхса.