Fotosynteza

Warunki fotosyntezy:
Obecność chloroplastów w komórkach
Dostępność światła ( słoneczne, elektryczne)
Dostępność soli mineralnych (jony magnezowe aktywują fotosyntezę)
Dostępność wody
Temperatura - optimum 20 -30 C
Niedobór jednego składnika pokarmowego, nawet przy pełnym dopływie pozostałych, ogranicza fotosyntezę.

Fotosynteza, proces syntezy prostych związków organicznych (węglowodanów) z dwutlenku węgla i wody przebiegający dzięki wykorzystaniu energii świetlnej pochłanianej przez chlorofil.

Fotosynteza jest anabolicznym procesem biologicznym polegającym na wychwytywaniu kwantów promieniowania świetlnego przez chlorofil i przekształcaniu ich energii w energię chemiczną . Energia ta zostaje zakumulowana w postaci wiązań chemicznych powstających w wyniku przyswajania CO2 . Komórki zdolne do fotosyntezy redukują go do węglowodanów .
Odbywa się to według równania:

Chlorofil
6CO2 + 6 H2O + energia --------> C6H12O6 + 6 O2

Enzymy
Wpływ warunków zewnętrznych na intensywność fotosyntezy:

1. Światło
Jest niezbędne w pierwszej fazie fotosyntezy natężenie światła zmienia się w ciągu roku, dnia, jest zależne od zanieczyszczenia powietrza, w lesie się zmienia wraz ze wzrostem natężenia światła wzrasta intensywność przeprowadzania fotosyntezy ale tylko do pewnego czasu, gdy natężenia jest za duże następuje blokada chlorofilu i zwiększenie transpiracji.

Pod wpływem tolerancji na światło rośliny dzielimy na:

Światłożądne - mają duże zapotrzebowanie na światło, rośliny gór, zboża
Cienioznośne - nie rosną w pełnym świetle potrzebują jedynie 10% np. rośliny runa leśnego.

2. CO2
Przy dostatecznym oświetleniu tempo przebiegu fotosyntezy zależy od stężenia CO2
Wzrost stężenia CO2 o 0.15% powoduje wzrost intensywności fotosyntezy o 3 razy.

3. Temperatura
Najwyższa intensywność fotosyntezy jest w temp. Od 20C-30C, za niska i za wysoka temp. Obniża i zahamowuje fotosyntezę

Przystosowanie roślin do obrony przed zimą:
- zrzucanie liści (żeby nie doprowadzić do nadmiernej utraty wody)
- rośliny iglaste- warstwa komórek tk. Okrywającej o zgrubiałej kutykuli zabezpiecza tk liścia, przed niską temp. I parowaniem wody
- aparaty szparkowe w zagłębieniach

4. Woda niezbędna do I fazy fotosyntezy, decyduje o rozwartości aparatów szparkowych.

Nadmierny ubytek wody powoduje:
- zamykanie szparek
- hamuje dopływ Co2
- nie zachodzi fotosynteza

5. Sole mineralne.
- potrzebne do budowy zw. Organicznych
- regulują procesy życiowe
- magnez- składnik chlorofilu
- azot - jego brak hamuje powstawanie chlorofilu
- żelazo - bierze udział w wytwarzaniu chlorofilu jak rośliny uzupełniają brak azotu?
- żyjąc w symbiozie z bakteriami azotowymi (rośliny motylkowe)
- łapiąc owady i trawiąc je (rośliny owadożerne)

Proces zamiany energii świetlnej na chemiczną wiązań asymilatów dzielimy na dwie wyraźne fazy:

1. Fazę Jasną
- przebiega on w gronach chloroplastów i polega na wytwarzaniu siły asymilacyjnej czyli ATP i NADPH2. Fotony światła padając na chlorofil powodują wybicie z niego elektronu. Chlorofil przechodzi w stan wzbudzenia, a wybite elektrony, które mają zapas energii z pochłoniętych kwantów światła przechodzą przez układ przenośników, tracąc energię, która gromadzona jest w ATP (fosforylacja fotosyntetyczna). W zależności od losu wybitych elektronów i ukł przenośników wyróżniamy 2 typy fosforylacji: cykliczną i niecykliczną. W czasie fazy jasnej zachodzi rozkład wody, wydziela się tlen, powstaje zredukowany NADPH2
- zależną bezpośrednio od światła, podczas której dochodzi do wytworzenia tzw. siły asymilacyjnej umożliwiającej zachodzenie dalszych etapów. Przemiany zachodzące w tej fazie zapisuje się uproszczonym równaniem:

12H2O + ENERGIA ŚWIETLNA + 18 ADP + 18 Pi 12(H2) + 18 ATP + 6O2

2. Fazę Ciemną
- zachodzącą w stromie chloroplastów i niezależną bezpośrednio od światła, co oznacza, że odcięcie dopływu światła nie zatrzymuje od razu tej "części" fotosyntezy, dopiero wyczerpanie siły asymilacyjnej wywołuje taki skutek. W fazie ciemnej dochodzi do asymilacji CO2 i powstania związków organicznych, czyli produktów fotosyntezy, które mogą służyć jako substancje wyjściowe do dalszych przemian. W tej części fotosyntezy dochodzi do przemiany substancji. Reakcję ogólną tego procesu można przedstawić równaniem:

6CO2 + 12(H2) + 18 ATP C6H12O6 + 6H2O + 18 ADP + 18 Pi
12(H2) = 12 cząsteczek zredukowanego NADPH + H+

Praktycznie cała energia swobodna, z której korzystają układy żywe pochodzi ze słońca. Aby rośliny mogły pochłaniać kwanty światła i ich energię zamieniać na energię użyteczną biologicznie, potrzebne są cząsteczki zdolne do pochłaniania, czyli absorpcji światła. Są nimi fotoreceptory, czyli barwniki fotosyntetyczne, a wśród nich chlorofile, które są magnezoporfirynami (o czym świadczy budowa chlorofilu: w środku czterech pierścieni węglowo-azotowych, czyli pirolowych ułożonych w czworokąt położony jest atom magnezu).
W procesie świetlnym następuje pochłanianie energii świetlnej przez chlorofil, w następstwie czego tworzy się ATP, czyli fosforylacja fotosyntetyczna, a u roślin wyższych również fotoliza wody i redukcja NADP+.
W bakteriach, w których substancją redukującą jest wodór lub pewne związki, główną funkcją procesu świetlnego jest wytwarzanie ATP, natomiast redukcja NADP+ zachodzi w ciemnej reakcji enzymatycznej. W procesie ciemnym następuje wbudowywanie CO2 do związków organicznych przy wykorzystaniu zredukowanych nukleotydów pirydynowych oraz energii zawartej w ATP.

Cechy roślin.
Organizmy samożywne - przede wszystkim rośliny zielone są organizmami, które wytwarzają substancje pokarmowe, przechwytując i magazynując energię słoneczną. Większość z nich do przeprowadzenia procesu fotosyntezy wykorzystuje zielony barwnik zwany chlorofilem.

Producenci
Organizmy, które same wytwarzają potrzebne im pożywienie, są nazywane producentami lub autotrofiami. Producenci wytwarzają pożywienie dla wszystkich organizmów w ekosystemie, stwarzając pomost, przez który energia Słońca dostaje się do biosfery.

Cykl w przyrodzie
Krążenie pierwiastków w przyrodzie określa się mianem cykli biogeochemicznych. Każdy pierwiastek lub związek chemiczny podlega charakterystycznemu dla siebie cyklowi. Do najważniejszych w ekologii należą cykle: węglowy, azotowy, wodny, tlenowy. Energii potrzebnej do tych przemian dostarcza słońce.