Przebieg i znaczenie fotosyntezy w przyrodzie

PRZEBIEG I ZNACZENIE FOTOSYNTEZY W PRZYRODZIE

Fotosynteza to skomplikowany proces chemiczny, który został poznany dzięki badaniom prowadzonym w latach 40-tych ubiegłego stulecia. Autorzy tych badań Calvin i Benson otrzymali nagrodę Nobla. Jednak już pod koniec XVIII w. anglik J. Priestley wykazał iż gałązka mięty "odświeża" powietrze "zepsute" przez palącą się świecę. Siedem lat później Holender Jan Ingenhousz ujawnił iż rośliny mogą "odświeżać" zepsute powietrze tylko przy świetle słonecznym oraz, że ich zdolność do "odświeżania" powietrza zależy od jasności dnia i długości okresu działania słońca na rośliny. W ciemności rośliny wydzielają powietrze "szkodliwe dla zwierząt". Następnym ważnym etapem w rozwoju wiedzy o fotosyntezie były doświadczenia de Saussure'a przeprowadzone w roku 1804. Ważąc powietrze i rośliny przed fotosyntezą oraz po przebiegu fotosyntezy de Saussure wykazał, że przyrost suchej masy rośliny jest większy od masy CO2 pobranego z powietrza Wysunął on także wniosek, iż drugą substancją przyczyniającą się do zwiększenia ciężaru rośliny była woda. Tak więc przed 160 laty uważano, iż schemat przebiegu fotosyntezy w głównych zarysach przedstawia się następująco: dwutlenek węgla woda energia świetlna = substancja organiczna tlen .
Ingenhousz sugerował, iż światło bierze udział w rozszczepianiu dwutlenku węgla, uwalniając tlen i dając "węgiel", który służy do wytwarzania substancji roślinnej. Ten logiczny podział został obalony, kiedy Winogradski w 1887r odkrył , że organizmy nie zawierające chlorofilu mają jednak zdolność do asymilowania dwutlenku węgla..

Fotosynteza jest to proces biologiczny, którego istotą jest wyłapywanie promieniowania świetlnego i przekształcanie ich w energię chemiczną. Następnie energia ta magazynowana jest pod postacią wiązań chemicznych, które powstają w wyniku przyswajania CO2. Podstawowym związkiem, który powstaje w rezultacie redukcji dwutlenku węgla są cukry.
W całym procesie dochodzi do powstania mniej utlenionych związków, które są przy tym bogatsze w energię. Generalnie można powiedzieć, że im związek jest bardziej zredukowany, tym jego wartość energetyczna jest wyższa.

- DEFINICJA- fotosynteza (photos - światło, synthesis - składanie), jest to proces, w którym następuje redukcja dwutlenku węgla a powstają związki organiczne z prostych substancji mineralnych; niezbędnym czynnikiem jest energia świetlna i obecność barwników asymilacyjnych;

- ZNACZENIE FOTOSYNTEZY- fotosynteza jest jednym z podstawowych procesów biologicznych. Warunkuje ona życie na Ziemi, dzięki niemu możliwa jest przemiana materii nieorganicznej w organiczną. Związki organiczne, które zostają wytworzone w trakcie tego procesu są czynnikiem budującym oraz pokarmowym. Poprzez proces wiązania dwutlenku węgla i uwalnianie tlenu możliwe jest zachowanie stabilnej sytuacji gazowej.

- FAZY FOTOSYNTEZY:
1. faza świetlna, zwana fotochemiczną- są to reakcje chemiczne, które zachodzą pod wpływem światła; istotą tej fazy jest przekształcenie tejże energii świetlnej w energię chemiczną; biorą w tym udział dwa fotosystemy chlorofilu,
2. faza ciemna, niezależna od światła- zwana jest także cyklem Calvina; jest niezależna od światła; przebiega ona w stromie chloroplastów i polega na redukcji dwutlenku węgla przy udziale siły asymilacyjnej;
- LOKALIZACJA PROCESU- proces fotosyntezy odbywa się w tych strukturach komórkowych, w częściach zielonych;
- WARUNKI I INTENSYWNOŚĆ FOTOSYNTEZY- intensywność tego procesu jest uwarunkowana wieloma czynnikami; są to
- światło- podstawowy i niezbędny warunek fotosyntezy w fazie świetlnej; na uwagę zasługuje przy tym fakt, że nie ma znaczenia rodzaj energii (słoneczna bądź elektryczna); na szybkość i intensywność fotosyntezy wpływa natężenie światła oraz jego barwa; zbyt silne oświetlenie hamuje jednak fotosyntezę, gdyż cząsteczki chlorofilu ulegają inaktywacji;
- dwutlenek węgla- rośliny wodne pobierają go pod postacią jonów natomiast rośliny lądowe w postaci gazowej; stężenie dwutlenku węgla w atmosferze jest jednak dość niskie;
- woda- woda jest czynnikiem warunkującym procesy typu biochemicznego; woda warunkuje procesy wymiany gazowej;
- sole mineralne- są one źródłem substancji niezbędnych do procesów syntezy, które zachodzą w komórkach; warunkują także wiele istotnych przemian;
- temperatura- temperatura warunkuje proces fotosyntezy z tego względu, że proces ten ma charakter enzymatyczny; najlepsza optymalna temperatura dla tego procesu wynosi od 20 do 30 0C; po przekroczeniu tego przedziału znacznie zmniejsza się intensywność tego procesu;
- BARWNIKI FOTOSYNTETYCZNE I ICH ZNACZENIE- barwniki fotosyntetyczne zalicza się to trzech podstawowych grup:
- chlorofile- pochłaniają one promienie niebieskie oraz czerwone; barwniki te rozpuszczają się w rozpuszczalnikach typu organicznego; u roślin wyższych występują dwa rodzaje tego barwnika- forma a i b; chlorofil a jest to niebiesko-zielony barwnik, który występuje u wszystkich fotoautotrofów ( za wyjątkiem bakterii); chlorofil b to barwnik zielono-żółty, spotykany u roślin wyższych oraz u glonów; zawartość chlorofilu b w liściach jest około trzy razy mniejsza niż chlorofilu a; rośliny cieniolubne zawierają generalnie więcej barwników, niż rośliny światłolubne;
- karotenoidy- pochłaniają promienie niebieskie i zielone; tak jak chlorofile występują u wszystkich roślin; są to barwniki żółte bądź pomarańczowe, które spotyka się u fotoautotrofów w stężeniu kilka razy mniejszym niż chlorofile; karotenoidy nie rozpuszczają się w wodzie; rozpadają się pod wpływem światła i tlenu;
- fikobiliny- są to barwniki towarzyszące, które występują u sinic i krasnorostów; ich główna rola polega na wychwytywaniu energii świetlnej; zaabsorbowana w ten sposób energia przekazywana jest na chlorofil;