Садржај
- ТЛ; ДР (Предуго; нисам прочитао)
- Фотосинтеза: неопходна за цео живот
- Фотосинтеза се одвија у лишћу
- Енергија са Сунца: Кораци фотосинтезе
- Хлорофил, апсорпција светлости и стварање енергије
- Фотосинтеза и ћелијска респирација
- Реакција глобалног загревања и фотосинтезе
Процес фотосинтезе, у којем биљке и дрвеће претварају свјетлост из сунца у нутритивну енергију, у почетку се могу чинити магијом, али директно и индиректно овај процес одржава читав свијет. Док зелене биљке посежу за светлошћу, њихово лишће хвата енергију сунца користећи хемикалије које апсорбују светлост или посебне пигменте за прављење хране из угљен-диоксида и воде извучене из атмосфере. Овај процес ослобађа кисеоник као нуспроизвод назад у атмосферу, компоненту у ваздуху потребну за све организме који дишу.
ТЛ; ДР (Предуго; нисам прочитао)
Једноставна једначина за фотосинтезу је угљендиоксид + вода + светлосна енергија = глукоза + кисеоник. Како ентитети унутар биљног царства троше угљен диоксид током фотосинтезе, они испуштају кисеоник назад у атмосферу да би људи могли да дишу; зелено дрвеће и биљке (на копну и у мору) првенствено су одговорни за кисеоник у атмосфери, а без њих животиње и људи, као и други облици живота, не би могли постојати као данас.
Фотосинтеза: неопходна за цео живот
Зелене, растуће ствари су неопходне за цео живот на планети, не само као храна биљоједа и свеједа, већ за кисик који им дише. Процес фотосинтезе је примарни начин на који кисик улази у атмосферу. То је једино биолошко средство на планети које снима сунчеву светлосну енергију, претварајући је у шећере и угљене хидрате који биљкама дају хранљиве материје, ослобађајући кисеоник.
Размислите о томе: биљке и дрвеће могу у основи повући енергију која почиње у спољним досезима простора, у облику сунчеве светлости, претворити је у храну и током процеса ослободити потребан ваздух који организмима треба да успевају. Могли бисте рећи да све биљке и дрвеће које производе кисеоник имају симбиотску везу са свим организмима који дишу кисеоником. Људи и животиње дају биљкама угљендиоксид, а они заузврат достављају кисеоник. Биолози то називају међусобним симбиотским односом, јер све стране у вези имају користи.
У Линновом класификационом систему категоризација и рангирање свих живих бића, биљака, алги и врста бактерија званих цијанобактерије једина су жива бића која производе храну од сунчеве светлости. Аргумент за сјечу шума и уклањање биљака ради развоја изгледа контрапродуктивно ако у тим развојима није преостало више људи да живе јер нису преостале биљке и дрвећа која би стварала кисеоник.
Фотосинтеза се одвија у лишћу
Биљке и дрвеће су аутотрофи, живи организми који сами праве храну. Пошто то раде користећи светлосну енергију сунца, биолози их називају фотоаутрофи. Већина биљака и дрвећа на планети су фотоаутотрофи.
Претварање сунчеве светлости у храну одвија се на ћелијском нивоу унутар лишћа биљке у органели која се налази у биљним ћелијама, структури која се зове хлоропласт. Док се листови састоје од више слојева, фотосинтеза се догађа у мезофилу, средњем слоју. Мали микро отвори на доњој страни листова звани стомати контролирају проток угљен-диоксида и кисеоника до и из биљке, контролишући биљну измену гаса и биљни водени биланс.
Стомати постоје на дну лишћа, окренутом сунцу, како би се смањили губици воде. Мале заштитне ћелије које окружују стомаке контролишу отварање и затварање ових отвора налик на уста отицањем или смањивањем као одговор на количину воде у атмосфери. Када се стомаци затворе, фотосинтеза се не може догодити, јер биљка не може да унесе угљен диоксид. То узрокује пад нивоа угљен диоксида у биљци. Када дневни дан постане превише врућ и сув, строма се затвара да сачува влагу.
Као органела или структура на ћелијском нивоу у лишћу биљке, хлоропласти имају спољну и унутрашњу мембрану која их окружује. Унутар ових мембрана се налазе структуре у облику плоче које се називају тилакоиди. Тилакоидна мембрана је место где биљка и дрвеће складиште хлорофил, зелени пигмент одговоран за апсорпцију светлосне енергије из сунца. Ту се одвијају почетне реакције зависне од светлости у којима бројни протеини сачињавају транспортни ланац за пренос енергије повучене од сунца до места где треба да иде унутар биљке.
Енергија са Сунца: Кораци фотосинтезе
Процес фотосинтезе је двостепени, вишестепени процес. Прва фаза фотосинтезе почиње са Светлосне реакције, такође познат као Лако зависан процес и захтева светлосну енергију од сунца. Друга фаза, Дарк Реацтион позорница, која се такође назива и Цалвин Цицле, је процес којим биљка прави шећер уз помоћ НАДПХ и АТП-а из фазе лагане реакције.
Тхе Светлосна реакција фаза фотосинтезе укључује следеће кораке:
Све се то дешава на ћелијском нивоу унутар биљних тилакоида, појединачних спљоштених врећа, распоређених у грани или гомилама унутар хлоропласта биљних или дрвених ћелија.
Тхе Цалвин Цицле, именована за Беркелеиевог биохемичара Мелвина Цалвина (1911-1997), добитника Нобелове награде за хемију из 1961. за откривање фазе тамне реакције, процес је којим биљка прави шећер уз помоћ НАДПХ и АТП-а из фазе светлосне реакције. Током Цалвин циклуса, следећи кораци се дешавају:
Хлорофил, апсорпција светлости и стварање енергије
У тилакоидну мембрану уграђена су два система за снимање светлости: фотосистем И и фотосистем ИИ који се састоји од више протеина налик антени, где биљке остављају енергију светлости у хемијску енергију. Фотосистем И обезбеђује снабдевање нискоенергетских носача електрона, док други доводи енергизиране молекуле тамо где требају да оду.
Хлорофил је пигмент који апсорбује светлост, унутар лишћа биљака и дрвећа, који започиње процес фотосинтезе. Као органски пигмент унутар тилакоида хлоропласта, хлорофил апсорбује енергију само у уском појасу електромагнетног спектра који производи сунце у таласном распону од 700 нанометара (нм) до 400 нм. Назван фотосинтетски активним појавом зрачења, зелено лежи у средини спектра видљиве светлости раздвајајући нижу енергију, али црвену већу таласну дужину, жуте и наранџасте од високе енергије, краће таласне дужине, плаве боје, индигое и љубичице.
Као што хлорофили апсорбују један фотон или изразито пакета светлосне енергије, он узрокује да ови молекули буду узбуђени. Једном када биљни молекул буде побуђен, остали кораци процеса укључују укључивање тог узбуђеног молекула у систем преноса енергије преко носача енергије званог никотинамид аденин динуклеотид фосфат или НАДПХ, ради испоруке у другу фазу фотосинтезе, фазу Тамне реакције или Цалвин циклус.
Након уласка у ланац транспорта електрона, процес извлачи јоне водоника из воде узете у воду и доставља је у унутрашњост тилакоида, где се стварају ови водонични јони. Јони прелазе преко пол-порозне мембране са стромалне стране у тилакоидни лумен, губећи део енергије током процеса, док се крећу кроз протеине који постоје између два фотосистема. Јонски водони се окупљају у тилакоидном лумену где чекају на поновно активирање енергије пре него што учествују у процесу који Аденосин трифосфат или АТП чине енергетском валутом ћелије.
Протеини антене у фотосистему 1 апсорбују други фотон, преносећи га у ПС1 реакциони центар зван П700. Оксидовани центар, П700 избацује високоенергетски електрон на никотин-амид аденин динуклеотид фосфат или НАДП + и смањује га у НАДПХ и АТП. Овде биљна ћелија претвара светлосну енергију у хемијску енергију.
Хлоропласт координира две фазе фотосинтезе како би се употребила светлосна енергија за прављење шећера. Тилакоиди унутар хлоропласта представљају места светлосних реакција, док се Калвин циклус појављује у строми.
Фотосинтеза и ћелијска респирација
Ћелијско дисање, везано за процес фотосинтезе, догађа се у биљној ћелији јер узима светлосну енергију, мења је у хемијску енергију и ослобађа кисеоник назад у атмосферу. Респирација се јавља у биљној ћелији и догађа се када се шећери произведени током процеса фотосинтезе комбинују са кисеоником да би се створила енергија за ћелију, формирајући угљен диоксид и воду као нуспродукте дисања. Једноставна једнаџба дисања супротна је фотосинтези: глукоза + кисеоник = енергија + угљен диоксид + светлосна енергија.
Ћелијско дисање се дешава у свим живим ћелијама биљака, не само у лишћу, већ иу коренима биљке или дрвета. Будући да ћелијском дисању није потребна светлосна енергија, може се појавити и дању и ноћу. Али прекомерно заливање биљака у тлима са лошом дренажом узрокује проблем ћелијског дисања, јер поплављене биљке не могу да уносе довољно кисеоника кроз своје корење и трансформишу глукозу да подупру ћелијске метаболичке процесе. Ако биљка предуго прима превише воде, њени корени могу бити лишени кисеоника, што у суштини може зауставити станично дисање и убити биљку.
Реакција глобалног загревања и фотосинтезе
Универзитет у Калифорнији Мерцед професор Еллиотт Цампбелл и његов тим истраживача приметили су у чланку из априла 2017. у међународном научном часопису "Натуре" да се процес фотосинтезе драматично повећао током 20. века. Истраживачки тим открио је глобални запис о фотосинтетском процесу дугом две стотине година.
То их је навело да закључе да је укупан број фотосинтезе биљака на планети порастао за 30 процената током година које су истраживали. Иако истраживање није конкретно идентификовало узрок поремећаја у процесу фотосинтезе на глобалној разини, рачунарски модели тимова предлажу неколико процеса, у комбинацији, који би могли резултирати тако великим растом глобалног раста биљака.
Модели су показали да водећи узроци повећане фотосинтезе укључују повећану емисију угљен-диоксида у атмосфери (превасходно због људских активности), дуже сезоне раста због глобалног загревања због тих емисија и повећано загађење азотом узроковано масовном пољопривредом и сагоревањем фосилних горива. Људске активности које су довеле до ових резултата имају и позитивне и негативне ефекте на планету.
Професор Цампбелл напоменуо је да иако повећана емисија угљен-диоксида подстиче производњу усева, подстиче и раст нежељеног корова и инвазивних врста. Напоменуо је да повећана емисија угљен-диоксида директно изазива климатске промене што доводи до већих поплава дуж приобалних подручја, екстремних временских услова и повећања закисељења океана, а све то има гломазне ефекте широм света.
Иако се фотосинтеза повећавала током 20. века, то је такође узроковало да биљке складиште више угљеника у екосистемима широм света, што резултира да они постану извори угљеника уместо понора угљеника. Чак и са повећањем фотосинтезе, повећање не може надокнадити сагоревање фосилних горива, јер веће емисије угљен-диоксида изгарањем фосилних горива имају тенденцију да превазиђу способност постројења да апсорбују ЦО2.
Истраживачи су анализирали податке о снегу на Антарктику које је прикупила Национална управа за океане и атмосферу како би развили своја открића. Проучавајући гас ускладиштен у узорцима леда, истраживачи су прегледали глобалне атмосфере прошлости.