Sadržaj
- TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
- Fotosinteza: neophodna za cijeli život
- Fotosinteza se odvija u lišću
- Energija sa Sunca: Koraci fotosinteze
- Klorofil, apsorpcija svjetlosti i stvaranje energije
- Fotosinteza i stanična respiracija
- Reakcija globalnog zagrijavanja i fotosinteze
Proces fotosinteze, u kojem biljke i drveće pretvaraju svjetlost iz sunca u prehrambenu energiju, u početku se mogu činiti čarobnom, ali izravno i neizravno taj proces održava cijeli svijet. Dok zelene biljke posežu za svjetlošću, njihovo lišće hvata energiju sunca pomoću kemikalija koje apsorbiraju svjetlost ili posebnih pigmenata za pravljenje hrane iz ugljičnog dioksida i vode izvučene iz atmosfere. Ovaj postupak oslobađa kisik kao nusproizvod nazad u atmosferu, komponentu u zraku potrebnu za sve organizme koji dišu.
TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
Jednostavna jednadžba za fotosintezu je ugljični dioksid + voda + svjetlosna energija = glukoza + kisik. Kako entiteti u biljnom carstvu konzumiraju ugljični dioksid tijekom fotosinteze, oni ispuštaju kisik natrag u atmosferu kako bi ljudi mogli disati; zeleno drveće i biljke (na kopnu i u moru) prvenstveno su odgovorni za kisik u atmosferi, a bez njih životinje i ljudi, kao i drugi oblici života, ne bi mogli postojati kao danas.
Fotosinteza: neophodna za cijeli život
Zelene, rastuće stvari potrebne su za cijeli život na planeti, ne samo kao hrana biljojeda i svejeda, već za kisik koji im diše. Proces fotosinteze je primarni način na koji kisik ulazi u atmosferu. To je jedino biološko sredstvo na planeti koje bilježi sunčevu svjetlosnu energiju, pretvarajući je u šećere i ugljikohidrate koji biljkama daju hranjive tvari uz oslobađanje kisika.
Razmislite o tome: biljke i drveće u biti mogu izvući energiju koja započinje u vanjskim dosezima prostora, u obliku sunčeve svjetlosti, pretvoriti je u hranu i u tom procesu osloboditi potreban zrak koji organizmi trebaju da bi uspjeli. Mogli biste reći da sve biljke i drveće koje proizvode kisik imaju simbiotski odnos sa svim organizmima koji dišu kisikom. Ljudi i životinje pružaju biljkama ugljični dioksid, a oni zauzvrat dostavljaju kisik. Biolozi to nazivaju međusobnim simbiotskim odnosom jer sve strane u vezi imaju koristi.
U Linnaean klasifikacijskom sustavu kategorizacija i rangiranje svih živih bića, biljaka, algi i vrsta bakterija zvanih cijanobakterije su jedina živa bića koja proizvode hranu od sunčeve svjetlosti. Argument za sječu šuma i uklanjanje biljaka radi razvoja čini se kontraproduktivnim ako u tim razvojima nema ljudi koji žive, jer nema biljaka i drveća koje bi mogle stvarati kisik.
Fotosinteza se odvija u lišću
Biljke i drveće su autotrofi, živi organizmi koji sami prave hranu. Budući da to rade koristeći svjetlosnu energiju sunca, biolozi ih nazivaju fotoautotrofima. Većina biljaka i drveća na planeti su fotoautotrofi.
Pretvorba sunčeve svjetlosti u hranu odvija se na staničnoj razini unutar lišća biljke u organeli koja se nalazi u biljnim stanicama, strukturi koja se naziva kloroplast. Dok se lišće sastoji od više slojeva, fotosinteza se događa u mezofilu, srednjem sloju. Mali mikro otvori na donjoj strani listova koji se nazivaju stomati kontroliraju protok ugljičnog dioksida i kisika do i iz biljke, kontrolirajući biljnu izmjenu plina i biljnu vodenu ravnotežu.
Stomati postoje na dnu lišća, okrenutom suncu, kako bi se smanjili gubici vode. Male zaštitne stanice koje okružuju stomake kontroliraju otvaranje i zatvaranje ovih otvora poput usta oticanjem ili skupljanjem kao odgovor na količinu vode u atmosferi. Kad se stomaci zatvore, fotosinteza se ne može dogoditi jer biljka ne može uzimati ugljični dioksid. To uzrokuje pad razine ugljičnog dioksida u biljci. Kad dnevni dan postane previše vruć i suh, stroma se zatvara radi očuvanja vlage.
Kao organela ili struktura na staničnoj razini u lišću biljke, kloroplasti imaju vanjsku i unutarnju membranu koja ih okružuje. Unutar ovih membrana nalaze se strukture u obliku ploče koje se nazivaju tilakoidi. Tilakoidna membrana je mjesto gdje biljka i drveće pohranjuju klorofil, zeleni pigment odgovoran za apsorpciju svjetlosne energije iz sunca. Tu se odvijaju početne reakcije ovisne o svjetlu, u kojima brojni proteini čine transportni lanac koji prenosi energiju povučenu od sunca do mjesta gdje treba ići unutar biljke.
Energija sa Sunca: Koraci fotosinteze
Proces fotosinteze dvostupanjski je postupak s više koraka. Prvi stadij fotosinteze započinje s Svjetlosne reakcije, također poznat kao the Proces ovisan o svjetlu i zahtijeva svjetlosnu energiju od sunca. Druga faza, the Mračna reakcija pozornica, koja se naziva i Calvin ciklus, je proces kojim biljka stvara šećer uz pomoć NADPH i ATP-a iz faze lagane reakcije.
Svjetlosna reakcija faza fotosinteze uključuje sljedeće korake:
Sve se to događa na staničnoj razini unutar biljnih tilakoida, pojedinačnih spljoštenih vreća, raspoređenih u grani ili u hrpama unutar kloroplasta biljnih ili drvenih stanica.
Calvin Cycle, imenovan za Berkeleyevog biokemičara Melvina Calvina (1911-1997), dobitnika Nobelove nagrade za kemiju iz 1961. za otkrivanje faze tamne reakcije, postupak je kojim biljka pravi šećer uz pomoć NADPH i ATP-a iz faze svjetlosne reakcije. Tijekom Calvin ciklusa događaju se sljedeći koraci:
Klorofil, apsorpcija svjetlosti i stvaranje energije
U tilakoidnu membranu ugrađena su dva sustava za snimanje svjetlosti: foto sustav I i fotosistem II koji se sastoji od više proteina nalik anteni, gdje biljke ostavljaju svjetlosnu energiju u kemijsku. Fotosustav I osigurava opskrbu elektronskim nosačima niske energije, dok drugi dovodi energizirane molekule tamo gdje trebaju ići.
Klorofil je pigment koji apsorbira svjetlost, unutar lišća biljaka i drveća, koji započinje proces fotosinteze. Kao organski pigment unutar tilakoida kloroplasta, klorofil apsorbira energiju samo u uskom pojasu elektromagnetskog spektra koji proizvodi sunce unutar valne duljine od 700 nanometara (nm) do 400 nm. Nazvan fotosintetski aktivnim pojavom zračenja, zelena sjedi usred spektra vidljive svjetlosti koja razdvaja nižu energiju, ali duže crvene valovne dužine, žute i narančaste od visoke energije, kraće valne duljine, bluesa, indigoa i ljubičice.
Kao klorofili apsorbiraju jedan foton ili izrazit paket svjetlosne energije, uzrokuje da se te molekule uzbude. Jednom kada biljna molekula postane pobuđena, preostali koraci procesa uključuju uključivanje ove uzbuđene molekule u sustav za transport energije putem nosača energije koji se naziva nikotinamid adenin dinukleotid fosfat ili NADPH, radi isporuke u drugi stupanj fotosinteze, faza Tamne reakcije ili Calvin ciklus.
Nakon ulaska u lanac transporta elektrona, proces izvlači vodikove ione iz vode koja se uzima i dostavlja je u unutrašnjost tilakoida, gdje se ti vodikovi ioni stvaraju. Ioni prolaze kroz poluporoznu membranu od stromalne strane do tilakoidnog lumena, gubeći nešto energije u procesu dok se kreću kroz proteine koji postoje između dva fotosustava. Vodikovi ioni se okupljaju u tilakoidnom lumenu gdje čekaju ponovno aktiviranje energije, prije nego što sudjeluju u procesu koji Adenosin trifosfat ili ATP čine energetskom valutom stanice.
Proteini antene u foto sustavu 1 apsorbiraju još jedan foton, usmjeravajući ga u PS1 reakcijski centar zvan P700. Oksidirano središte, P700 oslobađa visokoenergetski elektron u nikotin-amid adenin dinukleotid fosfat ili NADP + i smanjuje ga u NADPH i ATP. Ovdje biljna stanica pretvara svjetlosnu energiju u kemijsku energiju.
Kloroplast koordinira dvije faze fotosinteze kako bi se svjetlosna energija iskoristila za izradu šećera. Tilakoidi unutar kloroplasta predstavljaju mjesta svjetlosnih reakcija, dok se u stromi događa Calvin ciklus.
Fotosinteza i stanična respiracija
Ćelijsko disanje, vezano za proces fotosinteze, događa se u biljnoj ćeliji jer uzima svjetlosnu energiju, mijenja je u kemijsku energiju i oslobađa kisik u atmosferu. Respiracija se događa u biljnoj ćeliji kada se šećeri proizvedeni tijekom procesa fotosinteze kombiniraju s kisikom kako bi se stvorila energija za stanicu, tvoreći ugljični dioksid i vodu kao nusprodukte disanja. Jednostavna jednadžba disanja suprotna je fotosintezi: glukoza + kisik = energija + ugljični dioksid + svjetlosna energija.
Stanično disanje se događa u svim staničnim živim stanicama, ne samo u lišću, već iu korijenju biljke ili stabla. Kako stanično disanje ne treba svjetlosnu energiju, može se pojaviti i danju i noću. No, prekomjerno zalijevanje biljaka u tlima s lošom drenažom uzrokuje problem staničnog disanja, jer poplavljene biljke ne mogu unijeti dovoljno kisika kroz svoje korijene i transformirati glukozu da podupru stanice metaboličke procese. Ako biljka predugo prima previše vode, njezino korijenje može biti lišeno kisika, što u biti može zaustaviti stanično disanje i ubiti biljku.
Reakcija globalnog zagrijavanja i fotosinteze
Profesor sa sveučilišta u Kaliforniji Merced Elliott Campbell i njegov tim istraživača primijetili su u članku iz međunarodnog znanstvenog časopisa "Priroda" iz travnja 2017. da se proces fotosinteze dramatično povećao tijekom 20. stoljeća. Istraživački tim otkrio je globalni zapis o fotosintetskom procesu dugom dvije stotine godina.
To ih je navelo da zaključe da je ukupan broj fotosinteze biljaka na planeti porastao za 30 posto tijekom godina koje su istraživali. Iako istraživanje nije konkretno identificiralo uzrok poremećaja u procesu fotosinteze na globalnoj razini, računalni modeli timova sugeriraju nekoliko procesa, u kombinaciji, koji bi mogli rezultirati tako velikim porastom globalnog rasta biljaka.
Modeli su pokazali da vodeći uzroci povećane fotosinteze uključuju povećanu emisiju ugljičnog dioksida u atmosferu (prvenstveno zbog ljudskih aktivnosti), duže razdoblje rasta zbog globalnog zagrijavanja zbog tih emisija i povećano zagađenje dušikom uzrokovano masovnom poljoprivredom i izgaranjem fosilnih goriva. Ljudske aktivnosti koje su dovele do tih rezultata imaju i pozitivne i negativne učinke na planetu.
Profesor Campbell napomenuo je da iako povećana emisija ugljičnog dioksida potiče proizvodnju usjeva, također potiče rast neželjenog korova i invazivnih vrsta. Napomenuo je da povećana emisija ugljičnog dioksida izravno uzrokuje klimatske promjene što dovodi do većih poplava duž obalnih područja, ekstremnih vremenskih uvjeta i povećanja zakiseljavanja oceana, a sve to ima glomazan učinak na globalnoj razini.
Iako se fotosinteza povećavala tijekom 20. stoljeća, to je također uzrokovalo da biljke pohranjuju više ugljika u ekosustavima širom svijeta, što rezultira da oni postanu izvori ugljika umjesto ugljika. Čak i s povećanjem fotosinteze, povećanje ne može nadoknaditi izgaranje fosilnih goriva, jer veće emisije ugljičnog dioksida izgaranjem fosilnih goriva imaju tendenciju da nadmaše biljke koje mogu unositi CO2.
Istraživači su analizirali podatke o snijegu na Antarktiku koje je prikupila Nacionalna uprava za okean i atmosferu kako bi razvili svoja otkrića. Proučavajući plin pohranjen u uzorcima leda, istraživači su pregledali globalne atmosfere prošlosti.