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fotosintesi
Questa è una mappa mentale sulla fotosintesi. La fotosintesi è il processo in cui le piante verdi (comprese le alghe) assorbono l'energia luminosa, sintetizzano l'anidride carbonica e l'acqua in materia organica ricca di energia e allo stesso tempo rilasciano ossigeno.
Modificato alle 2024-04-18 01:05:00
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fotosintesi
Il concetto e il significato della fotosintesi
concetto
Il processo mediante il quale le piante utilizzano l'energia solare per sintetizzare anidride carbonica e zuccheri rilasciando ossigeno
significato
1 Convertire la materia inorganica in materia organica
2 Convertire l'energia solare in energia chimica immagazzinabile
3 Mantenere l'equilibrio relativo di O2 e CO2 nell'atmosfera
Cloroplasti e pigmenti fotosintetici
cloroplasto
Isolamento dei cloroplasti
1 Separazione diretta dalla lama (metodo meccanico)
2 Isolamento dai protoplasti (idrolisi enzimatica
Sviluppo, morfologia e distribuzione dei cloroplasti
sviluppo
I cloroplasti delle piante superiori si sviluppano dai proplastidi. Quando il meristema apicale dello stelo forma il primordio della foglia, la membrana interna della membrana a doppio strato del proplasto si ripiega in più punti e si estende nella matrice, si espande e si dispone gradualmente in fogli sotto la luce, e si stacca dalla membrana interna per formare il primordio della foglia. formano tilacoidi e sintetizzano allo stesso tempo la clorofilla, consentendo ai proplastidi di svilupparsi in cloroplasti.
modulo
I cloroplasti delle piante superiori sono per lo più piatti e di forma ovale. La dimensione e il numero di cloroplasti in ciascuna cellula variano a seconda della specie vegetale, del tipo di tessuto e dello stadio di sviluppo. Ci sono da 20 a centinaia di cloroplasti in una cellula del mesofillo, che sono lunghi da 3 a 6 μm e spessi da 2 a 3 μm.
distribuito
I cloroplasti nelle cellule del mesofillo sono per lo più distribuiti vicino alla membrana plasmatica a contatto con l'aria. I cloroplasti di solito non si vedono adiacenti alle cellule non verdi (come le cellule epidermiche e le cellule del fascio vascolare). Tale distribuzione favorisce l'interazione tra i cloroplasti e il mondo esterno.
gli sport
Movimento con circolazione protoplasmatica
Si muove con la direzione e l'intensità della luce. Sotto luce debole, il lato piatto del cloroplasto è rivolto verso la luce; sotto luce forte, il lato piatto del cloroplasto è parallelo alla direzione della luce.
La struttura dei cloroplasti
membrana
È costituito da due strati di pellicole unitarie, con una distanza di 5~10 nm tra le due pellicole. Non c'è clorofilla sulla membrana e la sua funzione principale è controllare l'ingresso e l'uscita delle sostanze e mantenere il microambiente per la fotosintesi.
matrice
La matrice può eseguire una varietà di reazioni biochimiche complesse, inclusi tutti i sistemi enzimatici che riducono la CO2 (Rubisco 1,5-ribulosio bisfosfato carbossilasi/ossigenasi) e sintetizzano l'amido: il sito di assimilazione del carbonio contiene aminoacidi, proteine e DNA, RNA, enzimi che riducono nitriti e solfati, nonché substrati e prodotti coinvolti in queste reazioni - Lipidi del sito metabolico N (glicolipidi, fosfolipidi, solfati), tetrapirroli (clorofille, citocromi) e terpeni Sostanze come carotenoidi e alcoli fogliari e loro enzimi di sintesi e degradazione - siti metabolici per lipidi, pigmenti, ecc.
La matrice è il serbatoio di stoccaggio di amido, lipidi, ecc.
Tilacoide
I tilacoidi stromali, noti anche come lamelle stromali, si estendono nello stroma e non si sovrappongono tra loro.
I tilacoidi grana, o lamelle di grana, possono essere essi stessi o sovrapporsi ai tilacoidi stromali per formare il grana.
Complesso proteico sulla membrana tilacoide Complesso proteico: un complesso composto da più subunità e più componenti. Esistono quattro categorie principali: fotosistema I (PSI), fotosistema II (PSII), complesso Cytb6/f e complesso ATPasi (ATPasi).
pigmenti fotosintetici
I pigmenti che assorbono l'energia luminosa nelle reazioni fotosintetiche sono chiamati pigmenti fotosintetici
Clorofilla
La clorofilla è un estere dell'acido dicarbossilico. Un gruppo carbossilico è esterificato con metanolo e l'altro gruppo carbossilico è esterificato con fitolo. La differenza tra la clorofilla a e b è che la clorofilla a ha due idrogeni in più e un ossigeno in meno rispetto a b. L'unica differenza strutturale tra i due è che un gruppo metilico sull'anello pirrolico II della clorofilla a viene preso da un gruppo aldeidico.
carotenoidi
Il carotene è giallo-arancio e ha tre isomeri: a, B e y. Tra questi, il B-carotene è il più abbondante nelle piante. Il B-carotene viene idrolizzato in vitamina A nel corpo animale. La luteina è di colore giallo ed è un alcol derivato dal carotene, chiamato anche carotene. Di solito il rapporto tra luteina e carotene nelle foglie è di circa 2:1.
In generale, il rapporto tra clorofilla e carotenoidi nelle foglie è di circa 3:1, quindi le foglie normali appaiono sempre verdi. In autunno o in ambienti avversi, la clorofilla presente nelle foglie è più facile da degradare e la quantità diminuisce, mentre i carotenoidi sono relativamente stabili, per cui le foglie appaiono gialle.
I carotenoidi sono sempre presenti con la clorofilla
Il processo di fotosintesi e conversione dell'energia
sottoargomento
Dal punto di vista del costo del metabolismo energetico, l’assorbimento dell’energia luminosa è il processo mediante il quale le piante convertono l’energia luminosa in energia chimica. e trasferimento
L'essenza della fotosintesi è convertire l'energia luminosa in energia chimica.
fare un passo
reazione primaria
concetto
È la reazione iniziale della fotosintesi, che comprende il processo specifico di assorbimento, trasmissione e conversione dell'energia luminosa in energia elettrica.
Assorbimento e trasmissione dell'energia luminosa
La formazione di stati eccitati di solito fa sì che le molecole di pigmento si trovino nello stato energetico più basso
Il destino degli stati eccitati
Emettono fluorescenza e fosforescenza
Trasferire e convertire in energia elettrica
1. Il pigmento centrale: un piccolo numero di molecole di clorofilla a, che possono assorbire la luce ed essere eccitate dopo aver assorbito la luce per rilasciare un elettrone ad alta energia e subire una reazione fotochimica.
2. Pigmenti che concentrano la luce: la maggior parte delle molecole di pigmento assorbono solo l'energia luminosa e non provocano reazioni fotochimiche. Trasmettono solo l'energia luminosa assorbita al pigmento centrale, chiamato anche pigmenti antenna.
Due sistemi di illuminazione
fenomeno della goccia rossa
Quando irradiato con luce con una lunghezza d'onda maggiore di 680 nm (685 nm), la resa quantica fotosintetica della clorella diminuisce significativamente, fenomeno chiamato “goccia rossa”;
Doppio effetto di guadagno ottico
Quando la luce rosso-arancione a lunghezza d'onda corta (650-670 nm) e la luce rossa a onda lunga vengono irradiate contemporaneamente, la resa quantica fotosintetica è superiore alla somma delle due luci monocromatiche. Questo effetto è chiamato luce doppia ottenere effetto o effetto Emerson.
La composizione e la funzione dei trasmettitori di elettroni fotosintetici
Complesso PSII La funzione fisiologica del PSII è assorbire l'energia luminosa, effettuare reazioni fotochimiche, produrre forti ossidanti, dividere l'acqua per rilasciare ossigeno e trasferire gli elettroni nell'acqua al plastochinone. Composizione del complesso PSII e trasferimento di elettroni nel centro di reazione Il PSII è un complesso proteico contenente più subunità. È costituito dal complesso fotopigmento II, dall'antenna centrale, dal centro di reazione, dal complesso di evoluzione dell'ossigeno, dai citocromi e da vari cofattori.
Trasferimento di elettroni e fotofosforilazione
sistema di illuminazione
PSI: Il pigmento centrale è P700 Dopo che P700 è eccitato, dona elettroni a Fd
PSII: Il pigmento centrale è P680 Dopo che P680 è stato eccitato, dona elettroni alla feo (feofitina) e viene idratato per rilasciare ossigeno.
Trasferimento di elettroni e trasferimento di protoni
Fotolisi dell'acqua L'H2O è la fonte di O2 nella fotosintesi e il donatore finale di elettroni fotosintetici. Manganese, cloro e calcio sono essenziali nella reazione di evoluzione dell'ossigeno
fotofosforilazione
concetto
Il processo in cui i cloroplasti convertono il fosfato inorganico e l'ADP in ATP sotto la luce per formare legami fosfatici ad alta energia
Modo
1 Fotofosforilazione non ciclica: gli elettroni generati dal PSII subiscono una serie di trasferimenti, causando la formazione di ATP sul complesso del citocromo, quindi trasferiscono gli elettroni al PSI, aumentando la posizione energetica e infine utilizzati per ridurre il NADP. In questo modo gli elettroni non ritornano dopo aver attraversato il PS II.
2 Fotofosforilazione ciclica: gli elettroni generati dal PSI, dopo essere passati attraverso Fd e citocromo b563, ecc., provocano la formazione di ATP, abbassano la posizione energetica e quindi ritornano al punto di partenza originale P700 attraverso PC, formando un circuito chiuso.
assimilazione del carbonio
concetto
Il processo mediante il quale le piante utilizzano NADPH e ATP formati in reazioni leggere per convertire la CO2 in carboidrati stabili è chiamato assimilazione della CO2 o assimilazione del carbonio.
modo
Un ciclo di Calvin (chiamato anche percorso C3): è il più basilare e comune e solo questo percorso può produrre carboidrati.
1. fisso
2. riduzione
3. rinnovare
Via B C4
C Via del metabolismo degli acidi crassulacei (CAM)
Piante come le Crassulaceae hanno un metodo di assimilazione della CO2 molto speciale: fissano la CO2 di notte per produrre acidi organici e decarbossilano gli acidi organici per rilasciare CO2 durante il giorno per la fotosintesi. Questo percorso del metabolismo del carbonio fotosintetico correlato ai cambiamenti giornalieri nella sintesi degli acidi organici è chiamato CAM modo
Sia la via C4 che quella CAM sono forme ausiliarie della via C3. Possono servire solo a fissare, spostare e concentrare la CO2. Da sole non possono formare carboidrati come l'amido.
Utilizzo dell'energia luminosa da parte delle piante
Si riferisce al rapporto tra l'energia contenuta nella materia organica accumulata dalla fotosintesi delle piante e l'energia solare che irradia sul terreno dell'unità.
Modi per migliorare l’efficienza nell’utilizzo dell’energia luminosa
1 Aumentare l'area fotosintetica
1 Piantagione ragionevolmente densa
2 Modificare il tipo di impianto
2 Estendere il tempo fotosintetico
1 Aumentare l'indice di ritaglio multiplo
2 Integrare l'illuminazione artificiale
3. Aumenta il tasso di fotosintesi
1Aumentare la concentrazione di CO
2 Ridurre la fotorespirazione
Fattori che influenzano la fotosintesi
fattori esterni
1 luce
2CO2
3 temperatura
4 nutrizione minerale
5 umidità
6 Cambiamenti diurni nel tasso fotosintetico
Fattori interni
1 parti diverse
2 periodi riproduttivi diversi
fotorespirazione
concetto
1 Il concetto di fotorespirazione La fotorespirazione si riferisce al processo in cui le cellule verdi delle piante assorbono O2 e rilasciano CO2 in condizioni di luce.
2 Biochimica della fotorespirazione (1) L'essenza della respirazione è la biosintesi e l'ossidazione dell'acido glicolico (2) Nella via dell'acido glicolico, l'assorbimento di ossigeno avviene nei cloroplasti e nei perossisomi e il rilascio di CO2 avviene nei mitocondri. Cioè, la via dell'acido glicolico si completa attraverso le attività coordinate di tre organelli: cloroplasti, perossisomi e mitocondri. (3) La via dell'acido glicolico è ciclica, quindi è anche chiamata ciclo C2.
vie biochimiche
significato
1. Recupero del carbonio: 3/4 del carbonio nell'acido glicolico possono essere recuperati attraverso l'anello di ossidazione del carbonio C2 (2 etanolo converte 1 PGA, rilasciando 1CO2).
2. Mantenere il funzionamento del ciclo di riduzione del carbonio fotosintetico C3 Quando gli stomi fogliari sono chiusi o la concentrazione di CO2 esterna è bassa, la CO2 rilasciata dalla fotorespirazione può essere riutilizzata dal percorso C3 per mantenere il funzionamento del ciclo di riduzione del carbonio fotosintetico.
3. Evita che la luce forte danneggi il meccanismo fotosintetico. Sotto una luce forte, la forza di assimilazione formata nella reazione alla luce supererà la necessità di assimilazione di CO2, aumentando così i rapporti di NADPH/NADP e ATP/ADP nel cloroplasto. Allo stesso tempo, gli elettroni ad alta energia eccitati dalla luce verranno trasferiti a 0,2 e il radicale anionico superossido 0,2 formato avrà un effetto dannoso sul film fotosintetico e sul dispositivo fotosintetico. Tuttavia, la fotorespirazione può consumare la forza di assimilazione e l'alta energia elettroni, riducono la formazione di 0,2, proteggendo così i cloroplasti, evitano o riducono il danno della luce intensa al meccanismo fotosintetico
4． Eliminazione dell'acido glicolico L'acido glicolico è tossico per le cellule, mentre la fotorespirazione può eliminare l'acido glicolico e proteggere le cellule dalla tossicità.