obiective de invatare

Până la sfârșitul acestei secțiuni, veți putea:

  • Rezumați procesul de fotosinteză
  • Explicați relevanța fotosintezei pentru alte viețuitoare
  • Identificați reactanții și produsele fotosintezei
  • Descrieți principalele structuri implicate în fotosinteză

Energia care este valorificată din fotosinteză intră în ecosistemele planetei noastre continuu și este transferată de la un organism la altul. Prin urmare, direct sau indirect, procesul de fotosinteză asigură cea mai mare parte a energiei cerute de ființele vii de pe pământ.

Fotosinteza are ca rezultat și eliberarea de oxigen în atmosferă. Pe scurt, pentru a mânca și respira, oamenii depind aproape în totalitate de organismele care efectuează fotosinteza.

Conceptul în acțiune


dependente lumină

Faceți clic pe următorul link pentru a afla mai multe despre fotosinteză.

Unele organisme pot efectua fotosinteza, în timp ce altele nu. Un autotrof este un organism care își poate produce propria hrană. Rădăcinile grecești ale cuvântului autotrof înseamnă „sine” (auto) „alimentator” (trof). Plantele sunt cele mai cunoscute autotrofe, dar există altele, inclusiv anumite tipuri de bacterii și alge (Figura 5.2). Algele oceanice contribuie cu cantități enorme de alimente și oxigen la lanțurile alimentare globale. Plantele sunt, de asemenea, fotoautotrofe, un tip de autotrof care folosește lumina soarelui și carbonul din dioxidul de carbon pentru a sintetiza energia chimică sub formă de carbohidrați. Toate organismele care efectuează fotosinteza necesită lumina soarelui.

Figura 5.2 (a) Plantele, (b) algele și (c) anumite bacterii, numite cianobacterii, sunt fotoautotrofe care pot efectua fotosinteza. Algele pot crește pe suprafețe enorme din apă, uneori acoperind complet suprafața. (credit a: Steve Hillebrand, S.U.A. Fish and Wildlife Service; credit b: „eutrofizare și hipoxie”/Flickr; credit c: NASA; date la scară de la Matt Russell)

Heterotrofii sunt organisme incapabile de fotosinteză care, prin urmare, trebuie să obțină energie și carbon din alimente prin consumul altor organisme. Rădăcinile grecești ale cuvântului heterotrof înseamnă „altul” (hetero) „hrănitor” (trof), ceea ce înseamnă că hrana lor provine din alte organisme. Chiar dacă organismul alimentar este un alt animal, acest aliment își urmărește originile din autotrofe și procesul de fotosinteză. Oamenii sunt heterotrofi, la fel ca toate animalele. Heterotrofii depind de autotrofi, fie direct, fie indirect. Căprioarele și lupii sunt heterotrofi. Un căprioar obține energie consumând plante. Un lup care mănâncă un cerb obține o energie care provine inițial din plantele mâncate de acel cerb. Energia din plantă a provenit din fotosinteză și, prin urmare, este singurul autotrof din acest exemplu (Figura 5.3). Folosind acest raționament, toate alimentele consumate de oameni se leagă și de autotrofe care efectuează fotosinteza.

Figura 5.3 Energia stocată în moleculele de carbohidrați din fotosinteză trece prin lanțul trofic. Prădătorul care mănâncă acești căprioare obține energie provenită din vegetația fotosintetică pe care căprioara a consumat-o. (credit: Steve VanRiper, SUA Fish and Wildlife Service)

Fotosinteza la magazinul alimentar

Marile magazine alimentare din Statele Unite sunt organizate pe departamente, cum ar fi lactatele, carnea, produsele, pâinea, cerealele și așa mai departe. Fiecare culoar conține sute, dacă nu chiar mii, de produse diferite pe care clienții le pot cumpăra și consuma (Figura 5.4).

Deși există o mare varietate, fiecare element se leagă înapoi la fotosinteză. Carnea și produsele lactate se leagă de fotosinteză, deoarece animalele au fost hrănite cu alimente pe bază de plante. Pâinea, cerealele și pastele provin în mare parte din cereale, care sunt semințele plantelor fotosintetice. Dar deserturile și băuturile? Toate aceste produse conțin zahăr - molecula de carbohidrat de bază produsă direct din fotosinteză. Conexiunea de fotosinteză se aplică fiecărei mese și fiecărei alimente consumate de o persoană.

Fotosinteza necesită lumină solară, dioxid de carbon și apă ca reactanți de pornire (Figura 5.5). După finalizarea procesului, fotosinteza eliberează oxigen și produce molecule de carbohidrați, cel mai frecvent glucoză. Aceste molecule de zahăr conțin energia de care au nevoie viețuitoarele pentru a supraviețui.

Figura 5.5 Fotosinteza utilizează energia solară, dioxidul de carbon și apa pentru a elibera oxigenul pentru a produce molecule de zahăr stocatoare de energie. Fotosinteza este originea produselor care cuprind principalele elemente ale dietei umane. (credit: Associação Brasileira de Supermercados)

Reacțiile complexe ale fotosintezei pot fi rezumate prin ecuația chimică prezentată în Figura 5.6.

Figura 5.6 Procesul fotosintezei poate fi reprezentat printr-o ecuație, în care dioxidul de carbon și apa produc zahăr și oxigen folosind energia din lumina soarelui.

Deși ecuația arată simplă, numeroșii pași care au loc în timpul fotosintezei sunt de fapt destul de complexi, ca în modul în care reacția de respirație celulară rezumativă a reprezentat multe reacții individuale. Înainte de a afla detaliile despre modul în care fotoautotrofii transformă lumina soarelui în alimente, este important să vă familiarizați cu structurile fizice implicate.

La plante, fotosinteza are loc în primul rând în frunze, care constau din multe straturi de celule și au laturi superioare și inferioare diferențiate. Procesul de fotosinteză are loc nu pe straturile de suprafață ale frunzei, ci mai degrabă într-un strat mijlociu numit mezofilă (Figura 5.7). Schimbul de gaze de dioxid de carbon și oxigen are loc prin deschideri mici, reglate numite stomate.

În toate eucariotele autotrofe, fotosinteza are loc în interiorul unui organet numit cloroplast. La plante, celulele care conțin cloroplast există în mezofilă. Cloroplastele au o membrană dublă (interioară și exterioară). În interiorul cloroplastului se află o a treia membrană care formează structuri stivuite, în formă de disc, numite tilacoide. Înglobate în membrana tilacoidă sunt molecule de clorofilă, un pigment (o moleculă care absoarbe lumina) prin care începe întregul proces de fotosinteză. Clorofila este responsabilă pentru culoarea verde a plantelor. Membrana tilacoidă închide un spațiu intern numit spațiu tilacoid. Alte tipuri de pigmenți sunt, de asemenea, implicați în fotosinteză, dar clorofila este de departe cea mai importantă. Așa cum se arată în Figura 5.7, un teanc de tilacoizi se numește granum, iar spațiul care înconjoară granul se numește stroma (nu trebuie confundat cu stomatele, deschiderile de pe frunze).

Într-o zi fierbinte și uscată, plantele își închid stomatele pentru a conserva apa. Ce impact va avea acest lucru asupra fotosintezei?

Fotosinteza are loc în două etape: reacțiile dependente de lumină și ciclul Calvin. În reacțiile dependente de lumină, care au loc la nivelul membranei tilacoide, clorofila absoarbe energia din lumina soarelui și apoi o transformă în energie chimică cu ajutorul apei. Reacțiile dependente de lumină eliberează oxigenul din hidroliza apei ca produs secundar. În ciclul Calvin, care are loc în stromă, energia chimică derivată din reacțiile dependente de lumină determină atât captarea carbonului în moleculele de dioxid de carbon, cât și asamblarea ulterioară a moleculelor de zahăr. Cele două reacții folosesc molecule purtătoare pentru a transporta energia de la una la alta. Purtătorii care mută energia de la reacțiile dependente de lumină la reacțiile ciclului Calvin pot fi considerați „plini”, deoarece aduc energie. După ce energia este eliberată, purtătorii de energie „goi” revin la reacțiile dependente de lumină pentru a obține mai multă energie.

Procesul fotosintezei a transformat viața pe pământ. Prin valorificarea energiei de la soare, fotosinteza a permis ființelor vii să acceseze cantități enorme de energie. Datorită fotosintezei, ființele vii au obținut acces la suficientă energie, permițându-le să evolueze noi structuri și să realizeze biodiversitatea evidentă astăzi.

Doar anumite organisme, numite autotrofe, pot efectua fotosinteza; necesită prezența clorofilei, un pigment specializat care poate absorbi lumina și transforma energia luminii în energie chimică. Fotosinteza folosește dioxid de carbon și apă pentru a asambla molecule de carbohidrați (de obicei glucoză) și eliberează oxigen în aer. Autotrofele eucariote, cum ar fi plantele și algele, au organite numite cloroplaste în care are loc fotosinteza.

Exerciții

  1. Într-o zi fierbinte și uscată, plantele își închid stomatele pentru a conserva apa. Ce impact va avea acest lucru asupra fotosintezei?
  2. Ce două produse rezultă din fotosinteză?
    1. apă și dioxid de carbon
    2. apă și oxigen
    3. glucoza si oxigenul
    4. glucoza si dioxidul de carbon
  3. Ce afirmație despre tilacoizi din eucariote nu este corectă?
    1. Tilakoidele sunt asamblate în stive.
    2. Tilakoidele există ca un labirint de membrane pliate.
    3. Spațiul care înconjoară tilacoidele se numește stromă.
    4. Tilakoidele conțin clorofilă.
  4. De unde își obține în mod direct energia un heterotrof?
    1. soarele
    2. soarele și mâncarea altor organisme
    3. mâncând alte organisme
    4. substanțe chimice simple din mediu
  5. Care este scopul general al reacțiilor la lumină în fotosinteză?
  6. De ce sunt carnivorele, precum leii, dependente de fotosinteză pentru a supraviețui?

Răspunsuri

  1. Nivelurile de dioxid de carbon (un reactant) vor scădea, iar nivelurile de oxigen (un produs) vor crește. Ca urmare, rata fotosintezei va încetini.
  2. C
  3. B
  4. C
  5. Pentru a transforma energia solară în energie chimică pe care celulele o pot folosi pentru a lucra.
  6. Pentru că leii mănâncă animale care mănâncă plante.

Glosar

autotrof: un organism capabil să-și producă propria hrană

clorofilă: pigmentul verde care captează energia luminii care determină reacțiile fotosintezei

cloroplast: organul unde are loc fotosinteza

granum: un teanc de tilacoizi situat în interiorul unui cloroplast

heterotrof: un organism care consumă alte organisme pentru hrană

reacție dependentă de lumină: prima etapă a fotosintezei în care lumina vizibilă este absorbită pentru a forma două molecule purtătoare de energie (ATP și NADPH)

mezofilă: stratul mijlociu al celulelor dintr-o frunză

fotoautotrof: un organism capabil să sintetizeze propriile molecule alimentare (stocarea energiei), folosind energia luminii

pigment: o moleculă care este capabilă să absoarbă energia luminii

stomă: deschiderea care reglementează schimbul de gaze și reglarea apei între frunze și mediu; plural: stomate

stroma: spațiul umplut cu lichid care înconjoară ramura din interiorul unui cloroplast unde au loc reacțiile de fotosinteză ale ciclului Calvin

tilacoid: o structură membrană în formă de disc în interiorul unui cloroplast unde reacțiile fotosinteze dependente de lumină au loc folosind clorofilă încorporată în membrane

Licență

Concepts of Biology - 1st Canadian Edition de Charles Molnar și Jane Gair este licențiată sub o licență internațională Creative Commons Attribution 4.0 International, cu excepția cazului în care se menționează altfel.