Kandungan
- Tinjauan Ringkas Fotosintesis
- Apakah Jenis Reaksi Adakah Fotosintesis?
- Struktur Fotosintesis
- Mekanisme Fotosintesis
- Adakah Photosynthesis Endergonic?
- Reaksi-reaksi fotosintesis yang ringan dan gelap
- Apakah Gandingan Tenaga?
- Mengapa Cant Subscripts Boleh Berubah?
Tanpa siri reaksi kimia yang secara kolektif dikenali sebagai fotosintesis, anda tidak akan berada di sini dan tidak ada orang lain yang anda tahu. Ini mungkin menyerang anda sebagai tuntutan ganjil jika anda tahu bahawa fotosintesis adalah eksklusif kepada tumbuh-tumbuhan dan beberapa mikroorganisma, dan bukan satu sel dalam badan anda atau mana-mana binatang mempunyai alat untuk menjalankan pelbagai jenis ini reaksi. Apa yang memberi?
Secara ringkasnya, kehidupan tumbuhan dan kehidupan haiwan adalah hampir sempurna simbiotik, yang bermaksud bahawa cara tumbuh-tumbuhan berjalan memenuhi keperluan metabolik mereka adalah manfaat yang tinggi kepada haiwan dan sebaliknya. Dalam istilah yang paling mudah, haiwan mengambil gas oksigen (O2) untuk mendapatkan tenaga dari sumber karbon bukan gas dan mengeluarkan gas karbon dioksida (CO2) dan air (H2O) dalam proses itu, sementara tanaman menggunakan CO2 dan H2O untuk membuat makanan dan lepaskan O2 kepada alam sekitar. Di samping itu, kira-kira 87 peratus daripada tenaga dunia kini berasal dari pembakaran bahan api fosil, yang akhirnya produk fotosintesis juga.
Kadang-kadang dikatakan bahawa "fotosintesis adalah untuk menanam apa pernafasan kepada haiwan," tetapi ini adalah analogi yang salah kerana tumbuhan menggunakan kedua-duanya, sementara haiwan hanya menggunakan pernafasan. Fikirkan fotosintesis sebagai cara tumbuhan memakan dan mencerna karbon, bergantung kepada cahaya daripada pergerakan dan tindakan makan untuk meletakkan karbon dalam bentuk yang boleh digunakan oleh mesin selular.
Tinjauan Ringkas Fotosintesis
Fotosintesis, walaupun tidak digunakan secara langsung oleh sebahagian kecil daripada makhluk hidup, dapat dipandang sebagai proses kimia yang bertanggungjawab untuk memastikan kewujudan kehidupan di Bumi sendiri. Sel fotosintesis mengambil CO2 dan H2O dikumpulkan oleh organisma dari alam sekitar dan menggunakan tenaga dari sinar matahari untuk menguatkan sintesis glukosa (C6H12O6), melepaskan O2 sebagai produk sisa. Glukosa ini kemudian diproses oleh sel-sel yang berbeza di dalam tumbuhan dengan cara yang sama glukosa digunakan oleh sel haiwan: Ia mengalami pernafasan untuk melepaskan tenaga dalam bentuk adenosine triphosphate (ATP) dan mengeluarkan CO2 sebagai produk sisa. (Phytoplankton dan cyanobacteria juga menggunakan fotosintesis, tetapi untuk tujuan perbincangan ini, organisma yang mengandungi sel-sel fotosintesis dirujuk secara generik sebagai "tumbuhan.")
Organisma yang menggunakan fotosintesis membuat glukosa dipanggil autotrof, yang diterjemahkan secara longgar dari bahasa Yunani kepada "makanan sendiri". Iaitu, tumbuhan tidak bergantung kepada organisma lain secara langsung untuk makanan. Haiwan pula, adalah heterotrof ("makanan lain") kerana mereka perlu meminum karbon dari sumber hidup lain untuk tumbuh dan terus hidup.
Apakah Jenis Reaksi Adakah Fotosintesis?
Fotosintesis dianggap reaksi redoks. Redox adalah pendek untuk "pengurangan-pengoksidaan," yang menggambarkan apa yang berlaku di peringkat atom dalam pelbagai tindak balas biokimia. Rumus yang lengkap dan seimbang untuk siri tindak balas yang disebut fotosintesis - komponen yang akan diterokai tidak lama lagi - adalah:
6H2O + cahaya + 6CO2 → C6H12O6 + 6O2
Anda boleh mengesahkan untuk diri sendiri bahawa bilangan setiap jenis atom adalah sama pada setiap sisi anak panah: Enam atom karbon, 12 atom hidrogen dan 18 atom oksigen.
Pengurangan adalah penyingkiran elektron daripada atom atau molekul, sementara pengoksidaan adalah mendapatkan elektron. Sebaliknya, sebatian yang mudah menghasilkan elektron ke sebatian lain dipanggil agen pengoksida, manakala yang cenderung untuk memperoleh elektron dipanggil mengurangkan agen. Reaksi redoks biasanya melibatkan penambahan hidrogen kepada sebatian yang dikurangkan.
Struktur Fotosintesis
Langkah pertama dalam fotosintesis mungkin disimpulkan sebagai "biarkan cahaya ada." Cahaya matahari menyerang permukaan tumbuhan, menetapkan keseluruhan proses bergerak. Anda mungkin sudah mengesyaki mengapa banyak tumbuhan melihat cara mereka lakukan: Banyak kawasan permukaan berupa daun dan cawangan yang menyokong mereka yang kelihatan tidak perlu (walaupun menarik) jika anda tidak tahu mengapa organisma ini tersusun seperti ini. "Matlamat" kilang itu adalah untuk mendedahkan sebahagian besarnya kepada cahaya matahari yang dapat - menjadikan tumbuh-tumbuhan terpendek dan terkecil di mana-mana ekosistem yang agak seperti runtuhan sampah haiwan di mana mereka berdua berjuang untuk mendapatkan tenaga yang cukup. Daun, tidak menghairankan, sangat padat dalam sel-sel fotosintesis.
Sel-sel ini kaya dengan organisma yang dikenali sebagai kloroplas, yang mana kerja-kerja fotosintesis dilakukan, seperti mitokondria adalah organel di mana pernafasan berlaku. Malah, kloroplas dan mitokondria mempunyai struktur yang hampir serupa, satu fakta bahawa, seperti hampir segalanya dalam dunia biologi, dapat dikesan dengan keajaiban evolusi.) Chloroplasts mengandungi pigmen khusus yang secara optimum menyerap tenaga cahaya dan bukannya mencerminkannya. Apa yang dicerminkan dan bukannya diserap berlaku dalam pelbagai panjang gelombang yang ditafsirkan oleh mata manusia dan otak sebagai warna tertentu (petunjuk: Ia bermula dengan "g"). Pigmen utama yang digunakan untuk tujuan ini dikenali sebagai klorofil.
Chloroplasts dikelilingi oleh membran plasma ganda, seperti kesemua sel hidup dan juga organel yang dimuatkan. Walau bagaimanapun, dalam tumbuhan, membran ketiga wujud dalaman kepada bilayer plasma, yang dikenali sebagai membran thylakoid. Membran ini dilipat sangat meluas sehingga struktur cakram ditumpuk di atas setiap hasil yang lain, tidak seperti bungkusan mint nafas. Struktur thylakoid ini mengandungi klorofil. Ruang antara membran kloroplast dalam dan membran thylakoid dipanggil stroma.
Mekanisme Fotosintesis
Fotosintesis dibahagikan kepada satu set reaksi yang bergantung kepada cahaya dan bebas, biasanya dipanggil tindak balas cahaya dan gelap dan dijelaskan secara terperinci kemudian. Seperti yang anda mungkin terangkan, tindak balas cahaya berlaku dahulu.
Apabila cahaya dari matahari menyerang klorofil dan pigmen lain di dalam thylakoids, ia secara asasnya meletupkan elektron dan proton yang longgar dari atom dalam klorofil dan menaikkannya ke tahap tenaga yang lebih tinggi, menjadikannya lebih bebas untuk berhijrah. Elektron dialihkan ke dalam reaksi rantai pengangkutan elektron yang dibentangkan pada membran thylakoid itu sendiri. Di sini, akseptor elektron seperti NADP menerima beberapa elektron ini, yang juga digunakan untuk memacu sintesis ATP. ATP pada dasarnya adalah untuk sel-sel apa dolar ke sistem kewangan A.S.: Ini adalah "mata wang tenaga" yang menggunakan hampir semua proses metabolik akhirnya dijalankan.
Walaupun ini berlaku, molekul klorofil yang terbenam matahari tiba-tiba mendapati bahawa mereka tidak mempunyai elektron. Di sinilah air memasuki perut dan menyumbang elektron pengganti dalam bentuk hidrogen, dengan itu mengurangkan klorofil. Dengan hidrogennya hilang, apa yang pernah menjadi air sekarang oksigen molekul - O2. Oksigen ini meresap keluar dari sel dan keluar dari tumbuhan sepenuhnya, dan sebahagian daripadanya telah berjaya mencari jalan masuk ke dalam paru-paru anda sendiri pada detik ini.
Adakah Photosynthesis Endergonic?
Fotosintesis dipanggil reaksi endergonik kerana ia memerlukan input tenaga untuk diteruskan. Matahari adalah sumber utama dari semua tenaga di planet ini (fakta yang mungkin difahami pada beberapa tahap oleh pelbagai budaya zaman dahulu yang menganggap matahari sebagai dewa dalam haknya sendiri) dan tumbuhan adalah yang pertama untuk memintasnya untuk kegunaan yang produktif. Tanpa tenaga ini, tidak akan ada cara untuk karbon dioksida, molekul kecil, mudah untuk ditukar kepada glukosa, molekul yang jauh lebih besar dan lebih kompleks. Bayangkan diri anda berjalan naik tangga sementara entah bagaimana tidak membelanjakan sebarang tenaga, dan anda dapat melihat masalah yang dihadapi oleh tumbuhan.
Dalam istilah aritmetik, tindak balas endergonik adalah di mana produk mempunyai tahap tenaga yang lebih tinggi daripada reaktan. Sebaliknya dari reaksi-reaksi ini, dengan bertenaga, dipanggil exergonik, di mana produk mempunyai tenaga yang lebih rendah daripada reaksi dan tenaga dibebaskan ketika tindak balas. (Ini selalunya dalam bentuk haba - sekali lagi, adakah anda menjadi lebih panas atau anda semakin sejuk dengan senaman?) Ini dinyatakan dari segi tenaga bebas ΔG ° reaksi, yang untuk fotosintesis adalah +479 kJ ⋅ mol-1 atau 479 joules tenaga setiap tahi lalat. Tanda positif menunjukkan tindak balas endotermik, sementara tanda negatif menunjukkan proses eksotermik.
Reaksi-reaksi fotosintesis yang ringan dan gelap
Dalam tindak balas cahaya, air dipecahkan oleh cahaya matahari, manakala dalam reaksi gelap, proton (H+) dan elektron (e−) dibebaskan dalam tindak balas cahaya yang digunakan untuk memasang glukosa dan karbohidrat lain dari CO2.
Reaksi cahaya diberikan oleh formula:
2H2O + cahaya → O2 + 4H+ + 4e−(ΔG ° = +317 kJ ⋅ mol−1)
dan tindak balas gelap diberikan oleh:
CO2 + 4H+ + 4e− → CH2O + H2O (ΔG ° = +162 kJ ⋅ mol−1)
Secara keseluruhan, ini menghasilkan persamaan lengkap yang dinyatakan di atas:
H2O + cahaya + CO2 → CH2O + O2(ΔG ° = +479 kJ ⋅ mol−1)
Anda dapat melihat bahawa kedua-dua set tindak balas adalah endergonik, tindak balas cahaya lebih kuat.
Apakah Gandingan Tenaga?
Gandingan tenaga dalam sistem hidup bermakna menggunakan tenaga yang disediakan dari satu proses untuk memacu proses lain yang sebaliknya tidak akan berlaku. Persatuan itu sendiri semacam kerja dengan cara ini: Perniagaan sering terpaksa meminjam sejumlah besar wang di depan untuk mendapatkan tanah, tetapi akhirnya beberapa perniagaan ini menjadi sangat menguntungkan dan boleh membuat dana tersedia untuk syarikat-syarikat permulaan lain.
Fotosintesis mewakili contoh gandingan tenaga yang baik, kerana tenaga dari sinar matahari digabungkan kepada tindak balas dalam kloroplas supaya reaksi dapat dibentangkan. Kilang itu akhirnya memberi ganjaran kepada kitaran karbon global dengan mensintesis glukosa dan sebatian karbon lain yang boleh digabungkan dengan tindak balas lain, dengan serta-merta atau pada masa akan datang. Sebagai contoh, tumbuhan gandum menghasilkan kanji, menggunakan dunia sebagai sumber utama makanan untuk manusia dan haiwan lain. Tetapi tidak semua glukosa yang dibuat oleh tumbuhan disimpan; sebahagiannya bergerak ke bahagian yang berlainan sel-sel tumbuhan, di mana tenaga yang dibebaskan dalam glikolisis akhirnya digabungkan dengan tindak balas dalam mitokondria tumbuhan yang mengakibatkan pembentukan ATP. Walaupun tumbuh-tumbuhan mewakili bahagian bawah rantaian makanan dan secara meluas dilihat sebagai tenaga pasif dan penderma oksigen, mereka mempunyai keperluan metabolik sendiri, perlu tumbuh lebih besar dan menghasilkan semula sama seperti organisma lain.
Mengapa Cant Subscripts Boleh Berubah?
Sebagai tambahan, pelajar sering menghadapi masalah untuk mengimbangi tindak balas kimia jika ini tidak diberikan dalam bentuk seimbang. Akibatnya, dalam usaha mereka, para pelajar mungkin tergoda untuk mengubah nilai-nilai subskrip dalam molekul dalam tindak balas untuk mencapai hasil yang seimbang. Kekeliruan ini mungkin berpunca daripada mengetahui bahawa adalah dibenarkan untuk menukar nombor di depan molekul untuk mengimbangi tindak balas. Mengubah subskrip mana-mana molekul mengalihkan molekul ke dalam molekul yang berbeza sama sekali. Sebagai contoh, menukar O2 kepada O3 tidak hanya menambah 50 peratus lebih banyak oksigen dari segi jisim; ia mengubah gas oksigen menjadi ozon, yang tidak akan mengambil bahagian dalam tindak balas yang sedang dikaji dengan cara yang serupa.