Фотосинтезата е процес, при който зелените растения на светлина създават органични вещества (глюкоза) от въглероден диоксид и вода, като отделят кислород. Тя протича в хлоропластите и се състои от два етапа — светлинна и тъмнинна фаза. На тази страница ще научите на достъпен език какво е фотосинтеза, къде протича, каква е разликата между фазите, как изглежда уравнението на фотосинтезата и какво се образува при нея. В края ще намерите интерактивен тренажор за проверка на знанията.
Какво е фотосинтеза и къде протича
Фотосинтезата (от гръцки фотос — светлина и синтез — съединяване) е процес на образуване на органични вещества от неорганични чрез светлина. Казано по-просто, растението „си приготвя храна“ от въздуха и водата, използвайки енергията на слънчевата светлина.
Фотосинтезата протича в хлоропластите — зелени пластиди, които се съдържат в голямо количество в клетките на листата. Вътре в хлоропластите се намира зеленият пигмент хлорофил: именно той улавя светлинната енергия и стартира целия процес. Растенията изглеждат зелени именно заради хлорофила.
За фотосинтезата на растението са нужни три неща:
- светлина (слънчева или изкуствена);
- вода — корените я всмукват от почвата;
- въглероден диоксид (CO₂) — постъпва от въздуха през устицата на листата.
Цялата фотосинтеза се дели на две последователни фази — светлинна и тъмнинна. Имената им често се бъркат, затова нека разгледаме всяка от тях поотделно.
Процес на фотосинтеза: какво от какво се образува
Схемата помага да се види най-важното: отляво е това, което постъпва в листа (светлина, вода и въглероден диоксид), а отдясно — това, което се образува (глюкоза и кислород). Кислородът растението отделя във въздуха, а глюкозата използва за храна и я складира под формата на нишесте.
Уравнение на фотосинтезата
Целият процес може да се запише с едно сумарно уравнение. Шест молекули въглероден диоксид и шест молекули вода под действието на светлина и с участието на хлорофил се превръщат в една молекула глюкоза и шест молекули кислород.
Светлинна и тъмнинна фаза на фотосинтезата
Фотосинтезата протича на два етапа. Светлинната фаза преминава по мембраните вътре в хлоропласта и е възможна само на светлина: енергията на светлината разгражда водата, при което се отделя кислород и се запасява енергия (в молекули АТФ и НАДФ·Н). Тъмнинната фаза протича в стромата на хлоропласта и не изисква директно светлина: тук от въглероден диоксид с помощта на запасената енергия се синтезира глюкоза. Важно: „тъмнинна“ не означава „нощна“ — тази фаза използва продуктите на светлинната, затова на тъмно, без светлина, тя също скоро ще спре. Нека сравним двете фази в таблицата.
| Признак | Светлинна фаза | Тъмнинна фаза |
|---|---|---|
| Къде протича | по мембраните на тилакоидите (грани на хлоропласта) | в стромата на хлоропласта |
| Нужна ли е светлина | да, протича само на светлина | директно не, но зависи от продуктите на светлинната фаза |
| Какво е нужно | светлина, вода (H2O) | въглероден диоксид (CO2), енергия АТФ и НАДФ·Н |
| Какво се образува | кислород (O2), АТФ, НАДФ·Н | глюкоза (C6H12O6) |
Значение на фотосинтезата за живота на Земята
Фотосинтезата е един от най-важните процеси в природата. Благодарение на нея:
- във въздуха се поддържа кислород, чрез който дишат хората, животните и самите растения;
- от въздуха се премахва въглеродният диоксид;
- създава се органично вещество — основа на храненето за всички живи същества. Растенията хранят тревопасните, тревопасните — хищниците, затова цялата хранителна верига започва от фотосинтезата;
- запасява се енергията на светлината в органичните вещества. Въглищата, нефтът и торфът също са „консервирана“ енергия от древна фотосинтеза.
Затова зелените растения често биват наричани „белите дробове на планетата“: те непрекъснато снабдяват биосферата с кислород и храна.
Разбор: какво от какво се образува
Пример 1. Откъде идва глюкозата
Въпрос: от какви вещества растението прави глюкоза?
Разбор. Глюкозата (C₆H₁₂O₆) се състои от въглерод, водород и кислород. Въглерода растението взема от въглеродния диоксид (CO₂) във въздуха, водорода — от водата (H₂O). Енергията за „сглобяването“ дава светлината, а глюкозата се синтезира в тъмнинната фаза, в стромата на хлоропласта.
Отговор: глюкозата се образува от въглероден диоксид и вода за сметка на светлинната енергия.
Пример 2. Откъде идва кислородът
Въпрос: от кое вещество се получава кислородът, който растението отделя?
Разбор. Мнозина смятат, че кислородът се получава от въглеродния диоксид, но това не е така. В светлинната фаза енергията на светлината разгражда молекулите на водата (H₂O) — при това се отделя кислород (O₂). Въглеродният диоксид отива само за изграждането на глюкозата.
Отговор: кислородът се отделя при разграждането на водата в светлинната фаза.
Пример 3. Проверка на уравнението по брой атоми
Уравнение: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
Проверка на въглерода (C): отляво 6 (от 6·CO₂), отдясно 6 (в глюкозата C₆…) — съвпада.
Проверка на кислорода (O): отляво 6·2 + 6·1 = 18, отдясно 6 (в глюкозата) + 6·2 = 18 — съвпада.
Проверка на водорода (H): отляво 6·2 = 12, отдясно 12 (в глюкозата C₆H₁₂O₆) — съвпада.
Извод: уравнението е изравнено, всички атоми са на мястото си.
Чести грешки за фотосинтезата
-
Смята се, че растенията само отделят кислород и изобщо не дишат.
Растенията дишат точно като животните: те постоянно поглъщат кислород и отделят въглероден диоксид (дишане). Просто през деня на светлина фотосинтезата протича по-активно от дишането, затова се отделя повече кислород, отколкото се поглъща.
-
Бъркат светлинната и тъмнинната фаза: мислят, че глюкозата се образува в светлинната, а кислородът — в тъмнинната.
Напротив. В светлинната фаза се отделя кислород и се запасява енергия (АТФ, НАДФ·Н). Глюкозата се синтезира в тъмнинната фаза от въглероден диоксид с помощта на тази запасена енергия.
-
Разбират „тъмнинна фаза“ като „фаза, която протича нощем, на тъмно“.
„Тъмнинна“ означава само „не изисква директно светлина“. Но тя използва АТФ и НАДФ·Н от светлинната фаза, затова без светлина тези запаси свършват и тъмнинната фаза също скоро спира. В действителност и двете фази протичат през деня, една след друга.
-
Смятат, че кислородът се образува от въглеродния диоксид.
Кислородът се отделя от водата (H₂O) при нейното разграждане в светлинната фаза. Въглеродният диоксид (CO₂) отива за изграждането на глюкозата, а не за кислорода.
Въпроси и отговори
С какво фотосинтезата се различава от дишането?
Това са противоположни процеси. При фотосинтезата растението на светлина поглъща въглероден диоксид и вода, създава глюкоза и отделя кислород — т.е. запасява енергия. При дишането, напротив, глюкозата и кислородът се изразходват, а се отделят въглероден диоксид, вода и енергия. Всички живи клетки дишат постоянно, а фотосинтезата протича само в зелените клетки и само на светлина.
Нужна ли е светлина за тъмнинната фаза на фотосинтезата?
Директно светлина за тъмнинната фаза не е нужна — реакциите протичат в стромата на хлоропласта без участие на светлина. Но тъмнинната фаза използва АТФ и НАДФ·Н, които се образуват в светлинната фаза. Затова без светлина тези запаси бързо свършват и тъмнинната фаза също спира. Името „тъмнинна“ означава не „нощна“, а „неизискваща директно светлина“.
Къде точно протича фотосинтезата?
Фотосинтезата протича в хлоропластите — зелени пластиди в клетките на листата. Светлинната фаза преминава по мембраните на тилакоидите (в граните), а тъмнинната — в стромата на хлоропласта. Зеленият цвят и способността да улавят светлина придават на хлоропластите пигментът хлорофил.
Какво се образува при фотосинтезата?
Основните продукти на фотосинтезата са глюкоза (органично вещество, храна за растението) и кислород, който се отделя във въздуха. По време на процеса се образуват и междинни вещества — АТФ и НАДФ·Н, които пренасят енергия от светлинната фаза към тъмнинната.
По кое време на денонощието протича фотосинтезата?
Фотосинтезата протича през деня, докато има светлина. Нощем, на тъмно, тя спира, защото светлинната фаза без светлина не може да работи, а без нейните продукти спира и тъмнинната. При това дишането на растението продължава денонощно.
