Bất bình đẳng hợp lý và giải pháp của họ. Giáo án đại số (lớp 10) chủ đề: Hệ bất phương trình hữu tỉ

Chủ đề 3 Các giai đoạn của quang hợp

Phần 3 Quang hợp

1. Pha sáng của quang hợp

2. Quá trình phosphoryl hóa quang hợp

3.Các phương pháp cố định CO 2 trong quá trình quang hợp

4.Photobreath

Bản chất của pha sáng của quá trình quang hợp là sự hấp thụ năng lượng bức xạ và chuyển nó thành lực đồng hóa (ATP và NADP-H), cần thiết cho quá trình khử cacbon trong các phản ứng tối. Sự phức tạp của các quá trình chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học đòi hỏi chúng phải có tổ chức màng chặt chẽ. Pha sáng của quá trình quang hợp xảy ra ở grana của lục lạp.

Vì vậy, màng quang hợp thực hiện rất phản ứng quan trọng: nó chuyển đổi năng lượng của lượng tử ánh sáng được hấp thụ thành thế năng oxy hóa khử của NADP-H và thành thế năng của phản ứng chuyển nhóm phosphoryl trong phân tử ATP. Trong trường hợp này, năng lượng được chuyển đổi từ dạng tồn tại rất ngắn sang dạng khá dài. -dạng sống. Năng lượng ổn định sau này có thể được sử dụng trong các phản ứng sinh hóa tế bào thực vật, kể cả trong các phản ứng dẫn đến giảm lượng khí carbon dioxide.

Năm phức hợp polypeptide chính được gắn vào màng trong của lục lạp: phức hợp quang hệ I (PSI), phức hợp quang hệ II (PSII), phức hợp thu ánh sáng II (LHCII), phức hợp cytochrome b 6 f Và ATP synthase (phức hợp CF 0 – CF 1). Các phức hợp PSI, PSII và CCKII chứa các sắc tố (diệp lục, carotenoid), hầu hết chúng có chức năng như các sắc tố ăng-ten thu thập năng lượng cho các sắc tố của trung tâm phản ứng PSI và PSII. Phức hợp PSI và PSII, cũng như cytochrome b 6 f-Phức hợp chứa các đồng yếu tố oxi hóa khử và tham gia vận chuyển điện tử quang hợp. Protein của các phức hợp này khác nhau nội dung cao axit amin kỵ nước, đảm bảo sự tích hợp của chúng vào màng. ATP tổng hợp ( CF 0 – CF 1-complex) thực hiện quá trình tổng hợp ATP. Ngoài các phức hợp polypeptide lớn, màng thylakoid còn chứa các thành phần protein nhỏ - plastocyanin, ferredoxin Và ferredoxin-NADP oxyoreductase, nằm trên bề mặt của màng. Chúng là một phần của hệ thống vận chuyển điện tử của quá trình quang hợp.

Các quá trình sau đây xảy ra trong chu kỳ ánh sáng của quá trình quang hợp: 1) quá trình quang hóa của các phân tử sắc tố quang hợp; 2) sự di chuyển năng lượng từ ăng-ten đến trung tâm phản ứng; 3) quá trình oxy hóa quang học của phân tử nước và giải phóng oxy; 4) phản ứng quang hóa NADP thành NADP-H; 5) phosphoryl hóa quang hợp, hình thành ATP.

Các sắc tố lục lạp được kết hợp thành các phức hợp chức năng - hệ thống sắc tố, trong đó trung tâm phản ứng là diệp lục MỘT, Thực hiện quá trình nhạy cảm với ánh sáng, nó được kết nối bằng các quá trình truyền năng lượng với một ăng-ten bao gồm các sắc tố thu ánh sáng. Sơ đồ quang hợp hiện đại thực vật bậc cao bao gồm hai bức ảnh phản ứng hóa học, được thực hiện với sự tham gia của hai hệ thống ảnh khác nhau. Giả định về sự tồn tại của chúng được R. Emerson đưa ra vào năm 1957 dựa trên hiệu ứng mà ông phát hiện ra trong việc tăng cường hoạt động của ánh sáng đỏ có bước sóng dài (700 nm) bằng cách chiếu sáng kết hợp với các tia có bước sóng ngắn hơn (650 nm). Sau đó, người ta phát hiện ra rằng hệ thống ảnh II hấp thụ các tia có bước sóng ngắn hơn so với PSI. Quá trình quang hợp chỉ xảy ra hiệu quả khi chúng hoạt động cùng nhau, điều này giải thích hiệu ứng khuếch đại Emerson.


PSI chứa chất dimer dimer làm trung tâm phản ứng và với hấp thụ ánh sáng tối đa 700 nm (P 700), cũng như chất diệp lục MỘT 675-695, đóng vai trò là thành phần ăng-ten. Chất nhận điện tử chính trong hệ thống này là dạng đơn phân của diệp lục MỘT 695, chất nhận thứ cấp là protein lưu huỳnh sắt (-FeS). Phức hợp PSI dưới tác dụng của ánh sáng sẽ khử protein chứa sắt - ferredoxin (Fd) và oxy hóa protein chứa đồng - plastocyanin (Pc).

PSII bao gồm một trung tâm phản ứng chứa chất diệp lục MỘT(P 680) và sắc tố anten - diệp lục MỘT 670-683. Chất nhận điện tử chính là pheophytin (Ph), chất này chuyển điện tử thành plastoquinone. PSII còn bao gồm phức hợp protein hệ thống S, có tác dụng oxy hóa nước và chất vận chuyển điện tử Z. Phức hợp này hoạt động với sự tham gia của mangan, clo và magie. PSII khử plastoquinone (PQ) và oxy hóa nước, giải phóng O2 và proton.

Liên kết kết nối giữa PSII và PSI là quỹ plastoquinone, một phức hợp protein cytochrome b 6 f và plastocyanin.

Trong lục lạp thực vật, mỗi trung tâm phản ứng chứa khoảng 300 phân tử sắc tố, là một phần của ăng-ten hoặc phức hợp thu hoạch ánh sáng. Một phức hợp protein thu ánh sáng có chứa chất diệp lục đã được phân lập từ các phiến lục lạp MỘT Và b và carotenoids (CCC), có liên quan chặt chẽ với PSP và các phức hợp ăng-ten có trong PSI và PSII (các thành phần ăng-ten tập trung của hệ thống ảnh). Một nửa protein thylakoid và khoảng 60% chất diệp lục được định vị trong SSC. Mỗi SSC chứa từ 120 đến 240 phân tử diệp lục.

Phức hợp protein ăng-ten PS1 chứa 110 phân tử diệp lục Một 680-695 cho một R 700 , trong số này, 60 phân tử là thành phần của phức hợp ăng-ten, có thể được coi là SSC PSI. Phức hợp ăng-ten PSI cũng chứa b-carotene.

Phức hợp protein ăng-ten PSII chứa 40 phân tử diệp lục MỘT với độ hấp thụ tối đa 670-683 nm trên P 680 và b-carotene.

Các nhiễm sắc thể của phức hợp anten không có hoạt động quang hóa. Vai trò của chúng là hấp thụ và truyền năng lượng lượng tử đến một số lượng nhỏ phân tử của trung tâm phản ứng P 700 và P 680, mỗi phân tử được liên kết với chuỗi vận chuyển điện tử và thực hiện phản ứng quang hóa. Việc tổ chức chuỗi vận chuyển điện tử (ETC) cho tất cả các phân tử diệp lục là không hợp lý, vì ngay cả dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp, các lượng tử ánh sáng chạm vào phân tử sắc tố không quá một lần trong mỗi 0,1 giây.

Cơ chế vật lý quá trình hấp thụ, tích trữ và di chuyển năng lượng phân tử diệp lục đã được nghiên cứu khá kỹ. Sự hấp thụ photon(hν) là do sự chuyển đổi của hệ sang các trạng thái năng lượng khác nhau. Trong một phân tử, không giống như nguyên tử, điện tử, dao động và chuyển động quay, Và tổng năng lượng các phân tử bằng tổng của các loại năng lượng này. Chỉ số chính về năng lượng của một hệ thống hấp thụ là mức độ của nó năng lượng điện tử, được xác định bởi năng lượng của các electron bên ngoài trên quỹ đạo. Theo nguyên lý Pauli, có hai electron có spin ngược chiều nhau ở quỹ đạo ngoài, dẫn đến sự hình thành một hệ thống ổn định gồm các electron ghép đôi. Sự hấp thụ năng lượng ánh sáng đi kèm với sự chuyển đổi của một trong các electron lên quỹ đạo cao hơn với sự lưu trữ năng lượng hấp thụ dưới dạng năng lượng kích thích điện tử. Đặc tính quan trọng nhất của hệ thống hấp thụ là tính chọn lọc hấp thụ, được xác định cấu hình điện tử phân tử. Trong tình thế khó khăn phân tử hữu cơ có bộ cụ thể quỹ đạo tự do mà electron có thể chuyển tiếp khi hấp thụ lượng tử ánh sáng. Theo “quy tắc tần số” của Bohr, tần số của bức xạ v bị hấp thụ hoặc phát ra phải tương ứng chặt chẽ với chênh lệch năng lượng giữa các mức:

ν = (E 2 – E 1)/h,

trong đó h là hằng số Planck.

Mỗi chuyển tiếp điện tử tương ứng với một dải hấp thụ cụ thể. Như vậy, cấu trúc điện tử các phân tử xác định bản chất của quang phổ rung động điện tử.

Lưu trữ năng lượng hấp thụ liên quan đến sự xuất hiện của trạng thái kích thích điện tử của sắc tố. Các định luật vật lý của trạng thái kích thích của Mg-porphyrin có thể được xem xét dựa trên phân tích sơ đồ chuyển tiếp điện tử của các sắc tố này (hình).

Có hai loại trạng thái kích thích chính - singlet và triplet. Chúng khác nhau về năng lượng và trạng thái spin của electron. Ở trạng thái kích thích đơn, electron quay ở mặt đất và các mức kích thích vẫn phản song song; khi chuyển sang trạng thái bộ ba, spin của electron bị kích thích quay cùng với sự hình thành hệ thống hai cực. Khi một photon được hấp thụ, phân tử diệp lục chuyển từ trạng thái cơ bản (S 0) sang một trong các trạng thái kích thích đơn lẻ - S 1 hoặc S 2 , đi kèm với sự chuyển đổi của electron sang mức kích thích có năng lượng cao hơn. Trạng thái kích thích của S2 rất không ổn định. Electron nhanh chóng (trong vòng 10 -12 giây) mất đi một phần năng lượng dưới dạng nhiệt và rơi xuống mức dao động thấp hơn S 1, nơi nó có thể duy trì trong 10 -9 giây. Ở trạng thái S 1, có thể xảy ra sự đảo chiều spin của electron và chuyển sang trạng thái bộ ba T 1, năng lượng của trạng thái này thấp hơn S 1 .

Có một số cách có thể để tắt trạng thái kích thích:

· sự phát xạ của một photon khi hệ thống chuyển sang trạng thái cơ bản (huỳnh quang hoặc lân quang);

truyền năng lượng cho phân tử khác;

· Sử dụng năng lượng kích thích trong phản ứng quang hóa.

Di chuyển năng lượng giữa các phân tử sắc tố có thể xảy ra thông qua các cơ chế sau. Cơ chế cộng hưởng cảm ứng(Cơ chế Forster) có thể thực hiện được với điều kiện là sự chuyển tiếp electron được cho phép về mặt quang học và quá trình trao đổi năng lượng được thực hiện theo cơ chế kích thích Khái niệm “exciton” có nghĩa là trạng thái kích thích điện tử của một phân tử, trong đó electron bị kích thích vẫn liên kết với phân tử sắc tố và sự phân tách điện tích không xảy ra. Sự truyền năng lượng từ phân tử sắc tố bị kích thích sang phân tử khác được thực hiện bằng cách truyền năng lượng kích thích không bức xạ. Electron ở trạng thái kích thích là một lưỡng cực dao động. Điện trường xoay chiều thu được có thể gây ra dao động tương tự của một electron trong phân tử sắc tố khác nếu đáp ứng các điều kiện cộng hưởng (sự cân bằng năng lượng giữa mặt đất và mức kích thích) và các điều kiện cảm ứng xác định tương tác đủ mạnh giữa các phân tử (khoảng cách không quá 10 nm). ).

Cơ chế cộng hưởng trao đổi di chuyển năng lượng Terenin-Dexter xảy ra khi quá trình chuyển đổi bị cấm về mặt quang học và lưỡng cực không được hình thành khi bị kích thích sắc tố. Để thực hiện nó, cần có sự tiếp xúc chặt chẽ của các phân tử (khoảng 1nm) với các quỹ đạo bên ngoài chồng chéo. Trong những điều kiện này, sự trao đổi electron ở cả cấp độ đơn và cấp độ ba là có thể.

Trong quang hóa có khái niệm dòng lượng tử quá trình. Liên quan đến quá trình quang hợp, chỉ số này về hiệu quả chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học cho biết có bao nhiêu lượng tử ánh sáng được hấp thụ để một phân tử O 2 được giải phóng. Cần lưu ý rằng mỗi phân tử của chất quang hoạt đồng thời chỉ hấp thụ một lượng tử ánh sáng. Năng lượng này đủ để gây ra những thay đổi nhất định trong phân tử chất quang hoạt.

Nghịch đảo của tốc độ dòng lượng tử được gọi là năng suất lượng tử: số lượng phân tử oxy được giải phóng hoặc phân tử carbon dioxide được hấp thụ trên mỗi lượng tử ánh sáng. Con số này ít hơn một. Vì vậy, nếu tiêu thụ 8 lượng tử ánh sáng để đồng hóa một phân tử CO 2 thì hiệu suất lượng tử là 0,125.

Cấu trúc của chuỗi vận chuyển điện tử của quang hợp và đặc điểm của các thành phần của nó. Chuỗi vận chuyển điện tử của quang hợp bao gồm khá số lượng lớn thành phần nằm trong cấu trúc màng của lục lạp. Hầu hết tất cả các thành phần, ngoại trừ quinone, đều là protein có chứa nhóm chức năng, có khả năng thay đổi oxi hóa khử thuận nghịch và đóng vai trò là chất mang electron hoặc electron cùng với proton. Một số chất vận chuyển ETC bao gồm kim loại (sắt, đồng, mangan). BẰNG thành phần thiết yếu sự chuyển điện tử trong quá trình quang hợp có thể được ghi nhận các nhóm sau các hợp chất: cytochrome, quinon, nucleotide pyridine, flavoprotein, cũng như protein sắt, protein đồng và protein mangan. Vị trí của các nhóm này trong ETC được xác định chủ yếu bởi giá trị thế oxi hóa khử của chúng.

Ý tưởng về quá trình quang hợp, trong đó oxy được giải phóng, được hình thành dưới ảnh hưởng của sơ đồ Z vận chuyển điện tử của R. Hill và F. Bendell. Sơ đồ này được trình bày dựa trên các phép đo khả năng oxy hóa khử của cytochrome trong lục lạp. Chuỗi vận chuyển điện tử là nơi chuyển đổi năng lượng thể chấtđiện tử trong năng lượng hóa học kết nối và bao gồm PS I và PS II. Sơ đồ Z dựa trên chức năng tuần tự và sự tích hợp của PSII với PSI.

P 700 là chất cho điện tử sơ cấp, là diệp lục (theo một số nguồn, là dimer của diệp lục a), chuyển điện tử sang chất nhận trung gian và có thể bị oxy hóa quang hóa. A 0 - chất nhận điện tử trung gian - là dime của diệp lục a.

Chất nhận điện tử thứ cấp là các trung tâm liên kết sắt-lưu huỳnh A và B. Thành phần cấu trúc của protein sắt-lưu huỳnh là một mạng gồm các nguyên tử sắt và lưu huỳnh liên kết với nhau, được gọi là cụm sắt-lưu huỳnh.

Ferredoxin, một protein sắt hòa tan trong pha cơ địa của lục lạp nằm bên ngoài màng, chuyển các electron từ trung tâm phản ứng PSI sang NADP, dẫn đến sự hình thành NADP-H, cần thiết cho quá trình cố định CO 2. Tất cả các ferredoxin hòa tan từ các sinh vật quang hợp tạo ra oxy (bao gồm cả vi khuẩn lam) đều thuộc loại 2Fe-2S.

Thành phần chuyển điện tử cũng là cytochrome f gắn màng. Chất nhận điện tử cho cytochrome f gắn màng và chất cho trực tiếp cho phức hợp diệp lục-protein của trung tâm phản ứng là một protein chứa đồng, được gọi là “chất mang phân phối”, plastocyanin.

Lục lạp cũng chứa cytochrome b 6 và b 559. Cytochrome b 6, là một polypeptide c trọng lượng phân tử 18 kDa, tham gia chuyển điện tử tuần hoàn.

Phức hợp b 6 /f là phức hợp màng nguyên vẹn gồm các polypeptide chứa cytochrome loại b và f. Phức hợp cytochrome b 6 /f xúc tác sự vận chuyển điện tử giữa hai hệ thống ảnh.

Phức hợp cytochrome b 6 /f phục hồi một lượng nhỏ metallicoprotein hòa tan trong nước - plastocyanin (Pc), có tác dụng chuyển các chất khử tương đương sang phức hợp PS I. Plastocyanin là một metallicoprotein nhỏ kỵ nước bao gồm các nguyên tử đồng.

Những người tham gia vào các phản ứng chính trong trung tâm phản ứng PS II là chất cho điện tử sơ cấp P 680, chất nhận trung gian pheophytin và hai plastoquinone (thường được ký hiệu là Q và B), nằm gần Fe 2+. Chất cho điện tử sơ cấp là một trong những dạng diệp lục a, được gọi là P 680, do có sự thay đổi đáng kể về độ hấp thụ ánh sáng được quan sát thấy ở bước sóng 680 nm.

Chất nhận điện tử chính trong PS II là plastoquinone. Giả sử Q là phức chất sắt-quinone. Chất nhận điện tử thứ cấp trong PS II cũng là plastoquinone, được ký hiệu là B và hoạt động nối tiếp với Q. Hệ thống plastoquinone/plastoquinone đồng thời chuyển thêm hai proton với hai electron và do đó là hệ thống oxi hóa khử hai electron. Khi hai electron được chuyển dọc theo ETC thông qua hệ thống plastoquinone/plastoquinone, hai proton sẽ được chuyển qua màng thylakoid. Người ta tin rằng gradient nồng độ proton phát sinh trong trường hợp này là động lực Quá trình tổng hợp ATP. Hậu quả của việc này là sự gia tăng nồng độ proton bên trong thylakoid và xuất hiện chênh lệch pH đáng kể giữa mặt ngoài và mặt trong của màng thylakoid: từ bên trong môi trường có tính axit cao hơn từ bên ngoài.

2. Quá trình phosphoryl hóa quang hợp

Nước đóng vai trò là chất cho điện tử cho PS-2. Các phân tử nước nhường electron sẽ phân hủy thành hydroxyl OH tự do và proton H+. Các gốc hydroxyl tự do phản ứng với nhau tạo thành H2O và O2. Người ta cho rằng các ion mangan và clo tham gia với tư cách là đồng yếu tố trong quá trình quang oxy hóa nước.

Trong quá trình quang phân nước, bản chất của công việc quang hóa được thực hiện trong quá trình quang hợp được bộc lộ. Nhưng quá trình oxy hóa nước xảy ra trong điều kiện electron bị loại ra khỏi phân tử P 680 được chuyển đến chất nhận và tiếp tục đi vào chuỗi vận chuyển điện tử (ETC). Trong ETC của hệ thống ảnh-2, các chất mang điện tử là plastoquinone, cytochrome, plastocyanin (protein chứa đồng), FAD, NADP, v.v.

Electron bị bật ra khỏi phân tử P 700 được protein chứa sắt và lưu huỳnh bắt giữ và chuyển sang ferredoxin. TRONG con đường xa hơn electron này có thể gấp đôi. Một trong những con đường này bao gồm sự chuyển điện tử tuần tự từ ferredoxin qua một loạt chất mang trở lại P 700. Sau đó lượng tử ánh sáng đánh bật electron tiếp theo khỏi phân tử P 700. Electron này tiếp cận ferredoxin và quay trở lại phân tử diệp lục. Bản chất chu kỳ của quá trình này có thể thấy rõ. Khi một electron được chuyển từ ferredoxin, năng lượng kích thích điện tử sẽ chuyển sang hình thành ATP từ ADP và H3PO4. Kiểu photpho hóa này được đặt tên bởi R. Arnon mang tính chu kỳ . Về mặt lý thuyết, quá trình photpho hóa tuần hoàn có thể xảy ra ngay cả với khí khổng đóng, vì nó không cần thiết phải trao đổi với khí quyển.

Photphosphoryl hóa không tuần hoàn xảy ra với sự tham gia của cả hai hệ thống ảnh. Trong trường hợp này, các electron và proton H + bị loại ra khỏi P 700 sẽ tiếp cận ferredoxin và được chuyển qua một số chất mang (FAD, v.v.) tới NADP với sự hình thành NADP·H 2 bị khử. Cái cuối cùng giống như chất khử mạnh, được sử dụng trong các phản ứng tối của quang hợp. Đồng thời, phân tử diệp lục P 680 sau khi hấp thụ một lượng tử ánh sáng cũng chuyển sang trạng thái kích thích, nhường đi một electron. Sau khi đi qua một số chất mang, điện tử sẽ bù đắp cho sự thiếu hụt điện tử trong phân tử P 700. “Lỗ trống” electron của diệp lục P 680 được bổ sung thêm electron từ ion OH - một trong những sản phẩm của quá trình quang phân nước. Năng lượng của một electron bị một lượng tử ánh sáng loại ra khỏi P 680 khi đi qua chuỗi vận chuyển electron đến hệ thống quang điện 1 sẽ chuyển sang quá trình photpho hóa. Trong quá trình vận chuyển điện tử không tuần hoàn, như có thể thấy trên sơ đồ, quá trình quang phân nước xảy ra và oxy tự do được giải phóng.

Sự truyền điện tử là cơ sở của cơ chế quang photpho hóa được xem xét. Nhà hóa sinh người Anh P. Mitchell đưa ra lý thuyết về quá trình photpho hóa, được gọi là lý thuyết thẩm thấu hóa học. ETC của lục lạp được biết là nằm trong màng thylakoid. Theo giả thuyết của P. Mitchell, một trong những chất mang điện tử trong ETC (plastoquinone) không chỉ vận chuyển điện tử mà còn cả proton (H +), di chuyển chúng qua màng thylakoid theo hướng từ ngoài vào trong. Bên trong màng thylakoid, với sự tích tụ của các proton, môi trường trở nên có tính axit và kết quả là xảy ra sự chênh lệch pH: mặt ngoài trở nên ít axit hơn mặt trong. Độ dốc này cũng tăng lên do được cung cấp proton - sản phẩm của quá trình quang phân nước.

Sự chênh lệch độ pH giữa bên ngoài và bên trong màng tạo ra một nguồn năng lượng đáng kể. Với sự trợ giúp của năng lượng này, các proton được ném ra ngoài qua các kênh đặc biệt trong các hình chiếu hình nấm đặc biệt ở mặt ngoài của màng thylakoid. Các kênh này chứa yếu tố ghép nối (một loại protein đặc biệt) có thể tham gia vào quá trình photpho hóa. Người ta cho rằng protein như vậy là enzyme ATPase, xúc tác cho phản ứng phân hủy ATP, nhưng với sự có mặt của năng lượng proton chảy qua màng - và sự tổng hợp của nó. Miễn là có độ dốc pH và do đó, miễn là các electron di chuyển dọc theo chuỗi chất mang trong hệ thống ảnh, quá trình tổng hợp ATP cũng sẽ xảy ra. Người ta tính toán rằng cứ hai electron đi qua ETC bên trong thylakoid thì có bốn proton được tích lũy và cứ ba proton được giải phóng với sự tham gia của yếu tố liên hợp từ màng ra bên ngoài thì sẽ tổng hợp được một phân tử ATP.

Như vậy, trong pha sáng, do năng lượng ánh sáng nên ATP và NADPH 2 được hình thành, sử dụng trong pha tối và sản phẩm quang phân của nước O 2 được giải phóng vào khí quyển. Phương trình tổng thể của pha sáng của quá trình quang hợp có thể được biểu diễn như sau:

2H 2 O + 2NADP + 2 ADP + 2 H 3 PO 4 → 2 NADPH 2 + 2 ATP + O 2

So sánh các giai đoạn của quang hợp

Pha sáng

Pha tối

Nơi xử lý

Màng thylakoid

chất nền lục lạp

Điều khoản

Ánh sáng

Ánh sáng là không cần thiết

Các chất cần thiết

Nước, khí cacbonic, ADP, NADP

Cacbon đioxit, ATP, NADPH,

Các quá trình xảy ra ở giai đoạn này

Quang phân nước,

Phosphoryl hóa không tuần hoàn (hình thành ATP)

Chu trình Calvin

Cái gì được hình thành?

Oxy (đưa ra khí quyển), ATP, NADP-N.

Glucozơ, ADP, NADP

Kết quả là phương trình tổng thể của hai giai đoạn quang hợp sẽ như sau:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2


1. Pha sáng của quang hợp

Pha sáng là giai đoạn trong đó các phản ứng đòi hỏi sự hấp thụ lượng tử năng lượng mặt trời. Mục đích của nó là chuyển đổi năng lượng ánh sáng của mặt trời thành năng lượng hóa học của các phân tử ATP và các phân tử giàu năng lượng khác. Những phản ứng này xảy ra liên tục nhưng dễ nghiên cứu hơn bằng cách chia chúng thành ba giai đoạn:

1 . a) Ánh sáng chiếu vào diệp lục truyền đủ năng lượng cho nó để có thể loại bỏ một electron khỏi phân tử;

b) các electron được giải phóng từ chất diệp lục được các protein vận chuyển tích hợp trong màng thylakoid, cùng với chất diệp lục, bắt giữ và được vận chuyển qua kênh ATP synthetase đến phía màng đối diện với chất nền;

c) Trong chất nền luôn có chất mang hydro là NADP+ (nicotine amide adenine dinucleotide phosphate). Hợp chất này thu giữ e và proton bị kích thích bởi ánh sáng, chúng luôn có trong chất nền và bị khử, biến thành NADP H 2.

2 . Các phân tử nước bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng (quang phân nước): các electron, H+ và O 2 được hình thành. Các electron thay thế điện tử bị mất bởi diệp lục trong giai đoạn 1. Proton bổ sung nguồn dự trữ proton, sẽ được sử dụng trong giai đoạn 3. Oxy di chuyển ra ngoài tế bào vào khí quyển.

3 . proton họ cố gắng thoát ra qua kênh ATP synthase nhưng không thể. Sau một thời gian bằng vũ lực dòng điện, proton được đẩy ra ngoài từ thylakoid. proton lao từ thylakoid ra ngoài - vào chất nền. Đầu ra được tạo cấp độ cao năng lượng đi vào quá trình tổng hợp ATP - quá trình phosphoryl hóa không tuần hoàn (ADP + Phn = ATP). Các phân tử ATP thu được sẽ di chuyển vào chất nền, nơi chúng tham gia vào các phản ứng hình thành carbohydrate.

Vì vậy, kết quả của pha ánh sáng:

sự hình thành các phân tử giàu năng lượng ATP và NADP H 2,

sản phẩm phụ – O 2?.


2. Pha tối của quang hợp

Pha này diễn ra trong chất nền của lục lạp, nơi CO 2 đến từ không khí, cũng như các sản phẩm của pha sáng ATP và NADP H 2. Ở đây các hợp chất này được sử dụng trong một loạt các phản ứng tích tụ CO 2 dưới dạng carbohydrate, quá trình này được thực hiện Chu trình Calvin(Giải Nobel 1961).

Để tạo ra một phân tử glucose, chu trình này phải được lặp lại sáu lần: mỗi lần, một nguyên tử carbon từ CO 2 được thêm vào kho carbon cố định trong cây.

ADP, Phn và NADP+ từ chu trình Calvin quay trở lại bề mặt màng và lại được chuyển hóa thành ATP và NADP H 2.

Vào ban ngày, khi mặt trời chiếu sáng, chuyển động tích cực của các phân tử này trong lục lạp không dừng lại: chúng chạy tới chạy lui như những con thoi, nối hai chuỗi phản ứng độc lập. Có rất ít phân tử như vậy trong lục lạp, vì vậy ATP và NADP H 2 được hình thành vào ban ngày, dưới ánh sáng và sau khi mặt trời lặn sẽ nhanh chóng được tiêu thụ trong các phản ứng cố định carbon. Quá trình quang hợp sau đó dừng lại cho đến bình minh. Khi mặt trời mọc, quá trình tổng hợp ATP và NADP·H 2 lại bắt đầu và quá trình cố định carbon sẽ sớm tiếp tục.

kết quả của pha tối: sự hình thành glucose.

Vì vậy, là kết quả của quá trình quang hợp, năng lượng ánh sáng được chuyển hóa thành năng lượng liên kết hóa học trong phân tử các chất hữu cơ. Và thực vật, do đó, tôi đóng vai trò trung gian giữa Vũ trụ và sự sống trên Trái đất.” Đây là điều tuyệt vời vai trò không gian(SỬ DỤNG!) cây xanh!

Màng thylakoid chứa một lượng lớn protein và các sắc tố có trọng lượng phân tử thấp, cả tự do và kết hợp với protein, chúng được kết hợp thành hai phức hợp phức tạp gọi là hệ thống ảnh tôi Và hệ thống ảnh tôi I. Cốt lõi của mỗi hệ thống ảnh này là một protein chứa sắc tố màu xanh lá cây chất diệp lục , có khả năng hấp thụ ánh sáng ở vùng đỏ của quang phổ. Các sắc tố khác nhau có trong phức hợp quang hợp có khả năng thu được ánh sáng rất yếu và truyền năng lượng của nó sang chất diệp lục; do đó, quá trình quang hợp có thể diễn ra ngay cả trong điều kiện ánh sáng yếu (ví dụ: trong bóng cây hoặc thời tiết nhiều mây).

Sự hấp thụ một lượng tử ánh sáng bởi phân tử diệp lục của hệ thống quang II dẫn đến sự kích thích của nó, cụ thể là một trong các electron chuyển sang vị trí cao hơn mức năng lượng. Điện tử này được chuyển đến chuỗi vận chuyển điện tử, hay chính xác hơn là đến các sắc tố và protein cytochrome hòa tan trong màng thylakoid, phần nào gợi nhớ đến các cytochrome của màng trong của ty thể (xem hình). Bằng cách tương tự với chuỗi vận chuyển điện tử của ty thể, năng lượng của điện tử giảm khi nó được truyền từ chất mang này sang chất mang khác. Một phần năng lượng của nó được dùng để vận chuyển proton qua màng từ chất nền của lục lạp vào màng thylakoid. Do đó, xuất hiện trên màng thylakoid gradient nồng độ proton . Độ dốc này có thể được sử dụng bởi một enzyme đặc biệt ATP tổng hợp để tổng hợp ATP từ ADP và H 3 PO 4 (Fn). Những thứ kia. trong lục lạp, cái gọi là nguyên tắc “đập” tương tự được thực hiện, nguyên tắc này đã được thảo luận trước đó bằng ví dụ về ty thể. Quá trình tổng hợp ATP ở pha sáng của quang hợp được gọi là quá trình photpho hóa . Tên này là do nó sử dụng năng lượng của ánh sáng mặt trời. Tính năng đặc biệt quá trình phosphoryl hóa oxy hóa trong ty thể là năng lượng để tổng hợp ATP được tạo ra trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ (xem phần ““).

Sự phục hồi chất diệp lục bị oxy hóa đã “mất” một electron trong hệ thống quang hóa II xảy ra do hoạt động của một loại enzyme đặc biệt có tác dụng phân hủy một phân tử nước, lấy đi các electron khỏi nó (phân tử):

H 2 O -> 2e - + 2H + + 1/2O 2

Quá trình trên được gọi là quang phân nước , nhưng nó vẫn tiếp tục bên trong màng thylakoid. Quá trình này dẫn đến sự gia tăng thậm chí còn lớn hơn trong gradient nồng độ proton trên màng và do đó tổng hợp ATP bổ sung.

Tức là, có thể nói nước là “nhà cung cấp” điện tử cho diệp lục. Sản phẩm phụ của phản ứng này là oxy phân tử, rời khỏi lục lạp thông qua quá trình khuếch tán và được giải phóng vào khí quyển qua khí khổng.

Chúng ta hãy thử tìm hiểu thêm về “số phận” của các electron tách ra khỏi diệp lục của hệ thống quang hóa II. Chúng đi qua một chuỗi chất mang và đi vào trung tâm phản ứng của hệ thống ảnh I, nơi cũng chứa phân tử diệp lục. Phân tử diệp lục này cũng hấp thụ một lượng tử ánh sáng và truyền năng lượng của nó cho một trong các electron, nâng nó lên mức năng lượng cao hơn. Electron đi qua chuỗi protein vận chuyển đặc biệt sẽ được chuyển đến phân tử NADP+. Phân tử NADP+ này nhận một electron khác trong chu kỳ tiếp theo, bắt giữ một proton từ chất nền lục lạp và bị khử thành NADPH.

Vì vậy, các electron bị “tách ra” khỏi phân tử nước sẽ nhận được năng lượng cao do sự hấp thụ lượng tử ánh sáng của diệp lục của hệ thống ảnh II và I, sau đó đi qua chuỗi vận chuyển, chúng khôi phục NADP +. Một phần năng lượng của các electron này được dùng để vận chuyển proton qua màng thylakoid và tạo ra sự chênh lệch nồng độ của chúng. Năng lượng từ gradient proton sau đó sẽ được sử dụng để tổng hợp ATP nhờ enzyme ATP synthase.

Mỗi sinh vật sống trên hành tinh cần thức ăn hoặc năng lượng để tồn tại. Một số sinh vật ăn các sinh vật khác, trong khi những sinh vật khác có thể tự tạo ra chất dinh dưỡng. Chúng tự sản xuất thức ăn, glucose, trong một quá trình gọi là quang hợp.

Quang hợp và hô hấp có mối liên hệ với nhau. Kết quả của quá trình quang hợp là glucose, được lưu trữ dưới dạng năng lượng hóa học. Năng lượng hóa học được lưu trữ này là kết quả của sự biến đổi cacbon vô cơ(cacbon đioxit) trong cacbon hữu cơ. Quá trình thở giải phóng năng lượng hóa học được lưu trữ.

Ngoài các sản phẩm chúng tạo ra, thực vật cũng cần carbon, hydro và oxy để tồn tại. Nước hấp thụ từ đất cung cấp hydro và oxy. Trong quá trình quang hợp, carbon và nước được sử dụng để tổng hợp thức ăn. Thực vật cũng cần nitrat để tạo ra axit amin (một loại axit amin là thành phần để tạo ra protein). Ngoài ra, chúng còn cần magie để sản xuất chất diệp lục.

Ghi chú: Những sinh vật sống phụ thuộc vào thực phẩm khác được gọi là. Động vật ăn cỏ như bò và thực vật ăn côn trùng là ví dụ về sinh vật dị dưỡng. Những sinh vật sống tự sản xuất thức ăn của mình được gọi là. Thực vật xanh và tảo là những ví dụ về sinh vật tự dưỡng.

Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu thêm về quá trình quang hợp xảy ra ở thực vật và các điều kiện cần thiết cho quá trình này.

Định nghĩa quang hợp

Quang hợp là quá trình hóa học trong đó thực vật, một số loài tảo, tạo ra glucose và oxy từ carbon dioxide và nước, chỉ sử dụng ánh sáng làm nguồn năng lượng.

Quá trình này cực kỳ quan trọng đối với sự sống trên Trái đất vì nó giải phóng oxy, thứ mà mọi sự sống đều phụ thuộc vào.

Tại sao thực vật cần glucose (thức ăn)?

Giống như con người và các sinh vật sống khác, thực vật cũng cần dinh dưỡng để duy trì các chức năng sống của mình. Tầm quan trọng của glucose đối với cây trồng như sau:

  • Glucose được tạo ra bởi quá trình quang hợp được sử dụng trong quá trình hô hấp để giải phóng năng lượng mà cây cần cho các quá trình quan trọng khác.
  • Tế bào thực vật cũng chuyển hóa một phần glucose thành tinh bột để sử dụng khi cần thiết. Vì lý do này, thực vật chết được sử dụng làm sinh khối vì chúng dự trữ năng lượng hóa học.
  • Glucose cũng cần thiết để tạo ra các hóa chất khác như protein, chất béo và đường thực vật cần thiết để hỗ trợ sự tăng trưởng và các quá trình quan trọng khác.

Các giai đoạn quang hợp

Quá trình quang hợp được chia thành hai giai đoạn: ánh sáng và bóng tối.


Pha sáng của quang hợp

Như tên cho thấy, các pha ánh sáng cần có ánh sáng mặt trời. Trong các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng, năng lượng từ ánh sáng mặt trời được diệp lục hấp thụ và chuyển thành năng lượng hóa học dự trữ dưới dạng phân tử mang điện tử NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) và phân tử năng lượng ATP (adenosine triphosphate). Pha sáng xảy ra ở màng thylakoid trong lục lạp.

Pha tối của quang hợp hoặc chu trình Calvin

Trong pha tối hoặc chu trình Calvin, các electron bị kích thích từ pha sáng cung cấp năng lượng để tạo thành carbohydrate từ các phân tử carbon dioxide. Các pha không phụ thuộc vào ánh sáng đôi khi được gọi là chu trình Calvin do tính chất tuần hoàn của quá trình.

Mặc dù các pha tối không sử dụng ánh sáng làm chất phản ứng (và do đó, có thể xảy ra vào ban ngày hoặc ban đêm), nhưng chúng cần các sản phẩm của phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng để hoạt động. Các phân tử không phụ thuộc vào ánh sáng phụ thuộc vào các phân tử mang năng lượng ATP và NADPH để tạo ra các phân tử carbohydrate mới. Sau khi năng lượng được truyền đi, các phân tử mang năng lượng sẽ quay trở lại pha sáng để tạo ra nhiều electron mang năng lượng hơn. Ngoài ra, một số enzyme pha tối được kích hoạt bởi ánh sáng.

Sơ đồ các pha quang hợp

Ghi chú:Điều này có nghĩa là các pha tối sẽ không tiếp tục nếu cây bị thiếu ánh sáng quá lâu vì chúng sử dụng các sản phẩm của pha sáng.

Cấu trúc của lá cây

Chúng ta không thể nghiên cứu đầy đủ về quá trình quang hợp nếu không biết thêm về cấu trúc của lá. Lá thích nghi để chơi một cách sống động vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp.

Cấu trúc bên ngoài của lá

  • Quảng trường

Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của thực vật là diện tích bề mặt lớn của lá. Hầu hết các cây xanh đều có lá rộng, phẳng và hở có khả năng thu được nhiều năng lượng mặt trời (ánh sáng mặt trời) cần thiết cho quá trình quang hợp.

  • Tĩnh mạch trung tâm và cuống lá

Gân giữa và cuống lá hợp lại với nhau tạo thành phần gốc của lá. Cuống lá định vị lá sao cho nó nhận được càng nhiều ánh sáng càng tốt.

Lá đơn giản có một tấm tấm và phức tạp - một số. Phiến lá là một trong những thành phần quan trọng nhất của lá, tham gia trực tiếp vào quá trình quang hợp.

  • tĩnh mạch

Mạng lưới gân lá vận chuyển nước từ thân lên lá. Glucose được giải phóng cũng được gửi đến các bộ phận khác của cây từ lá qua các tĩnh mạch. Ngoài ra, các bộ phận này của lá hỗ trợ và giữ cho phiến lá phẳng để thu được nhiều ánh sáng mặt trời hơn. Sự sắp xếp của các gân (gân) phụ thuộc vào loại cây.

  • Gốc lá

Phần gốc của lá là phần thấp nhất, khớp với thân. Thông thường, ở gốc lá có một cặp lá kèm.

  • Mép lá

Tùy thuộc vào loại cây, mép lá có thể có các hình dạng khác nhau, bao gồm: toàn bộ, lởm chởm, răng cưa, khía, hình chóp, v.v.

  • Đầu lá

Giống như mép của một chiếc lá, mặt trên là hình dạng khác nhau, bao gồm: sắc, tròn, cùn, thon dài, rút ​​​​ra, v.v.

Cấu trúc bên trong của lá

Dưới đây là sơ đồ đóng cấu trúc bên trong mô lá:

  • biểu bì

Lớp biểu bì là phần chính lớp bảo vệ trên bề mặt thực vật. Theo quy định, nó dày hơn ở mặt trên của lá. Lớp biểu bì được bao phủ bởi một chất giống như sáp để bảo vệ cây khỏi nước.

  • biểu bì

Biểu bì là một lớp tế bào được mô che phủ lá cây. Của anh ấy chức năng chính- bảo vệ các mô bên trong lá khỏi bị mất nước, hư hỏng cơ học và nhiễm trùng. Nó cũng điều chỉnh quá trình trao đổi khí và thoát hơi nước.

  • thịt lá

Mesophyll là mô chính của thực vật. Đây là nơi xảy ra quá trình quang hợp. Ở hầu hết các loài thực vật, thịt lá được chia thành hai lớp: lớp trên là hàng rào và lớp dưới xốp.

  • Lồng phòng thủ

Tế bào bảo vệ là những tế bào chuyên biệt ở lớp biểu bì của lá được sử dụng để kiểm soát quá trình trao đổi khí. Họ biểu diễn chức năng bảo vệ cho khí khổng. Lỗ khí khổng trở nên lớn khi có nước tự do, trong nếu không thì, các tế bào bảo vệ trở nên chậm chạp.

  • lỗ khí

Quang hợp phụ thuộc vào sự xâm nhập của carbon dioxide (CO2) từ không khí qua khí khổng vào mô trung mô. Oxy (O2), được tạo ra như một sản phẩm phụ của quá trình quang hợp, rời khỏi cây thông qua khí khổng. Khi khí khổng mở, nước bị mất do bay hơi và phải được thay thế qua dòng thoát hơi nước bằng nước được rễ hấp thụ. Thực vật buộc phải cân bằng lượng CO2 hấp thụ từ không khí và lượng nước mất đi qua lỗ khí khổng.

Điều kiện cần thiết cho quang hợp

Sau đây là những điều kiện mà thực vật cần để thực hiện quá trình quang hợp:

  • Khí cacbonic. không màu khí tự nhiên không mùi, có trong không khí và có tên khoa học là CO2. Nó được hình thành trong quá trình đốt cháy carbon và các hợp chất hữu cơ, và cũng xảy ra trong quá trình hô hấp.
  • Nước. chất lỏng trong suốt chất hóa học không mùi và không vị (trong điều kiện bình thường).
  • Ánh sáng. Mặc dù ánh sáng nhân tạo cũng thích hợp cho cây trồng nhưng ánh sáng tự nhiên Ánh sáng mặt trời thường tạo ra điều kiện tốt nhất cho quá trình quang hợp vì nó chứa bức xạ cực tím tự nhiên, có tác dụng ảnh hưởng tích cực trên thực vật.
  • Chất diệp lục. Nó là một sắc tố màu xanh lá cây được tìm thấy trong lá cây.
  • Chất dinh dưỡng và khoáng chất. Hóa chất và hợp chất hữu cơ, rễ cây hấp thụ từ đất.

Kết quả của quá trình quang hợp được tạo ra là gì?

  • Đường;
  • Ôxy.

(Năng lượng ánh sáng được nêu trong ngoặc đơn vì nó không phải là vật chất)

Ghi chú: Thực vật lấy CO2 từ không khí qua lá và nước từ đất qua rễ. Năng lượng ánh sáng đến từ Mặt trời. Oxy thu được sẽ được giải phóng vào không khí từ lá cây. Glucose thu được có thể được chuyển đổi thành các chất khác, chẳng hạn như tinh bột, được sử dụng làm nguồn dự trữ năng lượng.

Nếu các yếu tố thúc đẩy quá trình quang hợp vắng mặt hoặc hiện diện không đủ số lượng thì cây trồng có thể bị ảnh hưởng tiêu cực. Ví dụ, ít ánh sáng tạo ra điều kiện thuận lợiđối với côn trùng ăn lá cây và thiếu nước làm cây chậm lại.

Quá trình quang hợp xảy ra ở đâu?

Quang hợp xảy ra bên trong tế bào thực vật, trong các lạp thể nhỏ gọi là lục lạp. Lục lạp (hầu hết được tìm thấy ở lớp thịt diệp) chứa một chất màu xanh lá cây gọi là diệp lục. Dưới đây là các bộ phận khác của tế bào hoạt động với lục lạp để thực hiện quá trình quang hợp.

Cấu trúc của tế bào thực vật

Chức năng các bộ phận của tế bào thực vật

  • : cung cấp hỗ trợ về cấu trúc và cơ học, bảo vệ tế bào, cố định và xác định hình dạng tế bào, kiểm soát tốc độ và hướng phát triển và tạo hình dạng cho thực vật.
  • : cung cấp nền tảng cho hầu hết quá trình hóa họcđược kiểm soát bởi enzyme.
  • : đóng vai trò như một rào cản, kiểm soát sự di chuyển của các chất vào và ra khỏi tế bào.
  • : như đã mô tả ở trên, chúng có chứa chất diệp lục, một chất màu xanh lá cây hấp thụ năng lượng ánh sáng thông qua quá trình quang hợp.
  • : khoang bên trong tế bào chất, nơi tích tụ nước.
  • : chứa một dấu hiệu di truyền (DNA) kiểm soát các hoạt động của tế bào.

Chất diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng cần thiết cho quá trình quang hợp. Điều quan trọng cần lưu ý là không phải tất cả các bước sóng màu của ánh sáng đều bị hấp thụ. Thực vật chủ yếu hấp thụ các bước sóng màu đỏ và xanh lam - chúng không hấp thụ ánh sáng ở dải màu xanh lục.

Khí cacbonic trong quá trình quang hợp

Thực vật hấp thụ carbon dioxide từ không khí qua lá của chúng. Carbon dioxide rò rỉ qua một lỗ nhỏ ở dưới cùng của lá - khí khổng.

Phần dưới của lá có các tế bào cách đều nhau để cho phép carbon dioxide tiếp cận các tế bào khác trong lá. Điều này cũng cho phép oxy tạo ra từ quá trình quang hợp dễ dàng rời khỏi lá.

Carbon dioxide có trong không khí chúng ta hít thở với nồng độ rất thấp và là yếu tố cần thiết trong giai đoạn tối của quá trình quang hợp.

Ánh sáng trong quá trình quang hợp

Lá thường có diện tích lớn bề mặt, vì vậy nó có thể hấp thụ rất nhiều ánh sáng. Bề mặt trên của nó được bảo vệ khỏi mất nước, bệnh tật và tiếp xúc với thời tiết bằng một lớp sáp (lớp biểu bì). Mặt trên của tấm là nơi ánh sáng chiếu vào. Lớp thịt lá này được gọi là palisade. Nó thích nghi để hấp thụ số lượng lớn sáng vì nó chứa nhiều lục lạp.

Ở pha sáng, quá trình quang hợp tăng dần theo một số lượng lớn Sveta. Nhiều phân tử hơn chất diệp lục bị ion hóa và nhiều ATP và NADPH được tạo ra hơn nếu photon ánh sáng tập trung vào chiếc lá xanh. Mặc dù ánh sáng cực kỳ quan trọng trong pha sáng nhưng cần lưu ý rằng lượng ánh sáng quá mức có thể làm hỏng chất diệp lục và làm giảm quá trình quang hợp.

Các pha ánh sáng không phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, nước hoặc carbon dioxide, mặc dù chúng đều cần thiết để hoàn thành quá trình quang hợp.

Nước trong quá trình quang hợp

Thực vật lấy nước cần thiết cho quá trình quang hợp thông qua rễ của chúng. Họ có lông rễ mọc trong đất. Rễ có đặc điểm diện tích lớn bề mặt và thành mỏng, cho phép nước đi qua dễ dàng.

Hình ảnh cho thấy thực vật và tế bào của chúng có đủ nước (trái) và thiếu nước (phải).

Ghi chú: Tế bào rễ không chứa lục lạp vì chúng thường ở trong bóng tối và không thể quang hợp.

Nếu cây không hấp thụ đủ nước, nó sẽ héo. Nếu không có nước, cây sẽ không thể quang hợp đủ nhanh và thậm chí có thể chết.

Tầm quan trọng của nước đối với cây trồng?

  • Cung cấp các khoáng chất hòa tan hỗ trợ sức khỏe cây trồng;
  • Là phương tiện vận chuyển;
  • Duy trì sự ổn định và ngay thẳng;
  • Làm mát và bão hòa độ ẩm;
  • Làm cho nó có thể thực hiện các phản ứng hóa học khác nhau trong tế bào thực vật.

Tầm quan trọng của quang hợp trong tự nhiên

Quá trình sinh hóa của quá trình quang hợp sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời để chuyển đổi nước và carbon dioxide thành oxy và glucose. Glucose được sử dụng làm khối xây dựng trong thực vật để phát triển mô. Như vậy, quang hợp là phương pháp hình thành rễ, thân, lá, hoa và quả. Nếu không có quá trình quang hợp, thực vật sẽ không thể phát triển hoặc sinh sản.

  • Nhà sản xuất

Do khả năng quang hợp của chúng, thực vật được coi là nhà sản xuất và đóng vai trò là cơ sở cho hầu hết mọi hoạt động chuỗi thức ăn trên Trái đất. (Tảo tương đương với thực vật trong). Tất cả thực phẩm chúng ta ăn đều đến từ các sinh vật quang hợp. Chúng ta ăn trực tiếp những thực vật này hoặc ăn những động vật như bò hoặc lợn ăn thực phẩm thực vật.

  • Cơ sở của chuỗi thức ăn

Trong các hệ thống thủy sinh, thực vật và tảo cũng tạo thành nền tảng của chuỗi thức ăn. Tảo đóng vai trò là thức ăn, do đó, đóng vai trò là nguồn dinh dưỡng cho các sinh vật lớn hơn. Không có quang hợp ở môi trường nước cuộc sống sẽ là không thể.

  • Loại bỏ carbon dioxide

Quang hợp chuyển đổi carbon dioxide thành oxy. Trong quá trình quang hợp, carbon dioxide từ khí quyển đi vào cây và sau đó được giải phóng dưới dạng oxy. Trong thế giới ngày nay, nơi mức độ carbon dioxide đang tăng lên ở mức đáng báo động, bất kỳ quá trình nào loại bỏ carbon dioxide khỏi khí quyển đều quan trọng đối với môi trường.

Thực vật và các sinh vật quang hợp khác đóng một vai trò quan trọng trong chu trình dinh dưỡng. Nitơ trong không khí được cố định trong mô thực vật và sẵn sàng để tạo ra protein. Các nguyên tố vi lượng được tìm thấy trong đất cũng có thể được đưa vào mô thực vật và trở nên sẵn có cho động vật ăn cỏ ở cấp độ cao hơn trong chuỗi thức ăn.

  • Sự phụ thuộc quang hợp

Quang hợp phụ thuộc vào cường độ và chất lượng ánh sáng. Ở xích đạo, nơi có nhiều ánh sáng mặt trời quanh năm và nước không phải là yếu tố hạn chế nên thực vật có tỷ lệ cao tăng trưởng và có thể trở nên khá lớn. Ngược lại, quá trình quang hợp xảy ra ít thường xuyên hơn ở những phần sâu hơn của đại dương vì ánh sáng không xuyên qua được các lớp này, dẫn đến hệ sinh thái cằn cỗi hơn.