Information

Photosynthese in höheren Pflanzen


F: Die Photosynthese in C4-Pflanzen wird durch atmosphärische CO2-Werte relativ weniger eingeschränkt, weil: 1) vier Kohlenstoffsäuren die primären anfänglichen CO2-Fixierungsprodukte sind 2) die primäre CO2-Fixierung über PEP-Carboxylase vermittelt wird 3) effektives Pumpen von CO2 in Bündelscheidenzellen 4) RuBisCO in C4-Pflanzen hat eine höhere Affinität zu CO2. Jetzt ist die richtige Option 2, aber können Sie den Grund dafür erklären, warum Sie die vierte Option nicht gewählt haben?


Wenn dies der Fall ist, warum sollten C4-Pflanzen dann PEPcarboxylase anstelle von RuBisCO zum primären Akzeptor machen? Da dies nicht der Fall ist, waren C4-Pflanzen gezwungen, diese Alternative zu wählen und RuBisCO nur auf die Bündelscheidenzellen zu beschränken. Das Problem in C3 war die Photoatmung, da Sauerstoff die Aufnahme von Kohlendioxid durch RuBisCO kompetitiv hemmt. Daraus ergibt sich, dass RuBisCO eine größere Affinität zu Sauerstoff hat. Hätte RuBisCO eine höhere Affinität zu CO2, müssten C4-Pflanzen nicht den alternativen Weg einschlagen, dem sie folgen.

Der Grund, warum C4 vom atmosphärischen CO2-Gehalt unbeeinflusst bleibt, liegt daran, dass die PEP-Carboxylase den CO2-Gehalt in Bündelhüllenzellen konzentriert. Unabhängig vom atmosphärischen CO2-Gehalt bleibt der Gehalt in den Bündelhüllenzellen immer hoch und perfekt für RuBisCO, um darauf einzuwirken.


Photosynthese in höheren Pflanzen Notizen für die Klasse 11 Biologie PDF Download | Online lesen

Lesen Sie die vollständigen Hinweise zur Photosynthese in höheren Pflanzen für Klasse 11 Biologie.
Diese Notizen umfassen den kompletten Lehrplan der Photosynthese in höheren Pflanzen – Klasse 11, einschließlich wettbewerbsfähiger Prüfungen wie JEE Mains and Advanced, NEET und andere.

Dies sind sehr detaillierte und umfassende Notizen, die von einem Team von Expertenfakultäten entwickelt wurden. Diese Hinweise sind sehr praktisch, um die kompletten Derivate in kürzester Zeit zu überarbeiten. Zu diesem Kapitel stellen wir auch eine PDF-Datei zur Verfügung, damit Sie sie unterwegs ohne Internet überarbeiten können. Sie können diese Notizen auch über diese pdf-Datei ausdrucken.


Photosynthese in höheren Pflanzen

Erst die Photosynthese ist ein Mittel, mit dem bestimmte Organismen mithilfe von Sonnenenergie aus anorganischen Rohstoffen ihre eigene organische Nahrung herstellen können. Die Organismen, die Photosynthese betreiben, werden daher als Autotrophe oder Photoautotrophe bezeichnet.

Dazu gehören Grünpflanzen, Rotalgen, Braunalgen, Gelbgrünalgen, verschiedene Arten von Protisten, Cyanobakterien und einige Bakterien. Andere Organismen, die keine eigene Nahrung herstellen können, werden als Heterotrophe bezeichnet. Sie sind auf Autotrophe angewiesen, um Nahrung zu erhalten.

Ausmaß der Photosynthese:

Das gesamte Kohlendioxid, das Pflanzen für die Photosynthese zur Verfügung steht, beträgt etwa 11,2 x 10 14 Tonnen. Davon sind nur 2,2 x 10 13 (2200 Milliarden) Tonnen in der Atmosphäre mit einem Anteil von 0,03 % vorhanden.

Die Menge reicht aus, um die Photosynthese für einige hundert Jahre zu unterstützen, auch wenn kein Nachschub erfolgt. Ozeane enthalten 11 x 10 14 oder 110.000 Milliarden Tonnen Kohlendioxid. In der Lithosphäre ist noch immer eine große Menge Kohlenstoff (2,8 x 10 18 Tonnen) vorhanden. Natürlich wird es nicht in der Photosynthese verwendet.

Etwa 70-80 Milliarden Tonnen Kohlendioxid werden jährlich durch terrestrische und aquatische Photoautotrophe gebunden. Es produziert über 170 Milliarden Tonnen organische Trockensubstanz. Nach älteren Schätzungen werden davon nur 10 % (17 Milliarden Tonnen) der Trockenmasse von Landpflanzen produziert, während 90 % davon in Ozeanen gebildet werden. Nach den gegenwärtigen Schätzungen beträgt die Produktivität der Landpflanzen 68 % der Gesamtleistung.

Die jährliche Fixierung von 70 Milliarden Tonnen Kohlenstoff erfordert etwa 1,05 x 10 18 kcal Energie. Daher wird jedes Jahr so ​​viel Strahlungsenergie in chemische Energie umgewandelt. Die gesamte auf die Erde fallende Sonnenenergie beträgt 5 x 10 20 kcal/Jahr. Damit können die Anlagen nur 0,2% der Sonnenenergie nutzen, die von der Erdoberfläche aufgenommen wird.

Geschichte von Photosynthese:

Die Bedeutung von Sonnenlicht, Luft und grünen Blättern für die Ernährung der Pflanzen erkannt.

1770 Joseph Priestley (1733-1804 Abb. 13.1):

Priestley (1770) fand heraus, dass eine brennende Kerze in einem geschlossenen Raum einer Glasglocke bald erloschen würde. Ebenso würde eine Maus, die in einem geschlossenen Raum gehalten wurde, bald ersticken und sterben. Begleitet sie jedoch eine Pfefferminzpflanze in der Glasglocke, erlischt weder die Kerze noch die Maus.

Die Pflanze wächst auch. Priestley stellte daher die Hypothese auf, dass faule Luft oder Phlogiston, die beim Verbrennen von Kerzen oder der Atmung von Tieren (Mäusen) entstehen, von Pflanzen (Minze) in reine Luft oder De-Phlogiston umgewandelt werden könnten. 1774 entdeckte Priestley den Sauerstoff.

1779 Jan Ingenhousz (1730-1799):

In seinem Experiment mit einer Wasserpflanze zeigte er, dass sich bei hellem Sonnenlicht kleine Bläschen um die grünen Teile bildeten, während sich im Dunkeln keine solchen Bläschen bildeten. Er stellte fest, dass diese Blasen aus Sauerstoff bestanden. Er bestätigte damit, dass die Reinigung der Luft oder die Bildung von Dephlogiston von grünen Pflanzen nur in Gegenwart von Sonnenlicht durchgeführt wird.

Phlogiston ist Kohlendioxid. Dephlogiston ist Sauerstoff.

Wasser ist eine wesentliche Voraussetzung für die Photosynthese. Bei der Photosynthese nehmen Pflanzen CO . auf2 und lass O . los2.

1818 Pelletier und Caventou:

Chlorophyll entdeckt und benannt.

Grüne Pflanzen wandeln bei der Photosynthese Sonnenenergie in chemische Energie um.

Der grüne Teil der Pflanze produziert Glukose, die als Stärke gespeichert wird. Stärke ist das erste sichtbare Produkt der Photosynthese.

1888 Engelmann (1843-1909):

Er zerlegte das Licht durch das Prisma in seine Bestandteile und beleuchtete dann Cladophora (eine Grünalge), die in eine Suspension aus aeroben Bakterien gegeben wurde. Er fand heraus, dass sich Bakterien im Bereich des blauen und roten Lichts des Split-Spektrums ansammelten. Damit entdeckte er die Wirkung unterschiedlicher Lichtwellenlängen auf die Photosynthese und zeichnete das erste Wirkungsspektrum der Photosynthese auf.

Das „Gesetz“ oder das Prinzip der begrenzenden Faktoren vorgeschlagen. Er schlug auch das Auftreten einer Dunkelphase bei der Photosynthese vor.

Zuerst wurde Chlorella, eine einzellige, unbewegliche Grünalge, zum Studium der Photosynthese eingesetzt. Er untersuchte die Wirkung von hohem O2 Konzentration, Gifte wie Zyanid und Lichtblitze bei der Photosynthese.

In seinen Studien mit violetten und grünen Schwefelbakterien zeigte er, dass die Photosynthese eine lichtabhängige Reaktion ist, bei der Wasserstoff aus einer oxidierbaren Verbindung CO . reduziert2 Zucker zu bilden.

In grünen Schwefelbakterien, wenn H2S statt H2O wurde als Wasserstoffdonor verwendet, kein O2 wurde weiterentwickelt. Er folgerte, dass O2 von grünen Pflanzen entwickelt kommt aus H2O aber nicht von CO2 wie vorhin gedacht.

1932 Emerson und Arnold:

Führte Blitzlichtexperimente bei verschiedenen Temperaturen durch und fand die Existenz von hellen und dunklen Phasen der Photosynthese heraus.

Die Sauerstoffentwicklung erfolgt in einer Lichtreaktion, die von isoliert beleuchteten Chloroplasten in Gegenwart geeigneter Elektronenakzeptoren und in Abwesenheit von CO . durchgeführt wird2.

1941 Ruben und Kamen Ruben, Hassid und Kamen:

Der bei der Photosynthese entstehende Sauerstoff stammt aus Wasser und nicht aus Kohlendioxid. Dazu verwendeten sie Wasser mit dem schweren Sauerstoffisotop 18 O.

Entdeckung der Photophosphorylierung. Zeigte auch CO .-Fixierung2 durch zuvor beleuchtete isolierte Chloroplasten unter Verwendung von radioaktivem Kohlenstoff 14 C in ihrem Kohlendioxid.

Den Weg der Kohlenstofffixierung verfolgt unter Verwendung von ( 14 CO2) und gab das C3 Zyklus, heute nach ihm als Calvin-Zyklus bekannt. Calvin wurde dafür 1960 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Gefundener roter Tropfen und photosynthetische Verstärkung oder Emerson-Effekt.

1960 Hügel und Bendall:

Vorgeschlagenes Z-Schema von zwei Photosystemen.

Vorgeschlagene chemiosmotische Theorie der ATP-Synthese.

Zusatzmechanismus von CO . entdeckt2 Fixierung, genannt C4 in bestimmten tropischen Pflanzen (Gräser und Nicht-Gräser).

Kristallisierte und analysierte das Photozentrum von Rhodobacter durch Röntgenbeugungstechnik. 1988 erhielten sie den Nobelpreis.


[PDF] Photosynthese in der Biologie höherer Pflanzen Studienmaterial

Download Photosynthese in höheren Pflanzen NEET Notes PDF, Photosynthese in Higher Plants Biology Class 11 Notes, Photosynthese in Higher Plants PDF Download:- Hallo liebe Studenten, hol dir das kostenlose Photosynthese in Höhere Pflanzen-Studienmaterial PDF. Dies ist Photosynthese in Higher Plants Notes PDF, das für Aspiranten von NEET und anderen Prüfungen während der Überarbeitung in letzter Minute hilfreich ist. Dieses Studienmaterial deckt alle wichtigen Themen und Konzepte ab, die für die Prüfung nützlich sind. Für eine bessere Bewertung der NEET-Prüfung können Aspiranten das NEET-Studienmaterial herunterladen und darauf verweisen.

Liste der Photosynthese in höheren Pflanzen NEET Biology Study Materials

HAFTUNGSAUSSCHLUSS:- Dieser Blog besitzt nicht mehr diese Studienmaterial-PDFs, die weder erstellt noch gescannt wurden. Wir teilen einfach den bereits im Internet und anderen Quellen verfügbaren Hyperlink. Wenn dies in irgendeiner Weise gegen das Gesetz verstößt oder Probleme aufweist, kontaktieren Sie uns bitte für diese Linkentfernung. Ich habe diesen Beitrag erstellt, um armen Studenten zu helfen, die finanziell schlecht sind, um ein Buch vom Markt zu kaufen. Danke schön!


  • Zellenwand – Es bietet mechanische und strukturelle Unterstützung, bestimmt und erhält die Form der Zelle, schützt Zellen vor Krankheitserregern und kontrolliert die Wachstumsrichtung.
  • Zytoplasma – Es ist die Plattform verschiedener chemischer Prozesse und wird von Enzymen gesteuert.
  • Zellmembran – Es wirkt als Barriere und hilft bei der Kontrolle der Bewegung von Substanzen in und aus der Zelle.
  • Chloroplasten – Es enthält Chlorophyll und grüne Substanz, die Lichtenergie absorbieren.
  • Vakuole – Es hält Feuchtigkeit und hält die Pflanze wach.
  • Kern – Es beinhaltet DNA und steuert die Aktivitäten der Zelle.

„Pigmente sind die Substanzen, die die Fähigkeit besitzen, Licht einer bestimmten Wellenlänge zu absorbieren.“ Blätter von Pflanzen haben vier Arten von Pigmenten, d.h. Chlorophyll ein (hell oder blaugrün im Chromatogramm), Chlorophyll B (Gelbgrün), Carotinoide (gelb bis gelb – orange) und Xanthophylle (Gelb). Photosynthese findet in roten und blauen Spektralbereichen statt und ein Teil der Photosynthese findet auch bei anderen Wellenlängen statt. Chlorophyll ist das Hauptpigment, das die Lichtenergie einfängt, und andere Pigmente werden als akzessorisches Pigment bezeichnet, das Licht einfängt und die Energie auf Chlorophyll überträgt ein.


Photosynthese in höheren Pflanzen MCQ Kapitel 13

Welcher Teil des Chloroplasten nimmt an der Lichtreaktion teil?

  • A. Membransystem
  • B. Stroma-Lamellen
  • C. Stroma
  • D. Keiner

Welches Molekül fungiert bei Lichtreaktion als Reaktionszentrum?

  • A. Lichtsammelkomplexe (LHC)
  • B. PSI
  • C. PSII
  • D. Chlorophyll-a

Welche davon haben eine höhere Energie

  • A. PSI
  • B. PSII
  • C. Beide
  • D. Keiner

LHC verliert bei Anregung Elektron. Das verlorene Elektron wird ersetzt durch:

  • A. Aufspaltung von Kohlendioxid
  • B. Aufspaltung von Sauerstoff
  • C. Wasserspaltung
  • D. Keiner

Welcher der folgenden Faktoren senkt die Photosyntheserate?

  • A. Licht mit hoher Intensität
  • B. Hohe Wassermenge
  • C. Hoher Kohlendioxidgehalt
  • D. Optimale Temperatur

Es gibt zwei Phasen in der Photosynthese, eine ist die Lichtreaktion und die andere ist:

  • A. Dunkle Reaktion
  • B. Chemische Zersetzung
  • C. Verschiebungsreaktion
  • D. Oxidation

In welchem ​​Teil des Chloroplasten treten Dunkelreaktionen auf?

  • A. Membransystem
  • B. Stroma-Lamelle
  • C. Stroma-Matrix
  • D. Sowohl b als auch c

Dunkelreaktion wird auch genannt

  • A. C3-Zyklus
  • B. Calvin-Zyklus
  • C. CAM-Zyklus
  • D. Sowohl A als auch B

Melvin Calvin verwendete radioaktives C14, um die Dunkelreaktion zu beurteilen. Welche Pflanze hat er verwendet, um die dunkle Reaktion zu studieren?

  • A. Algen
  • B. Bryophyten
  • C. Pteridophyt
  • D. Angiospermie

Das erste Produkt eines C3-Zyklus ist:

  • A. Essigsäure (2C)
  • C. Puruvinsäure (3C)
  • C. Oxalo-Essigsäure (4C)
  • D. Glukose (6C)

Der primäre Akzeptor von Kohlendioxid ist RuBisCO. Wie viele Kohlenstoffatome hat es?

  • A. 2C
  • B. 3C
  • C. 4C
  • D. 5C

Wie viele ATP’s und NADPH werden benötigt, um in einer Dunkelreaktion ein Glukosemolekül zu bilden?

  • A. 6ATP, 6NADPH
  • B. 12ATP, 12 NADPH
  • C. 18ATP, 18NADPH
  • D. Keiner

In welchen Pflanzen kommt der c4-Weg vor?

  • A. Mangrove
  • B. Hydrophyten
  • C. Sukkulenten
  • D. Keiner

Was ist Kranz-Anatomie?

  • A. Blätter mit der Bündelscheide
  • B. Insekten fangende Blätter
  • C. Blatt in eine Ranke umgewandelt
  • D. Keiner
  • A. RuBisCO interagiert mit O2 zu CO2
  • B. RuBisCO interagiert mit CO2 zur Bildung von PGA
  • C. Pepco interagiert mit O2 zu CO2
  • D. Keiner

Welcher der folgenden Faktoren ist kein limitierender Faktor für die Photosynthese?

  • A. Temperatur
  • B. O2-Konzentration
  • C. CO2-Konzentration
  • D. Lichtintensität

Photosynthese in höheren Pflanzen MCQ/Objektive Fragen Kapitel 13 Biologie


Photosynthese in höheren Pflanzen

Bei der Photosynthese werden ‘energiereiche Verbindungen wie Kohlenhydrate aus einfachen anorganischen Verbindungen wie Kohlendioxid und Wasser in Gegenwart von Chlorophyll und Sonnenlicht unter Freisetzung von Sauerstoff synthetisiert’. Der Prozess der Photosynthese kann auch als “Transformation von photonischer Energie (d.h., Licht- oder Strahlungsenergie) in chemische Energie”.
Ungefähr 90% der gesamten Photosynthese in der Welt wird von Algen in Ozeanen und Süßwasser durchgeführt. Bei diesem Verfahren werden jährlich mehr als 170 Milliarden Tonnen Trockenmasse produziert. Weiter CO2 jährlich durch Photosynthese fixiert ist ca. 7,0 × 10 13 kg. Die Photosynthese ist eine anabole und endotherme Reaktion. Die Photosynthese hilft, die Gleichgewichtsposition von . aufrechtzuerhalten Ö2 und CO2 in der Atmosphäre.

1. HISTORISCHER HINTERGRUND
Vor dem 17. Jahrhundert wurde angenommen, dass Pflanzen ihre Nahrung aus dem Boden nehmen.

  • Van Helmont (1648) kam zu dem Schluss, dass die gesamte Nahrung der Pflanze aus Wasser und nicht aus dem Boden gewonnen wird.
  • Stephen Hales (Vater der Pflanzenphysiologie) (1727) berichtete, dass Pflanzen einen Teil ihrer Nahrung aus der Luft beziehen und auch Licht in diesem Prozess eine Rolle spielen kann.
  • Joseph Priestley (1772) zeigten, dass grüne Pflanzen (Minzpflanze) die faule Luft reinigen (h., Phlogiston), das durch das Verbrennen einer Kerze entsteht, und wandelt es in reine Luft um (d.h., Dephlogiston).
  • Jan Ingen-Housz (1779) kam durch seinen Versuch zu dem Schluss, dass die Luftreinigung nur durch grüne Pflanzenteile erfolgt und dies auch in Gegenwart von Sonnenlicht. Grüne Blätter und Stängel setzen dephlogistisierte Luft frei (Having Ö2) bei Sonnenlicht und phlogistischer Luft (Having CO2) bei Dunkelheit.
  • Jean Senebier (1782) bewiesen, dass Pflanzen CO2 und loslassen Ö2 in Gegenwart von Licht. Er zeigte auch, dass die Rate von Ö2 Entwicklung hängt von der Geschwindigkeit von ab CO2
  • Nicolus de Saussure (1804) zeigte die Bedeutung von Wasser im Prozess der Photosynthese. Er zeigte weiter, dass die Menge an CO2 absorbiert ist gleich der Menge an Ö2
  • Julius Robert Mayer (1845) schlugen vor, dass Licht Strahlungsenergie hat und diese Strahlungsenergie von Pflanzen in chemische Energie umgewandelt wird, die dazu dient, das Leben der Pflanzen und auch der Tiere zu erhalten.
  • Liebig (1845) gaben an, dass die Hauptquelle von Kohlenstoff in Pflanzen CO2.
  • Bousingault (1860) berichtete, dass das Volumen von CO2 absorbiert ist gleich dem Volumen von Ö2 entwickelt und das CO2 Absorption und Ö2 Die Evolution beginnt sofort, nachdem die Pflanze dem Sonnenlicht ausgesetzt wurde.
  • Julius von Sachs (1862) zeigten, dass das erste sichtbare Produkt der Photosynthese Stärke ist. Er zeigte auch, dass Chlorophyll auf die Chloroplasten beschränkt ist.
  • Melvin Calvin (1954) verfolgte den Weg des Kohlenstoffs bei der Photosynthese (verbunden mit Dunkelreaktionen) und gab die C3 Zyklus (jetzt Calvin-Zyklus genannt). 1961 erhielt er den Nobelpreis für die Technik, Stoffwechselwege mithilfe radioaktiver Isotope zu verfolgen.
  • Huber, Michel und Deisenhofer (1985) kristallisierten das photosynthetische Reaktionszentrum aus dem violetten photosynthetischen Bakterium, Rhodopseudomonas viridis. Sie analysierten seine Struktur durch Röntgenbeugungstechnik. 1988 erhielten sie für diese Arbeit den Nobelpreis für Chemie.

2. PHOTOSYNTHESE IN HÖHEREN PFLANZEN
Chloroplast (Ort der Photosynthese)
Chloroplasten sind grüne Plastiden, die als Ort der Photosynthese in eukaryotischen Photoautotropen fungieren.
Die Photosyntheseeinheit kann als Anzahl von Pigmentmolekülen definiert werden, die erforderlich sind, um einen photochemischen Vorgang zu bewirken, d. h. die Freisetzung eines Sauerstoffmoleküls. Park und Biggins (1964) gaben den Begriff Quantasom für Photosyntheseeinheiten gleich 230 Chlorophyllmolekülen.
Chloroplastpigmente
Pigmente sind organische Moleküle, die aufgrund konjugierter Doppelbindungen in ihren Strukturen Licht bestimmter Wellenlängen im sichtbaren Bereich absorbieren. Die Chloroplastenpigmente sind fettlöslich und befinden sich im Lipidteil der Thylakoidmembranen. Es gibt eine breite Palette von Chloroplastenpigmenten, die mehr als 5 % des Gesamttrockengewichts des Chloroplasten ausmachen. Sie sind in zwei Hauptkategorien eingeteilt:
(1) Chlorophylle: Chlorophyll ‘ein‘ findet sich in allen sauerstoffbildenden photosynthetischen Pflanzen außer in photosynthetischen Bakterien. Das Reaktionszentrum der Photosynthese besteht aus Chlorophyll ein. Es kommt in mehreren spektral unterschiedlichen Formen vor, die unterschiedliche Rollen bei der Photosynthese spielen (z.B., Chli ein680 oder P680, Chli ein700 oder P700, etc.). Es nimmt direkt an der photochemischen Reaktion teil. Daher wird es als primäres photosynthetisches Pigment bezeichnet. Andere photosynthetische Pigmente einschließlich Chlorophyll b, c, d und e Carotinoide und Phycobiline werden akzessorische Pigmente genannt, weil sie nicht direkt am photochemischen Akt teilnehmen. Sie absorbieren bestimmte Wellenlängen des Lichts und übertragen die Energie schließlich auf Chlorophyll ein durch Elektronenspinresonanz.
Chlorophyll ein ist bläulich-grün, während Chlorophyll B ist olivgrün. Beide sind in organischen Lösungsmitteln wie Alkohol, Aceton usw. löslich. Chlorophyll ist ein grünes Pigment, da es kein grünes Licht absorbiert (aber grünes Licht reflektiert) Chlorophyll ein (C55h72Ö5n4Mg) besitzt – CH3 (Methylgruppe), die ersetzt wird durch — CHO (eine Aldehyd-)Gruppe in Chlorophyll B (C55h70Ö6n4Mg). Das Chlorophyll-Molekül besteht aus einem quadratischen tetrapyrrolischen Ring, der als Kopf bekannt ist, und einem Phytolalkohol, der als Schwanz bezeichnet wird. Das Magnesiumatom befindet sich in der zentralen Position des tetrapyrrolischen Rings. Die vier Pyrrolringe des Porphyrinkopfes sind durch Methin (CH =) Gruppen, die ein Ringsystem bilden.
Wenn zentral Mg wird ersetzt durch Fe, wird das Chlorophyll zu einem grünen Pigment namens ‘cytochrome’, das sowohl in der Photosynthese (Photophosphorylierung) als auch in der Atmung verwendet wird.
(2) Carotinoide: Sie werden aufgrund ihrer fettlöslichen Natur manchmal als Lipochrome bezeichnet. Sie sind Lipide und kommen in nicht grünen Pflanzenteilen vor. Licht ist für ihre Biosynthese nicht notwendig. Carotinoide absorbieren Lichtenergie und übertragen sie auf Chl. ein und wirken somit als akzessorische Pigmente. Sie schützen die Chlorophyllmoleküle vor Photooxidation, indem sie entstehenden Sauerstoff aufnehmen und in harmlose molekulare Stadien umwandeln. Carotinoide können in zwei Gruppen eingeteilt werden, nämlich Carotine und Xanthophyll.
(i) Carotine: Sie sind orangerot gefärbt und haben eine allgemeine Formel C40h56. Sie werden aus Karotten isoliert.
Sie kommen in allen Pflanzengruppen vor d.h., von Algen bis zu Angiospermen. Einige der üblichen Carotine sind α, β, und δ Carotin, Phytotin, Lycopin, Neurosporen usw. Das Lycopin ist ein roter Farbstoff, der in reifen Tomaten- und Paprikafrüchten vorkommt. Das β-Carotin ergibt bei der Hydrolyse Vitamin A, daher werden die Carotine auch Provitamin A genannt. β-Carotin ist ein schwarzgelber Farbstoff der Karottenwurzeln.
(ii) Xanthophylle: Sie sind gelb gefärbte Carotinoide, auch Xanthole oder Carotineole genannt. Sie enthalten neben Kohlenstoff und Wasserstoff auch Sauerstoff und haben die allgemeine Formel C40h56Ö2.
Lutein (C40h56Ö2) ein weit verbreitetes Xanthophyll, das für die Gelbfärbung des Herbstlaubs verantwortlich ist. Fucoxanthin (C40h56Ö6) ist ein weiteres wichtiges Xanthophyll, das in Phaeophyceae (Braunalgen) vorkommt.
(3) Phycobiline: Diese Pigmente kommen hauptsächlich in Blaualgen (Cyanobakterien) und Rotalgen vor. Diese Pigmente haben eine offene tetrapyrrolische Struktur und tragen keine Magnesium- und Phytolkette.
Blaualgen haben mehr Phycocyanin und Rotalgen mehr Phycoerythrin. Phycocyanin und Phycoerythrin bilden zusammen Phycobiline. Es wird angenommen, dass diese wasserlöslichen Pigmente mit kleinen Körnchen verbunden sind, die mit Lamellen verbunden sind. Phycobiline sind wie Carotinoide akzessorische Pigmente d.h., sie absorbieren Licht und übertragen es auf Chlorophyll ein.
Art des Lichts: Sonnenlicht ist eine Art von Energie, die Strahlungsenergie oder elektromagnetische Energie genannt wird. Diese Energie bewegt sich gemäß der Theorie der elektromagnetischen Wellen (vorgeschlagen von James Clark Maxwell, 1960) als Wellen im Raum. Der Abstand zwischen den Scheiteln zweier benachbarter Wellen wird als Wellenlänge (λ) bezeichnet. Kürzer die Wellenlänge größer die Energie.
Die Einheitsmenge der Lichtenergie wird in der Quantentheorie Quanten (hν) genannt, während dieselbe des elektromagnetischen Feldes Photon genannt wird. Die Sonnenstrahlung kann nach Wellenlängen unterteilt werden. Die Strahlung der kürzesten Wellenlänge gehört zur kosmischen Strahlung, während die der längsten Wellenlänge zu den Radiowellen gehört. Sichtbares Licht liegt zwischen den Wellenlängen von Ultraviolett und Infrarot. Das sichtbare Spektrum der Sonnenstrahlung wird hauptsächlich von Carotinoiden der höheren Pflanzen absorbiert, sind violett und blau. Von blauen und roten Wellenlängen trägt blaues Licht jedoch mehr Energie.
S k o r t e s   W a v e l e n g M a x i m u m   e n e r g y → L o n g e s t  

Sichtbares Licht: 390nm (3900Å) bis 760nm (7600Å). Violett (390–430 .)nm), blau (430–470 .)nm), blaugrün (470–500nm), grün (500–580nm), gelb (580–600 .)nm), orange (600–650 .)nm), orange-rot (650–660nm) und rot (660–760nm) Dunkelrot (700–760nm). Infrarot 760nm – 100μm. Ultraviolett 100–390nm. Sonnenstrahlung 300nm (Ultraviolett) bis 2600nm (Infrarot). Photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) beträgt 400–700nm. Blätter erscheinen grün, weil Chlorophylle kein grünes Licht absorbieren. Das gleiche wird durch Blätter reflektiert und durchgelassen.

Absorptions- und Aktionsspektren: Die Kurve, die das bei jeder Wellenlänge vom Pigment absorbierte Licht darstellt, wird als Absorptionsspektrum bezeichnet. Eine Kurve, die die Photosyntheserate bei verschiedenen Lichtwellenlängen zeigt, wird als Aktionsspektrum bezeichnet.

Das Absorptionsspektrum wird mit Hilfe eines Spektralphotometers untersucht. Das Absorptionsspektrum von Chlorophyll ein und Chlorophyll B weisen darauf hin, dass diese Pigmente hauptsächlich blaues und rotes Licht absorbieren. Das Aktionsspektrum zeigt, dass die maximale Photosynthese in blauen und roten Bereichen des Spektrums stattfindet. Das erste Wirkungsspektrum der Photosynthese wurde von T.W. Engelmann (1882) mit der Grünalge Spirogyra und sauerstoffsuchenden Bakterien.

In diesem Fall wird die tatsächliche Photosyntheserate hinsichtlich der Sauerstoffentwicklung oder der Kohlendioxidnutzung als Funktion der Wellenlänge gemessen.

3. MECHANISMUS DER PHOTOSYNTHESE
Auf der Grundlage der Entdeckung von Nicolas de Saussure, dass “Die Menge von Ö2 aus Pflanzen freigesetzt ist gleich der Menge an CO2 von Pflanzen absorbiert”, wurde angenommen, dass Ö2 in der Photosynthese freigesetzt stammt aus CO2, aber Ruben bewies, dass dieses Konzept falsch ist.
1930 bewies C. B. Van Niel, dass Schwefelbakterien h2S (anstelle von Wasser) und CO2 Kohlenhydrate wie folgt synthetisieren:
6 C O 2 + 12 H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O + 12 S

Dies führte Van Niel zu der Annahme, dass in grünen Pflanzen Wasser (h2Ö) wird anstelle von verwendet h2S und Ö2 wird anstelle von Schwefel (S) entwickelt. Er wies darauf hin, dass Wasser bei der Photosynthese ein Elektronendonar ist.
6 C O 2 + 12 H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O + 6 O 2

Dies wurde 1941 von Ruben und Kamen mit bestätigt Chlorella eine Grünalge.
Sie verwendeten Sauerstoffisotope im Wasser, d.h. H2 18 O statt h2Ö (normal) und bemerkte, dass freigesetzter Sauerstoff 18 . enthält Ö von Wasser und nicht von CO2. Die Gesamtreaktion kann wie folgt angegeben werden:
6 C O 2 + 12 H 2 18 O → C h l o r o p h y l l L i g t C 6 H 12 O 6 + 6 18 O 2 + 6 H 2 O

4. MODERNES KONZEPT DER PHOTOSYNTHESE
Photosynthese ist ein Oxidations-Reduktionsprozess, bei dem Wasser oxidiert wird, um freizusetzen Ö2 und CO2 wird zu Stärke und Zucker reduziert.
Wissenschaftler haben gezeigt, dass die Photosynthese in zwei Phasen abgeschlossen wird.
(1) Lichtphase oder photochemische Reaktionen oder lichtabhängige Reaktionen oder Hill’s-Reaktionen: Während dieser Phase wird die Energie des Sonnenlichts absorbiert und in chemische Energie umgewandelt, die in ATP und gespeichert wird NADPH + h + .
(2) Dunkelphase oder Chemische Dunkelreaktionen oder Lichtunabhängige Reaktionen oder Blackman-Reaktion oder Biosynthetische Phase: Während dieser Phase werden Kohlenhydrate aus Kohlendioxid synthetisiert, wobei die Energie verwendet wird, die in ATP und NADPH gespeichert ist, die bei den lichtabhängigen Reaktionen gebildet werden.
Hinweise auf Hell-Dunkel-Reaktionen in der Photosynthese:
(1) Physikalische Trennung von Chloroplasten in Grana- und Stroma-Fraktionen: Es ist jetzt möglich, Grana- und Stroma-Fraktionen von Chloroplasten zu trennen. Wenn die Grana-Fraktion in Gegenwart eines geeigneten H-Akzeptors und in völliger Abwesenheit von . belichtet wird CO2, dann ATP und NADPH2 werden produziert (d.h., Assimilationsbefugnisse). Wenn diese Assimilationsbefugnisse (ATP und NADPH2) werden der Stromafraktion in Gegenwart von gegeben CO2 und Lichtmangel, dann werden Kohlenhydrate gebildet.
(2) Experimente mit intermittierendem Licht oder diskontinuierlichem Licht: Die Photosyntheserate ist bei intermittierendem Licht (abwechselnde Licht- und Dunkelperioden) schneller als bei kontinuierlichem Licht. Dies liegt daran, dass die Lichtreaktion viel schneller ist als die Dunkelreaktion, sodass sich bei kontinuierlichem Licht ATP ansammelt und NADPH2 und damit eine Verringerung der Photosyntheserate, aber bei diskontinuierlichem Licht, ATP und NADPH2 die im Licht gebildet werden, werden im Dunkeln vollständig verbraucht und reduzieren CO2 zu Kohlenhydraten. Die Ansammlung von NADPH2 und ATP wird verhindert, da sie in dunklen Perioden nicht produziert werden.
(3) Studien zum Temperaturkoeffizienten: Blackman hat das gefunden Q10 war im Experiment größer als 2, wenn die Photosynthese schnell war und das Q10 von 2 fallen gelassen oft die Einheit erreichend, d.h., 1, wenn die Photosyntheserate niedrig war. Diese Ergebnisse zeigen, dass bei der Photosynthese eine Dunkelreaktion (Q10 mehr als 2) und eine photochemische oder Lichtreaktion (mit Q10 Einheit sein).
Q 10 = R e a k t i o n   r a t e   von   ( t + 10 ) ° K R e a k t i o n   a t   t ° C
Lichtreaktion (Photochemische Reaktionen)
Die Lichtreaktion tritt in der Grana-Fraktion von Chloroplasten auf und in diese Reaktion sind die Aktivitäten eingeschlossen, die vom Licht abhängig sind. Assimilationsbefugnisse (ATP und NADPH2 ) entstehen hauptsächlich bei dieser Lichtreaktion.
Robin Hill (1939) zeigten zunächst, dass, wenn Chloroplasten aus Blättern von Stellaria media und Lamium-Album werden in einem Reagenzglas mit geeigneten Elektronenakzeptoren aufgehängt, z.B., Kaliumferroxalat (einige Pflanzen benötigen nur diese Chemikalie) und Kaliumferricyanid, Sauerstoff wird durch photochemische Spaltung von Wasser freigesetzt. Unter diesen Bedingungen nein CO2 verbraucht und kein Kohlenhydrat produziert wurde, aber eine lichtgetriebene Reduktion der Elektronenakzeptoren wurde begleitet, durch Ö2 Evolution.

4 F e 3 + E l e k t r o n   a c c e p t o r + 2 H 2 O E l e k t r o n   d o n o r ↔ 4 F e 2 + R e d u c e d   p r o + 4 H &# c e d   p r o + 4
Die Spaltung von Wasser bei der Photosynthese wird Photolyse genannt. Diese Reaktion auf den Namen ihres Entdeckers ist als Hill-Reaktion bekannt.
Hill-Reaktion beweist das
(1) Bei der Photosynthese wird Sauerstoff aus Wasser freigesetzt.
(2) Elektronen zur Reduktion von CO2 werden aus Wasser gewonnen [d.h., es entsteht eine reduzierte Substanz (Wasserstoffspender), die später reduziert CO2].
Dichlorphenol-Indophenol ist der Farbstoff, den Hill für seine berühmte Hill-Reaktion verwendet.
Nach Arnon (1961) wird dabei Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. Diese Energie wird in ATP gespeichert (dieser Prozess der ATP-Bildung in Chloroplasten wird als Photophosphorylierung bezeichnet) und aus dem Elektronenakzeptor NADP + , einer in allen Lebewesen vorkommenden Substanz, wird NADP*H als Wasserstoffdonor gebildet. Die Bildung des Wasserstoffdonors NADPH aus dem Elektronenakzeptor NADP + ist als Photoreduktion oder Produktion von Reduktionskraft NADPH bekannt.
Die Lichtphase kann unter den folgenden Überschriften erklärt werden
(1) Energieübertragung: Wenn ein Photon der Lichtenergie auf das Chlorophyllmolekül fällt, geht eines der Elektronenpaare aus dem Grund- oder Singulettzustand in ein höheres Energieniveau über, das als angeregter Singulettzustand bezeichnet wird. Es kommt innerhalb von 10 –9 Sekunden zum Loch des Chlorophyllmoleküls zurück.
Diese Lichtenergie, die vom Chlorophyllmolekül absorbiert wird, bevor sie in den Grundzustand zurückkehrt, erscheint als Strahlungsenergie, während die aus dem angeregten Singulett-Zustand zurückkommende Fluoreszenz als Fluoreszenz bezeichnet wird und temperaturunabhängig ist. Manchmal wird der Spin des Elektrons im angeregten Singulett-Zustand umgekehrt, weil zwei Elektronen auf demselben Energieniveau nicht für einige Zeit bleiben können, und es gelingt nicht, zu seinem Partnerelektron zurückzukehren. Dadurch wird es auf einem hohen Energieniveau gefangen. Aufgrund des geringen Energieverlustes bleibt es auf einem vergleichsweise niedrigeren Energieniveau (Triplet-Zustand) vom angeregten Singulett-Zustand. In diesem Moment kann es seinen Spin ändern und kommt aus diesem Triplettzustand wieder in den Grundzustand zurück und verliert dabei überschüssige Energie in Form von Strahlung. Diese Art von Energieverlust wird als Phosphoreszenz bezeichnet.

Wenn das Elektron auf ein höheres Energieniveau angehoben wird, wird es im zweiten Singulett-Zustand bezeichnet. Es kann seine Energie auch in Form von Wärme verlieren. Die Migration des Elektrons vom angeregten Singulett-Zustand in den Grundzustand zusammen mit der Freisetzung von überschüssiger Energie in Strahlungsenergie ist für diesen Prozess ohne Bedeutung. Wenn diese überschüssige Energie in chemische Energie umgewandelt wird, spielt sie irgendwie eine konstruktive Rolle im Prozess.
(2) Quantenausbeute
(i) Die Geschwindigkeit oder Ausbeute der Photosynthese wird in Bezug auf die Quantenausbeute gemessen oder Ö2 Evolution, die definiert werden kann als “Anzahl von Ö2 Moleküle, die pro bei der Photosynthese absorbiertem Lichtquant entwickelt wurden.”
(ii) Quantenbedarf in der Photosynthese = 8, d.h., Um ein Mol zu entwickeln, werden 8 Quanten Licht benötigt. von Ö2.
(iii) Daher Quantenausbeute = 1 / 8 = 0,125 (d.h., ein Bruchteil von 1) als 12%.
(3) Emerson-Effekt und Roter Tropfen: R. Emerson und C. M. Lewis (1943) beobachtete, dass die Quantenausbeute der Photosynthese zum fernen roten Ende des Spektrums hin abnimmt (680nm oder länger). Die Quantenausbeute ist die Anzahl der Sauerstoffmoleküle, die pro absorbiertem Lichtquant entwickelt werden. Da diese Abnahme der Quantenausbeute im Fernbereich oder jenseits des roten Bereichs des Spektrums beobachtet wird, wird er als roter Tropfen bezeichnet.
Emerson et al. (1957) beobachteten ferner, dass eine photosynthetische Effizienz von Licht von 680nm oder länger wird erhöht, wenn Licht kürzerer Wellenlängen (weniger als 680 .)nm) wird gleichzeitig versorgt. Wenn sowohl kurze als auch lange Wellenlängen zusammen gegeben wurden, war die Quantenausbeute der Photosynthese größer als der Gesamteffekt, wenn beide Wellenlängen getrennt gegeben wurden. Diese Erhöhung der Photosyntheseeffizienz (oder Quantenausbeute) ist als Emerson-Effekt oder Emerson-Verstärkungseffekt bekannt.

E = Quantum   Ertrag   in   kombiniert   Balken – Quantum   Ertrag   in   rot   Balken Quantum   Ertrag   in   weit   rot   Strahl

(4) Zwei Pigmentsysteme: Die Entdeckung des Emerson-Effekts hat klar die Existenz zweier unterschiedlicher photochemischer Prozesse gezeigt, von denen angenommen wird, dass sie mit zwei verschiedenen spezifischen Gruppen von Pigmenten verbunden sind.
(ich) Pigmentsystem I oder Photosystem I: Die wichtigen Pigmente dieses Systems sind Chlorophyll ein 670, Chlorophyll ein 683, Chlorophyll ein 695, P700. Einige Physiologen schließen auch Carotine und Chlorophyll ein B im Pigmentsystem I. P700 fungiert als Reaktionszentrum. Somit absorbiert dieses System sowohl Wellenlängen kürzer als auch länger als 680nm.
(ii) Pigmentsystem II oder Photosystem II: Die Hauptpigmente dieses Systems sind Chlorophyll ein 673, P680, Chlorophyll B und Phycobiline. Dieses Pigmentsystem absorbiert Wellenlängen kürzer als 680nm nur. P680 fungiert als Reaktionszentrum.
Die Pigmentsysteme I und II sind am nichtzyklischen Elektronentransport beteiligt, während das Pigmentsystem I nur am zyklischen Elektronentransport beteiligt ist. Photosystem I erzeugt stark reduzierendes NADPH. Photosystem II produziert ein starkes Oxidationsmittel, das aus Wasser Sauerstoff bildet.
Vergleich von Photosystem I und Photosystem II

Fotosystem I

Fotosystem II

PS I liegt auf der äußeren Oberfläche der Thylakoide

PS II liegt auf der inneren Oberfläche des Thylakoids.

In diesem System wird kein molekularer Sauerstoff entwickelt.

Als Ergebnis der Photolyse von Wasser wird molekularer Sauerstoff entwickelt.

Sein Reaktionszentrum ist P700.

Sein Reaktionszentrum ist P680.

Bei dieser Reaktion entsteht NADPH.

NADPH wird bei dieser Reaktion nicht gebildet.

Es nimmt sowohl an der zyklischen als auch an der nichtzyklischen Photophosphorylierung teil.

Es nimmt nur an der nichtzyklischen Photophosphorylierung teil.

Es empfängt Elektronen vom Photosystem II.

Es erhält Elektronen aus der photolytischen Dissoziation von Wasser.

Es hat nichts mit der Photolyse von Wasser zu tun.

Es hängt mit der Photolyse von Wasser zusammen.

(5) Photophosphorylierung: Die Lichtphase beinhaltet die Wechselwirkung zweier Pigmentsysteme. PS I und PS II bilden verschiedene Arten von Pigmenten. Arnon zeigte, dass während der Lichtreaktion nicht nur reduziertes NADP gebildet und Sauerstoff entwickelt wird, sondern auch ATP. Diese Bildung von hochenergetischen Phosphaten (ATP) ist lichtabhängig und wird daher als Photophosphorylierung bezeichnet.
Es gibt zwei Arten der Photophosphorylierung:
(ich) Zyklische Photophosphorylierung: Das System findet sich dominant in Bakterien. Es betrifft nur PS I. Der Elektronenfluss ist zyklisch. Wenn NADP nicht verfügbar ist, wird dieser Vorgang ausgeführt. Wenn die Photonen PS I aktivieren, wird ein Elektronenpaar auf ein höheres Energieniveau angehoben. Sie werden vom primären Akzeptor eingefangen, der sie an Ferredoxin, Plastochinon, Cytochrom-Komplex, Plastocyanin und schließlich zurück an das Reaktionszentrum von PS I . weitergibt d.h., P700. Bei jedem Schritt des Elektronentransfers verlieren die Elektronen potentielle Energie. Ihre Fahrt bergab wird durch die Transportkette zum Pumpen verursacht h + über die Thylakoidmembran. Der so aufgebaute Protonengradient ist für die Bildung (2 Moleküle) von ATP verantwortlich. Keine Reduktion von NADP zu NADPH+ H + . ATP wird in zwei Schritten synthetisiert.

(ii) Nicht zyklische Photophosphorylierung: Das System ist bei grünen Pflanzen dominant. Es umfasst sowohl PS-I als auch PS-II. Der Elektronenfluss ist unidirektional. Hier werden Elektronen nicht zurückgeführt und bei der Reduktion von NADP zu NADPH . verwendet2. Hier h2Ö genutzt wird und Ö2 Evolution auftritt. In dieser Kette kehren hochenergetische Elektronen, die von ‘P-680’ freigesetzt werden, nicht zu ‘P-680’ zurück, sondern passieren Phäophytin, Plastochinon, Cytochrom B6F Komplex, Plastocyanin und geben Sie dann P-700 ein. Bei diesem Elektronentransfer von Plastochinon (PQ) auf Cytochrom B6F Komplex wird ATP synthetisiert. Da bei diesem Prozess hochenergetische Elektronen, die von ‘P-680’ freigesetzt werden, nicht zu ‘P-680’ zurückkehren und ATP (1 Moleküle) gebildet wird, wird dies als nichtzyklische Photophosphorylierung bezeichnet. ATP wird in nur einem Schritt synthetisiert.
Diese nicht-zyklische Photophosphorylierung ist auch als Z-Schema bekannt (wegen der Form des Elektronenflusses) und wurde von Hill und Bendall (1960) gegeben. Die nichtzyklische Photophosphorylierung oder das Z-Schema wird durch CMU und DCMU gehemmt.
(DCMU ist ein Herbizid, das das Unkraut abtötet, indem es CO2 Fixierung, da es ein starker Inhibitor von PS-II ist).

Pseudozyklische Photophosphorylierung: Arnon und sein Mitarbeiter (1954) demonstrierten noch eine andere Art der Photophosphorylierung. Sie beobachteten, dass selbst in Abwesenheit von CO2 und NADP, wenn Chlorophyllmoleküle beleuchtet werden, kann es ATP aus ADP und iP (anorganisches Phosphat) in Gegenwart von FMN oder Vit produzieren. K und Sauerstoff. Das Verfahren ist somit sehr einfach und erfordert keine chemische Nettoänderung für die Bildung von ATP und Wasser. Arnon nannte diese sauerstoffabhängige FMN-katalysierte Photophosphorylierung oder pseudozyklische Photophosphorylierung, bei der FMN unter Bildung von Sauerstoff reduziert wird. FMN ist ein autooxidierbarer Wasserstoffakzeptor mit dem Effekt, dass das reduzierte FMN durch Sauerstoff reoxidiert wird. Somit kann der Prozess wiederholt fortgesetzt werden, um ATP zu produzieren.
Da dieser Prozess sich kontinuierlich selbst wiederholen kann, scheint es, dass ein einzelnes Wassermolekül ausreichen sollte, um eine pseudozyklische Photophosphorylierung durchzuführen, um den Bedarf an ATP zu decken.

Dunkelphase: Der Weg, über den alle photosynthetischen eukaryotischen Organismen letztendlich inkorporieren CO2 in Kohlenhydrat wird als Kohlenstofffixierung oder photosynthetischer Kohlenstoffreduktionszyklus (PCR) oder Dunkelreaktion bezeichnet.
Die Dunkelreaktionen reagieren empfindlich auf Temperaturänderungen, sind jedoch lichtunabhängig, daher wird sie Dunkelreaktion genannt, hängt jedoch von den Produkten der Lichtreaktion der Photosynthese ab, d.h., NADP.2H und ATP.
Die Kohlendioxid-Fixierung findet im Stroma von Chloroplasten statt, da es Enzyme enthält, die für die Fixierung von CO2 und Zuckersynthese.
Die Techniken, die zum Studium der verschiedenen Schritte verwendet wurden, waren die radioaktive Tracer-Technik mit 14 C (Halbwertszeit – 5720 Jahre), Chromatographie und Autoradiographie und das verwendete Material war Chlorella (Cloacal-Alge) und Szenedesmus (dies sind mikroskopisch kleine, einzellige Algen und können im Labor leicht gepflegt werden).
Die Assimilation und Reduktion von CO2 findet bei dieser Reaktion statt, bei der Kohlenhydrate über die folgenden drei Wege synthetisiert werden:
(1) Calvin-Zyklus: Calvin und Benson entdeckten dabei den Weg des Kohlenstoffs. Dies ist bekannt als C3 Zyklus, weil CO2 Reduktion ist ein zyklischer Prozess und das erste stabile Produkt in diesem Zyklus ist eine 3-C-Verbindung (d.h., 3-Phosphoglycerinsäure oder 3-PGA).
Der Calvin-Zyklus ist in drei verschiedene Phasen unterteilt: Carboxylierung, glykolytische Umkehr, Regeneration von RuBP.
In diesem Zyklus, CO2 Akzeptormolekül ist RuBP oder RuDP (d.h., Ribulose 1, 5-Biphosphat oder Ribulose 1, 5-Diphosphat). Es kommt zur kovalenten Bindung von CO2 zu RuBP und das Enzym, das diese Reaktion katalysiert, ist RuBP-Carboxylase/Oxygenase (Rubisco).
Da der Calvin-Zyklus nur einen Kohlenstoff aufnimmt (wie CO2) auf einmal, so dass es sechs Umdrehungen des Zyklus dauert, um einen Nettogewinn von sechs Kohlenstoffen (d.h., Hexose oder Glucose).
In diesem Zyklus zur Bildung von einem Mol Hexosezucker (Glukose), 18 ATP und 12 NADPH2 werden verwendet.
Die Pflanzen, in denen dieser Weg von CO2 Reduktion auftritt, werden C-3-Pflanzen genannt.
Etwa 85 % der Pflanzenarten sind C-3-Pflanzen, einschließlich Getreide (z.B., Gerste, Reis, Hafer, Weizen), Erdnüsse, Zuckerrüben, Baumwolle, Tabak, Spinat, Sojabohnen die meisten Bäume und Rasengräser etc.

(2) Schraffur- und Slack-Zyklus (C4 Kreislauf): Kortschak und Hart beliefert CO2 zu den Blättern des Zuckerrohrs fanden sie heraus, dass das erste stabile Produkt ein Vier-Kohlenstoff-(C4) Verbindung Oxaloessigsäure anstelle einer Verbindung mit 3 Kohlenstoffatomen. Die detaillierte Studie dieses Zyklus wurde von M. D. Hatch und C. R. Slack (1966) eingeführt. Daher wird es als “Hatch and Slack Cycle” bezeichnet. Das stabile Produkt in C4 Pflanze ist eine Dicarbonsäuresubstanz. Daher wird er Dicarbonsäurezyklus oder DCA-Zyklus genannt. C4 Pflanzen sind echte xerophytische Pflanzen.
Das Wichtige C4 Pflanzen sind Zuckerrohr, Mais, Sorghum, Cyperus rotundus, Digitaria Brownii, Amaranthus , usw. Diese Pflanzen haben eine Blattanatomie vom Typ “Kranz” (deutscher Begriff für Heiligenschein oder Kranz). Die Leitbündel, in C4 Blätter sind von einer Schicht von Bündelscheidenzellen umgeben, die eine große Anzahl von Chloroplasten enthalten. Die Chloroplasten in C4 Blätter sind dimorph (Zwei morphologisch unterschiedliche Typen). Die Chloroplasten von Bündelscheidenzellen sind größer und zentripetal angeordnet. Sie enthalten Stärkekörner, aber kein Grana. Die Mesophyllzellen hingegen enthalten normale Arten von Chloroplasten. Mesophyll- und Bündelscheidenzellen sind durch Plasmodesmen verbunden. Die Mesophyllzellen leisten C4 Zyklus und die Zellen der Bündelscheide führen C3 Kreislauf.


CO2 aus der Atmosphäre entnommen wird von Phosphoenolbrenztraubensäure (PEP) aufgenommen, die in den Chloroplasten der Mesophyllzellen dieser Blätter vorhanden ist, was zur Bildung einer 4-C-Verbindung, Oxalessigsäure (OAA), führt. Diese Säure wird in eine andere 4-C-Säure umgewandelt, die Apfelsäure, die in die Chloroplasten von Bündelscheidenzellen eindringt und dort eine oxidative Decarboxylierung unter Bildung von Brenztraubensäure (einer 3-C-Verbindung) und CO2. CO2 in Bündelscheidenzellen freigesetzt, reagiert mit Ribulose-1,5-biphosphat (RuBP), das bereits in den Chloroplasten von Bündelscheidenzellen vorhanden ist, und somit beginnt der Calvin-Zyklus von hier aus. Brenztraubensäure dringt wieder in Mesophyllzellen ein und regeneriert Phosphoenolbrenztraubensäure. CO2 nach Reaktion mit RuBP entstehen Zucker und andere Kohlenhydrate. In C4 Pflanzen gibt es 2 Carboxylierungsreaktionen, erstens in Mesophyll-Chloroplasten und zweitens in Bündelhüllen-Chloroplasten.

C4 Pflanzen sind bessere Photosynthesen. Bei diesen Pflanzen gibt es keine Photorespiration. In C4 Pflanzen, zur Bildung eines Moleküls Hexose (Glukose) 30 ATP und 12 NADPH2 sind erforderlich.
Eigenschaften von C4 Kreislauf
(1) C4 Arten haben eine höhere Rate von CO2 Assimilation als C3 Spezies. Dies liegt daran, dass
(i) PEP-Carboxylase hat eine große Affinität zu CO2.
(ii) C4 Pflanzen zeigen im Vergleich zu wenig Lichtatmung C3 Pflanzen, was zu einer höheren Produktion von Trockenmasse führt.
(2) C4 Pflanzen sind stärker an Umweltbelastungen angepasst als C3 Pflanzen.
(3) CO2 Fixierung durch C4 Pflanzen benötigen mehr ATP als das von C3 Pflanzen. Dieses zusätzliche ATP wird für die Umwandlung von Brenztraubensäure in Phosphoenolbrenztraubensäure und deren Transport benötigt.
(4) CO2 Akzeptormolekül in C4 Pflanzen ist PEP. Weiterhin ist PEP-Carboxylase (PEPCO) das Schlüsselenzym (RuBP-Carboxylase-Enzym ist vernachlässigbar oder fehlt in Mesophyll-Chloroplasten, ist aber in Bündelhüllen-Chloroplasten vorhanden).
(3) Crassulaceen-Säuremetabolismus (CAM): Diese Dunkelheit CO2 von Ting (1971) vorgeschlagener Fixationsweg. Es funktioniert in saftigen oder fleischigen Pflanzen z.B., Kaktus, Sedum, Kalanchoe, Opuntia, Agave, Orchidee, Ananas und Bryophyllum hilft ihnen, die Photosynthese unter extrem trockenen Bedingungen fortzusetzen.
Die Spaltöffnungen von Sukkulenten bleiben tagsüber geschlossen und nachts geöffnet, um Wasserverlust zu vermeiden (Scotactive stomata). Sie speichern CO2 während der Nacht in Form von Äpfelsäure in Gegenwart des Enzyms PEP-Carboxylase. Die CO2 während der Nacht gespeichert wird, wird tagsüber im Calvin-Zyklus verwendet. Sukkulenten refix CO2 während der Atmung freigesetzt und während der Photosynthese verwendet.
Diese tageszeitliche Änderung des Säuregehalts wurde erstmals bei Krebspflanzen entdeckt B. Bryophyllum. Es wird daher als Crassulacea-Säuremetabolismus bezeichnet.
Die Bildung von Apfelsäure während der Dunkelheit wird als Ansäuerung oder Phase-I bezeichnet. Die Freisetzung für die eigentliche Photosynthese während des Tages wird als Entsäuerung oder Phase-II bezeichnet.

Eigenschaften des CAM-Pfads
(1) Es gibt eine Abnahme in pH während der Nacht und Zunahme in pH während des Tages.
(2) CAM-Pflanzen haben Enzyme von beiden C3 und C4 Zyklus in Mesophyllzellen. Dieser Stoffwechsel ermöglicht es CAM-Pflanzen, unter xerischen Habitaten zu überleben. Diese Pflanzen haben auch die Fähigkeit, die CO2 in der Atmung verloren.
(3) Apfelsäure wird während der Nacht in den Vakuolen gespeichert, die decarboxyliert wird, um während des Tages freigesetzt zu werden.

5. FOTORESPIRATION
Decker und Tio (1959) berichteten, dass Licht mit Hilfe von Sauerstoff im Tabak die Oxidation photosynthetischer Zwischenprodukte induziert. Es wird als Photorespiration bezeichnet. Die Photorespiration wird von Krotkov (1963) als zusätzlicher Input von definiert Ö2 und zusätzliche Freigabe von CO2 durch grüne Pflanzen ist Licht.
Photorespiration ist die Aufnahme von Ö2 und Freigabe von CO2 im Licht und resultiert aus der Biosynthese von Glykolat in Chloroplasten und dem anschließenden Metabolismus von Glykolatsäure in derselben Blattzelle. Der biochemische Mechanismus der Photorespiration wird auch als Glykolatmetabolismus bezeichnet.

Bei diesem Vorgang tritt Energieverlust auf. Am Prozess der Photorespiration sind Chloroplasten, Peroxisomen und Mitochondrien beteiligt. Die RuBP-Carboxylase katalysiert auch eine andere Reaktion, die das erfolgreiche Funktionieren des Calvin-Zyklus stört.
Biochemischer Mechanismus
(1) Ribulose-1, 5-biphosphat → O 2 2 Phosphoglycolsäure +3 Phosphoglycerinsäure
(2) 2 Phosphoglycolsäure + h2Ö → Phosphatas   e Glykolsäure + Phosphorsäure.
(3) Glykolsäure + Ö2 → Oxidase Glykolsäure   Säure Glyoxylsäure + h2Ö2
2 H 2 O 2 → Katalase 2 H 2 O + O 2
(4) Glyoxylsäure + Glutaminsäure → Transamina     Se Glutamat     – Glyoxylat Glycin + α-Keto-Glutarsäure
(5) 2 Glycin + h2Ö + NAD + → Serin + CO2 + NH3 + NADH
(6) Serin + Glyoxylsäure → Hydroxybrenztraubensäure + Glycin Hydroxybrenztraubensäure → Glycerinsäure
(7) Glycerinsäure + ATP → 3 Phosphoglycerinsäure + ADP + Phosphat
Bedeutung der Photoatmung
Die Photorespiration unterscheidet sich stark von der Atmung, da weder ATP noch NADH produziert werden. Darüber hinaus ist der Prozess für Pflanzen schädlich, da durch diesen Prozess bis zur Hälfte des photosynthetisch fixierten Kohlendioxids (in Form von RuBP) an die Atmosphäre verloren gehen kann.
Jede Erhöhung der Ö2 Konzentration würde die Aufnahme von Ö2 eher, als CO2 und hemmen somit die Photosynthese für diese Rubisco-Funktionen als RuBP-Oxygenase. Photorespiration ist eng verwandt mit CO2 Kompensationspunkt und tritt nur in Anlagen mit hohem CO2 Ausgleichspunkt wie C3 Pflanzen.
Photorespiration tritt im Allgemeinen in gemäßigten Pflanzen auf. Wenige lichtatmende Pflanzen sind: Reis, Bohnen, Weizen, Gerste usw. Inhibitoren der Glykolsäureoxidase wie Hydroxysulfonate hemmen den Prozess der Lichtatmung. Im Gegensatz zur üblichen Mitochondrienatmung werden bei der Photorespiration weder reduzierte Coenzyme erzeugt, noch ist die Oxidation von Glykolat mit der Bildung von ATP-Molekülen gekoppelt. Lichtatmung (C2 Zyklus) wird durch helles Licht, hohe Temperatur, hohen Sauerstoffgehalt und niedrige CO2 Konzentration.


C4 Weg

C4 Pfad auch bekannt als Hatch- und Slack-Pfad nach dem Namen des Wissenschaftlers, der es entdeckt hat. Pflanzen, die an trockene tropische Regionen angepasst sind, werden C4 Weg zur Kohlenstofffixierung. Zum Beispiel Mais. Hirse. Das charakteristische Merkmal dieser Bahn ist die Kranz-Anatomie. Kranz Anatomie besteht aus zwei Arten von Zellen - Mesophyllzellen und Bündelscheidenzellen im Vergleich zum Calvin-Zyklus, bei dem nur Mesophyllzellen gefunden werden.

Abb.10. Kranz Anatomie

Die Zellen der Kranz-Anatomie sind durch eine große Anzahl von Chloroplasten, dicke Wände ohne Zwischenzellräume gekennzeichnet. Der primäre Kohlendioxid-Akzeptor während C4 Zyklus ist Phosphoenolpyruvat (PEP). PEP ist in Mesophyllzellen vorhanden. Aber Mesophyllzellen fehlt RuBisco. Atmosphärisches Kohlendioxid reagiert mit PEP zu Oxalessigsäure in Mesophyllzellen. Dieses wird dann auf Bündelscheidenzellen übertragen, in denen Oxalessigsäure decarboxyliert wird, um zu bilden Äpfelsäure. Das freigesetzte Kohlendioxid wird in den Calvin-Kreislauf eingetragen. Die gebildete Apfelsäure wird zur Regeneration von Phosphoenolpyruvat verwendet.

Abb.11. Schraffur- und Slack-Pfad oder C4 Kreislauf


Alle Tiere, einschließlich des Menschen, sind für ihre Nahrung auf Pflanzen angewiesen. Grüne Pflanzen synthetisieren die Nahrung, die sie brauchen, und alle anderen Organismen sind für ihre Bedürfnisse auf sie angewiesen. Grüne Pflanzen betreiben Photosynthese, einen physikalisch-chemischen Prozessor, bei dem sie die Lichtenergie nutzen, um organische Verbindungen zu synthetisieren.

Thema 1 Einführung in die Photosynthese

Die von allen Lebewesen benötigte Energie stammt direkt oder indirekt aus dem Sonnenlicht.
Somit spielt Sonnenlicht eine wichtige Rolle bei der Fixierung von CO2 durch die die Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie erfolgt. Wasser spielt bei diesem Prozess eine bedeutende Rolle.
Daher ist Photosynthese der Prozess, bei dem Pflanzen, einige Bakterien und einige Protistane die Energie des Sonnenlichts nutzen, um Zucker zu produzieren, der durch die Zellatmung ATP, den von allen lebenden Organismen verwendeten Brennstoff, produziert.

Die Photosynthese ist aus den folgenden zwei Gründen ein wichtiges Phänomen:
(i) Es ist die Hauptquelle aller Nahrung auf der Erde.
(ii) Es ist auch für die Freisetzung von Sauerstoff in die Atmosphäre durch grüne Pflanzen verantwortlich.
Die Photosynthese ist das einzige Phänomen von biologischer Bedeutung, das die Energie des Sonnenlichts ernten kann.

Anforderungen an die Photosynthese
Auf Basis von skizzenhaften Erkenntnissen über die Rolle von Licht, Grünpflanzen, CO2 usw. Im Prozess der Photosynthese könnten mehrere einfache Experimente durchgeführt werden, die zeigen, dass Chlorophyll, Licht und Kohlendioxid wesentliche Komponenten für die Photosynthese sind.

Notwendigkeit von Chlorophyll (grünes Pigment des Blattes)
Um mit diesem Experiment zu beginnen, werden zwei Blätter genommen, eines ist ein buntes Blatt oder ein Blatt, das teilweise mit schwarzem Papier bedeckt sein muss, und ein anderes Blatt, das dem Licht ausgesetzt werden muss. Beim Testen dieser Blätter auf das Vorhandensein von Stärke wurde beobachtet, dass die Photosynthese nur in den grünen Teilen der Blätter in Gegenwart von Licht stattgefunden hatte, was sicherstellt, dass Chlorophyll für die Photosynthese unerlässlich ist.

Notwendigkeit von Kohlendioxid
Um das Halbblattexperiment (von Moll gegeben) einzuleiten, wird ein Teil des Blattes in ein Reagenzglas eingeschlossen. Das Reagenzglas enthält etwas in KOH getränkte Baumwolle (KOH wird verwendet, weil es Kohlendioxid absorbiert) und die andere Blatthälfte wird dem Licht ausgesetzt.

Der Aufbau wird dann etwa einige Stunden im Licht stehen gelassen. Als der Stärketest durchgeführt wurde, wurde beobachtet, dass der exponierte Teil des Blattes positiv auf Stärke getestet wurde, während der Teil, der in der Röhre eingeschlossen war, negativ getestet wurde. Dies weist darauf hin, dass das CO2 ist auch für die Photosynthese unerlässlich.

Der Unterschied zwischen den beiden Blattteilen im Halbblattexperiment von Moll's war auf die unterschiedliche Verfügbarkeit von CO . zurückzuführen2 außen und seine Abwesenheit in der Flasche.

Notwendigkeit des Lichts
Die Photosyntheserate ist direkt proportional zur Lichtintensität. Die Notwendigkeit von Licht für die Photosynthese kann gezeigt werden, indem ein dunkles Papier auf einem Blatt einer gut bewässerten, aber entstärketen Pflanze befestigt wird (die Pflanze kann entstärket werden, indem man sie 48 Stunden lang dunkel stellt).

Nach dem Fixieren des Papiers wird der Aufbau 2-6 Stunden dem Sonnenlicht ausgesetzt. Nach dem Entfernen des Papiers wird der Stärketest über dem Blatt durchgeführt. Stärke wird nur in Bereichen produziert, die Licht empfangen, zeigt, dass Licht für die Photosynthese notwendig ist.

Notwendigkeit von Wasser
Durch Radiomarkierung von Sauerstoff im Wassermolekül wird bestätigt, dass das bei der Photosynthese freigesetzte 02 von H . stammt2O, nicht CO2.

Frühe Experimente
Das Studium der Photosynthese begann vor etwa Hunderten von Jahren. Früher glaubten Forscher, dass Pflanzen ihre gesamte Nahrung nur über die Wurzeln aus dem Boden beziehen. So führten mehrere einfache Experimente zur Entwicklung des Verständnisses des beteiligten Prozesses. Einige frühe Experimente, die von verschiedenen Gelehrten durchgeführt wurden, sind wie folgt.

Joseph Priestley
In den 1770er Jahren führte er eine Reihe von Experimenten durch, die die Essenz der Luft beim Wachstum grüner Pflanzen enthüllten. Er beobachtete, dass eine brennende Kerze oder eine atmende Maus in einem geschlossenen Raum (z.

Andererseits beobachtete er, nachdem er eine Minzpflanze in die Glasglocke entlang der brennenden Kerze und Maus gelegt hatte, dass die Maus am Leben blieb und auch die Kerze länger brennt.

Abschluss
Priestley stellte die Hypothese auf, dass die durch das Verbrennen von Kerzen und die Atmung von Mäusen erzeugte faule Luft von Pflanzen (in diesem Fall Minze) in reine Luft umgewandelt werden könnte.

Jan Ingenhousz (1730-1799)
Er führte seine Experimente mit dem gleichen Aufbau durch, der von Priesdey verwendet wurde. In seinem Experiment mit einer Wasserpflanze zeigte er, dass sich bei hellem Sonnenlicht um die grünen Teile herum kleine Bläschen bilden, während im Dunkeln keine Bildung dieser Bläschen stattfand.
Dazu stellte er den Versuchsaufbau einmal im Dunkeln und einmal im Sonnenlicht auf. Die von ihm beobachteten Blasen bestanden aus Sauerstoff und zeigten, dass nur grüne Pflanzenteile Sauerstoff abgeben konnten.

Abschluss
Er kam daher zu dem Schluss, dass Sonnenlicht für die Pflanze unerlässlich ist, die die faule Luft reinigt, die durch brennende Kerzen oder das Atmen von Tieren entsteht.

Julius von Sachs
Er lieferte mit seinen Versuchen 1854 den Nachweis, dass beim Pflanzenwachstum Glukose entsteht, die meist als Stärke gespeichert wird. Später zeigte er, dass eine grüne Substanz, d. h., Chlorophyll wird in Pflanzenzellen in speziellen Körpern gefunden, die als Chloroplasten bezeichnet werden.

Abschluss
Er kam zu dem Schluss, dass grüne Teile der Ort in den Pflanzen sind, an dem Glukose produziert und in Form von Stärke gespeichert wird.

Ter Engelmann (1843-1909)
Er ermittelte das Wirkungsspektrum der Photosynthese, indem er das interessante Experiment mit Hilfe einer Grünalge, Cladophora, durchführte. Er zerlegt Licht in seine spektralen Komponenten, indem er ein Prisma verwendet. Dann beleuchtete er die Alge, die in eine Suspension aus aeroben Bakterien gelegt wurde.

Die Bakterien wurden verwendet, um die Stellen von O . nachzuweisen2 Evolution. Dabei stellte er fest, dass die Ansammlung von Bakterien hauptsächlich im Bereich des blauen und roten Lichts des Split-Spektrums lag.

Abschluss
Durch die von ihm durchgeführten Arbeiten wurde damit zunächst ein Aktionsspektrum der Photosynthese beschrieben, das in etwa den Absorptionsspektren von Chlorophyll-a und b ähnelt.

Daher waren die Hauptmerkmale des Prozesses der Photosynthese Mitte des 19.2 und Wasser.

Die empirische Gleichung, die somit den Gesamtprozess der Photosynthese für Organismen bestimmt, der Sauerstoff entwickelt, wird verstanden als

Cornelius Van Neil (1897-1985)
Er war Mikrobiologe, der aufgrund seiner Untersuchungen an Purpur- und Grünbakterien (Photosynthesebakterien) maßgeblich zum Verständnis der Photosynthese beigetragen hat. Er zeigte, dass während des Prozesses der Photosynthese der Wasserstoff von einer geeigneten oxidierbaren Verbindung übertragen wird, wodurch CO . reduziert wird2 zu Kohlenhydraten in Gegenwart von Sonnenlicht.

Damit kommt er zu dem Schluss, dass die Photosynthese ein lichtabhängiges Phänomen ist.
Weiterhin stellt er fest, dass in photosynthetischen Bakterien H2S als Wasserstoffspender fungiert, der zu Schwefel oxidiert wird, d. h. kein O . entwickelt2 während des Prozesses der Photosynthese. Während bei grünen Pflanzen H2O wirkt als Wasserstoffdonor, der O . entwickelt2 als Oxidationsprodukt.
Daraus folgerte er, dass O2, das von den grünen Pflanzen entwickelt wird, kommt aus dem Wasser (H2O) nicht aus dem CO2 N (später nachgewiesen durch die Verwendung von radioisotopischen Techniken).
Somit wird die Gesamtreaktion der Photosynthese dargestellt als

Es ist auch zu beachten, dass es sich nicht um eine einstufige Reaktion handelt, die den Prozess der Photosynthese bestimmt, sondern um einen mehrstufigen Prozess.

Abschluss
Er kam zu dem Schluss, dass das Licht notwendig ist, um das photosynthetische Substrat (H2S – Photosynthetische Bakterien) und (H2O-Grüne Pflanzen) und setzen Nebenprodukt Schwefel und 02 in Bakterien bzw. Grünen Pflanzen frei. Ohne Sonnenlicht findet dieser Prozess nicht statt.

Chloroplasten: Der Ort der Photosynthese

Dies sind die grünen Plastiden, die als Ort der Photosynthese fungieren, d. h. bei der Synthese von Bio-Lebensmitteln helfen.
Der Prozess der Photosynthese findet in den grünen Blättern der Pflanzen statt, da Chloroplasten in der Mesophyllzelle der Blätter reichlich vorhanden sind.

Chloroplasten richten sich bei optimalen Lichtintensitäten mit ihren flachen Oberflächen parallel zu den Wänden der Mesophyllzellen aus und sie würden senkrecht zu den Wänden der Mesophyllzellen stehen, wenn die Intensität sehr hoch wird.
Chloroplast ist ein doppelmembraniges, DNA enthaltendes Zellorganalle.

Intern enthält ein Chloroplast eine proteinartige Matrix oder Flüssigkeit namens Stroma, das Membransystem namens Lamellen oder Thylakoide. An einigen Stellen aggregiert das Thylakoid zu Scheibenstapeln, genannt
grana.

Innerhalb der Chloroplasten findet die klare Arbeitsteilung statt, dh das Membransystem ist für die Synthese von ATP und NADPH verantwortlich (photochemische Phase), während das Stroma über Enzyme verfügt, die für den Abbau von Kohlendioxid zu Kohlenhydraten und die Bildung von Zucker verantwortlich sind .

Da die ersteren Reaktionsgruppen von Licht abhängig sind, werden Lichtreaktionen genannt, während letztere von den Produkten der Lichtreaktionen, d. h. ATP und NADPH (und unabhängig von direktem Sonnenlicht), abhängig sind, werden daher Dunkelreaktionen genannt.
Es ist zu beachten, dass Dunkelreaktionen nicht darauf beruhen, dass sie in der Dunkelheit auftreten oder nicht lichtabhängig sind.

An der Photosynthese beteiligte Pigmente
Die an der Photosynthese beteiligten Pigmente werden photosynthetische Pigmente genannt. Diese Pigmente sorgen für unterschiedliche Grüntöne in den Blättern verschiedener Pflanzen oder in den Blättern derselben Pflanze.
Diese Pigmente lassen sich leicht chromatographisch (Papierchromatographie) abtrennen. Aufgrund ihrer Bedeutung gibt es zwei Arten von photosynthetischen Pigmenten
(i) Primärpigmente Das Pigment bildet das Hauptmolekül des Photosystems, z. B. Chlorophyll- a, b.

(ii) Zusatzpigmente. Diese unterstützen die Funktion von Primärpigmenten, z. B. Xanthophylle und Carotinoide.
Eine filmische Trennung der Blattpigmente zeigt, dass nicht nur das einzelne Pigment für die Farbe in den Blättern verantwortlich ist. Stattdessen sind die unterschiedlichen Farbtöne im Blatt auf vier verschiedene Pigmente zurückzuführen, die eine unterschiedliche Fähigkeit haben, Licht bei einer bestimmten Wellenlänge zu absorbieren.

Verschiedene Pigmente, die im Blatt vorhanden sind, unten beschrieben
(a) Chlorophyll-a (C55h72Ö5n4mg) Dies ist im Chromatogramm hell oder blaugrün. Es ist bekannt, dass es das wichtigste Pflanzenpigment ist, das mit der Photosynthese verbunden ist.
(b) Chlorophyll-b (C55h70Ö6n4mg) Dies ist gelbgrün.
(c) Xanthophylle Dies ist eine gelbe Farbe. Diese Pigmente sind oxidierte Carotinoide.
(d) Carotinoide Diese sind gelb bis gelb-orange gefärbt. Sie werden auch als „Antennenpigment“ bezeichnet.
Chlorophyll ist das am häufigsten vorkommende Pflanzenpigment der Pflanzen der Welt. Es enthält Magnesium (Mg +2 ) Metall als seine Bestandteile.

Absorptionsspektrum
Es ist die Kurve, die die Menge unterschiedlicher Wellenlängen des von einer Substanz absorbierten Lichts zeigt. Die untenstehende Grafik zeigt die Fähigkeit von Chlorophyll-a, Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu absorbieren.
Chtorophyll-a zeigt den maximalen Absorptionspeak bei 450 nm und zeigt auch einen weiteren Peak bei 650 nm.

Das Absorptionsspektrum besteht aus Pigmenten wie Violett, Blau, Orange und Rot (400-500 und 600-700 nm).
Das Emissionsspektrum besteht aus gelbem und gelbgrünem Pigment (500-600 nm).

Aktionsspektrum
Es ist die Kurve, die die relativen Geschwindigkeiten der Photosynthese bei verschiedenen Lichtwellenlängen darstellt. Nun zeigt ein weiteres Diagramm unten die Wellenlänge, bei der die maximale Photosynthese bei blauer, violetter und roter Wellenlänge in einer Pflanze auftritt (was durch Chlorophyll-a gezeigt wird).

Daraus wird geschlossen, dass Chlorophyll-a das Hauptpigment ist, das mehrheitlich für die Photosynthese verantwortlich ist. Die andere unten angegebene Grafik zeigt das Wirkungsspektrum der Photosynthese, das eng mit dem Absorptionsspektrum von Chlorophyll übereinstimmt.

Daher zeigen alle drei Grafiken zusammen, dass der größte Teil der Photosynthese im blauen und roten Bereich stattfindet, während ein Teil der Photosynthese bei anderen Wellenlängen auch im sichtbaren Spektrum stattfindet.
Abgesehen von Chlorophyll-a (dem Hauptpigment), das hauptsächlich für das Einfangen von Licht verantwortlich ist, absorbieren auch andere Thylakoidpigmente wie Chlorophyll-a, Xanthophylle und Carotinoide Licht und übertragen Energie auf Chlorophyll-a. Diese Pigmente werden als akzessorische Pigmente bezeichnet.
Diese Pigmente ermöglichen die Nutzung eines breiteren Wellenlängenbereichs des einfallenden Lichts für die Photosynthese und bieten auch Schutz für Chlorophyll-a vor Photooxidation.

Photosynthetisch aktive Strahlung (PAR)
Der Wellenlängenbereich, in dem die Photosynthese normalerweise stattfindet. Sie reicht von 0,4 μm bis 0,7 μm (400-700 nm).

Assimilationskraft
Die bei der Photosynthese synthetisierten Chemikalien (ATP und NADPH) werden als Assimilationskraft bezeichnet. Sie werden im Prozess verwendet, um CO . zu reduzieren2 in Kohlenhydrate.

Thema 2 Mechanismus der Photosynthese

Es wurde beobachtet, dass die Photosyntheserate direkt proportional zur Lichtintensität ist, d. h. die Rate steigt mit der Zunahme der Lichtintensität, bis die Pflanze den Sättigungspunkt erreicht.
Der Prozess der Photosynthese erfolgt in zwei Schritten
(i) Lichtreaktion oder die photochemische Phase.
(ii) Dunkelreaktion oder die biosynthetische Phase.

Lichtreaktion (die photochemische Phase)
Die Lichtreaktion umfasst die folgenden Schritte, d.h. B. Lichtabsorption, Wasserspaltung, Sauerstoffabgabe und schließlich die Bildung von hochenergetischen chemischen Zwischenprodukten, d. h. ATP und NADPH. ‘
Während der Lichtreaktion wird Licht von photosynthetischen Pigmenten eingefangen, die in den Quantasomen der Grana-Thylakoide vorhanden sind.

Diese photosynthetischen Pigmente sind in zwei diskrete photochemische Lichtsammelkomplexe (LHCs) organisiert, die als Photosystem-I (PS-I) und Photosystem-II (PS-II) bekannt sind.

Fotosysteme
Die Lichtsammelkomplexe oder Photosysteme bestehen aus Hunderten von Pigmentmolekülen, die an Proteine ​​gebunden sind. Jedes Photosystem hat ein Photozentrum oder Reaktionszentrum, in dem die eigentliche Reaktion stattfindet.

Dieses Reaktionszentrum enthält ein spezielles Chlorophyll-Molekül, das von hundert anderen Pigmentmolekülen gespeist wird und das Lichtsammelsystem namens Antennen bildet. Diese Antennenmoleküle absorbieren Licht unterschiedlicher Wellenlänge, aber kürzer als das Reaktionszentrum, um die Photosynthese effizienter zu machen.

Diese Photosysteme sind nach der Reihenfolge ihrer Entdeckungen nicht in der Reihenfolge ihrer Funktion bei der Lichtreaktion benannt.
Das Reaktionszentrum ist in beiden Photosystemen unterschiedlich, wie unten angegeben
(i) In PS-I hat das Reaktionszentrum oder Chlorophyll-a einen Absorptionspeak bei 700 nm, bekannt als P700 .
(ii) In PS-II hat das Reaktionszentrum einen Absorptionspeak bei 680 nm, daher P . genannt680 .

Elektronentransport
Die photosynthetische Elektronentransportkette wird durch die Absorption von Licht durch das Photosystem-II initiiert. Das rote Licht der Wellenlänge 680 nm wird vom Reaktionszentrum des Photosystems II absorbiert, wodurch Elektronen angeregt werden und in eine Umlaufbahn vom Atomkern weg springen.

Diese Elektronen werden dann von einem Elektronenakzeptor aufgenommen, der sie an das aus Cytochromen bestehende Elektronentransportsystem weitergibt.

Es ist zu beachten, dass diese Elektronenbewegung gemäß der Redoxpotentialskala (Oxidations-Reduktions-Skala) bergab erfolgt. Die Elektronen der Elektronentransportkette werden in der Kette nicht verbraucht, sondern weiter an die Pigmente von PS-I weitergegeben.

Wie beim PS-II werden nun auch die Elektronen im Reaktionszentrum von PS-I beim Empfang von rotem Licht der Wellenlänge 700 nm angeregt und auf den anderen Elektronenakzeptor mit Hitter-Redox-Potential übertragen.
Die Elektronen bewegen sich in dieser Leichtigkeit auch bergab.

Aber dieses Mal wandern die Elektronen nicht zu einem Reaktionszentrum oder Chlorophyll-a. Wechselt stattdessen zu einem Molekül, das reich an Energie und NADP + ist. Bei Zugabe dieser Elektronen wird das NADP + zu NADPH + H + reduziert.

1960 entdeckten Bendall und Hill das Z-Schema des Elektronentransports. Es handelt sich um eine Reihe von Reaktionen, die wir oben aus dem gesamten Schema des Elektronentransfers ausgehend von PS-II, bergauf zum Akzeptormolekül, entlang der Elektronentransportkette zu PS-I, Anregung von Elektronen und dann ihrem Transfer zu einem anderen untersucht haben Akzeptor und schließlich bergab zu NADP + , um auf NADPH und H + reduziert zu werden.

Wasserspaltung
Die Elektronen werden den Photosystemen-II kontinuierlich durch die verfügbaren Elektronen zugeführt, die durch die Wasserspaltung ersetzt werden. Dabei zerfällt das Wasser in Protonen, Elektronen und Sauerstoff. Der Komplex zur Wasserspaltung ist mit dem Photosystem-II verbunden, das sich auf der Innenseite der Thylakoidmembran befindet.
Diese so durch die Wasserspaltung erhaltenen Elektronen werden benötigt, um diejenigen Elektronen zu ersetzen, die aus den Photosystemen I entfernt werden und somit vom Photosystem II bereitgestellt werden.
2H2O → 4H + +O2 + 4e –
Während alle gebildeten Elektronen ersetzt werden, sammeln sich die Protonen im Lumen des Thylakoids und der Sauerstoff gelangt in die Atmosphäre.

Photophosphorylierung

Photophosphorylierung ist der Prozess, bei dem ATP von den Zellorganellen (wie Mitochondrien und Chloroplasten) mit Hilfe der Energie der Sonnenstrahlung aus ADP und anorganischem Phosphat (P) synthetisiert wird.
Die Photophosphorylierung in Mitochondrien ist nicht lichtabhängig, sondern nutzt die Energie durch Oxidation von Nährstoffen, um ATP zu produzieren, daher wird sie als oxidative Phosphorylierung bezeichnet.

Der Prozess der Photophosphorylierung ist von zwei Arten
ich. Nicht-zyklische Photophosphorylierung
Die nichtzyklische Photophosphorylierung ist eine Art von Photophosphorylion, bei der beide Photosysteme (PS-I und PS-II) bei der lichtgetriebenen Synthese von ATP zusammenarbeiten. Während dieses Zyklus kehrt das von PS-II freigesetzte Elektron nicht dorthin zurück, daher wird dies als nichtzyklische Photophosphorylierung bezeichnet. Bei dieser Reaktion werden sowohl NADPH als auch ATP gebildet.

ii. Zyklische Photophosphorylierung
Es ist die Art der Photophosphorylierung, an der nur PS-I teilnimmt und das Elektron aus dem Reaktionszentrum P . freigesetzt wird700 kehrt nach dem Durchgang durch eine Reihe von Trägern dorthin zurück, d. h. die Zirkulation findet innerhalb des Photosystems statt und die Phosphorylierung erfolgt aufgrund des zyklischen Elektronenflusses.

iii. Wenn die nicht-augenfällige Form der Photophosphorylierung unter bestimmten Bedingungen gestoppt wird, tritt die zyklische Photophosphorylierung auf.

Die zyklische Photophosphorylierung findet in den Stromalamellen des Chloroplasten statt. Dies geschieht, weil die Stromalamellen kein Enzym NADP-Reduktase (wesentlich für die Reduktion von NADP + zu NADPH) und PS-II besitzen. Daher werden die angeregten Elektronen bei der zyklischen Photophosphoylierung nicht an NADP + weitergegeben, sondern zurück zum PS-I-Komplex.

Somit findet durch den zyklischen Fluss nur die Synthese von ATP statt.

Chemiosynthetische Hypothese
Diese Hypothese wurde von Peter Mitchell (1961) aufgestellt, um die ATP-Synthese in der Photosynthese (auch in der Atmung) zu erklären.

Die Synthese von ATP ist direkt mit der Entwicklung eines Protonengradienten über die Thylakoidmembranen eines Chloroplasten verbunden.

Der Hauptunterschied zwischen Photosynthese und Atmung ist der Ort, an dem die Ansammlung von Protonen stattfindet. In Chloroplasten (Photosynthese) kommt es im Thylakoidlumen vor, während es in Mitochondrien (Atmung) im Intermembranraum vorkommt.

Nun stellt sich der Punkt, was den Protonengradienten durch die Membran verursacht?

Die Entwicklung des Protonengradienten resultiert aus den unten angegebenen Gründen
(i) Wenn sich das Wassermolekül in die Innenseite der Membran aufspaltet, sammeln sich die durch die Wasserspaltung erzeugten Protonen oder Wasserstoffionen im Lumen der Thylakoide an.

(ii) Der Protonentransport findet durch die Membran statt, wenn sich das Elektron durch die Photosysteme bewegt. Der primäre Elektronenakzeptor befindet sich an der Außenseite der Membran, die das Elektron auf den Protonen (H + )-Träger und nicht auf den Elektronenträger überträgt.

Dieses Molekül entfernt also während des Transports eines Elektrons ein Proton aus dem Stroma, wodurch die Freisetzung von Protonen in die Innenseite, d. h. auf das Lumen der Membran, stattfindet.

(iii) Das Enzym NADP-Reduktase ist auf der Stromaseite der Membran vorhanden. Somit sind neben den Elektronen, die vom Elektronenakzeptor von PS-I stammen, auch Protonen notwendig, um NADP + zu NADPH + H + . zu reduzieren
Daher nimmt die Zahl der Protonen im Stroma innerhalb der Chloroplasten ab, während sich die Protonen im Lumen ansammeln. Dadurch wird der Protonengradient über die Thylakoidmembran erzeugt, was zu einer Abnahme des pH-Werts an der Seite des Lumens führte.

Der Gradient wird durch die Bewegung von Protonen durch die Membran zum Stroma durch den Transmembrankanal des F . abgebaut0 Teil des ATPase-Enzyms.
Daher ist der Protonengradient wichtig, da er der Gradient ist, dessen Abbau zur Freisetzung von Energie (ATP) führt.

ATPase-Enzym

Das Enzym ATPase besteht aus den folgenden zwei Teilen
ich. F0 Partikel
Dieser Teil bleibt in der Membran eingebettet und bildet einen Transmembrankanal, der eine erleichterte Diffusion von Protonen durch die Membran bewirkt.

ii. F1 Partikel
Dieser Teil ragt zur äußeren Oberfläche der Thylakoidmembran, die dem Stroma zugewandt ist. Konformationsänderung tritt in F . auf1 ATPase-Partikel, der durch den Abbau des Gradienten verursacht wird, der es dem Enzym ermöglicht, mehrere ATP-Moleküle zu synthetisieren.

Somit benötigt die Chemiosmose für ihre Funktion eine Membran, eine Protonenpumpe, einen Protonengradienten und ein ATPase-Enzym. Das so produzierte ATP wird sofort in der biosynthetischen Reaktion (im Stroma) verwendet, die für die Fixierung von CO . verantwortlich ist2 und Zuckersynthese.

Dunkelreaktion (biosynthetische Phase)
Diese Phase benötigt kein direktes Sonnenlicht, sondern hängt von den Produkten der Lichtreaktion ab, d. h. ATP und NADPH neben CO2 und Wasser, die die Prozesse antreiben, die zur Synthese von Nahrung führen, genauer gesagt die Zucker.

Das Ö2 so entsteht bei der Lichtreaktion der Photosynthese, diffundiert aus dem Chloroplasten

Sobald das Licht nicht mehr verfügbar ist, dauert der Biosyntheseprozess einige Zeit an und stoppt schließlich und beginnt erneut, wenn das Licht wieder verfügbar ist.

Ursprünglich ist dieser Prozess als Kohlenstofffixierung oder photosynthetischer Kohlenstoffreduktionszyklus (PCR) bekannt.
Diese Reaktionen reagieren empfindlich auf Temperaturänderungen, sind jedoch lichtunabhängig und werden daher als Dunkelreaktion bezeichnet. Dies geschieht im Stroma von Chloroplasten.

Somit ist die Aufnahme von CO2 während der Photosynthese gibt es zwei Haupttypen
ich. C3 Weg Diesem Weg folgen die Pflanzen, wenn das erste CO .-Produkt2 Fixierung ist ein C3 Säure, d. h. PGA.
ii. C4 Weg Dieser Weg wird von den Pflanzen verfolgt oder gezeigt, in denen das erste CO .-Produkt2 Fixierung ist ein C4 Säure, d.h. h., OAA.

Calvin-Zyklus (C3-Weg)
Dies ist ein biochemischer Zyklus zur Reduktion von CO2 oder photosynthetischer Kohlenstoff-Zyklus, der von Calvin entdeckt wurde. Der Calvin-Zyklus läuft in allen photosynthetischen Pflanzen ab, egal ob sie C . aufweisen3, C4 oder andere Wege. Es kommt im Stroma der Chloroplasten vor

Primärer Akzeptor von CO2 in C3 Weg
Nach langer Forschung und vielen Experimenten kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass in C3 ist das Akzeptormolekül ein 5-Kohlenstoff-Ketosezucker, d. h. Ribulose-5-phosphat (5 RuBP).
Calvin oder C3 Zyklus hat folgende drei Hauptschritte

Die oben genannten Schritte sind die wichtigsten Schritte. Zwischen Reduktion und Regeneration findet ein weiterer Schritt statt, der als glykolytische Umkehr oder Zuckerbildung bekannt ist.

1. Carboxylierung
Es ist der wichtigste Schritt des Calvin-Zyklus, in dem die Nutzung von CO2 findet für die Carboxylierung von RuBP statt.
Carboxylierung ist der Prozess der CO .-Fixierung2 zu einem stabilen organischen Zwischenprodukt.

Diese Reaktion wird durch das Enzym RuBP-Carboxylase katalysiert, was schließlich zur Bildung von zwei Molekülen 3-PGA führt. Wie das RuBP-Carboxylase-Enzym hat auch eine Oxygenierungsaktivität. Daher ist es besser bekannt als RuBP-Carboxylase-Oxygenase oder RuBisCO.

2. Reduktion
Nach der Carboxylierungsreaktion erfolgt die Reduktion von PGA durch eine Reihe von Reaktionen, die zur Bildung von Glucose führen. In diesem Schritt werden das ATP und das NADPH (das während der photochemischen Reaktion gebildet wird) verwendet. Es ist zu beachten, dass in diesem Schritt 2 Moleküle ATP und 2 Moleküle NADPH zur Phosphorylierung und zur Reduktion von CO . verwendet werden2 bzw.

Daher ist die Fixierung von 6 Molekülen CO2 und 6 Zyklen des Zyklus sind erforderlich, um ein Molekül Glukose aus dem Stoffwechselweg freizusetzen.

3. Regeneration
Für das kontinuierliche und ununterbrochene Funktionieren des Calvin-Zyklus ist eine regelmäßige Zufuhr von ATP, NADPH und auch eine ausreichende Menge an RuBP erforderlich. Die Regeneration von RuBP (CO2 Akzeptor) ist ein komplexer Prozess, an dem viele Zuckerarten beteiligt sind, angefangen von Triose (3C) bis Heptose (7C).

Der Regenerationsschritt erfordert ein ATP-Molekül zur Phosphorylierung. Also für jedes CO2 Molekül, das in den Calvin-Zyklus eintritt, werden 3 Moleküle ATP und 2 Moleküle NADPH benötigt.

Die zyklische Phosphorylierung findet statt, um den Unterschied in der Anzahl der in der Dunkelreaktion verwendeten ATP- und NADPH-Werte auszugleichen.

Um ein Glukosemolekül über den Calvin-Weg zu produzieren, sind also 18 ATPs und 12 NADPHs erforderlich.
Dies kann anhand der folgenden Tabelle leicht verstanden werden


Nützliche CBSE-Ressourcen

Klasse LKG-StudienmaterialKlicken Sie hier
Kurs-UKG-StudienmaterialKlicken Sie hier
Unterrichtsmaterial der Klasse 1Klicken Sie hier
Unterrichtsmaterial der Klasse 2Klicken Sie hier
Unterrichtsmaterial der Klasse 3Klicken Sie hier
Unterrichtsmaterial für Klasse 4Klicken Sie hier
Lernmaterial Klasse 5Klicken Sie hier
Unterrichtsmaterial der Klasse 6Klicken Sie hier
Unterrichtsmaterial für Klasse 7Klicken Sie hier
Unterrichtsmaterial der Klasse 8Klicken Sie hier
Unterrichtsmaterial für Klasse 9Klicken Sie hier
Unterrichtsmaterial für Klasse 10Klicken Sie hier
Unterrichtsmaterial für Klasse 11Klicken Sie hier
Unterrichtsmaterial für Klasse 12Klicken Sie hier

Die besten Erziehungstipps:
>Hören Sie auf die Gefühle und Gedanken Ihrer Kinder.
>Konzentrieren Sie sich auf das, was an Ihren Kindern gut ist.
>Wissen Sie, was Ihre Kinder je nach Alter und Fähigkeiten tun können.
>Verhalten Sie sich so, wie sich Ihre Kinder verhalten sollen.


Schau das Video: Die geheime Welt der Pflanzen Die Eroberer der Welt (Januar 2022).