Procesele în fază luminoasă și întunecată de masă de fotosinteză. Faza ușoară a fotosintezei. Condiții necesare pentru fotosinteză

Fotosinteza este conversia energiei luminoase în energie de legătură chimică. compusi organici.

Fotosinteza este caracteristică plantelor, incluzând toate algele, un număr de procariote, inclusiv cianobacteriile și unele eucariote unicelulare.

În cele mai multe cazuri, fotosinteza produce oxigen (O2) ca produs secundar. Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna cazul, deoarece există mai multe căi diferite pentru fotosinteză. În cazul eliberării de oxigen, sursa sa este apa, din care atomii de hidrogen sunt separați pentru nevoile fotosintezei.

Fotosinteza constă din multe reacții la care participă diverși pigmenți, enzime, coenzime etc.. Principalii pigmenți sunt clorofilele, pe lângă acestea, carotenoizii și ficobilinele.

În natură, sunt comune două moduri de fotosinteză a plantelor: C 3 și C 4. Alte organisme au propriile lor reacții specifice. Ceea ce unește aceste procese diferite sub termenul „fotosinteză” este că în toate, în total, are loc conversia energiei fotonului într-o legătură chimică. Pentru comparație: în timpul chimiosintezei, energia este convertită legătură chimică unii compuși (anorganici) la alții – organici.

Există două faze ale fotosintezei - lumină și întuneric. Prima depinde de radiația luminoasă (hν), care este necesară pentru ca reacțiile să continue. Faza de întuneric este independentă de lumină.

La plante, fotosinteza are loc în cloroplaste. În urma tuturor reacțiilor se formează substanțe organice primare, din care apoi se sintetizează carbohidrați, aminoacizi, acizi grași etc.. De obicei, reacția totală a fotosintezei se scrie în raport cu glucoza - cel mai comun produs al fotosintezei:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Atomii de oxigen care alcătuiesc molecula de O 2 nu sunt prelevați din dioxid de carbon, ci din apă. Dioxidul de carbon este o sursă de carbon ceea ce este mai important. Datorită legăturii sale, plantele au posibilitatea de a sintetiza materia organică.

Reacția chimică prezentată mai sus este una generalizată și totală. Este departe de esența procesului. Deci glucoza nu se formează din șase molecule individuale de dioxid de carbon. Legarea CO 2 are loc într-o moleculă, care se atașează mai întâi la un zahăr cu cinci atomi de carbon deja existent.

Procariotele au propriile lor caracteristici de fotosinteză. Deci, în bacterii, pigmentul principal este bacterioclorofila, iar oxigenul nu este eliberat, deoarece hidrogenul nu este luat din apă, ci adesea din hidrogen sulfurat sau alte substanțe. La algele albastre-verzi, pigmentul principal este clorofila, iar oxigenul este eliberat în timpul fotosintezei.

Faza ușoară a fotosintezei

În faza de lumină a fotosintezei, ATP și NADP·H 2 sunt sintetizate datorită energiei radiante. S-a întâmplat pe tilacoizii cloroplastelor, unde pigmenții și enzimele formează complexe complexe pentru funcționarea circuitelor electrochimice, prin care sunt transferați electroni și parțial protoni de hidrogen.

Electronii ajung la coenzima NADP, care, fiind încărcată negativ, atrage unii dintre protoni către sine și se transformă în NADP H 2 . De asemenea, acumularea de protoni pe o parte a membranei tilacoide și de electroni pe cealaltă creează un gradient electrochimic, al cărui potențial este folosit de enzima ATP sintetaza pentru a sintetiza ATP din ADP și acid fosforic.

Principalii pigmenți ai fotosintezei sunt diverse clorofile. Moleculele lor captează radiația anumitor spectre de lumină, parțial diferite. În acest caz, unii electroni ai moleculelor de clorofilă se deplasează la un nivel de energie mai înalt. Aceasta este o stare instabilă și, în teorie, electronii, prin intermediul aceleiași radiații, ar trebui să dea energia primită din exterior în spațiu și să revină la nivelul anterior. Cu toate acestea, în celulele fotosintetice, electronii excitați sunt capturați de acceptori și, cu o scădere treptată a energiei lor, sunt transferați de-a lungul lanțului de purtători.

Pe membranele tilacoide, există două tipuri de fotosisteme care emit electroni atunci când sunt expuse la lumină. Fotosistemele sunt un complex complex de pigmenți de clorofilă, cu un centru de reacție din care sunt smulși electronii. În fotosistem lumina soarelui prinde o mulțime de molecule, dar toată energia este colectată în centrul de reacție.

Electronii fotosistemului I, trecând prin lanțul de purtători, restaurează NADP.

Energia electronilor detașați din fotosistemul II este folosită pentru a sintetiza ATP.Și electronii fotosistemului II umplu golurile de electroni ale fotosistemului I.

Găurile celui de-al doilea fotosistem sunt umplute cu electroni formați ca urmare a fotoliza apei. Fotoliza are loc și cu participarea luminii și constă în descompunerea H 2 O în protoni, electroni și oxigen. În urma fotolizei apei se formează oxigenul liber. Protonii sunt implicați în crearea unui gradient electrochimic și în reducerea NADP. Electronii sunt primiți de clorofila fotosistemului II.

Ecuația sumară aproximativă a fazei luminoase a fotosintezei:

H 2 O + NADP + 2ADP + 2P → ½O 2 + NADP H 2 + 2ATP

Transportul ciclic de electroni

Asa numitul faza luminoasă neciclică a fotosintezei. Mai sunt ceva transportul ciclic de electroni atunci când nu are loc reducerea NADP. În acest caz, electronii din fotosistemul I merg în lanțul purtător, unde este sintetizat ATP. Adică, acest lanț de transport de electroni primește electroni din fotosistemul I, nu din II. Primul fotosistem, așa cum spune, implementează un ciclu: electronii emiși revin la el. Pe drum, își cheltuiesc o parte din energie pentru sinteza ATP.

Fotofosforilarea și fosforilarea oxidativă

Faza ușoară a fotosintezei poate fi comparată cu etapa respirației celulare - fosforilarea oxidativă, care are loc pe cresta mitocondrială. Și acolo, sinteza ATP are loc datorită transferului de electroni și protoni de-a lungul lanțului purtător. Cu toate acestea, în cazul fotosintezei, energia este stocată în ATP nu pentru nevoile celulei, ci în principal pentru nevoile fazei întunecate a fotosintezei. Și dacă în timpul respirației substanțele organice servesc ca sursă inițială de energie, atunci în timpul fotosintezei este lumina soarelui. Se numește sinteza ATP în timpul fotosintezei fotofosforilarea mai degrabă decât fosforilarea oxidativă.

Faza întunecată a fotosintezei

Pentru prima dată, faza întunecată a fotosintezei a fost studiată în detaliu de către Calvin, Benson, Bassem. Ciclul de reacții descoperit de aceștia a fost numit mai târziu ciclul Calvin, sau C 3 -fotosinteză. La anumite grupuri de plante se observă o cale de fotosinteză modificată - C 4, numită și ciclul Hatch-Slack.

În reacțiile întunecate ale fotosintezei, CO 2 este fixat. Faza întunecată are loc în stroma cloroplastului.

Recuperarea CO 2 are loc datorită energiei ATP și puterii reducătoare a NADP·H 2 formată în reacțiile cu lumină. Fără ele, fixarea carbonului nu are loc. Prin urmare, deși faza întunecată nu depinde direct de lumină, de obicei se desfășoară și în lumină.

ciclul Calvin

Prima reacție a fazei întunecate este adăugarea de CO 2 ( carboxilareae) la 1,5-ribuloză bifosfat ( ribuloză 1,5-difosfat) – RiBF. Acesta din urmă este o riboză dublu fosforilată. Această reacție este catalizată de enzima ribuloză-1,5-difosfat carboxilază, numită și rubisco.

Ca urmare a carboxilării, se formează un compus instabil cu șase atomi de carbon, care, ca urmare a hidrolizei, se descompune în două molecule cu trei atomi de carbon. acid fosfogliceric (PGA) este primul produs al fotosintezei. FHA se mai numește și fosfoglicerat.

RiBP + CO2 + H20 → 2FGK

FHA conține trei atomi de carbon, dintre care unul face parte din acid grupare carboxil(-COOH):

FHA este transformat într-un zahăr cu trei atomi de carbon (fosfat de gliceraldehidă) trioză fosfat (TF), care include deja o grupare aldehidă (-CHO):

FHA (3-acizi) → TF (3-zahăr)

Această reacție consumă energia ATP și puterea reducătoare a NADP · H 2 . TF este primul carbohidrat al fotosintezei.

După aceea, cea mai mare parte a trioză fosfat este cheltuită pentru regenerarea ribulozei bifosfat (RiBP), care este din nou folosit pentru a lega CO2. Regenerarea implică o serie de reacții consumatoare de ATP care implică zahăr fosfați cu 3 până la 7 atomi de carbon.

În acest ciclu al RiBF se încheie ciclul Calvin.

O parte mai mică a TF format în el părăsește ciclul Calvin. În ceea ce privește 6 molecule legate de dioxid de carbon, randamentul este de 2 molecule de trioză fosfat. Reacția totală a ciclului cu produsele de intrare și de ieșire:

6CO2 + 6H2O → 2TF

În același timp, 6 molecule RiBP participă la legare și se formează 12 molecule FHA, care sunt convertite în 12 TF, dintre care 10 molecule rămân în ciclu și sunt convertite în 6 molecule RiBP. Întrucât TF este un zahăr cu trei atomi de carbon, iar RiBP este unul cu cinci atomi de carbon, în raport cu atomii de carbon avem: 10 * 3 = 6 * 5. Numărul de atomi de carbon care asigură ciclul nu se modifică, toate necesare RiBP este regenerat. Și șase molecule de dioxid de carbon incluse în ciclu sunt cheltuite pentru formarea a două molecule de trioză fosfat care părăsesc ciclul.

Ciclul Calvin, bazat pe 6 molecule de CO 2 legate, consumă 18 molecule ATP și 12 molecule NADP · H 2, care au fost sintetizate în reacțiile fazei luminoase a fotosintezei.

Calculul este efectuat pentru două molecule de trioză fosfat care părăsesc ciclul, deoarece molecula de glucoză formată ulterior include 6 atomi de carbon.

Trioza fosfat (TF) este produsul final al ciclului Calvin, dar cu greu poate fi numit produsul final al fotosintezei, deoarece aproape că nu se acumulează, dar, reacționând cu alte substanțe, se transformă în glucoză, zaharoză, amidon, grăsimi, acizi grași, aminoacizi. Pe lângă TF, FHA joacă un rol important. Cu toate acestea, astfel de reacții apar nu numai în organismele fotosintetice. În acest sens, faza întunecată a fotosintezei este aceeași cu ciclul Calvin.

PHA este transformat într-un zahăr cu șase atomi de carbon prin cataliză enzimatică treptat. fructoză-6-fosfat, care se transformă în glucoză. La plante, glucoza poate fi polimerizată în amidon și celuloză. Sinteza carbohidraților este similară cu procesul invers al glicolizei.

fotorespiratie

Oxigenul inhibă fotosinteza. Cu cât este mai mult O 2 în mediu, cu atât procesul de sechestrare a CO 2 este mai puțin eficient. Faptul este că enzima ribuloză bisfosfat carboxilază (rubisco) poate reacționa nu numai cu dioxidul de carbon, ci și cu oxigenul. În acest caz, reacțiile întunecate sunt oarecum diferite.

Fosfoglicolatul este acid fosfoglicolic. Gruparea fosfat este imediat scindată din ea și se transformă în acid glicolic (glicolat). Pentru „utilizarea” acestuia este nevoie din nou de oxigen. Prin urmare, cu cât este mai mult oxigen în atmosferă, cu atât va stimula mai mult fotorespirația și cu atât planta va avea nevoie de mai mult oxigen pentru a scăpa de produșii de reacție.

Fotorespirația este consumul de oxigen dependent de lumină și eliberarea de dioxid de carbon. Adică schimbul de gaze are loc ca în timpul respirației, dar are loc în cloroplaste și depinde de radiația luminoasă. Fotorespirația depinde doar de lumină deoarece ribuloză bifosfat se formează numai în timpul fotosintezei.

În timpul fotorespirației, atomii de carbon sunt returnați din glicolat în ciclul Calvin sub formă de acid fosfogliceric (fosfoglicerat).

2 Glicolat (C 2) → 2 Glioxilat (C 2) → 2 Glicina (C 2) - CO 2 → Serina (C 3) → Hidroxipiruvat (C 3) → Glicerat (C 3) → FGK (C 3)

După cum puteți vedea, întoarcerea nu este completă, deoarece un atom de carbon se pierde atunci când două molecule de glicină sunt transformate într-o moleculă de aminoacid serină, în timp ce dioxidul de carbon este eliberat.

Oxigenul este necesar în etapele de conversie a glicolatului în glioxilat și a glicinei în serină.

Conversia glicolatului în glioxilat și apoi în glicină are loc în peroxizomi, iar serina este sintetizată în mitocondrii. Serina intră din nou în peroxizomi, unde mai întâi produce hidroxipiruvat și apoi glicerat. Gliceratul intră deja în cloroplaste, unde FHA este sintetizat din acesta.

Fotorespirația este tipică în principal pentru plantele cu fotosinteză de tip C3. Poate fi considerat dăunător, deoarece energia este irosită la conversia glicolatului în FHA. Aparent, fotorespirația a apărut din cauza faptului că plantele antice nu erau pregătite pentru o cantitate mare de oxigen în atmosferă. Inițial, evoluția lor a avut loc într-o atmosferă bogată în dioxid de carbon, iar el a fost cel care a captat în principal centrul de reacție al enzimei rubisco.

C 4 -fotosinteză, sau ciclul Hatch-Slack

Dacă în fotosinteza C 3 primul produs al fazei întunecate este acidul fosfogliceric, care include trei atomi de carbon, atunci în calea C 4 primii produși sunt acizi care conțin patru atomi de carbon: malic, oxaloacetic, aspartic.

C 4 -fotosinteza se observă la multe plante tropicale, de exemplu, trestie de zahăr, porumb.

C 4 -plantele absorb monoxidul de carbon mai eficient, aproape că nu au fotorespirație.

Plantele în care faza întunecată a fotosintezei se desfășoară de-a lungul căii C 4 au o structură specială a frunzelor. În ea, fasciculele conductoare sunt înconjurate de un strat dublu de celule. Stratul interior- căptușeala fasciculului conductor. strat exterior celule mezofile. Straturile de celule cloroplastice diferă unele de altele.

Cloroplastele mezofile se caracterizează prin boabe mari, activitate ridicată a fotosistemelor, absența enzimei RiBP carboxilază (rubisco) și amidon. Adică, cloroplastele acestor celule sunt adaptate în principal pentru faza ușoară a fotosintezei.

În cloroplastele celulelor fasciculului conducător, grana nu este aproape dezvoltată, dar concentrația de RiBP carboxilază este mare. Aceste cloroplaste sunt adaptate pentru faza întunecată a fotosintezei.

Dioxidul de carbon intră mai întâi în celulele mezofile, se leagă de acizi organici, este transportat sub această formă la celulele învelișului, este eliberat și apoi se leagă în același mod ca la plantele C3. Adică, calea C4 completează mai degrabă decât înlocuiește C3.

În mezofilă, CO 2 este adăugat la fosfoenolpiruvat (PEP) pentru a forma oxaloacetat (acid), care include patru atomi de carbon:

Reacția are loc cu participarea enzimei PEP-carboxilază, care are o afinitate mai mare pentru CO2 decât rubisco. În plus, PEP-carboxilaza nu interacționează cu oxigenul și, prin urmare, nu este cheltuită pentru fotorespirație. Astfel, avantajul fotosintezei C 4 constă în fixarea mai eficientă a dioxidului de carbon, creșterea concentrației acestuia în celulele de căptușeală și, în consecință, mai mult munca eficienta RiBP-carboxilază, care aproape nu este consumată pentru fotorespirație.

Oxaloacetatul este transformat într-un acid dicarboxilic cu 4 atomi de carbon (malat sau aspartat), care este transportat către cloroplastele celulelor care căptușesc fasciculele vasculare. Aici, acidul este decarboxilat (eliminarea CO2), oxidat (eliminarea hidrogenului) și transformat în piruvat. Hidrogenul restabilește NADP. Piruvatul se întoarce în mezofilă, unde PEP este regenerat din acesta odată cu consumul de ATP.

CO 2 rupt din cloroplastele celulelor de căptușeală merge pe calea obișnuită C 3 a fazei întunecate a fotosintezei, adică la ciclul Calvin.

Fotosinteza de-a lungul căii Hatch-Slack necesită mai multă energie.

Se crede că calea C 4 a evoluat mai târziu decât calea C 3 și este în multe privințe o adaptare împotriva fotorespirației.

• procedează numai cu participarea luminii solare;
• la procariote, faza ușoară are loc în citoplasmă, la eucariote, reacțiile au loc pe membranele granului de cloroplast, unde se află clorofila;
• datorită energiei luminii solare are loc formarea de molecule de ATP (adenozin trifosfat), în care este stocat.

Reacții care au loc în faza de lumină

O condiție necesară pentru ca faza luminoasă a fotosintezei să înceapă este prezența luminii solare. Totul începe cu faptul că un foton de lumină lovește clorofila (în cloroplaste) și își traduce moleculele într-o stare excitată. Acest lucru se întâmplă deoarece electronul din compoziția pigmentului, după ce a prins un foton de lumină, merge la un nivel de energie mai înalt.

Apoi, acest electron, care trece prin lanțul purtător (sunt proteine ​​​​așezate în membranele cloroplastice), eliberează excesul de energie reacției de sinteză a ATP.

ATP este o moleculă de stocare a energiei foarte convenabilă. Aparține compușilor cu energie înaltă - acestea sunt substanțe, în timpul hidrolizei cărora se eliberează o cantitate mare de energie.

Molecula de ATP este, de asemenea, convenabilă prin faptul că este posibil să se extragă energie din ea în două etape: să se separe câte un reziduu de acid fosforic, primind de fiecare dată o parte de energie. Merge mai departe la orice nevoi ale celulei și ale organismului în ansamblu.

Divizarea apei

faza luminoasa Fotosinteza vă permite să obțineți energie din lumina soarelui. Se referă nu numai la formarea de ATP, ci și la scindarea apei:

Acest proces se mai numește și fotoliză (foto - lumină, liză - scindare). După cum puteți vedea, ca rezultat, se eliberează oxigen, care este lăsat să respire pentru toate animalele și plantele.

Protonii sunt utilizați pentru a forma NADP-H, care va fi folosit în faza întunecată ca sursă a acelorași protoni.

Iar electronii formați în timpul fotolizei apei vor compensa pierderea de clorofilă chiar la începutul lanțului. Astfel, totul cade la loc și sistemul este din nou gata să absoarbă un alt foton de lumină.

Valoarea fazei luminii

Plantele sunt autotrofe - organisme care sunt capabile să obțină energie nu din descompunerea substanțelor gata preparate, ci să o creeze singure, folosind doar lumină, dioxid de carbon și apă. De aceea sunt producători în lanțul alimentar. Animalele, spre deosebire de plante, nu pot efectua fotosinteza în celulele lor.

Mecanismul fotosintezei - video

Cu sau fără energie luminoasă. Este caracteristic plantelor. Să luăm în considerare în continuare care sunt fazele întunecate și luminoase ale fotosintezei.

Informatii generale

Organul fotosintezei la plantele superioare este frunza. Cloroplastele acționează ca organele. Membranele tilacoizilor lor conțin pigmenți fotosintetici. Sunt carotenoide și clorofile. Acestea din urmă există sub mai multe forme (a, c, b, d). Principala este a-clorofila. Molecula sa conține un „cap” de porfirină cu un atom de magneziu situat în centru, precum și o „coadă” de fitol. Primul element este prezentat ca o structură plată. „Capul” este hidrofil, prin urmare este situat pe acea parte a membranei care este îndreptată spre mediul acvatic. Phytol „coada” este hidrofobă. Datorită acestui fapt, menține molecula de clorofilă în membrană. Clorofila absoarbe lumina albastră-violetă și roșie. Ele reflectă și verdele, dând plantelor culoarea lor caracteristică. În membranele tilactice, moleculele de clorofilă sunt organizate în fotosisteme. Algele și plantele albastru-verzi sunt caracterizate de sistemele 1 și 2. Bacteriile fotosintetice au doar primele. Al doilea sistem poate descompune H 2 O și eliberează oxigen.

Faza ușoară a fotosintezei

Procesele care au loc în plante sunt complexe și în mai multe etape. În special, se disting două grupuri de reacții. Sunt fazele întunecate și luminoase ale fotosintezei. Acesta din urmă continuă cu participarea enzimei ATP, a proteinelor de transport de electroni și a clorofilei. Faza ușoară a fotosintezei are loc în membranele tilactoizilor. Electronii clorofilei sunt excitați și părăsesc molecula. După aceea, ele cad pe suprafața exterioară a membranei tilactice. Ea, la rândul ei, este încărcată negativ. După oxidare, începe refacerea moleculelor de clorofilă. Ei preiau electroni din apa care este prezentă în spațiul intralacoid. Astfel, faza ușoară a fotosintezei se desfășoară în membrană în timpul degradarii (fotolizei): H 2 O + Q lumină → H + + OH -

Ionii hidroxil sunt transformați în radicali reactivi prin donarea electronilor lor:

OH - → .OH + e -

Radicalii OH se combină și formează oxigen liber și apă:

4NR. → 2H2O + O2.

În acest caz, oxigenul este îndepărtat în mediul înconjurător (extern), iar protonii sunt acumulați în interiorul tilactoidului într-un „rezervor” special. Ca rezultat, în cazul în care se desfășoară faza ușoară a fotosintezei, membrana tilactică primește o sarcină pozitivă datorită H + pe de o parte. În același timp, datorită electronilor, este încărcat negativ.

Fosfirilarea ADP

Acolo unde are loc faza luminoasă a fotosintezei, există o diferență de potențial între suprafețele interioare și exterioare ale membranei. Când atinge 200 mV, protonii sunt împinși prin canalele ATP sintetazei. Astfel, faza ușoară a fotosintezei are loc în membrană atunci când ADP este fosforilat la ATP. În acest caz, hidrogenul atomic este direcționat către reducerea unui purtător special de nicotinamidă adenină dinucleotidă fosfat NADP+ la NADP.H2:

2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2

Faza ușoară a fotosintezei implică astfel fotoliza apei. Ea, la rândul său, este însoțită de trei reacții majore:

1. Sinteza ATP.
2. Educație NADP.H 2 .
3. Formarea oxigenului.

Faza ușoară a fotosintezei este însoțită de eliberarea acesteia din urmă în atmosferă. NADP.H2 și ATP se deplasează în stroma cloroplastei. Aceasta completează faza ușoară a fotosintezei.

Un alt grup de reacții

Faza întunecată a fotosintezei nu necesită energie luminoasă. Merge în stroma cloroplastului. Reacțiile sunt prezentate ca un lanț de transformări secvențiale ale dioxidului de carbon provenit din aer. Ca rezultat, se formează glucoză și alte substanțe organice. Prima reacție este fixarea. RiBF acționează ca un acceptor de dioxid de carbon. Catalizatorul din reacție este ribuloză bisfosfat carboxilază (enzimă). Ca rezultat al carboxilării RiBP, se formează un compus instabil cu șase atomi de carbon. Se descompune aproape instantaneu în două molecule de FHA (acid fosfogliceric). Acesta este urmat de un ciclu de reacții, în care se transformă în glucoză prin mai mulți produși intermediari. Ei folosesc energiile NADP.H 2 și ATP, care au fost convertite în timpul fazei ușoare a fotosintezei. Ciclul acestor reacții se numește „ciclul Calvin”. Acesta poate fi reprezentat astfel:

6CO 2 + 24H+ + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O

Pe lângă glucoză, în timpul fotosintezei se formează și alți monomeri ai compușilor organici (complexi). Acestea includ, în special, acizi grași, glicerol, aminoacizi, nucleotide.

Reacții C3

Sunt un tip de fotosinteză în care se formează compuși cu trei atomi de carbon ca prim produs. El este cel care este descris mai sus ca ciclul Calvin. La fel de trasaturi caracteristice Fotosinteza C3 sunt:

1. RiBP este un acceptor pentru dioxid de carbon.
2. Reacția de carboxilare este catalizată de RiBP carboxilază.
3. Se formează o substanță cu șase atomi de carbon, care ulterior se descompune în 2 FHA.

Acidul fosfogliceric este redus la TF (trioză fosfați). Unele dintre ele sunt trimise la regenerarea ribulozei bifosfat, iar restul este transformat în glucoză.

Reacții C4

Acest tip de fotosinteză se caracterizează prin apariția compușilor cu patru atomi de carbon ca prim produs. În 1965, s-a constatat că substanțele C4 apar mai întâi în unele plante. De exemplu, acest lucru a fost stabilit pentru mei, sorg, trestie de zahăr, porumb. Aceste culturi au devenit cunoscute ca plante C4. În anul următor, 1966, Slack and Hatch (oameni de știință australieni) au descoperit că le lipsește aproape complet fotorespirația. De asemenea, s-a descoperit că astfel de plante C4 sunt mult mai eficiente în absorbția dioxidului de carbon. Ca rezultat, calea de transformare a carbonului în astfel de culturi a fost denumită calea Hatch-Slack.

Concluzie

Importanța fotosintezei este foarte mare. Datorită lui, dioxidul de carbon este absorbit din atmosferă în fiecare an în volume uriașe (miliarde de tone). În schimb, se eliberează mai puțin oxigen. Fotosinteza acționează ca sursă principală de formare a compușilor organici. Oxigenul este implicat în formarea stratului de ozon, care protejează organismele vii de efectele radiațiilor UV cu unde scurte. În timpul fotosintezei, o frunză absoarbe doar 1% din toată energia luminii care cade pe ea. Productivitatea sa este de 1 g de compus organic pe 1 mp. m suprafață pe oră.

Concepte de bază și termeni cheie: fotosinteza. Clorofilă. faza de lumina. faza intunecata.

Tine minte! Ce este schimbul de plastic?

Gândi!

Culoarea verde este destul de des menționată în versurile poeților. Deci, Bogdan-Igor Anto-nich are replicile: „... poezie clocotită și înțeleaptă, ca verdele”, „... un viscol de verdeață, un foc de verdeață”,

"... râuri de legume se ridică inundații verzi." Verdele este culoarea reînnoirii, un simbol al tinereții, al liniștii, al naturii.

De ce sunt plantele verzi?

Care sunt condițiile pentru fotosinteză?

Fotosinteza (din grecescul foto - lumină, sinteză - combinație) este un set extrem de complex de procese de schimb plastic. Oamenii de știință disting trei tipuri de fotosinteză: oxigenică (cu eliberarea de oxigen molecular în plante și cianobacterii), anoxică (cu participarea bacterioclorofilei în condiții anaerobe, fără eliberare de oxigen în fotobacterii) și fără clorofilă (cu participarea bacteriorhodopsinelor în arhee) . La o adâncime de 2,4 km au fost găsite bacterii cu sulf verde GSB1, care folosesc razele slabe ale fumătorilor negri în loc de lumina soarelui. Dar, așa cum a scris K. Swenson într-o monografie despre celule: „Sursa primară de energie pentru animale sălbatice este energia luminii vizibile”.

Cea mai comună în natura vie este fotosinteza oxigenului, care necesită energie luminoasă, dioxid de carbon, apă, enzime și clorofilă. Lumina pentru fotosinteză este absorbită de clorofilă, apa este livrată celulelor prin porii peretelui celular, dioxidul de carbon intră în celule prin difuzie.

Principalii pigmenți fotosintetici sunt clorofilele. Clorofilele (din greacă chloros - verde și phylon - frunză) sunt pigmenți verzi ai plantelor, cu participarea cărora are loc fotosinteza. Culoarea verde a clorofilei este un dispozitiv pentru absorbția razelor albastre și a celor parțial roșii. Iar razele verzi se reflectă din corpul plantelor, cad pe retina ochiului uman, irită conurile și provoacă senzații vizuale de culoare. De aceea plantele sunt verzi!

Pe lângă clorofile, plantele au carotenoide auxiliare, cianobacteriile și algele roșii au ficobiline. Verde

iar bacteriile violete conțin bacterioclorofile care absorb razele albastre, violete și chiar infraroșii.

Fotosinteza are loc la plantele superioare, alge, cianobacterii, unele arhei, adică în organisme cunoscute sub numele de foto-autotrofe. Fotosinteza la plante se realizează în cloroplaste, în cianobacterii și fotobacterii - pe invaginările interne ale membranelor cu fotopigmente.

Deci, FOTOSINTEZA este procesul de formare a compușilor organici din cei anorganici folosind energia luminii și cu participarea pigmenților fotosintetici.

Care sunt caracteristicile fazelor luminoase și întunecate ale fotosintezei?

În procesul de fotosinteză, se disting două etape - fazele de lumină și întuneric (Fig. 49).

Faza luminoasă a fotosintezei are loc în grana cloroplastelor cu participarea luminii. Această etapă începe din momentul absorbției cuantelor de lumină de către molecula de clorofilă. În acest caz, electronii atomului de magneziu din molecula de clorofilă se deplasează la un nivel de energie mai înalt, acumulând energie potențială. O parte semnificativă a electronilor excitați îi transferă altora compuși chimici pentru formarea ATP și reducerea NADP (nicotinamidă adenin dinucleotide fosfat). Acest compus cu un nume atât de lung este purtătorul biologic universal de hidrogen în celulă. Sub influența luminii are loc procesul de descompunere a apei - fotoliza. Aceasta produce electroni (e“), protoni (H +) și, ca produs secundar, oxigen molecular. Protoni de hidrogen H +, atașând electroni cu înaltă nivel de energie, sunt transformate în hidrogen atomic, care este folosit pentru a reduce NADP+ la NADP. N. Astfel, principalele procese ale fazei luminoase sunt: ​​1) fotoliza apei (diviziunea apei sub actiunea luminii cu formarea oxigenului); 2) reducerea NADP (adăugarea unui atom de hidrogen la NADP); 3) fotofosforilarea (formarea de ATP din ADP).

Deci, faza de lumină este un set de procese care asigură formarea oxigenului molecular, hidrogenului atomic și ATP datorită energiei luminoase.

Faza întunecată a fotosintezei are loc în stroma cloroplastelor. Procesele sale nu depind de lumină și pot decurge atât la lumină, cât și la întuneric, în funcție de nevoile celulei de glucoză. Baza fazei întunecate este o reacție ciclică numită ciclu de fixare a dioxidului de carbon sau ciclu Calvin. Acest proces a fost studiat pentru prima dată de biochimistul american Melvin Calvin (1911 - 1997), laureat Premiul Nobelîn Chimie (1961). În faza întunecată, glucoza este sintetizată din dioxid de carbon, hidrogen din NADP și energia ATP. Reacțiile de fixare a CO2 sunt catalizate de ribuloză bifosfat carboxilază (Rubisco), cea mai comună enzimă de pe Pământ.

Deci, faza întunecată este un set de reacții ciclice care, datorită energiei chimice a ATP, asigură formarea glucozei folosind dioxid de carbon, care este o sursă de carbon, și apă, o sursă de hidrogen.

Care este rolul planetar al fotosintezei?

Importanța fotosintezei pentru biosferă nu poate fi supraestimată. Datorită acestui proces, energia luminoasă a Soarelui este convertită de către foto-autotrofe în energia chimică a carbohidraților, care, în general, dau energia primară. materie organică. Lanțurile trofice încep cu el, de-a lungul cărora energia este transferată organismelor heterotrofe. Plantele servesc drept hrana ierbivorelor, care primesc nutrientii necesari prin aceasta. Atunci ierbivorele devin hrană pentru prădători, au nevoie și de energie, fără de care viața este imposibilă.

Doar o mică parte din energia Soarelui este captată de plante și folosită pentru fotosinteză. Energia Soarelui este folosită în principal pentru a se evapora și a menține regimul de temperatură al suprafeței pământului. Deci, doar aproximativ 40 - 50% din energia solară pătrunde în biosferă și doar 1 - 2% din energia solară este transformată în materie organică sintetizată.

Plantele verzi și cianobacteriile afectează compoziția gazoasă a atmosferei. Tot oxigenul din atmosfera modernă este un produs al fotosintezei. Formarea atmosferei a schimbat complet starea suprafeței pământului, a făcut posibilă apariția respirației aerobe. Mai târziu, în procesul de evoluție, după formarea stratului de ozon, organismele vii au ajuns la uscat. În plus, fotosinteza previne acumularea de CO 2 și protejează planeta de supraîncălzire.

Deci, fotosinteza este de importanță planetară, asigurând existența naturii vii a planetei Pământ.

ACTIVITATE Potriviți sarcina

Folosind tabelul, comparați fotosinteza cu respirația aerobă și trageți o concluzie despre relația dintre plastic și metabolismul energetic.

CARACTERISTICI COMPARATIVA ALE FOTOSINTEZĂ ȘI A RESPIRUTULUI AEROB

Sarcina de aplicare a cunoștințelor

Recunoașteți și denumiți nivelurile de organizare a procesului de fotosinteză la plante. Numiți adaptările unui organism vegetal pentru fotosinteză la diferite niveluri ale organizării sale.

ATITUDINE Biologie + Literatură

K. A. Timiryazev (1843 - 1920), unul dintre cei mai cunoscuți cercetători ai fotosintezei, a scris: „Granul verde microscopic al clorofilei este un focar, un punct din spațiul lumii, în care energia Soarelui curge de la un capăt și toate manifestările vieții provin de la celălalt pe teren. Este adevăratul Prometeu, care a furat focul din cer. Raza de soare furată de el arde atât în ​​abisul strălucitor, cât și în scânteia orbitoare a electricității. Raza soarelui pune în mișcare volantul unui gigant motor cu abur, și pensula artistului, și stiloul poetului. Aplicați-vă cunoștințele și demonstrați afirmația că raza Soarelui pune în mișcare condeiul poetului.

	Sarcini pentru autocontrol
	1. Ce este fotosinteza? 2. Ce este clorofila? 3. Care este faza luminoasă a fotosintezei? 4. Care este faza întunecată a fotosintezei? 5. Ce este materia organică primară? 6. Cum determină fotosinteza respirația aerobă a organismelor?
	7. Care sunt condițiile pentru fotosinteză? 8. Care sunt caracteristicile fazelor luminoase și întunecate ale fotosintezei? 9. Care este rolul planetar al fotosintezei?
	10. Care sunt asemănările și diferențele dintre fotosinteză și respirația aerobă?

Acesta este material de manual.

Fiecare ființă vie de pe planetă are nevoie de hrană sau energie pentru a supraviețui. Unele organisme se hrănesc cu alte creaturi, în timp ce altele își pot produce propriile nutrienți. Ei își produc singuri hrana, glucoza, într-un proces numit fotosinteză.

Fotosinteza și respirația sunt interconectate. Rezultatul fotosintezei este glucoza, care este stocată ca energie chimică în organism. Această energie chimică stocată provine din conversia carbonului anorganic (dioxid de carbon) în carbon organic. Procesul de respirație eliberează energia chimică stocată.

Pe lângă produsele pe care le produc, plantele au nevoie și de carbon, hidrogen și oxigen pentru a supraviețui. Apa absorbită din sol oferă hidrogen și oxigen. În timpul fotosintezei, carbonul și apa sunt folosite pentru a sintetiza alimentele. Plantele au nevoie și de nitrați pentru a produce aminoacizi (un aminoacid este un ingredient pentru producerea proteinelor). În plus, au nevoie de magneziu pentru a produce clorofilă.

Nota: Se numesc viețuitoare care depind de alte alimente. Ierbivorele, cum ar fi vacile, precum și plantele care mănâncă insecte, sunt exemple de heterotrofe. Se numesc ființe vii care își produc propria hrană. Plantele verzi și algele sunt exemple de autotrofe.

În acest articol, veți afla mai multe despre cum are loc fotosinteza la plante și despre condițiile necesare pentru acest proces.

Definiţia photosynthesis

Fotosinteza este procesul chimic prin care plantele, unele și algele produc glucoză și oxigen din dioxid de carbon și apă, folosind doar lumina ca sursă de energie.

Acest proces este extrem de important pentru viața de pe Pământ, deoarece eliberează oxigen, de care depinde toată viața.

De ce plantele au nevoie de glucoză (hrană)?

La fel ca oamenii și alte viețuitoare, și plantele au nevoie de hrană pentru a rămâne în viață. Valoarea glucozei pentru plante este următoarea:

• Glucoza obtinuta din fotosinteza este folosita in timpul respiratiei pentru a elibera energia de care planta are nevoie pentru alte procese vitale.
• Celulele vegetale transformă, de asemenea, o parte din glucoză în amidon, care este utilizat după cum este necesar. Din acest motiv, plantele moarte sunt folosite ca biomasă deoarece stochează energie chimică.
• Glucoza este, de asemenea, necesară pentru a produce alte substanțe chimice, cum ar fi proteinele, grăsimile și zaharurile vegetale necesare pentru creștere și alte procese esențiale.

Fazele fotosintezei

Procesul de fotosinteză este împărțit în două faze: lumină și întuneric.

Faza ușoară a fotosintezei

După cum sugerează și numele, fazele luminoase au nevoie de lumina soarelui. În reacțiile dependente de lumină, energia luminii solare este absorbită de clorofilă și transformată în energie chimică stocată sub forma moleculei purtătoare de electroni NADPH (nicotinamidă adenin dinucleotid fosfat) și molecula energetică ATP (adenozin trifosfat). Fazele de lumină apar în membranele tilacoide din cloroplast.

Faza întunecată a fotosintezei sau ciclul Calvin

În faza întunecată sau ciclul Calvin, electronii excitați din faza luminii furnizează energie pentru formarea carbohidraților din moleculele de dioxid de carbon. Fazele independente de lumină sunt uneori numite ciclu Calvin din cauza naturii ciclice a procesului.

Deși fazele întunecate nu folosesc lumina ca reactant (și ca rezultat pot apărea ziua sau noaptea), ele necesită produsele reacțiilor dependente de lumină pentru a funcționa. Moleculele independente de lumină depind de moleculele purtătoare de energie ATP și NADPH pentru a crea noi molecule de carbohidrați. După transferul de energie către molecule, purtătorii de energie revin la fazele de lumină pentru a obține electroni mai energici. În plus, mai multe enzime în fază întunecată sunt activate de lumină.

Diagrama fazelor fotosintezei

Nota: Aceasta înseamnă că fazele întunecate nu vor continua dacă plantele sunt lipsite de lumină prea mult timp, deoarece folosesc produsele fazelor luminoase.

Structura frunzelor plantelor

Nu putem înțelege pe deplin fotosinteza fără a ști mai multe despre structura frunzelor. Frunza este adaptată să joace un rol vital în procesul de fotosinteză.

Structura externă a frunzelor

• Pătrat

Una dintre cele mai importante caracteristici ale plantelor este suprafața mare a frunzelor. Majoritatea plantelor verzi au frunze largi, plate și deschise, care sunt capabile să capteze atâta energie solară (lumina solară) cât este necesară pentru fotosinteză.

• Vena centrală și pețiol

nervura mediană și pețiolul se unesc și formează baza frunzei. Pețiolul poziționează frunza în așa fel încât să primească cât mai multă lumină.

• limbul frunzei

Frunzele simple au un singur limb, în ​​timp ce frunzele compuse au mai multe. Limba frunzei este una dintre cele mai importante componente ale frunzei, care este direct implicată în procesul de fotosinteză.

• venelor

O rețea de vene din frunze transportă apa de la tulpini la frunze. Glucoza eliberată este trimisă și în alte părți ale plantei din frunze prin vene. În plus, aceste părți ale frunzei susțin și țin placa frunzei plată pentru o captare mai bună a luminii solare. Dispunerea nervurilor (venația) depinde de tipul de plantă.

• baza frunzelor

Baza frunzei este partea sa cea mai inferioară, care este articulată cu tulpina. Adesea, la baza frunzei există o pereche de stipule.

• marginea frunzei

In functie de tipul de planta, marginea frunzei poate avea diverse forme, printre care: intreaga, zimtata, zimtata, crestata, crenata etc.

• Vârful frunzei

La fel ca marginea foii, partea de sus este diverse forme, inclusiv: ascuțit, rotund, tocit, alungit, retras etc.

Structura internă a frunzelor

Mai jos este o diagramă apropiată a structurii interne a țesuturilor frunzelor:

• Cuticulă

Cuticula acționează ca strat principal, protector pe suprafața plantei. De regulă, este mai gros în vârful frunzei. Cuticula este acoperită cu o substanță asemănătoare ceară care protejează planta de apă.

• Epidermă

Epiderma este un strat de celule care este țesutul tegumentar al frunzei. Funcția sa principală este de a proteja țesuturile interne ale frunzei de deshidratare, deteriorări mecanice și infecții. De asemenea, reglează procesul de schimb de gaze și transpirație.

• Mezofila

Mezofila este țesutul principal al plantei. Aici are loc procesul de fotosinteză. La majoritatea plantelor, mezofila este împărțită în două straturi: cel superior este palisat și cel inferior este spongios.

• Celulele protectoare

Celulele de gardă sunt celule specializate din epiderma frunzelor care sunt folosite pentru a controla schimbul de gaze. Ele îndeplinesc o funcție de protecție a stomatelor. Porii stomatici devin mari atunci cand apa este disponibila in mod liber, in caz contrar celulele protectoare devin letargice.

• Stoma

Fotosinteza depinde de pătrunderea dioxidului de carbon (CO2) din aer prin stomate în țesuturile mezofile. Oxigenul (O2), obținut ca produs secundar al fotosintezei, iese din plantă prin stomată. Când stomatele sunt deschise, apa se pierde prin evaporare și trebuie completată prin fluxul de transpirație de către apa preluată de rădăcini. Plantele sunt nevoite să echilibreze cantitatea de CO2 absorbită din aer și pierderea de apă prin porii stomatici.

Condiții necesare pentru fotosinteză

Următoarele sunt condițiile de care au nevoie plantele pentru a efectua procesul de fotosinteză:

• Dioxid de carbon. Un gaz natural incolor, inodor găsit în aer și are denumirea științifică CO2. Se formează în timpul arderii carbonului și a compușilor organici și apare și în timpul respirației.
• Apă. lichid transparent Substanta chimica inodor și fără gust (în condiții normale).
• Ușoară. Deși lumina artificială este potrivită și pentru plante, lumina naturală a soarelui creează, în general, cele mai bune condiții pentru fotosinteză, deoarece conține radiații ultraviolete naturale, care au influență pozitivă pe plante.
• Clorofilă. Este un pigment verde care se găsește în frunzele plantelor.
• Nutrienți și minerale. Produse chimice și compuși organici pe care rădăcinile plantelor îi absorb din sol.

Ce se formează în urma fotosintezei?

• Glucoză;
• Oxigen.

(Energia luminoasă este afișată în paranteze deoarece nu este o substanță)

Nota: Plantele iau CO2 din aer prin frunze și apa din sol prin rădăcini. Energia luminii vine de la Soare. Oxigenul rezultat este eliberat în aer din frunze. Glucoza rezultată poate fi transformată în alte substanțe, cum ar fi amidonul, care este folosit ca depozit de energie.

Dacă factorii care favorizează fotosinteza sunt absenți sau prezenți în cantități insuficiente, acest lucru poate afecta negativ planta. De exemplu, mai puțină lumină creează condiții favorabile pentru insectele care mănâncă frunzele unei plante, în timp ce lipsa apei o încetinește.

Unde are loc fotosinteza?

Fotosinteza are loc în interiorul celulelor vegetale, în plastide mici numite cloroplaste. Cloroplastele (se găsesc mai ales în stratul mezofil) conțin o substanță verde numită clorofilă. Mai jos sunt alte părți ale celulei care lucrează cu cloroplastul pentru a efectua fotosinteza.

Structura unei celule vegetale

Funcțiile părților celulelor vegetale

• : oferă suport structural și mecanic, protejează celulele de bacterii, fixează și definește forma celulei, controlează rata și direcția de creștere și dă formă plantelor.
• : oferă o platformă pentru majoritatea proceselor chimice controlate de enzime.
• : acționează ca o barieră, controlând mișcarea substanțelor în și în afara celulei.
• : așa cum este descris mai sus, ele conțin clorofilă, o substanță verde care absoarbe energia luminii în timpul fotosintezei.
• : o cavitate din citoplasma celulară care stochează apă.
• : conține o marcă genetică (ADN) care controlează activitatea celulei.

Clorofila absoarbe energia luminoasă necesară pentru fotosinteză. Este important de reținut că nu toate lungimile de undă de culoare ale luminii sunt absorbite. Plantele absorb în principal lungimile de undă roșii și albastre - nu absorb lumina în intervalul verde.

Dioxid de carbon în timpul fotosintezei

Plantele iau dioxid de carbon din aer prin frunzele lor. Dioxidul de carbon se infiltrează printr-o mică gaură din partea inferioară a frunzei - stomatele.

Partea inferioară a frunzei are celule puțin distanțate pentru a permite dioxidului de carbon să ajungă la alte celule ale frunzei. De asemenea, permite oxigenului produs prin fotosinteză să părăsească cu ușurință frunza.

Dioxidul de carbon este prezent în aerul pe care îl respirăm în concentrații foarte scăzute și este un factor necesar în faza întunecată a fotosintezei.

Lumina în procesul de fotosinteză

Foaia are de obicei o suprafață mare, astfel încât poate absorbi multă lumină. Suprafața sa superioară este protejată de pierderea apei, boli și intemperii printr-un strat ceros (cuticulă). Partea de sus a foii este locul unde cade lumina. Acest strat de mezofilă se numește palisadă. Este adaptat să absoarbă o cantitate mare de lumină, deoarece conține multe cloroplaste.

În fazele de lumină, procesul de fotosinteză crește cu mai multă lumină. Mai multe molecule de clorofilă sunt ionizate și se generează mai mult ATP și NADPH dacă fotonii de lumină sunt concentrați pe o frunză verde. Deși lumina este extrem de importantă în fazele luminoase, trebuie remarcat că prea multă ea poate deteriora clorofila și poate reduce procesul de fotosinteză.

Fazele de lumină nu depind prea mult de temperatură, apă sau dioxid de carbon, deși toate sunt necesare pentru a finaliza procesul de fotosinteză.

Apa în timpul fotosintezei

Plantele primesc apa de care au nevoie pentru fotosinteză prin rădăcini. Au fire de păr de rădăcină care cresc în sol. Rădăcinile se caracterizează printr-o suprafață mare și pereți subțiri, ceea ce permite apei să treacă ușor prin ele.

Imaginea arată plantele și celulele lor cu suficientă apă (stânga) și lipsa acesteia (dreapta).

Nota: Celulele radiculare nu conțin cloroplaste, deoarece sunt de obicei în întuneric și nu pot fotosintetiza.

Dacă planta nu absoarbe suficientă apă, se va ofili. Fără apă, planta nu va putea fotosintetiza suficient de repede și poate chiar să moară.

Care este importanța apei pentru plante?

• Oferă minerale dizolvate care susțin sănătatea plantelor;
• Este mijlocul de transport;
• Sprijină stabilitatea și verticalitatea;
• Se răcește și se saturează cu umiditate;
• Permite diverse reacții chimiceîn celulele vegetale.

Importanța fotosintezei în natură

Procesul biochimic al fotosintezei folosește energia luminii solare pentru a transforma apa și dioxidul de carbon în oxigen și glucoză. Glucoza este folosită ca elemente de bază în plante pentru creșterea țesuturilor. Astfel, fotosinteza este modul în care se formează rădăcinile, tulpinile, frunzele, florile și fructele. Fără procesul de fotosinteză, plantele nu pot crește sau se pot reproduce.

• Producătorii

Datorită capacității lor fotosintetice, plantele sunt cunoscute ca producători și servesc drept coloana vertebrală a aproape fiecărui lanț alimentar de pe Pământ. (Algele sunt echivalentul plantei). Toate alimentele pe care le consumăm provin de la organisme care sunt fotosintetice. Mâncăm aceste plante direct, sau mâncăm animale precum vacile sau porcii care consumă alimente vegetale.

• Baza lanțului trofic

În cadrul sistemelor acvatice, plantele și algele formează, de asemenea, baza lanțului trofic. Algele servesc drept hrană pentru care, la rândul lor, acționează ca o sursă de hrană pentru organismele mai mari. Fără fotosinteză în mediul acvatic, viața ar fi imposibilă.

• Eliminarea dioxidului de carbon

Fotosinteza transformă dioxidul de carbon în oxigen. În timpul fotosintezei, dioxidul de carbon din atmosferă intră în plantă și este apoi eliberat sub formă de oxigen. În lumea de astăzi, în care nivelurile de dioxid de carbon cresc într-un ritm alarmant, orice proces care elimină dioxidul de carbon din atmosferă este important pentru mediu.

• Ciclul nutrienților

Plantele și alte organisme fotosintetice joacă un rol vital în ciclul nutrienților. Azotul din aer este fixat în țesuturile plantelor și devine disponibil pentru fabricarea proteinelor. Oligoelementele găsite în sol pot fi, de asemenea, încorporate în țesutul vegetal și puse la dispoziție ierbivorelor mai în sus în lanțul trofic.

• dependență de fotosinteză

Fotosinteza depinde de intensitatea și calitatea luminii. La ecuator, unde lumina soarelui este din belșug pe tot parcursul anului, iar apa nu este factorul limitativ, plantele au rate mari de creștere și pot deveni destul de mari. În schimb, fotosinteza este mai puțin frecventă în părțile mai adânci ale oceanului, deoarece lumina nu pătrunde în aceste straturi și, ca urmare, acest ecosistem este mai steril.