Почему при фотосинтезе образуется кислород из воды, а не из углекислого газа?

Здесь вам точно не хватает каких-то знаний, фотосинтез немного сложен на уровне А, поэтому я опишу его вкратце.

Во время фотосинтеза электроны и протоны (атом водорода без электрона) необходимы для процесса, называемого цепью переноса электронов и движущей силой протона. Это происходит во время светозависимой стадии фотосинтеза (существует также вторая светонезависимая стадия, называемая циклом Кальвина, и именно здесь CO$_2$используется), я не буду вдаваться в подробности о том, что делают протоны и электроны (если вы не хотите, чтобы я это сделал), но вы должны знать, что они исходят из молекулы воды, вода расщепляется с помощью света (фотолиз, буквально: разрезание со светом) на два атома водорода и половину молекулы кислорода (или атома кислорода). Кислород, который высвобождается при фотолизе, не требуется для остальной части пути, поэтому он диффундирует из клетки.

Чтобы узнать, почему это не происходит из углекислого газа, вам нужно рассмотреть цикл Кальвина. В цикле Кальвина углекислый газ превращается в глюкозу с помощью ферментов с использованием продуктов светозависимой стадии, поэтому 6CO$_2$объединяются в течение шести циклов, чтобы сформировать одну молекулу глюкозы. Так вот где СО$_2$также используется.

Надеюсь, это помогло! Если вы хотите, чтобы я углубился в подробности, пожалуйста, спросите!

Фотосинтез использует хлорофилл (или другие пигменты ) для использования фотонов и воды (или других соединений) в качестве донора электронов. $H_2O = 1/2O_2 + 2H^+ + 2e^-$. После расщепления воды она посылает электроны по дальнейшим ступеням электрон-транспортной цепи и в конце восстанавливает$NADP^+$в$NADPH$. При этом увеличивает$H^+$концентрации вне мембраны, поэтому он создает$H^+$градиент . Этот градиент можно использовать для синтеза$ATP$из$ADP$используя$H^+$насос . После того$NADPH$а также$ATP$можно использовать для исправления$CO_2$в любое время (чтобы часть фотосинтеза не зависела от света).

• Рисунок 1 – Светозависимые реакции фотосинтеза – электронтранспортная цепь – источник

Разделение$CO_2$в$CO$а также$1/2O2$можно и так. Это может быть сделано ферментативно или за счет фотолиза . Для этого вам потребуется такая же энергия, как и для расщепления воды . После того$CO$можно использовать, например, с помощью реакции сдвига $CO + H_2O = CO_2 + H_2$создать донор электронов ($H_2$) и играйте как обычно. можно уменьшить$CO$с донором электронов ($_H2O$,$H_2$,$H_2S$,$NH_3$, и т.д...) далее, и создайте, например, этанол или углеводы, такие как глюкоза.

Афаик использует только искусственный фотосинтез$CO_2$расщепление и натуральные предпочитают$NADPH$а также$ATP$создание и использование, например, в цикле Кальвина , пути С4 , пути САМ , обратном цикле Кребса , пути Вуда и т. д. Я думаю, это потому, что фиксация углерода развилась до фотосинтеза. Таким образом, фотосинтез — это просто подключение другого источника энергии к системе.

(С точки зрения программиста фиксация углерода слабо связана с реализацией процесса производства энергии, и общий интерфейс описывается созданием АТФ и НАДФН. С точки зрения пользователя мобильного телефона это похоже на зарядку аккумулятора вашего телефона (хранилище АТФ и НАДФН) от линии. питания или с помощью солнечного зарядного устройства. Оба зарядных устройства обеспечивают электричество (АТФ и НАДФН) через USB.)

Вопрос хороший, то что вы имели в виду возможно, но афаик. в естественном фотосинтезе$O_2$всегда исходит из воды.

Использованная литература:

• 2006 - Фотосинтез в архейскую эру.
• 2008 - Когда развился оксигенный фотосинтез?
• 2012 - О фотосинтетическом потенциале в очень раннем архейском океане.
• 2010 - Ранняя эволюция фотосинтеза
• 1988 - Фотовосстановление двуокиси углерода водным ионом двухвалентного железа: альтернатива сильно восстановительной атмосфере для химического происхождения жизни.
• Википедия - Аноксигенный фотосинтез
• 2002 - Кинетическое исследование обратной реакции конверсии водяного газа в высокотемпературных гомогенных системах высокого давления.
• Энтальпия, энтропия и энергия Гиббса образования ионов в растворах.
• wikipedia - Стандартная энтальпия образования
• 2012 - Расщепление CO2 на CO и O2 с помощью одного катализатора
• 2002 г. - Молекулярный водород как источник энергии для Helicobacter pylori.
• 2009 - Реакция сдвига вода-газ, катализируемая окислительно-восстановительными ферментами на проводящих графитовых пластинках.
• 2013 - Трехмерная иерархическая искусственная фотосинтетическая система перовскитовых титанатов с листовой архитектурой для фотовосстановления CO2 в углеводородное топливо
• 2014 - Сравнение систем фотовосстановления CO2: обзор
• 2006 - Микроорганизмы, перекачивающие железо: анаэробное микробное окисление и восстановление железа
• 1972 - Мгновенный фотолиз H2S
• 2011 - Аноксигенный фотосинтез
• 2004 - Хронология открытий: аноксигенный бактериальный фотосинтез.
• 1990 - Обратный цикл КРЕБСА в фотосинтезе: наконец консенсус
• 2009 г. - Молекулярные подходы к фотокаталитическому восстановлению углекислого газа в солнечном топливе.
• 2014 - Электровосстановление монооксида углерода в жидкое топливо на нанокристаллической меди, полученной из оксида.
• 2012 - Биологическая конверсия окиси углерода в этанол: влияние pH, давления газа, восстановителя и дрожжевого экстракта.
• 2012 - Водород, металлы, бифурцирующие электроны и протонные градиенты: ранняя эволюция сохранения биологической энергии - захватывающая статья
• 2005 - Водородные подземные литоавтотрофные микробные экосистемы (SLiME): существуют ли они и почему нас это должно волновать?
• 2011 - Альтернативные пути фиксации углекислого газа: взгляд на раннюю эволюцию жизни?
• 1998 - Метаболизм водорода в организмах с оксигенным фотосинтезом: гидрогеназы как важные регуляторные устройства для правильного окислительно-восстановительного баланса?
• 1975 г. - Факультативный аноксигенный фотосинтез у цианобактерии Oscillatoria limnetica.
• 2003 - О происхождении клеток: гипотеза эволюционного перехода от абиотической геохимии к хемоавтотрофным прокариотам и от прокариот к ядерным клеткам.
• 2011 - Серпентинит и рассвет жизни
• 2010 - Как LUCA зарабатывала на жизнь? Хемиосмос в происхождении жизни
• 2012 - Возникновение и ранняя эволюция биологической фиксации углерода
• 2012 - Фотосинтетический перенос электронов в аноксигенной фотосинтетической бактерии Afifella (Rhodopseudomonas) marina, измеренный с помощью флуорометрии PAM.
• Бактериальная энергетика: трактат о структуре и функциях
• 2012 г. - Глубинные вариации изотопов углерода и кислорода в кальцитах в архейской измененной верхнеокеанской коре: последствия для потока CO2 из океана в океаническую кору в архее
• 2013 - Потепление водородно-азотного парникового эффекта в ранней атмосфере Земли
• 2010 - Аэрономические доказательства более высоких уровней CO2 в эпоху Гада на Земле.
• 2014 - От ионизирующего излучения к фотосинтезу
• 2011 - Центры металлов в анаэробном микробном метаболизме СО и СО2
• 2014 - Доказательства и аргументы в пользу метана и аммиака в самой ранней атмосфере Земли и раннего океана, богатого органическими соединениями.

Дело не в кислороде!

Этот вопрос указывает на два неуместных опасения. Один с кислородом. Я предполагаю, что это из-за его важности для нас, животных; однако, что касается фотосинтеза, кислород является просто отходами. Другой — с химическим уравнением, которое так же информативно, как верхняя строка коммерческого баланса. В центре внимания должна быть химическая проблема и то, что необходимо для ее решения.

Проблема в том, чтобы сделать сахар из углекислого газа

Цель фотосинтеза состоит в том, чтобы сделать сахар из углекислого газа. Почему это проблема?

• Отдельные атомы углерода в двуокиси углерода должны быть соединены вместе с помощью СС-связей. Для этого требуется энергия (в биологической форме АТФ).
• В сахарах большая часть атомов кислорода находится в ОН-группах. Поэтому нам нужно преобразовать C=O углекислого газа в C–OH (не выбрасывая кислород). Это восстановление углерода и требует «восстанавливающей силы» (в форме НАДФН), что также требует затрат энергии.

Солнце решает проблему, поставляя энергию

Энергия для создания восстанавливающих НАДФН и АТФ поступает от солнца в ходе сложной серии реакций, в которых не участвует углекислый газ. Свет определенной длины волны используется для разрыва водной связи, чтобы разделить заряд в реакции, которую я намеренно не буду уравновешивать:

(1) Н ₂ О → О ₂ + Н

Сложная серия реакций переносит Н (точнее, электрон) между различными молекулами, в конечном итоге восстанавливая НАДФ ⁺ до НАДФН. В то же время столь же сложный процесс создает разницу концентраций H ⁺ через мембрану, которая обеспечивает энергию для преобразования АДФ в АТФ.

Повторим еще раз: в реакции используется световая энергия для выработки химической энергии в виде НАДФН и АТФ. Кислород просто смывают в унитаз.

Теперь о кубиках Lego — так просто, что мы можем сделать это в темноте.

Собрав энергию солнца, у нас есть деньги в банке, которые мы можем потратить, когда захотим — днем ​​или ночью — на производство сахара из углекислого газа. Общее несбалансированное уравнение:

(2) СО ₂ + НАДФН + АТФ → С ₆ Н ₁₂ О ₆ + НАДФ ⁺ + АДФ

но на самом деле это сложная серия катализируемых ферментами реакций (известных как цикл Кальвина, если вам интересно).

Вы все еще хотите знать ответ?

Кислород, образующийся при фотосинтезе, поступает из воды, потому что это молекула, в которой связь разрывается солнечным светом, чтобы разделить заряд, что позволяет синтезировать молекулы с уменьшением мощности и потенциала передачи энергии. Углекислый газ является строительным блоком сахара, и он не только не разрушает связь C=O, но и преобразуется в C-OH путем восстановления углерода.

Я читал в Википедии, что в основном 3$O_2$происходит из воды в световой реакции, а во время цикла Кальвина$H_2O$образуется из ионов Н+ и$CO_2$сделать больше$H_2O$, который производит больше$O_2$в световой реакции.

В основном 3$O_2$пришел из воды и другие 3$O_2$пришел из$CO_2$-сделанный$H_2O$.

РЕДАКТИРОВАТЬ: уравнение$12H_2O$+$6CO_2$=>$C_6H_1$$_2$$O_6$+$6H_2O$+$6O_2$поэтому и все$O_2$ это из воды, а$O_2$в сахаре из$CO_2$и якобы доп.$O_2$оставшееся переходит в какое-то новое$H_2O$.