Ar kada susimąstėte, kiek gyvų organizmų yra planetoje?! O juk jiems visiems reikia įkvėpti deguonies, kad susidarytų energija ir iškvėptų anglies dvideginį. Būtent anglies dioksidas yra pagrindinė tokio reiškinio kaip tvankuma kambaryje priežastis. Tai vyksta, kai joje daug žmonių, o patalpa ilgai nevėdinama. Be to, pramoniniai įrenginiai, privatūs automobiliai ir viešasis transportas užpildo orą nuodingomis medžiagomis.
Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau, kyla visiškai logiškas klausimas: kaip mes tada neuždusome, jei visa gyvybė yra nuodingo anglies dioksido š altinis? Visų gyvų būtybių gelbėtojas šioje situacijoje yra fotosintezė. Kas yra šis procesas ir kodėl tai būtina?
Jo rezultatas – sureguliuotas anglies dioksido balansas ir oro prisotinimas deguonimi. Tokį procesą žino tik floros pasaulio atstovai, tai yra augalai, nes jis vyksta tik jų ląstelėse.
Pati fotosintezė yra labai sudėtinga procedūra, kuri priklauso nuo tam tikrų sąlygų ir vyksta kelioseetapai.
Sąvokos apibrėžimas
Pagal mokslinį apibrėžimą, dėl saulės spindulių poveikio autotrofiniuose organizmuose fotosintezės metu organinės medžiagos virsta organinėmis medžiagomis.
Paprasčiau tariant, fotosintezė yra procesas, kurio metu vyksta:
- Augalas prisotintas drėgmės. Drėgmės š altinis gali būti vanduo iš žemės arba drėgnas atogrąžų oras.
- Chlorofilas (ypatinga augaluose randama medžiaga) reaguoja į saulės energiją.
- Floros atstovams būtino maisto, kurio heterotrofiniu būdu jie negali gauti patys, susidarymas, tačiau jie patys yra jo gamintojai. Kitaip tariant, augalai valgo tai, ką gamina. Tai fotosintezės rezultatas.
Pirmasis etapas
Praktiškai kiekviename augale yra žaliosios medžiagos, kurios dėka jis gali sugerti šviesą. Ši medžiaga yra ne kas kita, kaip chlorofilas. Jo vieta yra chloroplastai. Tačiau chloroplastai yra augalo stiebo dalyje ir jo vaisiuose. Tačiau gamtoje ypač paplitusi lapų fotosintezė. Kadangi pastarasis yra gana paprastas savo struktūra ir turi gana didelį paviršių, tai reiškia, kad energijos kiekis, reikalingas gelbėjimo procesui, bus daug didesnis.
Kai šviesą sugeria chlorofilas, pastarasis yra susijaudinęs irperduoda energijos pranešimus kitoms organinėms augalo molekulėms. Daugiausia tokios energijos atitenka fotosintezės proceso dalyviams.
Antras etapas
Fotosintezės susidarymui antrajame etape nereikia privalomo šviesos dalyvavimo. Jį sudaro cheminių jungčių susidarymas naudojant nuodingą anglies dioksidą, susidarantį iš oro masių ir vandens. Taip pat yra daugybės medžiagų, užtikrinančių gyvybinę floros atstovų veiklą, sintezė. Tai krakmolas, gliukozė.
Augaluose tokie organiniai elementai veikia kaip atskirų augalo dalių mitybos š altinis, tuo pačiu užtikrinant normalią gyvybės procesų eigą. Tokių medžiagų gauna ir augalus maistui valgančios faunos atstovai. Žmogaus kūnas yra prisotinamas šių medžiagų per maistą, kuris yra įtrauktas į kasdienę mitybą.
Ką? kur? Kada?
Kad organinės medžiagos taptų organinėmis, būtina sudaryti tinkamas sąlygas fotosintezei. Nagrinėjamam procesui visų pirma reikia šviesos. Kalbame apie dirbtinę ir saulės šviesą. Gamtoje augalų aktyvumas dažniausiai pasižymi intensyvumu pavasarį ir vasarą, tai yra, kai reikia daug saulės energijos. Ko nepasakytum apie rudens sezoną, kai šviesos vis mažiau, diena trumpėja. Dėl to lapija pagelsta, o tada visiškai nukrenta. Tačiau kai tik nušvis pirmieji pavasariniai saulės spinduliai, iškils žalia žolė, jie tuoj pat tęs savo veiklą.chlorofilų, prasidės aktyvi deguonies ir kitų gyvybiškai svarbių maistinių medžiagų gamyba.
Fotosintezės sąlygos apima ne tik šviesą. Drėgmės taip pat turėtų pakakti. Galų gale, augalas pirmiausia sugeria drėgmę, o tada prasideda reakcija, dalyvaujant saulės energijai. Augalinis maistas yra šio proceso rezultatas.
Fotosintezė vyksta tik esant žaliajai medžiagai. Kas yra chlorofilai, mes jau sakėme aukščiau. Jie veikia kaip tam tikras laidininkas tarp šviesos ar saulės energijos ir paties augalo, užtikrina tinkamą jų gyvenimo ir veiklos eigą. Žaliosios medžiagos turi savybę sugerti daugelį saulės spindulių.
Deguonis taip pat vaidina svarbų vaidmenį. Kad fotosintezės procesas vyktų sėkmingai, augalams jo reikia daug, nes jame yra tik 0,03% anglies rūgšties. Taigi iš 20 000 m3 oro galite gauti 6 m3 rūgšties. Būtent pastaroji medžiaga yra pagrindinė gliukozės, kuri, savo ruožtu, yra gyvybei reikalinga medžiaga, š altinis.
Yra du fotosintezės etapai. Pirmasis vadinamas šviesiu, antrasis yra tamsus.
Koks yra šviesos scenos srauto mechanizmas
Šviesos fotosintezės stadija turi kitą pavadinimą – fotocheminė. Pagrindiniai šio etapo dalyviai yra:
- saulės energija;
- pigmentų įvairovė.
Su pirmuoju komponentu viskas aišku, tai saulės šviesa. BETštai kas yra pigmentai, ne visi žino. Jie yra žali, geltoni, raudoni arba mėlyni. "A" ir "B" grupių chlorofilai priklauso atitinkamai žaliai, fikobilinai - geltonai ir raudonai / mėlynai. Fotocheminį aktyvumą tarp dalyvių šiame proceso etape rodo tik chlorofilai „A“. Likusieji atlieka papildomą vaidmenį, kurio esmė yra šviesos kvantų surinkimas ir jų transportavimas į fotocheminį centrą.
Kadangi chlorofilas turi galimybę efektyviai sugerti saulės energiją esant tam tikram bangos ilgiui, buvo nustatytos šios fotocheminės sistemos:
- Fotocheminis centras 1 (žalios "A" grupės medžiagos) - į kompoziciją įtrauktas pigmentas 700, sugeriantis šviesos spindulius, kurių ilgis yra apie 700 nm. Šis pigmentas atlieka pagrindinį vaidmenį kuriant šviesos fotosintezės etapo produktus.
- Fotocheminis centras 2 (žaliosios "B" grupės medžiagos) - kompozicijoje yra pigmentas 680, kuris sugeria šviesos spindulius, kurių ilgis yra 680 nm. Jam tenka antraeilis vaidmuo, kurį sudaro fotocheminio centro 1 prarastų elektronų papildymo funkcija. Tai pasiekiama dėl skysčio hidrolizės.
350–400 pigmento molekulių, kurios koncentruoja šviesos srautus 1 ir 2 fotosistemose, yra tik viena pigmento molekulė, kuri yra fotochemiškai aktyvi – „A“grupės chlorofilas.
Kas vyksta?
1. Šviesos energija, kurią sugeria augalas, veikia jame esantį pigmentą 700, kuris iš normalios būsenos pereina į sužadinimo būseną. Pigmentas prarandaelektroną, todėl susidaro vadinamoji elektronų skylė. Be to, pigmento molekulė, praradusi elektroną, gali veikti kaip akceptorius, ty elektroną priimanti pusė, ir grįžti į savo formą.
2. Skysčio skilimo procesas fotosistemos 2 šviesą sugeriančio pigmento 680 fotocheminiame centre. Vandeniui irstant susidaro elektronai, kuriuos iš pradžių priima tokia medžiaga kaip citochromas C550 ir žymimi raide Q. Tada, iš citochromo, elektronai patenka į nešiklio grandinę ir yra transportuojami į fotocheminį centrą 1, kad užpildytų elektronų skylę, kuri atsirado dėl šviesos kvantų prasiskverbimo ir pigmento 700 redukcijos proceso.
Būna atvejų, kai tokia molekulė sugrąžina elektroną, identišką ankstesniajam. Dėl to bus išleista šviesos energija šilumos pavidalu. Tačiau beveik visada elektronas su neigiamu krūviu susijungia su specialiais geležies-sieros b altymais ir per vieną iš grandinių perkeliamas į pigmentą 700 arba patenka į kitą nešiklio grandinę ir vėl susijungia su nuolatiniu akceptoriumi.
Pirmajame variante yra ciklinis uždaro tipo elektronų pernešimas, antrajame - neciklinis.
Pirmajame fotosintezės etape abu procesus katalizuoja ta pati elektronų nešėjų grandinė. Tačiau reikia pažymėti, kad ciklinio tipo fotofosforilinimo metu pradinis ir kartu galutinis transportavimo taškas yra chlorofilas, o neciklinis transportavimas reiškia "B" grupės žaliosios medžiagos perėjimą įchlorofilas "A".
Ciklinio transporto ypatybės
Ciklinis fosforilinimas dar vadinamas fotosinteziniu. Dėl šio proceso susidaro ATP molekulės. Šis pernešimas pagrįstas sužadintos būsenos elektronų grįžimu į pigmentą 700 per keletą nuoseklių etapų, dėl kurių išsiskiria energija, kuri dalyvauja fosforilinimo fermentų sistemos darbe, siekiant tolesnio kaupimosi ATP fosfate. obligacijų. Tai yra, energija neišsisklaido.
Ciklinis fosforilinimas yra pirminė fotosintezės reakcija, kuri pagrįsta cheminės energijos generavimo ant chloroplastų tilaktoidų membranų paviršių naudojant saulės šviesos energiją technologija.
Be fotosintetinio fosforilinimo asimiliacijos reakcijos tamsiojoje fotosintezės fazėje neįmanomos.
Neciklinio tipo transportavimo niuansai
Procesą sudaro NADP+ atkūrimas ir NADPH formavimas. Mechanizmas pagrįstas elektrono perkėlimu į ferredoksiną, jo redukcijos reakcija ir vėlesniu perėjimu prie NADP+, toliau redukuojant į NADPH.
Todėl elektronai, praradę pigmentą 700, pasipildo vandens elektronų dėka, kurie skaidosi veikiant šviesos spinduliams fotosistemoje 2.
Neciklinis elektronų kelias, kurio srautas taip pat reiškia šviesos fotosintezę, vyksta abiem fotosistemoms sąveikaujant tarpusavyje, susieja jų elektronų pernešimo grandines. Šviečiantienergija nukreipia elektronų srautą atgal. Pernešant iš fotocheminio centro 1 į centrą 2, elektronai praranda dalį savo energijos dėl to, kad jie kaupiasi kaip protonų potencialas ant tilaktoidų membranos paviršiaus.
Tamsiojoje fotosintezės fazėje protonų tipo potencialo elektronų transportavimo grandinėje sukūrimo ir jo panaudojimo ATP susidarymui chloroplastuose procesas yra beveik visiškai identiškas tam pačiam procesui mitochondrijose. Tačiau funkcijos vis dar yra. Tilaktoidai šioje situacijoje yra mitochondrijos, apverstos iš vidaus. Tai yra pagrindinė priežastis, kodėl elektronai ir protonai juda per membraną priešinga kryptimi, palyginti su transportavimo srautu mitochondrijų membranoje. Elektronai išnešami į išorę, o protonai kaupiasi tilaktinės matricos viduje. Pastarasis priima tik teigiamą krūvį, o išorinė tilaktoido membrana yra neigiama. Iš to išplaukia, kad protono tipo gradiento kelias yra priešingas jo keliui mitochondrijose.
Kita savybė gali būti vadinama dideliu protonų potencialo pH lygiu.
Trečias požymis yra tai, kad tilaktoidinėje grandinėje yra tik dvi konjugacijos vietos, todėl ATP molekulės ir protonų santykis yra 1:3.
Išvada
Pirmajame etape fotosintezė yra šviesos energijos (dirbtinės ir nedirbtinės) sąveika su augalu. Žaliosios medžiagos reaguoja į spindulius – chlorofilus, kurių dauguma yra lapuose.
ATP ir NADPH susidarymas yra tokios reakcijos rezultatas. Šie produktai yra būtini tamsioms reakcijoms atsirasti. Todėl šviesioji stadija yra privalomas procesas, be kurio antroji – tamsioji stadija – neįvyks.
Tamsioji stadija: esmė ir savybės
Tamsioji fotosintezė ir jos reakcijos – tai anglies dioksido pavertimo organinės kilmės medžiagomis procesas, gaminantis angliavandenius. Tokios reakcijos vyksta chloroplasto stromoje ir pirmosios fotosintezės stadijos produktuose – šviesa juose aktyviai dalyvauja.
Tamsiosios fotosintezės stadijos mechanizmas pagrįstas anglies dioksido asimiliacijos procesu (dar vadinamu fotocheminiu karboksilinimu, Kalvino ciklu), kuriam būdingas cikliškumas. Susideda iš trijų fazių:
- Karboksilinimas – CO pridėjimas2.
- Atkūrimo etapas.
- Ribulozės difosfato regeneracijos fazė.
Ribulofosfatas, cukrus, turintis penkis anglies atomus, yra fosforilinamas ATP, todėl susidaro ribulozės difosfatas, kuris toliau karboksilinamas derinant su CO2 produktu su šešiais anglies atomais, kuris akimirksniu suyra sąveikaudamas su vandens molekule, sudarydamas dvi molekulines fosfoglicerino rūgšties daleles. Tada ši rūgštis visiškai redukuojama vykdant fermentinę reakciją, kuriai reikalingas ATP ir NADP buvimas, kad susidarytų cukrus su trimis anglimis - trijų anglies cukrumi, trioze arba aldehidu.fosfoglicerolis. Kai kondensuojasi dvi tokios triozės, gaunama heksozės molekulė, kuri gali tapti neatsiejama krakmolo molekulės dalimi ir gali būti derinama rezerve.
Ši fazė baigiasi vienos CO molekulės absorbcija fotosintezės procese2 ir trijų ATP molekulių bei keturių H atomų panaudojimu. Heksozės fosfatas tinka reakcijoms Pentozės fosfato ciklo metu gaunamas ribulozės fosfatas regeneruojamas, kuris gali rekombinuotis su kita anglies rūgšties molekule.
Karboksilinimo, atkūrimo, regeneracijos reakcijos negali būti vadinamos specifinėmis tik ląstelei, kurioje vyksta fotosintezė. Negalite pasakyti, kas yra „homogeniška“procesų eiga, nes skirtumas vis dar egzistuoja – atkūrimo proceso metu naudojamas NADPH, o ne OVERH.
CO2 ribulozės difosfatu katalizuoja ribulozės difosfato karboksilaze. Reakcijos produktas yra 3-fosfogliceratas, kurį NADPH2 ir ATP redukuoja iki gliceraldehido-3-fosfato. Redukcijos procesą katalizuoja gliceraldehido-3-fosfato dehidrogenazė. Pastarasis lengvai paverčiamas dihidroksiacetono fosfatu. susidaro fruktozės bisfosfatas. Kai kurios jo molekulės dalyvauja riboliozės difosfato regeneracijos procese, uždarydamos ciklą, o antroji dalis naudojama angliavandenių atsargoms fotosintezės ląstelėse sukurti, tai yra, vyksta angliavandenių fotosintezė.
Šviesos energija būtina fosforilinti ir organinių medžiagų sintezeikilmės, o oksidaciniam fosforilinimui būtina organinių medžiagų oksidacijos energija. Štai kodėl augalija suteikia gyvybę gyvūnams ir kitiems heterotrofiniams organizmams.
Fotosintezė augalo ląstelėje vyksta tokiu būdu. Jo produktas – angliavandeniai, reikalingi daugelio floros pasaulio atstovų medžiagų, kurios yra organinės kilmės, anglies skeletams sukurti.
Azoto-organinio tipo medžiagos asimiliuojamos fotosintetiniuose organizmuose dėl neorganinių nitratų redukcijos, o siera – dėl sulfatų redukavimo į aminorūgščių sulfhidrilo grupes. Užtikrina b altymų, nukleino rūgščių, lipidų, angliavandenių, kofaktorių susidarymą, būtent fotosintezę. Kas yra augalams gyvybiškai svarbių medžiagų „asortimentas“, jau buvo akcentuota, tačiau nė žodžio nepasakyta apie antrinės sintezės produktus, kurie yra vertingos vaistinės medžiagos (flavonoidai, alkaloidai, terpenai, polifenoliai, steroidai, organinės rūgštys ir kt.). Todėl neperdėdami galime teigti, kad fotosintezė yra raktas į augalų, gyvūnų ir žmonių gyvenimą.
