Сіз планетада қанша тірі ағза бар екенін ойлап көрдіңіз бе?! Ақыр соңында, олардың барлығы энергия өндіру және көмірқышқыл газын шығару үшін оттегін жұтуы керек. Бөлмедегі тоқырау сияқты құбылыстың негізгі себебі болып табылатын көмірқышқыл газы. Бұл оның ішінде көп адам болған кезде орын алады және бөлме ұзақ уақыт бойы желдетілмейді. Сонымен қатар, өндірістік нысандар, жеке автокөліктер мен қоғамдық көліктер ауаны улы заттармен толтырады.
Жоғарыда айтылғандарды ескере отырып, толығымен қисынды сұрақ туындайды: егер бүкіл тіршілік улы көмірқышқыл газының көзі болса, біз ол кезде қалай тұншығып қалмадық? Бұл жағдайда барлық тірі жандардың құтқарушысы - фотосинтез. Бұл процесс дегеніміз не және ол не үшін қажет?
Оның нәтижесі көмірқышқыл газының балансын реттеу және ауаны оттегімен қанықтыру. Мұндай процесс флора әлемінің өкілдеріне, яғни өсімдіктерге ғана белгілі, өйткені бұл олардың жасушаларында ғана кездеседі.
Фотосинтездің өзі белгілі бір жағдайларға байланысты және бірнеше жағдайда болатын өте күрделі процедура.кезеңдері.
Тұжырымдаманың анықтамасы
Ғылыми анықтамаға сәйкес, күн сәулесінің әсерінен автотрофты организмдерде жасушалық деңгейде фотосинтез кезінде органикалық заттар органикалық заттарға айналады.
Қарапайым тілмен айтсақ, фотосинтез дегеніміз мыналар болатын процесс:
- Өсімдік ылғалға қаныққан. Ылғалдың көзі жердегі су немесе ылғалды тропикалық ауа болуы мүмкін.
- Хлорофилл (өсімдіктерде кездесетін ерекше зат) күн энергиясына әрекет етеді.
- Флора өкілдеріне қажетті тағамның түзілуі, олар гетеротрофты жолмен өздігінен ала алмайтын, бірақ өздері оны өндіруші. Басқаша айтқанда, өсімдіктер өндіргенін жейді. Бұл фотосинтездің нәтижесі.
Бірінші кезең
Әрбір өсімдікте жасыл зат бар, соның арқасында ол жарықты сіңіре алады. Бұл зат хлорофиллден басқа ештеңе емес. Оның орны хлоропласт болып табылады. Бірақ хлоропласттар өсімдіктің сабақ бөлігінде және оның жемістерінде орналасады. Бірақ жапырақ фотосинтезі әсіресе табиғатта жиі кездеседі. Соңғысы құрылымы жағынан өте қарапайым және салыстырмалы түрде үлкен беті болғандықтан, құтқару процесін жалғастыру үшін қажетті энергия мөлшері әлдеқайда көп болады.
Жарықты хлорофилл жұтқанда, соңғысы қозу күйінде болады және оныңэнергетикалық хабарламаларды өсімдіктің басқа органикалық молекулаларына жібереді. Мұндай энергияның ең көп мөлшері фотосинтез процесіне қатысушыларға түседі.
Екінші кезең
Екінші кезеңде фотосинтездің қалыптасуы жарықтың міндетті түрде қатысуын қажет етпейді. Ол ауа массалары мен судан түзілетін улы көмірқышқыл газын пайдаланып химиялық байланыстардың түзілуінен тұрады. Сондай-ақ флора өкілдерінің өмірлік белсенділігін қамтамасыз ететін көптеген заттардың синтезі бар. Бұл крахмал, глюкоза.
Өсімдіктерде мұндай органикалық элементтер тіршілік процестерінің қалыпты жүруін қамтамасыз ете отырып, өсімдіктің жеке бөліктерінің қоректену көзі ретінде әрекет етеді. Мұндай заттарды өсімдіктерді тамаққа жейтін фауна өкілдері де алады. Адам ағзасы бұл заттарға күнделікті рационға кіретін тағам арқылы қаныққан.
Не? Қайда? Қашан?
Органикалық заттардың органикалық болуы үшін фотосинтезге сәйкес жағдайларды қамтамасыз ету қажет. Қарастырылып отырған процесс үшін, ең алдымен, жарық қажет. Біз жасанды және күн сәулесі туралы айтып отырмыз. Табиғатта өсімдіктердің белсенділігі әдетте көктемде және жазда, яғни күн энергиясының көп мөлшерін қажет ететін қарқындылықпен сипатталады. Жарық азайып, күн қысқарып бара жатқан күз мезгілі туралы не айтуға болмайды. Нәтижесінде жапырақтары сарыға айналады, содан кейін толығымен құлап кетеді. Бірақ көктемгі күннің алғашқы сәулелері түсе салысымен жасыл шөп көтеріледі, олар бірден өз қызметін жалғастырады.хлорофиллдер және оттегі мен басқа да маңызды қоректік заттардың белсенді өндірілуі басталады.
Фотосинтез жағдайлары тек жарық емес. Ылғал да жеткілікті болуы керек. Өйткені, өсімдік алдымен ылғалды сіңіреді, содан кейін күн энергиясының қатысуымен реакция басталады. Өсімдіктерге арналған тағам осы процестің нәтижесі.
Жасыл заттың қатысуымен ғана фотосинтез жүреді. Хлорофиллдер дегеніміз не, біз жоғарыда айттық. Олар жарық немесе күн энергиясы мен өсімдіктің өзі арасында өткізгіш ретінде әрекет етеді, олардың өмірі мен қызметінің дұрыс жүруін қамтамасыз етеді. Жасыл заттардың көптеген күн сәулелерін сіңіру қабілеті бар.
Оттегі де маңызды рөл атқарады. Фотосинтез процесі сәтті болуы үшін өсімдіктерге оның көп мөлшері қажет, өйткені оның құрамында бар болғаны 0,03% көмір қышқылы бар. Сонымен, 20 000 м3 ауадан 6 м3 қышқыл алуға болады. Бұл глюкозаның негізгі бастапқы материалы болып табылатын соңғы зат, ол өз кезегінде өмірге қажетті зат болып табылады.
Фотосинтездің екі кезеңі бар. Біріншісі жарық, екіншісі қараңғы деп аталады.
Жарық сатысының ағынының механизмі қандай
Фотосинтездің жеңіл сатысының басқа атауы бар - фотохимиялық. Бұл кезеңдегі негізгі қатысушылар:
- күн энергиясы;
- түрлі пигменттер.
Бірінші компонентте бәрі анық, күн сәулесі. БІРАҚбұл пигменттер дегенді бәрі біле бермейді. Олар жасыл, сары, қызыл немесе көк. «А» және «В» топтарының хлорофиллдері сәйкесінше жасылға, фикобилиндер сары және қызыл/көк түстерге жатады. Процестің осы сатысына қатысушылар арасындағы фотохимиялық белсенділікті тек «А» хлорофиллдері көрсетеді. Қалғандары бір-бірін толықтырушы рөл атқарады, оның мәні жарық кванттарын жинау және оларды фотохимиялық орталыққа тасымалдау болып табылады.
Хлорофилл белгілі бір толқын ұзындығында күн энергиясын тиімді сіңіру қабілетімен қамтамасыз етілгендіктен, келесі фотохимиялық жүйелер анықталды:
- Фотохимиялық орталық 1 («А» тобындағы жасыл заттар) – ұзындығы шамамен 700 нм болатын жарық сәулелерін жұтатын 700 пигменті композицияға кіреді. Бұл пигмент фотосинтездің жеңіл сатысының өнімдерін жасауда негізгі рөл атқарады.
- 2-фотохимиялық орталық («В» тобындағы жасыл заттар) - композицияға ұзындығы 680 нм болатын жарық сәулелерін сіңіретін 680 пигмент кіреді. Ол фотохимиялық орталық жоғалтқан электрондарды толықтыру функциясынан тұратын екінші реттік рөлге ие 1. Ол сұйықтықтың гидролизі есебінен қол жеткізіледі.
1 және 2 фотожүйелерде жарық ағындарын шоғырландыратын 350–400 пигменттік молекулалар үшін фотохимиялық белсенді пигменттің бір ғана молекуласы бар – «А» тобындағы хлорофил.
Не болып жатыр?
1. Өсімдік сіңіретін жарық энергиясы оның құрамындағы пигмент 700-ге әсер етеді, ол қалыпты күйден қоздырылған күйге ауысады. Пигментті жоғалтадыэлектрон, нәтижесінде электронды тесік деп аталатын пайда болады. Әрі қарай электронын жоғалтқан пигмент молекуласы оның акцепторы, яғни электронды қабылдайтын жағы ретінде әрекет етіп, өз пішініне оралуы мүмкін.
2. Фотожүйенің жарық сіңіретін пигмент 680 фотохимиялық орталығында сұйық ыдырау процесі 2. Судың ыдырауы кезінде электрондар түзіледі, олар бастапқыда С550 цитохромы сияқты затпен қабылданады және Q әрпімен белгіленеді., цитохромнан электрондар тасымалдаушы тізбегіне еніп, жарық кванттарының енуінің және 700 пигментінің тотықсыздану процесінің нәтижесі болған электронды тесікті толтыру үшін фотохимиялық орталық 1-ге тасымалданады.
Мұндай молекула алдыңғыға ұқсас электронды қайтарып алатын жағдайлар бар. Бұл жарық энергиясының жылу түрінде бөлінуіне әкеледі. Бірақ әрқашан дерлік теріс заряды бар электрон арнайы темір-күкірт белоктарымен біріктіріліп, тізбектердің бірі бойымен 700 пигментіне ауысады немесе басқа тасымалдаушы тізбегіне еніп, тұрақты акцептормен қайта қосылады.
Бірінші нұсқада циклдік тұйық типті электрон тасымалдау, екіншісінде - циклдік емес.
Екі процесс те фотосинтездің бірінші сатысында электрон тасымалдаушылардың бір тізбегі арқылы катализденеді. Бірақ айта кету керек, циклдік типті фотофосфорлану кезінде бастапқы және бір мезгілде тасымалдаудың соңғы нүктесі хлорофилл болып табылады, ал циклдік емес тасымалдау «В» тобындағы жасыл заттың ауысуын білдіреді.хлорофилл "А".
Циклдік тасымалдаудың ерекшеліктері
Циклдік фосфорлануды фотосинтетикалық деп те атайды. Осы процестің нәтижесінде АТФ молекулалары түзіледі. Бұл тасымалдау электрондардың қозғалған күйдегі 700 пигментіне бірнеше дәйекті сатылар арқылы қайтарылуына негізделген, нәтижесінде энергия бөлінеді, ол АТФ фосфатында одан әрі жинақтау мақсатында фосфорланатын ферменттер жүйесінің жұмысына қатысады. облигациялар. Яғни, энергия бөлінбейді.
Циклдік фосфорлану – күн сәулесінің энергиясын пайдаланып хлоропласт тилактоидтарының мембрана беттерінде химиялық энергияны генерациялау технологиясына негізделген фотосинтездің бастапқы реакциясы.
Фотосинтездік фосфорланусыз фотосинтездің қараңғы фазасындағы ассимиляция реакциялары мүмкін емес.
Циклдік емес түрдегі тасымалдау нюанстары
Процесс NADP+ қалпына келуінен және NADPH түзілуінен тұрады. Механизм электронның ферредоксинге берілуіне, оның тотықсыздану реакциясына және одан әрі NADPH-ге дейін тотықсыздануымен NADP+-ға өтуіне негізделген.
Нәтижесінде 700 пигментінен айырылған электрондар 2-фотожүйедегі жарық сәулелерінің әсерінен ыдырайтын су электрондарының арқасында толықтырылады.
Ағыны жеңіл фотосинтезді де білдіретін электрондардың циклді емес жолы екі фотожүйенің де бір-бірімен әрекеттесуі арқылы жүзеге асады, олардың электронды тасымалдау тізбектерін байланыстырады. Жарқырағанэнергия электрондар ағынын кері бағыттайды. 1-фотохимиялық орталықтан 2-орталыққа тасымалдаған кезде электрондар тилактоидтардың мембрана бетінде протондық потенциал ретінде жинақталуына байланысты энергиясының бір бөлігін жоғалтады.
Фотосинтездің қараңғы фазасында электрондарды тасымалдау тізбегінде протонды типті потенциалды құру процесі және оны хлоропластарда АТФ түзу үшін пайдалану митохондриядағы бірдей процесспен дерлік бірдей. Бірақ мүмкіндіктер әлі де бар. Тилактоидтар бұл жағдайдағы митохондриялар болып табылады. Бұл электрондар мен протондардың митохондриялық мембранадағы тасымалдау ағынына қатысты мембрана арқылы қарама-қарсы бағытта қозғалуының негізгі себебі. Электрондар сыртқа тасымалданады, ал протондар тилактикалық матрицаның ішкі бөлігінде жинақталады. Соңғысы тек оң зарядты қабылдайды, ал тилактоидтың сыртқы қабығы теріс. Бұдан шығатыны, протон типті градиенттің жолы оның митохондриядағы жолына қарама-қарсы.
Келесі мүмкіндікті протондар потенциалындағы үлкен рН деңгейі деп атауға болады.
Үшінші ерекшелік – тилактоидтық тізбекте тек екі конъюгация учаскесінің болуы және нәтижесінде АТФ молекуласының протондарға қатынасы 1:3.
Қорытынды
Бірінші кезеңде фотосинтез – жарық энергиясының (жасанды және жасанды емес) өсімдікпен әрекеттесуі. Жасыл заттар сәулелерге әсер етеді - хлорофиллдер, олардың көпшілігі жапырақтарда кездеседі.
АТФ және NADPH түзілуі осындай реакцияның нәтижесі болып табылады. Бұл өнімдер қараңғы реакциялардың пайда болуы үшін қажет. Демек, жарық кезеңі міндетті процесс, онсыз екінші кезең – қараңғы кезең болмайды.
Қараңғы кезең: мәні мен ерекшеліктері
Қараңғы фотосинтез және оның реакциялары көмірсутектерді өндіру арқылы көмірқышқыл газын органикалық текті заттарға айналдыру процедурасы. Мұндай реакциялардың жүзеге асуы хлоропласттың стромасында жүреді және фотосинтездің бірінші сатысының өнімдері – жарық оларға белсенді қатысады.
Фотосинтездің қараңғы кезеңінің механизмі циклділігімен сипатталатын көмірқышқыл газын ассимиляциялау процесіне (фотохимиялық карбоксилдену, Кальвин циклі деп те аталады) негізделген. Үш кезеңнен тұрады:
- Карбоксилдену - CO2 қосу.
- Қалпына келтіру кезеңі.
- Рибулоза дифосфатты регенерация фазасы.
Рибулофосфат, бес көміртегі атомы бар қант АТФ арқылы фосфорланады, нәтижесінде рибулоза дифосфаты пайда болады, ол СО2 өнімімен алты көміртегімен біріктіру арқылы әрі қарай карбоксилденеді. су молекуласымен әрекеттескенде ыдырайды, фосфоглицерин қышқылының екі молекулалық бөлшектерін жасайды. Содан кейін бұл қышқыл ферментативті реакцияны жүзеге асыруда толық тотықсыздану курсынан өтеді, ол үшін үш көміртекті қантты - үш көміртекті қантты, триозаны немесе альдегидті қалыптастыру үшін АТФ және НАДФ болуы қажет.фосфоглицерин. Осындай екі триоза конденсацияланған кезде крахмал молекуласының құрамдас бөлігі бола алатын және резервте жөндеуге болатын гексоза молекуласы алынады.
Бұл фаза фотосинтез процесі кезінде бір СО молекуласының сіңуімен аяқталады2 және үш ATP молекуласы мен төрт Н атомын қолдану. Гексозафосфат реакцияларға сәйкес келеді. пентозофосфат циклінің нәтижесінде пайда болған рибулоза фосфаты регенерацияланады, ол басқа көмір қышқылы молекуласымен қайта қосыла алады.
Карбоксилдену, қалпына келтіру, регенерация реакцияларын фотосинтез жүретін жасушаға ғана тән деп атауға болмайды. Процестердің «біртекті» барысы қандай екенін де айта алмайсыз, өйткені айырмашылық әлі де бар - қалпына келтіру процесінде OVERH емес, NADPH пайдаланылады.
Рибулоза дифосфаттың CO2 қосылуы рибулоза дифосфаткарбоксилазасымен катализденеді. Реакция өнімі 3-фосфоглицерат, ол NADPH2 және АТФ арқылы глицеральдегид-3-фосфатқа дейін тотықсызданады. Тотықсыздану процесі глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа арқылы катализденеді. Соңғысы дигидроксиацетонфосфатқа оңай айналады. фруктоза бисфосфаты түзіледі. Оның кейбір молекулалары рибулоза дифосфатының регенерациялану процесіне қатысады, циклды жабады, ал екінші бөлігі фотосинтез жасушаларында көмірсулар қорын жасауға пайдаланылады, яғни көмірсу фотосинтезі жүреді.
Жарық энергиясы органикалық заттардың фосфорлануы мен синтезі үшін қажетшығу тегі, ал органикалық заттардың тотығу энергиясы тотықтырғыш фосфорлану үшін қажет. Сондықтан өсімдіктер жануарлар мен басқа гетеротрофты организмдерге өмір береді.
Өсімдік жасушасындағы фотосинтез осылай жүреді. Оның өнімі көмірсулар болып табылады, олар органикалық шыққан флора әлемі өкілдерінің көптеген заттардың көміртек қаңқасын құруға қажет.
Азотты-органикалық түрдегі заттар бейорганикалық нитраттардың, ал күкірттің аминқышқылдарының сульфгидрильді топтарына дейін сульфаттардың тотықсыздануы есебінен фотосинтездеуші организмдерде ассимиляцияланады. Белоктардың, нуклеин қышқылдарының, липидтердің, көмірсулардың, кофакторлардың түзілуін, атап айтқанда фотосинтезді қамтамасыз етеді. Өсімдіктер үшін өмірлік маңызы бар заттардың «ассортименті» деген не екені қазірдің өзінде айтылды, бірақ бағалы дәрілік заттар (флавоноидтар, алкалоидтар, терпендер, полифенолдар, стероидтар, органикалық қышқылдар және т.б.) болып табылатын қайталама синтез өнімдері туралы бір ауыз сөз айтылмады.). Сондықтан, артық айтпай-ақ, фотосинтез өсімдіктердің, жануарлардың және адамдардың тіршілігінің кілті деп айта аламыз.
