Сиз планетада канча тирүү организм бар экенин ойлонуп көрдүңүз беле?! Анан дагы, алар энергияны иштеп чыгуу жана көмүр кычкыл газын чыгаруу үчүн кычкылтек менен дем алышы керек. Бул көмүр кычкыл газы бөлмөдө тыгылып калуу сыяктуу көрүнүштүн негизги себеби болуп саналат. Ал жерде адам көп болгондо жана бөлмө көпкө чейин желдетилбегенде болот. Мындан тышкары, өнөр жай объектилери, жеке автоунаалар жана коомдук транспорттор абаны уулуу заттарга толтурууда.
Жогорудагыларды эске алып, толугу менен логикалык суроо туулат: эгерде бүт тиричилик уулуу көмүр кычкыл газынын булагы болсо, анда биз кантип муунган жокпуз? Бул абалдагы бүт жандыктардын куткаруучусу – фотосинтез. Бул процесс деген эмне жана ал эмне үчүн керек?
Анын натыйжасы көмүр кычкыл газынын балансын жөнгө салуу жана абанын кычкылтек менен каныктыруу болуп саналат. Мындай процесс флора, б.а., өсүмдүктөр дүйнөсүнүн өкүлдөрүнө гана белгилүү, анткени ал алардын клеткаларында гана кездешет.
Фотосинтездин өзү өтө татаал процедура, белгилүү бир шарттарга жараша жана бир нече жерде пайда болот.этаптар.
Түшүнүктүн аныктамасы
Илимий аныктамага ылайык, органикалык заттар күн нурунун таасиринен автотрофтуу организмдерде клеткалык деңгээлдеги фотосинтез учурунда органикалык заттарга айланат.
Жөнөкөй сөз менен айтканда, фотосинтез бул төмөнкү процесстердин ишке ашуусу:
- Өсүмдүк нымга каныккан. Нымдуулуктун булагы жердеги суу же нымдуу тропикалык аба болушу мүмкүн.
- Хлорофилл (өсүмдүктө кездешүүчү өзгөчө зат) күндүн энергиясына реакция кылат.
- Флоранын өкүлдөрү үчүн зарыл болгон тамак-аштын калыптанышы, алар гетеротрофтук жол менен өз алдынча ала алышпайт, бирок өздөрү аны өндүрүүчү болуп саналат. Башкача айтканда, өсүмдүктөр өндүргөн нерсени жейт. Бул фотосинтездин натыйжасы.
Биринчи этап
Иш жүзүндө ар бир өсүмдүк жашыл затты камтыйт, анын аркасында ал жарыкты сиңире алат. Бул зат хлорофиллден башка эч нерсе эмес. Анын жайгашкан жери хлоропласттар. Бирок хлоропласттар өсүмдүктүн жана анын мөмөлөрүнүн сабагында жайгашкан. Бирок жалбырак фотосинтези жаратылышта өзгөчө кеңири таралган. Акыркысы түзүлүшү боюнча абдан жөнөкөй жана салыштырмалуу чоң бетке ээ болгондуктан, куткаруу процессин улантуу үчүн талап кылынган энергиянын көлөмү алда канча көп болот.
Жарыкты хлорофилл сиңиргенде, экинчиси толкундануу абалында болот жана анынөсүмдүктүн башка органикалык молекулаларына энергетикалык кабарларды өткөрүп берет. Мындай энергиянын эң чоң көлөмү фотосинтез процессинин катышуучуларына кетет.
Экинчи этап
Экинчи этапта фотосинтездин пайда болушу жарыктын милдеттүү түрдө катышуусун талап кылбайт. Ал аба массаларынан жана суудан пайда болгон уулуу көмүр кычкыл газын колдонуу менен химиялык байланыштарды түзүүдө турат. Ошондой эле флоранын өкүлдөрүнүн тиричилик активдүүлүгүн камсыз кылуучу көптөгөн заттардын синтези бар. Булар крахмал, глюкоза.
Өсүмдүктөрдө мындай органикалык элементтер жашоо процесстеринин нормалдуу жүрүшүн камсыз кылуу менен бирге өсүмдүктүн айрым бөлүктөрүн азыктандыруучу булак болуп иштейт. Мындай заттарды өсүмдүктөрдү тамак үчүн жеген фауна өкүлдөрү да алышат. Адамдын организми бул заттарга күнүмдүк рационго кирген тамак-аш аркылуу каныккан.
Эмне? Кайда? Качан?
Органикалык заттардын органикалык болушу үчүн фотосинтез үчүн тиешелүү шарттарды камсыз кылуу зарыл. Каралып жаткан процесс үчүн, биринчи кезекте, жарык керек. Биз жасалма жана күн нуру жөнүндө сөз болуп жатат. Жаратылышта өсүмдүктөрдүн активдүүлүгү, адатта, жаз жана жай мезгилинде, башкача айтканда, көп сандагы күн энергиясына муктаждык болгондо интенсивдүүлүк менен мүнөздөлөт. Күз мезгили жөнүндө эмне айтууга болбойт, жарык азайып, күн кыскарып баратат. Натыйжада, жалбырактары саргайып, андан кийин толугу менен түшүп калат. Бирок күндүн биринчи жазгы нурлары тийип, көк чөптөр көтөрүлөрү менен алар дароо ишин улантат.хлорофиллдерди жана кычкылтекти жана башка маанилүү азыктарды активдүү өндүрүү башталат.
Фотосинтездин шарттары жарыктан да көптү камтыйт. Нымдуулук да жетиштүү болушу керек. Анткени, өсүмдүк адегенде нымдуулукту өзүнө сиңирип алат, андан кийин күн энергиясынын катышуусу менен реакция башталат. Өсүмдүк азыктары бул процесстин натыйжасы.
Жашыл заттын катышуусунда гана фотосинтез жүрөт. Хлорофиллдер деген эмне, биз жогоруда айттык. Алар жарык же күн энергиясы менен өсүмдүктүн ортосунда кандайдыр бир өткөргүч болуп, алардын жашоосунун жана ишинин туура жүрүшүн камсыз кылат. Жашыл заттар күндүн нурларынын көбүн сиңирип алуу жөндөмүнө ээ.
Кычкылтек да маанилүү роль ойнойт. Фотосинтез жараяны ийгиликтүү болушу үчүн өсүмдүктөргө көп керектелет, анткени анын курамында болгону 0,03% көмүр кислотасы бар. Ошентип, 20 000 м3 абадан 6 м3 кислота ала аласыз. Бул глюкозанын негизги булагы болгон акыркы зат, ал өз кезегинде жашоо үчүн зарыл болгон зат.
Фотосинтездин эки баскычы бар. Биринчиси жарык, экинчиси караңгы деп аталат.
Жарык баскычынын агымынын механизми кандай
Фотосинтездин жарык стадиясынын башка аталышы бар - фотохимиялык. Бул этаптын негизги катышуучулары:
- күн энергиясы;
- ар түрдүү пигменттер.
Биринчи компоненти менен баары ачык, күн нуру. БИРОКпигмент деген эмне экенин баары эле биле бербейт. Алар жашыл, сары, кызыл же көк. "А" жана "В" топторунун хлорофиллдери жашылга, фикобилиндер сары жана кызыл/көк түскө кирет. Процесстин бул этабында катышуучулардын арасында фотохимиялык активдүүлүк "А" хлорофиллдери менен гана көрсөтүлөт. Калгандары кошумча ролду ойнойт, анын маңызы жарык кванттарын чогултуу жана аларды фотохимиялык борборго жеткирүү болуп саналат.
Хлорофилл белгилүү бир толкун узундугунда күн энергиясын эффективдүү сиңирүү жөндөмүнө ээ болгондуктан, төмөнкү фотохимиялык системалар аныкталган:
- Фотохимиялык борбор 1 («А» тобунун жашыл заттары) – курамына 700 пигмент кирет, жарык нурларын жутуп, узундугу болжол менен 700 нм. Бул пигмент фотосинтездин жарык стадиясынын продуктуларын түзүүдө негизги ролду ойнойт.
- Фотохимиялык борбор 2 («В» тобундагы жашыл заттар) - курамына узундугу 680 нм болгон жарык нурларын сиңирген пигмент 680 кирет. Анын экинчи ролу бар, ал фотохимиялык борбор тарабынан жоголгон электрондорду толуктоо функциясынан турат 1. Ал суюктуктун гидролизинин эсебинен жетишилет.
1-жана 2-фотосистемаларда жарык агымдарын топтогон 350–400 пигменттик молекулалар үчүн фотохимиялык активдүү пигменттин бир гана молекуласы бар - "А" тобундагы хлорофилл.
Эмне болуп жатат?
1. Өсүмдүк сиңирген жарык энергиясы анын курамындагы 700 пигментине таасирин тийгизет, ал кадимки абалдан дүүлүккөн абалга өтөт. Пигмент жоголотэлектрон, натыйжада электрондук тешик деп аталган нерсе пайда болот. Андан тышкары, электронун жоготкон пигмент молекуласы анын акцептору, б.а. электронду кабыл алган тараптын милдетин аткарып, кайра формасына келе алат.
2. Фотосистеманын 680 жарык жутуучу пигментинин фотохимиялык борборунда суюктуктун ажыроо процесси 2. Суунун ажыроосунда электрондор пайда болот, алар алгач С550 цитохром сыяктуу зат тарабынан кабыл алынат жана Q тамгасы менен белгиленет., цитохромдон электрондор алып жүрүүчү чынжырга кирип, 1-фотохимиялык борборго жеткирилет, бул жарык кванттарынын киришинин жана 700 пигментинин кыскартуу процессинин натыйжасы болгон электрон тешигин толуктоо үчүн.
Мындай молекула мурункуга окшош электронду кайра алган учурлар бар. Бул жылуулук түрүндө жарык энергиясын чыгарууга алып келет. Бирок дээрлик дайыма терс заряддуу электрон атайын темир-күкүрт белоктору менен биригет жана чынжырлардын бири боюнча 700 пигментине өтөт, же башка алып жүрүүчү чынжырга кирип, туруктуу акцептор менен кайра биригет.
Биринчи вариантта циклдик жабык типтеги электрон ташуу, экинчисинде - циклдик эмес.
Эки процесс тең фотосинтездин биринчи этабында бир эле электрон алып жүрүүчүлөр чынжырынан катализделет. Бирок белгилей кетүүчү нерсе, циклдик типтеги фотофосфорлануу учурунда хлорофиллдин баштапкы жана ошол эле учурда акыркы чекити болуп саналат, ал эми циклдик эмес ташуу "В" тобундагы жашыл заттын өтүшүн билдирет.хлорофилл "А".
Циклдик ташуулардын өзгөчөлүктөрү
Циклдик фосфорлануу фотосинтетикалык деп да аталат. Бул процесстин натыйжасында АТФ молекулалары пайда болот. Бул ташуу электрондордун толкунданган абалында 700 пигментине бир нече этап аркылуу кайтып келишине негизделген, анын натыйжасында энергия бөлүнүп чыгат, ал АТФ фосфатында андан ары топтоо максатында фосфорлоочу фермент системасынын ишине катышат. облигациялар. Башкача айтканда, энергия чачырап кетпейт.
Циклдик фосфорлануу – күн нурунун энергиясын пайдалануу менен хлоропласт тилактоиддердин мембрана беттеринде химиялык энергияны түзүү технологиясына негизделген фотосинтездин негизги реакциясы.
Фотосинтездик фосфорлануусуз фотосинтездин караңгы фазасында ассимиляциялык реакциялар мүмкүн эмес.
Циклдик эмес типтеги ташуулардын нюанстары
Процесс NADP+ калыбына келтирилишинен жана NADPH пайда болушунан турат. Механизм электрондун ферредоксинге өтүшүнө, анын калыбына келтирүү реакциясына жана андан ары NADPHге чейин кыскартуу менен NADP+ га өтүүгө негизделген.
Натыйжада 700 пигментин жоготкон электрондор 2-фотосистемадагы жарык нурларынын астында ажыраган суунун электрондорунун аркасында толукталат.
Электрондордун циклдик эмес жолу, анын агымы да жарык фотосинтезди билдирет, эки фотосистеманын бири-бири менен өз ара аракеттешүүсү аркылуу ишке ашат, алардын электрон ташуу чынжырларын байланыштырат. Жаркыраганэнергия электрондордун агымын артка багыттайт. 1-фотохимиялык борбордон 2-борборго ташыганда электрондор тилактоиддердин мембранасынын бетинде протондук потенциал катары топтолушуна байланыштуу энергиянын бир бөлүгүн жоготот.
Фотосинтездин караңгы фазасында электрондорду ташуу чынжырында протон түрүндөгү потенциалды түзүү процесси жана аны хлоропласттарда АТФ түзүү үчүн эксплуатациялоо митохондриядагы ошол эле процесске дээрлик толугу менен окшош. Бирок өзгөчөлүктөр дагы эле бар. Бул жагдайдагы тилактоиддер митохондриялар болуп саналат. Бул электрондор менен протондордун митохондриялык мембранадагы транспорттук агымга салыштырмалуу карама-каршы багытта мембрана аркылуу жылышынын негизги себеби. Электрондор сыртка ташылат, ал эми протондор тилактикалык матрицанын ички бөлүгүндө топтолот. Акыркысы оң зарядды гана кабыл алат, ал эми тилактоиддин сырткы кабыкчасы терс болот. Мындан улам протон тибиндеги градиенттин жолу анын митохондриядагы жолуна карама-каршы келет.
Кийинки өзгөчөлүктү протондордун потенциалындагы чоң рН деңгээли деп атоого болот.
Үчүнчү өзгөчөлүк – тилактоиддик чынжырда эки гана конъюгациялык участоктун болушу жана натыйжада АТФ молекуласынын протондорго болгон катышы 1:3.
Тыянак
Биринчи этапта фотосинтез жарык энергиясынын (жасалма жана жасалма эмес) өсүмдүк менен өз ара аракеттенүүсү. Жашыл заттар нурларга реакция кылат - хлорофиллдер, алардын көбү жалбырактарда кездешет.
АТФ жана NADPH пайда болушу ушундай реакциянын натыйжасы. Бул продуктулар караңгы реакциялардын пайда болушу үчүн зарыл. Демек, жарык баскычы милдеттүү процесс, ансыз экинчи этап - караңгы этап болбойт.
Кара этап: маңызы жана өзгөчөлүктөрү
Кара фотосинтез жана анын реакциялары көмүр кычкыл газын углеводдорду өндүрүү менен органикалык тектүү заттарга айландыруу процедурасы. Мындай реакциялардын ишке ашуусу хлоропласттын стромасында болот жана фотосинтездин биринчи этабынын продуктылары - жарык аларга активдүү катышат.
Фотосинтездин караңгы стадиясынын механизми циклдүүлүк менен мүнөздөлүүчү көмүр кычкыл газын ассимиляциялоо процессине (фотохимиялык карбоксилдөө, Кальвин цикли деп да аталат) негизделген. Үч этаптан турат:
- Карбоксилдештирүү - CO2 кошуу.
- Калыбына келтирүү фазасы.
- Рибулоза дифосфатынын регенерация фазасы.
Рибулофосфат, беш көмүртек атому бар кант, АТФ менен фосфорланат, натыйжада рибулоза дифосфаты пайда болот, ал андан ары CO2 продуктусу менен алты көмүртектүү кошулуп карбоксилденет. суу молекуласы менен өз ара аракеттенгенде ажырап, фосфоглицерин кислотасынын эки молекулярдык бөлүкчөсүн жаратат. Андан кийин бул кислота ферменттик реакцияны ишке ашырууда толук редукция курсунан өтөт, ал үчүн үч көмүртектүү кантты - үч көмүртектүү кантты, триозаны же альдегидди түзүү үчүн АТФ жана НАДФ болушу талап кылынат.фосфоглицерин. Мындай эки триоз конденсацияланганда, крахмал молекуласынын ажырагыс бөлүгү болуп, резервде оңдоого боло турган гексоза молекуласы алынат.
Бул фаза фотосинтез процессинде бир СО молекуласынын сиңирүүсү менен аяктайт2 жана үч ATP молекуласынын жана төрт Н атомунун колдонулушу. Гексоза фосфат реакцияларга өзүн көрсөтөт. пентоза фосфат циклинин натыйжасында рибулоза фосфаты регенерацияланат, ал башка көмүр кычкыл молекуласы менен кайра бириге алат.
Карбоксилдештирүү, калыбына келтирүү, регенерация реакцияларын фотосинтез жүрүп жаткан клетка үчүн гана өзгөчө деп айтууга болбойт. Процесстердин "бир тектүү" жүрүшү эмне экенин айта албайсыз, анткени айырма дагы эле бар - калыбына келтирүү процессинде OVERH эмес, NADPH колдонулат.
Рибулоза дифосфат менен CO2 кошулуусу рибулоза дифосфаткарбоксилазасы менен катализделет. Реакция продуктусу 3-фосфоглицерат, ал НАДФН2 жана АТФ аркылуу глицеральдегид-3-фосфатка чейин калыбына келет. Редукция процессин глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа катализдейт. Акыркысы оңой эле дигидроксиацетонфосфатка айланат. фруктоза бисфосфат пайда болот. Анын кээ бир молекулалары рибулоза дифосфатынын кайра жаралуу процессине катышып, циклди жаап, экинчи бөлүгү фотосинтез клеткаларында углевод запастарын түзүүгө жумшалат, башкача айтканда углевод фотосинтези ишке ашат.
Жарык энергиясы органикалык заттардын фосфорлануусу жана синтези үчүн зарыл.келип чыгышы, ал эми органикалык заттардын кычкылдануу энергиясы кычкылдануу фосфорлануу үчүн зарыл. Ошондуктан өсүмдүктөр жаныбарларга жана гетеротрофтуу башка организмдерге жашоону камсыздайт.
Өсүмдүк клеткасындагы фотосинтез ушундай жол менен ишке ашат. Анын продуктусу – углеводдор, органикалык келип чыккан флора дүйнөсүнүн өкүлдөрүнүн көптөгөн заттарынын көмүртек скелеттерин түзүү үчүн зарыл.
Азот-органикалык тибиндеги заттар органикалык эмес нитраттардын, ал эми күкүрт - сульфаттардын аминокислоталардын сульфгидрил топторуна чейин калыбына келишинен улам фотосинтездөөчү организмдерде ассимиляцияланат. Белоктордун, нуклеин кислоталарынын, липиддердин, углеводдордун, кофакторлордун, тактап айтканда фотосинтездин пайда болушун камсыз кылат. Заттардын «ассортименти» деген эмне, өсүмдүктөр үчүн өтө маанилүү экендиги буга чейин эле баса белгиленген, бирок баалуу дарылык заттар (флавоноиддер, алкалоиддер, терпендер, полифенолдор, стероиддер, органикалык кислоталар жана башкалар) болгон экинчилик синтездин продуктылары жөнүндө бир ооз сөз айтылган эмес.). Ошондуктан, апыртпай эле, фотосинтез өсүмдүктөрдүн, жаныбарлардын жана адамдардын жашоосунун ачкычы деп айта алабыз.
