Фотосинтез - бұл не? Фотосинтез кезеңдері. Фотосинтездің шарттары

Сіз планетада қанша тірі ағзаның бар екендігін ойлап көрдіңіз бе? Және, ақырында, энергияны генерациялау және көмірқышқыл газын дем алу үшін бәрі оттегін дем алу керек. Көмірқышқыл газы - бұл құбылыстың басты себебі, бөлмедегі толқу. Бұл жерде көп адамдар болғанда, және бөлме ұзақ уақыт бойы желдетілмеген. Бұдан басқа, улы заттар ауаның өндірісі, жеке жол және қоғамдық көлікпен толтырылады.

Жоғарыда айтылғандарды ескере отырып, өте қисынды сұрақ туындайды: бәрі тіршілік етудің улы көмірқышқыл газы көзі болып табылса, қалай біз әлі бітпей жатырмыз? Бұл жағдайда тірі тіршілік иелерінің құтқарушысы фотосинтез болып табылады. Бұл процесс не және оның қажеттілігі қандай?

Оның нәтижесі - көміртегі диоксидінің теңгерімін және ауаны оттегімен қанықтыру. Мұндай процесс тек өсімдіктер әлемінің өкілдеріне ғана белгілі, яғни өсімдіктер, тек олардың жасушаларында ғана кездеседі.

Өз бетімен фотосинтез - белгілі бір жағдайларға байланысты және бірнеше кезеңде орын алатын өте күрделі процедура.

Тұжырымдаманың анықтамасы

Ғылыми анықтамаға сәйкес, фотосинтез процесінде органикалық заттар күн сәулесінің әсерінен автотрофиялық ағзаларда жасушалық деңгейде органикалық заттарға айналады.

Тағы түсінікті тілде фотосинтез процесі болып табылады, онда келесі жағдайлар орын алады:

1. Зауыт ылғалмен қаныққан. Ылғалдылық көзі судың немесе ылғалды тропикалық ауаның болуы мүмкін.
2. Күн энергиясы әсеріне хлорофилл (өсімдікте болатын арнайы зат) реакциясы бар.
3. Өсімдіктердің өздері өндіретін флораның өкілдері үшін қажетті азық-түлікті қалыптастыру гетеротрофты болып табылады және өздері оны өндіруші болып табылады. Басқаша айтқанда, өсімдіктер өздері жасаған нәрін жейді. Бұл фотосинтездің нәтижесі.

Бірінші кезең

Іс жүзінде әрбір зауытта жасыл зат бар, ол арқылы ол жарықты сіңіре алады. Бұл зат хлорофилден артық емес. Оның орналасқан жері хлоропласттар. Хлоропласттар өсімдік және оның жемістерінің негізгі бөлігінде орналасқан. Бірақ парағының фотосинтезі әсіресе табиғатта кең таралған. Өйткені оның құрылымында өте қарапайым және салыстырмалы түрде үлкен беті бар, яғни құтқарушы процесіне қажетті энергия көлемі әлдеқайда көп болады.

Хлорофилл жұтқынымен жұтылған кезде, соңғы қоздыру күйінде және энергия хабарламаларын өсімдіктің басқа органикалық молекулаларына жібереді. Бұл энергияның ең көп мөлшері фотосинтез процесіне қатысушыларға жол береді.

Екінші кезең

Фотосинтездің екінші кезеңде қалыптасуы жарықтың міндетті түрде қатысуын талап етпейді. Ол ауа массасынан және судан пайда болған улы көмірқышқыл газын пайдаланатын химиялық байланыстардың қалыптасуынан тұрады. Сондай-ақ, флораның өкілдерінің өмірлік белсенділігін қамтамасыз ететін бірқатар заттар синтезделеді. Мұндай крахмал, глюкоза.

Өсімдіктерде мұндай органикалық элементтер зауыттың жекелеген бөліктері үшін тамақтану көзі ретінде өмір сүру процесін қалыпты түрде қамтамасыз етеді. Мұндай заттар алынып, өсімдіктерді тамақтандыратын фаунаның өкілдері. Адам денесі күнделікті диетаға енгізілген тағамдар арқылы осы заттармен қаныққан.

Не? Қайда? Қашан?

Органикалық заттар органикалық заттарға айналды, фотосинтезге қажетті жағдайларды қамтамасыз ету қажет. Қарастырылып отырған процесс үшін алдымен жарық қажет. Бұл жасанды және күн сәулесі туралы. Табиғатта, әдетте өсімдіктердің белсенділігі көктемде және жазда қарқындылықпен ерекшеленеді, яғни көп мөлшерде күн энергиясын қажет етеді. Күзгі маусым туралы не айтуға болмайды, жарық аз болса, күн қысқа болады. Нәтижесінде жапырақтар сарыға айналады, содан кейін толығымен түсіп кетеді. Бірақ күннің алғашқы көктемгі сәулелері жарқыраған кезде, жасыл шөп өседі, содан кейін хлорофилл өз қызметін қайта бастайды, өмірлік маңызы бар оттегі және басқа қоректік заттардың белсенді өндірісі басталады.

Фотосинтездің жағдайында жарықтың болуы ғана емес. Ылғалдылық жеткілікті болуы керек. Өйткені, зауыт ылғалды сіңіреді, содан кейін реакция күн энергиясының қатысуымен басталады. Бұл үрдістің нәтижесі - өсімдіктердің азық-түлік өнімдері.

Жасыл заттар болған кезде фотосинтез пайда болады. Жоғарыда айтылған хлорофилл дегеніміз не? Олар жарық пен күн энергиясы мен зауыттың өзі арасындағы өміршеңдік пен қызметтің дұрыс ағынын қамтамасыз ететін дирижер ретінде әрекет етеді. Жасыл заттар көптеген күн сәулелерін сіңіру мүмкіндігіне ие.

Оттегі маңызды рөл атқарады. Фотосинтез процесін табысты жүргізу үшін өсімдіктер көп мөлшерде қажет, себебі құрамында көміртегі қышқылының тек 0,03% бар. Демек, 6000 м ³ ауаның 6 м ³ қышқылын алуға болады. Бұл соңғы зат - глюкозаның негізгі материалы, ол өз кезегінде өмір үшін қажетті зат болып табылады.

Фотосинтездің екі сатысы бар. Біріншісі жарық, екіншісі қараңғы.

Жеңіл ағынның механизмі қандай?

Фотосинтездің жеңіл сатысы басқа атаумен - фотохимиялық. Бұл кезеңде негізгі қатысушылар:

• Күннің энергиясы;
• Түрлі пигменттер.

Алғашқы компонентпен бәрі анық, бұл күн сәулесі. Және бұл пигменттер де бар, бәрі де білмейді. Олар жасыл, сары, қызыл немесе көк. Жасыл түсте «А» және «В» хлорофилді топтарына сары және қызыл / көк - фикобилиндер жатады. Процестің осы сатысында қатысушылардың арасында фотохимиялық белсенділік тек «А» хлорофиллдерімен көрінеді. Қалған бөлігі қосымша рөлге жатады, оның мәні жарық кванттардың жинағы және оларды фотохимиялық ортаға тасымалдау.

Хлорофилл күн энергиясын белгілі бір толқын ұзындығымен тиімді сіңіру мүмкіндігі бар болғандықтан келесі фотохимиялық жүйелер анықталды:

- Фотохимиялық орталық 1 («А» тобындағы жасыл заттар) - құрамына 700 пигменті кіреді, ұзындығы 700 нм болатын жарық сәулелерін сіңіреді. Бұл пигмент фотосинтездің жеңіл кезеңінің өнімдерін құрудағы іргелі рөлге жатады.

- Фотохимиялық орталық 2 («В» тобындағы жасыл заттар) - құрамы 680 пигментті қамтиды, ұзындығы 680 нм болатын жарық сәулелерін сіңіреді. Ол фотохимиялық орталығынан жоғалған электронды толтыру функциясынан тұратын екінші жоспардың роліне ие. Ол сұйықтықтың гидролизденуіне байланысты.

1 және 2-сурystem жүйелерінде жеңіл ағындарды шоғырландыратын 350-400 молекуланың пигменттері үшін «А» тобының белсенді фотокемиялық-хлорофиллі болып табылатын пигменттің тек бір молекуласы бар.

Не болып жатыр?

1. Зауыт жұтып қойған жарық энергиясы қалыпты жағдайдан қозу күйіне ауысатын пигментті 700-ке әсер етеді. Пигмента электронды жоғалтады, нәтижесінде электронды тесік деп аталады. Сонымен қатар, электроннан айырылған пигментті молекуланың акцепторы, яғни электронды қабылдайтын және оның пішінін қайтаратын партиясы ретінде әрекет ете алады.

2. Сұйықтықты сіңіретін пигменттердің 680 фотохимиялық орталығында фотоэхимиялық ортаға сұйықтықтың ыдырауы процесі. Судың ыдырауы кезінде электрондар бастапқыда цитохром C550 сияқты затпен қабылданады және Q әрпімен белгіленеді. Содан кейін цитохромнан электрондар векторлық тізбеге еніп, фотокимия орталығына 1 тасымалданады. Light quanta ену және пигментті қайта құру процесі нәтижесі болып табылатын электронды тесікті толтыру.

Мұндай молекулалар электронды бұрынғыға ұқсас болғанда кездеседі. Бұл жарықтың энергиясын жылу түрінде босатуға әкеледі. Бірақ әрдайым дерлік теріс зарядты электрон арнайы темір-күкірт протеиндерімен байланыстырады және тізбектердің біреуі бойымен 700 пигментке тасымалданады немесе басқа векторлар тізбегіне түседі және тұрақты қабылдағышпен қайта қосылады.

Бірінші нұсқада тұйық типті электронның циклдік көлігі орын алады, ал екіншісінде никсикалық емес көлік жүреді.

Екі процестің де электрон тасымалдаушыларының тізбегі катализі астында фотосинтездің бірінші сатысында болады. Циклдік типтегі циклофосфорлану кезінде бастапқы және бір мезгілде тасымалдаудың соңғы нүктесі хлофилл болып табылады, ал циклдік емес тасымалдау «В» тобындағы жасыл заттың «А» хлорофилліне өтуін білдіреді.

Циклдік тасымалдау ерекшеліктері

Циклдік фосфорлану фотосинтетика деп аталады. Осы процестің нәтижесінде ATP молекулалары пайда болады. Бұл тасымалдау қозғалған күйдегі электрондардың бірнеше дәйекті кезеңдеріне 700 пигментке дейін қайтаруға негізделген, осылайша ATP фосфатты байланыстарында одан әрі жинақтау үшін фосфорланатын ферменттер жүйесінде қатысатын энергияны босатады. Яғни энергия жоққа шығарылмайды.

Фосфорлану циклділігі күн энергиясын пайдалану есебінен хлоропласт титаксоидінің мембрана беттерінде химиялық энергияны қалыптастыру технологиясына негізделген фотосинтездің негізгі реакциясы болып табылады.

Фотосинтетикалық фосфорланусыз фотосинтездің қара фазасындағы ассимиляция реакциялары мүмкін емес.

Циклдік емес түрдегі тасымалдаудың нашарлауы

Процесс NADP + қалпына келтіру және NADP * H қалыптастырудан тұрады. Тетік электронды ферредоксинаға, оның төмендету реакциясына және NADP + -ке көшуіне негізделген, әрі NADP * H-ге дейін төмендейді.

Нәтижесінде 700 пигментін жоғалтқан электрондар судың электрондарымен толтырылады, бұл жүйенің 2 жарық сәулелерінің астында ыдырайтын болады.

Электрондардың циклдік емес жолы, оның ағымы сонымен бірге жарық фотосинтезді білдіреді, екі фотосистеманың өзара әрекеттестігі арқылы жүзеге асырылады және оларды электронды көлік тізбектері байланыстырады. Жеңіл энергиялар электрондардың кері ағымын басқарады. Фотохимиялық орталықтан 1-ден 2-орталыққа дейін тасымалдау кезінде электрондар біраз күш-қуатын жоғалтады, өйткені олар тепловоздың мембрана бетінде протон әлеуеті ретінде жинақталады.

Фотосинтездің қараңғы фазасында электронды тасымалдау тізбегіндегі протон типті әлеуетін құру және оның хлоропласттардағы ATP-нің пайда болу процесі митохондриядағы осындай процесте мүлдем бірдей. Бірақ мүмкіндіктер әлі де бар. Бұл жағдайда тлантоидтар митохондрияның дұрыс емес жағына айналды. Электрондар мен протондар митохондриялық мембранадағы көлік ағынына қатысты кері бағытта мембранамен қозғалатын негізгі себеп. Электрондар сырттан тасымалданады, ал протондар тайлактоид матрицасының ішкі бөлігінде жиналады. Соңғысы оң зарядты ғана алады, ал тельактоидтің сыртқы мембранасы теріс. Міне, протон типті градиент жолы митохондриядағы жолдың қарама-қарсы болып табылады.

Келесі функция - протондардың потенциалында үлкен рН деңгейі.

Үшінші ерекшелігі - бұл тек екі конъюгациялық учаскелердің тайлактоидтік тізбегіндегі болуы және соның салдарынан ATP молекуласының протонға қатынасы 1: 3.

Қорытынды

Бірінші кезеңде фотосинтез - жеңіл энергияны (жасанды және жасанды емес) өсімдікпен өзара әрекеттесу. Жасыл заттардың сәулелеріне реакция - хлорофилл, олардың көпшілігі жапырақтары бар.

ATP және NADP * H қалыптастыру бұл реакцияның нәтижесі болып табылады. Бұл өнімдер қараңғы реакциялардың өтуі үшін қажет. Демек, жеңіл кезең - бұл міндетті процесс, екінші кезең жоқ - қараңғы.

Қараңғы кезең: мәні мен ерекшеліктері

Қараңғы фотосинтез және оның реакциялары көмірқышқыл өндірісімен органикалық шыққан заттардағы көміртегі диоксиді процедурасы болып табылады. Мұндай реакциялар хлоропласт стомасында және фотосинтездің, жарықтың бірінші кезектегі өнімдерінде кездеседі, оларға белсенді қатысады.

Фотосинтездің қараңғы кезеңінің механизмі циклдік сипатталатын көмірқышқыл газын (сонымен бірге фотокимиялық карбоксилдеу деп аталатын Calvin циклы) игеру үдерісіне негізделген. Ол үш кезеңнен тұрады:

1. Карбоксилдеу - СО _{2-ді қосу} .
2. Қайта қалпына келтіру кезеңі.
3. Рибулосодифосфатты қалпына келтіру фазасы.

Рибулофосфат бес көміртегі атомы бар қант АТФ-мен фосфорлануға ұшырап, нәтижесінде су молекуласымен реакция арқылы тез арада ыдырайтын алты көміртекпен бірге СО ₂ өнімімен біріктіру арқылы карбоксилдеуге ұшырайтын рибулосодифосфаттың пайда болуына алып келеді, ол фосфоглицериннің екі молекулалық қышқылдық бөлшектерін . Содан кейін бұл қышқыл ферментативті реакция кезінде толығымен азаю курсына ұшырайды, ол үшін үш көміртек - үш көміртекті қант, триос немесе фосфоглицеролдың альдегиді бар қантты құрастыру үшін ATP және NADPH болуы қажет. Осындай екі триос қосылса, крахмал молекуласының ажырамас бөлігі бола алады және резервте қалпына келтірілуі мүмкін гексозды молекула алынады.

Фотосинтез үдерісінде бір CO ₂ молекуласы сіңіп, үш АТФ молекуласы мен төрт N атомы пайдаланылады, фосфат пентоздық фосфат циклі реакцияларына реакцияға түседі, нәтижесінде рибулозды фосфаттың регенерациясы орын алады, ол қайтадан басқа карбон қышқылының молекуласымен біріктірілуі мүмкін.

Карбоксилдеу, қалпына келтіру, регенерация реакциялары фотосинтез жүргізілетін жасуша үшін ғана нақты деп санауға болмайды. Процестердің «біркелкі» ағыны дегеніміз не деуге болмайды, өйткені айырмашылық әлі де бар - қалпына келтіру процесінде NADP * H пайдаланылады, NAD * N емес

СО _2- ні ribulosodifosphate- _нің қосылуы ribulose дифосфат карбоксилазымен қамтамасыз етілген катализге ұшырайды. Реакция өнімі 3-фосфоглицират болып табылады, ол NADP * H2 және ATP гликалдегид-3-фосфатқа азаяды. Азайту процесі гликалдегид-3-фосфат дегидрогеназымен катализге түседі. Соңғы дихроксиакетон фосфатына оңай айналдырылады. Фруктоза-бисфосфат қалыптасады. Оның кейбір молекулалары ribulosodifosphate қалпына келтіру процесіне қатысады, циклды жабады, ал екінші бөлігі фотосинтетикалық жасушаларда көмірсулар цехтарын құру үшін қолданылады, яғни көмірсулар фотосинтезі жүреді.

Жарық энергиясы органикалық заттардың фосфорлануы мен синтезі үшін қажет, ал органикалық заттардың тотығу энергиясы тотығу фосфорлануы үшін қажет. Сондықтан өсімдіктер жануарларға және гетеротрофты басқа ағзаларға өмір береді.

Өсімдіктер жасушасында фотосинтез осылай болады. Оның өнімі көмірсулар болып табылады, олар органикалық шыққан флора әлемінің өкілдерінің көптеген заттарының көміртекті онтогенезін жасау үшін қажет.

бейорганикалық нитратының азайту, және күкірттен түрі фотосинтездеуші организмдер жұтып органикалық азот заттар - байланысты аминқышқылдарының сульфгидрильные топтарына сульфаттар қысқаруына. белоктар, нуклеин қышқылдары, липидтер, көмірсулар, коферментами қалыптастыру фотосинтез болып табылады қамтамасыз етеді. Қандай заттар «табағы» болып өмірлік зауыт үшін қазірдің өзінде атап өтті, бірақ бағалы дәрілік заттар (флавоноидтар, алкалоидтары, шешер, Полифенолы, стероидтар, orgkisloty және т.б.) болып табылады орта синтез өнімдері бойынша емес, сөз айтты. Сондықтан, бұл фотосинтез десек артық айтқан - өсімдіктер, жануарлар мен адамдардың өмір кілті.