Sayyoramizda qancha tirik organizm borligi haqida hech oʻylab koʻrganmisiz?! Va nihoyat, ularning barchasi energiya ishlab chiqarish va karbonat angidridni chiqarish uchun kislorodni nafas olishlari kerak. Bu xonadagi to'lg'azish kabi hodisaning asosiy sababi bo'lgan karbonat angidriddir. Bu ko'p odamlar bo'lganda sodir bo'ladi va xona uzoq vaqt davomida ventilyatsiya qilinmaydi. Bundan tashqari, sanoat ob'ektlari, xususiy avtomobillar va jamoat transporti havoni zaharli moddalar bilan to'ldiradi.
Yuqoridagilarni inobatga olgan holda, butunlay mantiqiy savol tug'iladi: agar butun hayot zaharli karbonat angidrid manbai bo'lsa, o'shanda qanday qilib bo'g'ib qo'ymadik? Bu holatda barcha tirik mavjudotlarning qutqaruvchisi fotosintezdir. Bu jarayon nima va nima uchun kerak?
Uning natijasi karbonat angidrid balansini sozlash va havoni kislorod bilan to'yintirishdir. Bunday jarayon faqat flora, ya'ni o'simliklar olami vakillariga ma'lum, chunki u faqat ularning hujayralarida sodir bo'ladi.
Fotosintezning oʻzi maʼlum sharoitlarga bogʻliq boʻlgan va bir nechta sharoitlarda yuzaga keladigan juda murakkab jarayon.bosqichlar.
Tushuncha ta'rifi
Ilmiy ta'rifga ko'ra, quyosh nuri ta'sirida avtotrof organizmlarda hujayra darajasida fotosintez jarayonida organik moddalar organik moddalarga aylanadi.
Oddiyroq qilib aytganda, fotosintez - bu quyidagi jarayonlar sodir bo'ladigan jarayon:
- O'simlik namlik bilan to'yingan. Namlik manbai yerdagi suv yoki nam tropik havo bo'lishi mumkin.
- Xlorofil (o'simliklarda joylashgan maxsus modda) quyosh energiyasiga reaksiyaga kirishadi.
- Flora vakillari uchun zarur bo'lgan oziq-ovqatning shakllanishi, ular geterotrofik tarzda mustaqil ravishda olish imkoniga ega emaslar, lekin o'zlari uni ishlab chiqaruvchisi. Boshqacha qilib aytganda, o'simliklar o'zlari ishlab chiqargan narsalarni iste'mol qiladilar. Bu fotosintez natijasidir.
Birinchi bosqich
Deyarli har bir oʻsimlikda yashil modda mavjud boʻlib, buning natijasida u yorugʻlikni oʻzlashtira oladi. Bu modda xlorofildan boshqa narsa emas. Uning joylashuvi xloroplastlardir. Ammo xloroplastlar o'simlikning poya qismida va uning mevalarida joylashgan. Lekin barg fotosintezi tabiatda ayniqsa keng tarqalgan. Ikkinchisi tuzilishi jihatidan ancha sodda va nisbatan katta sirtga ega boʻlgani uchun qutqaruv jarayoni davom etishi uchun zarur boʻlgan energiya miqdori ancha katta boʻladi.
Yorug'lik xlorofill tomonidan so'rilganda, ikkinchisi hayajonli holatda bo'ladi va uningenergiya xabarlarini o'simlikning boshqa organik molekulalariga uzatadi. Bunday energiyaning eng katta miqdori fotosintez jarayoni ishtirokchilariga tushadi.
Ikkinchi bosqich
Ikkinchi bosqichda fotosintezning shakllanishi yorug'likning majburiy ishtirokini talab qilmaydi. U havo massalari va suvdan hosil bo'lgan zaharli karbonat angidrid yordamida kimyoviy bog'lanishlarni hosil qilishdan iborat. Shuningdek, flora vakillarining hayotiy faoliyatini ta'minlaydigan ko'plab moddalarning sintezi mavjud. Bular kraxmal, glyukoza.
O'simliklarda bunday organik elementlar o'simlikning alohida qismlari uchun oziqlanish manbai bo'lib, hayot jarayonlarining normal borishini ta'minlaydi. Bunday moddalarni o'simliklarni oziq-ovqat uchun iste'mol qiladigan fauna vakillari ham oladi. Inson tanasi ushbu moddalar bilan kundalik ratsionga kiritilgan oziq-ovqat orqali to'yingan.
Nima? Qayerda? Qachon?
Organik moddalar organik bo'lishi uchun fotosintez uchun tegishli sharoitlarni ta'minlash kerak. Ko'rib chiqilayotgan jarayon uchun, birinchi navbatda, yorug'lik kerak. Biz sun'iy va quyosh nuri haqida gapiramiz. Tabiatda o'simliklarning faolligi odatda bahor va yozda, ya'ni quyosh energiyasining katta miqdoriga ehtiyoj paydo bo'lganda intensivlik bilan tavsiflanadi. Kuz fasli haqida nima deyish mumkin emas, yorug'lik kamroq bo'lganda, kun qisqaradi. Natijada, barglar sarg'ayadi va keyin butunlay tushadi. Ammo quyoshning birinchi bahor nurlari porlashi bilanoq, yashil o'tlar ko'tariladi, ular darhol o'z faoliyatini davom ettiradilar.xlorofillar, kislorod va boshqa muhim oziq moddalarning faol ishlab chiqarilishi boshlanadi.
Fotosintez uchun sharoit yorug'likdan ko'proq narsani o'z ichiga oladi. Namlik ham etarli bo'lishi kerak. Axir, o'simlik birinchi navbatda namlikni o'zlashtiradi, keyin esa quyosh energiyasi ishtirokida reaktsiya boshlanadi. Oʻsimlik oziq-ovqatlari bu jarayonning natijasidir.
Faqat yashil modda ishtirokida fotosintez sodir bo'ladi. Xlorofillar nima, biz yuqorida aytib o'tdik. Ular yorug'lik yoki quyosh energiyasi va o'simlikning o'zi o'rtasida o'ziga xos o'tkazgich bo'lib, ularning hayoti va faoliyatining to'g'ri yo'nalishini ta'minlaydi. Yashil moddalar quyosh nurlarining ko'pini o'zlashtirish qobiliyatiga ega.
Kislorod ham muhim rol o'ynaydi. Fotosintez jarayoni muvaffaqiyatli bo'lishi uchun o'simliklar ko'p miqdorda kerak bo'ladi, chunki uning tarkibida atigi 0,03% karbonat kislotasi mavjud. Shunday qilib, 20 000 m3 havodan siz 6 m3 kislota olishingiz mumkin. Bu glyukoza uchun asosiy manba bo'lgan oxirgi modda bo'lib, u o'z navbatida hayot uchun zarur bo'lgan moddadir.
Fotosintezning ikki bosqichi mavjud. Birinchisi yorug'lik, ikkinchisi qorong'i.
Yorug'lik bosqichi oqimining mexanizmi nima
Fotosintezning yorug'lik bosqichi boshqa nomga ega - fotokimyoviy. Ushbu bosqichning asosiy ishtirokchilari:
- quyosh energiyasi;
- turli xil pigmentlar.
Birinchi komponent bilan hamma narsa aniq, quyosh nuri. LEKINpigmentlar nima ekanligini hamma ham bilmaydi. Ular yashil, sariq, qizil yoki ko'k. "A" va "B" guruhlari xlorofillari mos ravishda yashil rangga, fikobilinlar sariq va qizil / ko'k rangga tegishli. Jarayonning ushbu bosqichida ishtirokchilar orasida fotokimyoviy faollik faqat "A" xlorofillari tomonidan ko'rsatiladi. Qolganlari bir-birini to'ldiruvchi rol o'ynaydi, uning mohiyati yorug'lik kvantlarini yig'ish va ularni fotokimyoviy markazga tashishdir.
Xlorofill quyosh energiyasini ma'lum to'lqin uzunligida samarali singdirish qobiliyatiga ega bo'lganligi sababli quyidagi fotokimyoviy tizimlar aniqlangan:
- Fotokimyoviy markaz 1 ("A" guruhining yashil moddalari) - uzunligi taxminan 700 nm bo'lgan yorug'lik nurlarini yutuvchi 700 pigmenti kompozitsiyaga kiritilgan. Bu pigment fotosintezning yorug'lik bosqichidagi mahsulotlarni yaratishda asosiy rol o'ynaydi.
- Fotokimyoviy markaz 2 ("B" guruhining yashil moddalari) - kompozitsiyaga uzunligi 680 nm bo'lgan yorug'lik nurlarini yutuvchi pigment 680 kiradi. U ikkinchi darajali rolga ega bo'lib, u fotokimyoviy markaz tomonidan yo'qolgan elektronlarni to'ldirish funktsiyasidan iborat 1. Bunga suyuqlikning gidrolizlanishi tufayli erishiladi.
1 va 2-fototizimlarda yorug'lik oqimlarini to'playdigan 350–400 pigment molekulalari uchun fotokimyoviy faol bo'lgan pigmentning faqat bitta molekulasi mavjud - "A" guruhining xlorofili.
Nima boʻlyapti?
1. O'simlik tomonidan so'rilgan yorug'lik energiyasi uning tarkibidagi pigment 700 ga ta'sir qiladi, u odatdagi holatdan hayajonlangan holatga o'tadi. Pigment yo'qoladielektron, natijada elektron tuynuk deb ataladigan narsa hosil bo'ladi. Bundan tashqari, elektronni yo‘qotgan pigment molekulasi uning akseptori, ya’ni elektronni qabul qiluvchi tomon vazifasini bajarib, o‘z shakliga qaytishi mumkin.
2. 2-fototizimning yorug'lik yutuvchi pigment 680 fotokimyoviy markazida suyuqlikning parchalanish jarayoni. Suvning parchalanishi jarayonida elektronlar hosil bo'ladi, ular dastlab sitoxrom C550 kabi modda tomonidan qabul qilinadi va Q harfi bilan belgilanadi., sitoxromdan elektronlar tashuvchi zanjirga kiradi va yorug'lik kvantlarining kirib borishi va 700 pigmentining qaytarilish jarayoni natijasi bo'lgan elektron teshikni to'ldirish uchun fotokimyoviy markaz 1ga etkaziladi.
Bunday molekula avvalgisiga o'xshash elektronni qaytarib oladigan holatlar mavjud. Bu issiqlik shaklida yorug'lik energiyasini chiqarishga olib keladi. Ammo deyarli har doim manfiy zaryadli elektron maxsus temir-oltingugurt oqsillari bilan birlashadi va zanjirlardan biri bo'ylab pigment 700 ga o'tadi yoki boshqa tashuvchi zanjirga kiradi va doimiy qabul qiluvchi bilan qayta birlashadi.
Birinchi variantda siklik yopiq turdagi elektron tashish mavjud, ikkinchisida - siklik boʻlmagan.
Har ikkala jarayon ham fotosintezning birinchi bosqichida bir xil elektron tashuvchilar zanjiri tomonidan katalizlanadi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, tsiklik turdagi fotofosforlanish paytida transportning boshlang'ich va ayni paytda oxirgi nuqtasi xlorofildir, siklik bo'lmagan transport esa "B" guruhining yashil moddasining o'tishini nazarda tutadi.xlorofill "A".
Tsiklik tashishning xususiyatlari
Tsiklik fosforlanish fotosintetik deb ham ataladi. Ushbu jarayon natijasida ATP molekulalari hosil bo'ladi. Ushbu tashish elektronlarning qo'zg'aluvchan holatda pigment 700 ga bir necha ketma-ket bosqichlar orqali qaytishiga asoslanadi, buning natijasida ATP fosfatida keyingi to'planish uchun fosforillovchi ferment tizimining ishida ishtirok etadigan energiya chiqariladi. obligatsiyalar. Ya'ni energiya sarflanmaydi.
Tsiklik fosforlanish fotosintezning birlamchi reaksiyasi boʻlib, u quyosh nuri energiyasidan foydalangan holda xloroplast tilaktoidlarning membrana yuzalarida kimyoviy energiya hosil qilish texnologiyasiga asoslangan.
Fotosintetik fosforillanishsiz fotosintezning qorong'u fazasida assimilyatsiya reaktsiyalari mumkin emas.
Tsiklik bo'lmagan turdagi tashishning nuanslari
Jarayon NADP+ ning tiklanishidan va NADPH hosil boʻlishidan iborat. Mexanizm elektronning ferredoksinga o'tishi, uning qaytarilish reaktsiyasi va keyinchalik NADPH ga qisqarishi bilan NADP+ ga o'tishiga asoslangan.
Natijada 700 pigmentini yoʻqotgan elektronlar 2-fototizimdagi yorugʻlik nurlari ostida parchalanadigan suv elektronlari hisobiga toʻldiriladi.
Oqimi yorug'lik fotosintezini ham nazarda tutuvchi elektronlarning siklik bo'lmagan yo'li ikkala fototizimning bir-biri bilan o'zaro ta'siri orqali amalga oshiriladi, ularning elektron tashish zanjirlarini bog'laydi. Yorqinenergiya elektronlar oqimini orqaga yo'n altiradi. 1-fotokimyoviy markazdan 2-markazga oʻtkazilganda elektronlar tilaktoidlarning membrana yuzasida proton potensiali sifatida toʻplanishi tufayli oʻz energiyasining bir qismini yoʻqotadi.
Fotosintezning qorong'u bosqichida elektron tashish zanjirida proton tipidagi potentsialni yaratish jarayoni va uni xloroplastlarda ATP hosil qilish uchun ekspluatatsiya qilish mitoxondriyadagi xuddi shu jarayon bilan deyarli bir xil. Ammo xususiyatlar hali ham mavjud. Bu holatda tilaktoidlar ichkariga aylantirilgan mitoxondriyalardir. Bu elektronlar va protonlarning mitoxondriyal membranadagi transport oqimiga nisbatan teskari yo'nalishda membrana bo'ylab harakatlanishining asosiy sababidir. Elektronlar tashqariga ko'chiriladi, protonlar esa tilaktik matritsaning ichki qismida to'planadi. Ikkinchisi faqat musbat zaryadni qabul qiladi va tilaktoidning tashqi membranasi manfiydir. Bundan kelib chiqadiki, proton tipidagi gradient yo'li uning mitoxondriyadagi yo'liga qarama-qarshidir.
Keyingi xususiyatni protonlarning potentsialidagi katta pH darajasi deb atash mumkin.
Uchinchi xususiyat tilaktoid zanjirida faqat ikkita konjugatsiya joyining mavjudligi va natijada ATP molekulasining protonlarga nisbati 1:3 ni tashkil qiladi.
Xulosa
Birinchi bosqichda fotosintez yorug’lik energiyasining (sun’iy va sun’iy bo’lmagan) o’simlik bilan o’zaro ta’siridan iborat. Yashil moddalar nurlarga - xlorofilllarga reaksiyaga kirishadi, ularning aksariyati barglarda topiladi
ATP va NADPH hosil boʻlishi ana shunday reaksiya natijasidir. Ushbu mahsulotlar qorong'u reaktsiyalar paydo bo'lishi uchun zarurdir. Shuning uchun yorug'lik bosqichi majburiy jarayon bo'lib, ularsiz ikkinchi bosqich - qorong'u bosqich amalga oshirilmaydi.
Qorong'u bosqich: mohiyati va xususiyatlari
Qorong'i fotosintez va uning reaksiyalari karbonat angidridni uglevodlar ishlab chiqarish bilan organik kelib chiqadigan moddalarga aylantirish jarayonidir. Bunday reaksiyalarning amalga oshirilishi xloroplast stromasida va fotosintezning birinchi bosqichi mahsulotlarida sodir bo'ladi - yorug'lik ularda faol ishtirok etadi.
Fotosintezning qorong'u bosqichi mexanizmi karbonat angidridni assimilyatsiya qilish jarayoniga (shuningdek, fotokimyoviy karboksillanish, Kalvin sikli deb ataladi) asoslangan bo'lib, u tsiklilik bilan ajralib turadi. Uch bosqichdan iborat:
- Karboksillanish - CO2 qoʻshilishi.
- Qayta tiklash bosqichi.
- Ribuloza difosfat regeneratsiya bosqichi.
Ribulofosfat, beshta uglerod atomiga ega shakar, ATP tomonidan fosforlanadi, natijada ribuloza difosfat, CO2 mahsuloti bilan oltita uglerod bilan qoʻshilib, qoʻshimcha karboksillanadi. suv molekulasi bilan o'zaro ta'sirlashganda parchalanib, fosfogliserik kislotaning ikkita molekulyar zarrasini hosil qiladi. Keyin bu kislota fermentativ reaktsiyani amalga oshirishda to'liq pasayish kursidan o'tadi, buning uchun uchta uglerodli shakar hosil qilish uchun ATP va NADP mavjudligi talab qilinadi - uch uglerodli shakar, trioza yoki aldegid.fosfogliserin. Ikkita shunday trioz kondensatsiyalanganda geksoza molekulasi olinadi, u kraxmal molekulasining ajralmas qismiga aylanadi va zahirada tuzatiladi.
Bu faza fotosintez jarayonida bitta CO molekulasining soʻrilishi bilan tugaydi2 va uchta ATP molekulasi va toʻrtta H atomidan foydalanish. Geksoza fosfat reaksiyalarga mos keladi. pentoza-fosfat siklining buzilishi natijasida ribuloza fosfat qayta tiklanadi, u boshqa karbonat kislota molekulasi bilan qayta birlashishi mumkin.
Karboksillanish, tiklanish, regeneratsiya reaksiyalarini faqat fotosintez sodir boʻladigan hujayraga xos deb boʻlmaydi. Jarayonlarning "bir hil" yo'nalishi nima ekanligini ham ayta olmaysiz, chunki farq hali ham mavjud - tiklash jarayonida OVERH emas, NADPH ishlatiladi.
CO2 ning ribuloza difosfat qoʻshilishi ribuloza difosfat karboksilaza tomonidan katalizlanadi. Reaktsiya mahsuloti 3-fosfogliserat bo'lib, u NADPH2 va ATP bilan glitseraldegid-3-fosfatga qaytariladi. Qaytarilish jarayoni glitseraldegid-3-fosfat dehidrogenaza tomonidan katalizlanadi. Ikkinchisi osongina dihidroksiaseton fosfatga aylanadi. fruktoza bifosfat hosil bo'ladi. Uning molekulalarining bir qismi ribuloza difosfatning qayta tiklanish jarayonida ishtirok etib, siklni yopadi, ikkinchi qismi esa fotosintez hujayralarida uglevod zahiralarini yaratish uchun ishlatiladi, ya'ni uglevod fotosintezi sodir bo'ladi.
Yorug'lik energiyasi organik moddalarning fosforillanishi va sintezi uchun zarurkelib chiqishi va organik moddalarning oksidlanish energiyasi oksidlovchi fosforlanish uchun zarurdir. Shuning uchun oʻsimliklar hayvonlar va geterotrof boʻlgan boshqa organizmlar uchun hayotni taʼminlaydi.
O'simlik hujayrasida fotosintez shu tarzda sodir bo'ladi. Uning mahsuloti uglevodlar bo'lib, o'simlik dunyosi vakillarining organik kelib chiqishi bo'lgan ko'plab moddalarning uglerod skeletlarini yaratish uchun zarurdir.
Azot-organik turdagi moddalar fotosintetik organizmlarda noorganik nitratlarning kamayishi, oltingugurt esa sulfatlarning aminokislotalarning sulfgidril guruhlariga qaytarilishi hisobiga assimilyatsiya qilinadi. Oqsillar, nuklein kislotalar, lipidlar, uglevodlar, kofaktorlar hosil bo'lishini, ya'ni fotosintezni ta'minlaydi. O'simliklar uchun muhim moddalarning "assortimenti" nima ekanligi allaqachon ta'kidlangan, ammo qimmatli dorivor moddalar (flavonoidlar, alkaloidlar, terpenlar, polifenollar, steroidlar, organik kislotalar va boshqalar) bo'lgan ikkilamchi sintez mahsulotlari haqida bir og'iz so'z aytilmagan.). Shuning uchun, mubolag'asiz aytishimiz mumkinki, fotosintez o'simliklar, hayvonlar va odamlar hayotining kalitidir.
