Ste se kdaj vprašali, koliko živih organizmov je na planetu?! In navsezadnje morajo vsi vdihniti kisik, da ustvarijo energijo in izdihnejo ogljikov dioksid. Prav ogljikov dioksid je glavni vzrok za pojav, kot je zamašenost v prostoru. Poteka, ko je v njej veliko ljudi, prostor pa dolgo ni prezračen. Poleg tega industrijski objekti, zasebni avtomobili in javni prevoz napolnijo zrak s strupenimi snovmi.
Glede na navedeno se postavlja povsem logično vprašanje: kako se potem nismo zadušili, če pa je vse življenje vir strupenega ogljikovega dioksida? Odrešenik vseh živih bitij v tej situaciji je fotosinteza. Kaj je ta postopek in zakaj je potreben?
Njegov rezultat je uravnavanje ravnovesja ogljikovega dioksida in nasičenost zraka s kisikom. Takšen proces poznajo le predstavniki sveta flore, torej rastlin, saj se pojavlja le v njihovih celicah.
Fotosinteza je izredno zapleten postopek, ki je odvisen od določenih pogojev in se pojavlja v večstopnje.
Definicija koncepta
Po znanstveni definiciji se organske snovi med fotosintezo na celični ravni pri avtotrofnih organizmih zaradi izpostavljenosti sončni svetlobi pretvorijo v organske snovi.
Preprosteje povedano, fotosinteza je proces, pri katerem se zgodi naslednje:
- Rastlina je nasičena z vlago. Vir vlage je lahko voda iz zemlje ali vlažen tropski zrak.
- Klorofil (posebna snov, ki jo najdemo v rastlinah) reagira na sončno energijo.
- Nastajanje hrane, potrebne za predstavnike flore, ki je sami ne morejo dobiti na heterotrofni način, so pa sami njen proizvajalec. Z drugimi besedami, rastline jedo, kar proizvedejo. To je rezultat fotosinteze.
prva faza
Praktično vsaka rastlina vsebuje zeleno snov, zahvaljujoč kateri lahko absorbira svetlobo. Ta snov ni nič drugega kot klorofil. Njegova lokacija so kloroplasti. Toda kloroplasti se nahajajo v stebelnem delu rastline in njenih plodovih. Toda fotosinteza listov je še posebej pogosta v naravi. Ker je slednji po svoji strukturi precej preprost in ima relativno veliko površino, kar pomeni, da bo količina energije, ki je potrebna za potek reševalnega procesa, veliko večja.
Ko svetlobo absorbira klorofil, je slednji v stanju razburjenja inprenaša energijska sporočila drugim organskim molekulam rastline. Največja količina takšne energije gre udeležencem v procesu fotosinteze.
druga faza
Nastajanje fotosinteze na drugi stopnji ne zahteva obvezne udeležbe svetlobe. Sestoji iz tvorbe kemičnih vezi z uporabo strupenega ogljikovega dioksida, ki nastane iz zračnih mas in vode. Obstaja tudi sinteza številnih snovi, ki zagotavljajo vitalno aktivnost predstavnikov flore. To so škrob, glukoza.
V rastlinah takšni organski elementi delujejo kot vir prehrane za posamezne dele rastline, hkrati pa zagotavljajo normalen potek življenjskih procesov. Takšne snovi pridobivajo tudi predstavniki favne, ki jedo rastline za hrano. Človeško telo je s temi snovmi nasičeno s hrano, ki je vključena v vsakodnevno prehrano.
Kaj? Kje? Kdaj?
Da organske snovi postanejo organske, je treba zagotoviti ustrezne pogoje za fotosintezo. Za obravnavani proces je najprej potrebna svetloba. Govorimo o umetni in sončni svetlobi. V naravi je za rastlinsko dejavnost običajno značilna intenzivnost spomladi in poleti, torej takrat, ko je potrebna velika količina sončne energije. Kaj ne moremo reči o jesenskem času, ko je vse manj svetlobe, je dan vse krajši. Posledično listje porumeni, nato pa popolnoma odpade. Toda takoj, ko bodo posijali prvi spomladanski sončni žarki, se bo dvignila zelena trava, bodo takoj nadaljevali s svojimi dejavnostmi.klorofilov in začela se bo aktivna proizvodnja kisika in drugih vitalnih hranil.
Pogoji za fotosintezo vključujejo več kot le svetlobo. Tudi vlaga mora biti dovolj. Navsezadnje rastlina najprej absorbira vlago, nato pa se začne reakcija s sodelovanjem sončne energije. Rastlinska hrana je rezultat tega procesa.
Samo v prisotnosti zelene snovi pride do fotosinteze. Kaj so klorofili, smo že povedali zgoraj. Delujejo kot nekakšen prevodnik med svetlobo ali sončno energijo in rastlino samo, kar zagotavlja pravilen potek njihovega življenja in delovanja. Zelene snovi imajo sposobnost absorbiranja številnih sončnih žarkov.
Pomembno vlogo igra tudi kisik. Da bi bil proces fotosinteze uspešen, ga rastline potrebujejo veliko, saj vsebuje le 0,03 % ogljikove kisline. Torej, iz 20.000 m3 zraka lahko dobite 6 m3 kisline. Prav slednja snov je glavni vir glukoze, ki pa je snov, potrebna za življenje.
Obstajata dve stopnji fotosinteze. Prva se imenuje svetloba, druga je temna.
Kakšen je mehanizem toka svetlobne stopnje
Svetlobna faza fotosinteze ima drugo ime - fotokemična. Glavni udeleženci na tej stopnji so:
- sončna energija;
- različne pigmente.
S prvo komponento je vse jasno, to je sončna svetloba. AMPAKto so pigmenti, vsi ne vedo. So zelene, rumene, rdeče ali modre. Klorofili skupin "A" in "B" spadajo v zeleno, fikobilini v rumeno oziroma rdeče/modro. Fotokemično aktivnost med udeleženci v tej fazi procesa kažejo le klorofili "A". Ostali igrajo komplementarno vlogo, katere bistvo je zbiranje svetlobnih kvantov in njihov transport v fotokemični center.
Ker je klorofil obdarjen s sposobnostjo učinkovitega absorbiranja sončne energije pri določeni valovni dolžini, so bili identificirani naslednji fotokemični sistemi:
- Fotokemični center 1 (zelene snovi skupine "A") - pigment 700 je vključen v sestavo, ki absorbira svetlobne žarke, katerih dolžina je približno 700 nm. Ta pigment ima temeljno vlogo pri ustvarjanju produktov svetlobne faze fotosinteze.
- Fotokemični center 2 (zelene snovi skupine "B") - sestava vključuje pigment 680, ki absorbira svetlobne žarke, katerih dolžina je 680 nm. Ima sekundarno vlogo, ki je sestavljena iz funkcije obnavljanja elektronov, ki jih izgubi fotokemični center 1. To dosežemo zaradi hidrolize tekočine.
Za 350–400 pigmentnih molekul, ki koncentrirajo svetlobne tokove v fotosistemih 1 in 2, obstaja samo ena molekula pigmenta, ki je fotokemično aktivna - klorofil skupine "A".
Kaj se dogaja?
1. Svetlobna energija, ki jo absorbira rastlina, vpliva na pigment 700, ki ga vsebuje, ki se iz normalnega stanja spremeni v vzbujeno stanje. Pigment izgubielektrona, kar povzroči nastanek tako imenovane elektronske luknje. Poleg tega lahko pigmentna molekula, ki je izgubila elektron, deluje kot njegov akceptor, to je stran, ki sprejme elektron, in se vrne v svojo obliko.
2. Proces razgradnje tekočine v fotokemičnem središču svetlobno absorbirajočega pigmenta 680 fotosistema 2. Med razgradnjo vode nastanejo elektroni, ki jih sprva sprejme snov, kot je citokrom C550, in jih označimo s črko Q., iz citokroma, elektroni vstopijo v nosilno verigo in se transportirajo v fotokemični center 1, da napolnijo elektronsko luknjo, ki je bila posledica prodiranja svetlobnih kvantov in procesa redukcije pigmenta 700.
Obstajajo primeri, ko taka molekula dobi nazaj elektron, enak prejšnji. To bo povzročilo sproščanje svetlobne energije v obliki toplote. Toda skoraj vedno se elektron z negativnim nabojem združi s posebnimi beljakovinami železo-žveplo in se prenese vzdolž ene od verig do pigmenta 700 ali pa vstopi v drugo nosilno verigo in se ponovno združi s stalnim akceptorjem.
V prvi varianti je cikličen zaprt transport elektronov, v drugi - necikličen.
Oba procesa katalizira ista veriga nosilcev elektronov v prvi fazi fotosinteze. Vendar je treba opozoriti, da je med fotofosforilacijo cikličnega tipa začetna in hkrati končna točka transporta klorofil, medtem ko neciklični transport pomeni prehod zelene snovi skupine "B" vklorofil "A".
Značilnosti cikličnega prevoza
Ciklična fosforilacija se imenuje tudi fotosintetična. Kot rezultat tega procesa nastanejo molekule ATP. Ta transport temelji na vračanju elektronov v vzbujenem stanju k pigmentu 700 skozi več zaporednih stopenj, pri čemer se sprosti energija, ki sodeluje pri delu fosforilacijskega encimskega sistema z namenom nadaljnjega kopičenja v ATP fosfatu. obveznice. To pomeni, da se energija ne razprši.
Ciklična fosforilacija je primarna reakcija fotosinteze, ki temelji na tehnologiji generiranja kemične energije na membranskih površinah kloroplastnih tilaktoidov z uporabo energije sončne svetlobe.
Brez fotosintetske fosforilacije so asimilacijske reakcije v temni fazi fotosinteze nemogoče.
Nianse prevoza necikličnega tipa
Proces sestoji iz obnove NADP+ in tvorbe NADPH. Mehanizem temelji na prenosu elektrona na feredoksin, njegovi redukcijski reakciji in kasnejšem prehodu na NADP+ z nadaljnjo redukcijo v NADPH.
Zaradi tega se elektroni, ki so izgubili pigment 700, napolnijo zahvaljujoč elektronom vode, ki se pod svetlobnimi žarki razgradi v fotosistemu 2.
Neciklična pot elektronov, katerih tok vključuje tudi svetlobno fotosintezo, poteka z interakcijo obeh fotosistemov med seboj, povezuje njune verige za transport elektronov. Svetlečeenergija usmerja tok elektronov nazaj. Pri transportu iz fotokemičnega centra 1 v središče 2 elektroni izgubijo del svoje energije zaradi kopičenja kot protonskega potenciala na površini membrane tilaktoidov.
V temni fazi fotosinteze je proces ustvarjanja potenciala protonskega tipa v transportni verigi elektronov in njegovo izkoriščanje za tvorbo ATP v kloroplastih skoraj popolnoma identičen istemu procesu v mitohondrijih. Toda funkcije so še vedno prisotne. Tilaktoidi v tej situaciji so mitohondriji, obrnjeni navzven. To je glavni razlog, da se elektroni in protoni premikajo čez membrano v nasprotni smeri glede na transportni tok v mitohondrijski membrani. Elektroni se prenašajo navzven, protoni pa se kopičijo v notranjosti tilaktičnega matriksa. Slednji sprejema le pozitiven naboj, zunanja membrana tilaktoida pa je negativna. Iz tega sledi, da je pot gradienta protonskega tipa nasprotna njegovi poti v mitohondrijih.
Naslednjo značilnost lahko imenujemo visoka pH vrednost v potencialu protonov.
Tretja značilnost je prisotnost le dveh konjugacijskih mest v tilaktoidni verigi in posledično je razmerje med molekulo ATP in protoni 1:3.
Sklep
Na prvi stopnji je fotosinteza interakcija svetlobne energije (umetne in neumetne) z rastlino. Zelene snovi reagirajo na žarke - klorofili, ki jih največ najdemo v listih.
Nastajanje ATP in NADPH je posledica takšne reakcije. Ti izdelki so nujni za pojav temnih reakcij. Svetla faza je torej obvezen proces, brez katerega druge stopnje - temne stopnje - ne bo.
Temna faza: bistvo in lastnosti
Temna fotosinteza in njene reakcije so postopek pretvorbe ogljikovega dioksida v snovi organskega izvora s proizvodnjo ogljikovih hidratov. Izvajanje takšnih reakcij poteka v stromi kloroplasta in produktih prve faze fotosinteze - svetloba v njih aktivno sodeluje.
Mehanizem temne faze fotosinteze temelji na procesu asimilacije ogljikovega dioksida (imenovanega tudi fotokemična karboksilacija, Calvinov cikel), za katerega je značilna cikličnost. Sestavljen je iz treh faz:
- karboksilacija - dodajanje CO2.
- Faza okrevanja.
- Faza regeneracije ribuloznega difosfata.
Ribulofosfat, sladkor s petimi ogljikovimi atomi, je fosforiliran z ATP, kar ima za posledico ribuloza difosfat, ki se nadalje karboksilira s kombiniranjem s CO2 produktom s šestimi ogljikovimi atomi, ki takoj pri interakciji z molekulo vode razpadejo, pri čemer nastanejo dva molekularna delca fosfoglicerinske kisline. Nato je ta kislina podvržena poteku popolne redukcije pri izvajanju encimske reakcije, za katero je potrebna prisotnost ATP in NADP, da se tvori sladkor s tremi ogljiki - triogljikovim sladkorjem, triozo ali aldehidom.fosfoglicerol. Ko se dve takšni triozi kondenzirata, dobimo molekulo heksoze, ki lahko postane sestavni del škrobne molekule in jo odpravimo v rezervi.
Ta faza se konča z absorpcijo ene molekule CO med procesom fotosinteze2 in uporabo treh molekul ATP in štirih atomov H. Heksoza fosfat je primeren za reakcije pentozofosfatnega cikla se regenerira nastali ribuloza fosfat, ki se lahko rekombinira z drugo molekulo ogljikove kisline.
Reakcije karboksilacije, obnove, regeneracije ne moremo imenovati specifičnih izključno za celico, v kateri poteka fotosinteza. Tudi ne morete reči, kakšen je "homogen" potek procesov, saj razlika še vedno obstaja - med postopkom obnovitve se uporablja NADPH in ne OVERH.
Dodajanje CO2 ribuloza difosfatu katalizira ribuloza difosfat karboksilaza. Reakcijski produkt je 3-fosfoglicerat, ki se reducira z NADPH2 in ATP v gliceraldehid-3-fosfat. Proces redukcije katalizira gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza. Slednji se zlahka pretvori v dihidroksiaceton fosfat. nastane fruktozni bisfosfat. Nekatere njegove molekule sodelujejo v procesu regeneracije ribuloz difosfata, s čimer zaprejo cikel, drugi del pa se uporablja za ustvarjanje zalog ogljikovih hidratov v fotosinteznih celicah, torej poteka fotosinteza ogljikovih hidratov.
Svetlobna energija je potrebna za fosforilacijo in sintezo organskih snoviizvora, energija oksidacije organskih snovi pa je nujna za oksidativno fosforilacijo. Zato vegetacija zagotavlja življenje živalim in drugim organizmom, ki so heterotrofni.
Fotosinteza v rastlinski celici poteka na ta način. Njegov produkt so ogljikovi hidrati, potrebni za ustvarjanje ogljikovih skeletov številnih snovi predstavnikov sveta flore, ki so organskega izvora.
Snovi dušikovo-organskega tipa se v fotosintetskih organizmih asimilirajo zaradi redukcije anorganskih nitratov, žveplo pa zaradi redukcije sulfatov na sulfhidrilne skupine aminokislin. Zagotavlja tvorbo beljakovin, nukleinskih kislin, lipidov, ogljikovih hidratov, kofaktorjev, in sicer fotosintezo. Kaj je "nabor" snovi, ki je bistvenega pomena za rastline, je bilo že poudarjeno, o produktih sekundarne sinteze, ki so dragocene zdravilne snovi (flavonoidi, alkaloidi, terpeni, polifenoli, steroidi, organske kisline in drugo), ni bilo niti besede.). Zato lahko brez pretiravanja rečemo, da je fotosinteza ključ do življenja rastlin, živali in ljudi.
