Elgondolkozott már azon, hogy hány élő szervezet van a bolygón? Végül is mindannyiuknak oxigént kell belélegezniük ahhoz, hogy energiát termeljenek és szén-dioxidot lélegezzenek ki. A szén-dioxid a fő oka az olyan jelenségnek, mint a szoba dugulása. Ez akkor történik, amikor sok ember van benne, és a helyiséget sokáig nem szellőztetik. Ezenkívül az ipari létesítmények, a magángépkocsik és a tömegközlekedés mérgező anyagokkal töltik meg a levegőt.
A fentiek ismeretében felvetődik egy teljesen logikus kérdés: hogyan nem fulladtunk meg akkor, ha minden élet a mérgező szén-dioxid forrása? Ebben a helyzetben minden élőlény megmentője a fotoszintézis. Mi ez a folyamat és miért szükséges?
Eredménye a szén-dioxid egyensúlyának beállítása és a levegő oxigénnel való telítettsége. Ezt a folyamatot csak a növényvilág, vagyis a növények képviselői ismerik, mivel csak a sejtjeikben fordul elő.
Maga a fotoszintézis egy rendkívül összetett eljárás, amely bizonyos feltételektől függ, és több esetben is előfordulszakaszok.
A fogalom meghatározása
A tudományos definíció szerint az autotróf szervezetekben a napfény hatására a szerves anyagok a fotoszintézis során a sejtszinten szerves anyagokká alakulnak.
Egyszerűbben fogalmazva, a fotoszintézis az a folyamat, amelynek során a következő történik:
- A növény nedvességgel telített. A nedvesség forrása lehet a talajvíz vagy a nedves trópusi levegő.
- A klorofill (a növényekben található különleges anyag) reagál a napenergiára.
- A növényvilág képviselői számára szükséges táplálék kialakulása, amelyet heterotróf módon önerőből nem tudnak beszerezni, hanem ők maguk a termelők. Más szóval, a növények megeszik, amit termelnek. Ez a fotoszintézis eredménye.
Első szakasz
Gyakorlatilag minden növény tartalmaz zöld anyagot, aminek köszönhetően képes elnyelni a fényt. Ez az anyag nem más, mint klorofill. Elhelyezkedése kloroplasztiszok. De a kloroplasztiszok a növény szárrészében és gyümölcseiben találhatók. De a levél fotoszintézise különösen gyakori a természetben. Mivel az utóbbi meglehetősen egyszerű felépítésű és viszonylag nagy felületű, ezért a mentési folyamat lefolytatásához szükséges energiamennyiség sokkal nagyobb lesz.
Amikor a klorofill elnyeli a fényt, az utóbbi izgatott állapotban van, ésenergiaüzeneteket továbbít a növény többi szerves molekulájának. A legtöbb ilyen energia a fotoszintézis folyamatában részt vevőkhöz jut.
Második szakasz
A fotoszintézis kialakulásához a második szakaszban nincs szükség a fény kötelező részvételére. Légtömegekből és vízből képződött mérgező szén-dioxid segítségével kémiai kötések kialakításából áll. Számos olyan anyag szintézise is létezik, amelyek biztosítják a növényvilág képviselőinek létfontosságú tevékenységét. Ezek a keményítő, a glükóz.
A növényekben az ilyen szerves elemek táplálékforrásként szolgálnak az egyes növényrészek számára, miközben biztosítják az életfolyamatok normális lefolyását. Ilyen anyagokat az állatvilág képviselői is szereznek, akik növényeket esznek étkezésre. Az emberi szervezet ezekkel az anyagokkal telítődik a napi étrendben szereplő élelmiszerekkel.
Mit? Ahol? Mikor?
Ahhoz, hogy a szerves anyagok szervesekké váljanak, megfelelő feltételeket kell biztosítani a fotoszintézishez. A vizsgált folyamathoz mindenekelőtt fényre van szükség. Mesterséges és napfényről beszélünk. A természetben a növények tevékenységét általában tavasszal és nyáron intenzitás jellemzi, vagyis amikor nagy mennyiségű napenergiára van szükség. Mi nem mondható el az őszi szezonról, amikor egyre kevesebb a fény, egyre rövidül a nappal. Ennek eredményeként a lombozat megsárgul, majd teljesen leesik. De amint az első tavaszi napsugarak felragyognak, zöld fű emelkedik, azonnal folytatják tevékenységüket.klorofill, és megindul az oxigén és más létfontosságú tápanyagok aktív termelése.
A fotoszintézis feltételei nem csak a fényt foglalják magukban. A nedvességnek is elegendőnek kell lennie. Végül is a növény először felszívja a nedvességet, majd a napenergia részvételével reakció kezdődik. A növényi táplálék ennek a folyamatnak az eredménye.
Csak zöld anyag jelenlétében megy végbe fotoszintézis. Mik azok a klorofillok, fentebb már elmondtuk. Egyfajta vezetőként működnek a fény- vagy napenergia és maga a növény között, biztosítva életük és tevékenységük megfelelő lefolyását. A zöld anyagok képesek elnyelni a nap sugarait.
Az oxigén is jelentős szerepet játszik. Ahhoz, hogy a fotoszintézis folyamata sikeres legyen, a növényeknek sok kell belőle, mivel csak 0,03% szénsavat tartalmaz. Tehát 20 000 m3 levegőből 6 m3 savat kaphat. Ez utóbbi anyag a glükóz fő forrása, amely viszont az élethez szükséges anyag.
A fotoszintézisnek két szakasza van. Az elsőt világosnak, a másodikat sötétnek hívják.
Mi a fényszínpadi áramlás mechanizmusa
A fotoszintézis könnyű szakaszának más neve is van – fotokémiai. A fő résztvevők ebben a szakaszban:
- napenergia;
- változatos pigmentek.
Az első komponenssel minden világos, ez a napfény. DEilyenek a pigmentek, nem mindenki tudja. Zöld, sárga, piros vagy kék színűek. Az „A” és „B” csoport klorofilljai a zöldhez, a fikobilinek a sárgához, illetve a vörös/kékhez tartoznak. A folyamat ezen szakaszában résztvevők fotokémiai aktivitását csak az "A" klorofillok mutatják. A többi kiegészítő szerepet tölt be, melynek lényege a fénykvantumok összegyűjtése és a fotokémiai központba szállítása.
Mivel a klorofill rendelkezik azzal a képességgel, hogy egy bizonyos hullámhosszon hatékonyan nyelje el a napenergiát, a következő fotokémiai rendszereket azonosították:
- 1. fotokémiai központ ("A" csoport zöld anyagok) - a 700-as pigmentet tartalmazza a készítmény, amely elnyeli a körülbelül 700 nm hosszúságú fénysugarakat. Ez a pigment alapvető szerepet játszik a fotoszintézis fényfázisának termékeinek létrehozásában.
- 2. fotokémiai központ ("B" csoport zöld anyagok) - a készítmény 680 pigmentet tartalmaz, amely elnyeli a 680 nm hosszúságú fénysugarakat. Másodlagos szerepe van, amely az 1. fotokémiai centrum által elvesztett elektronok pótlásában áll. Ezt a folyadék hidrolízise révén érik el.
350–400 pigmentmolekula esetében, amelyek a fényáramokat koncentrálják az 1. és 2. fotorendszerben, csak egy pigmentmolekula található, amely fotokémiailag aktív – az „A” csoportba tartozó klorofill.
Mi folyik itt?
1. A növény által elnyelt fényenergia hatással van a benne lévő 700-as pigmentre, amely normál állapotból gerjesztett állapotba változik. A pigment veszítelektron, ami az úgynevezett elektronlyuk kialakulását eredményezi. Továbbá az elektront vesztett pigmentmolekula akceptorként, azaz az elektront befogadó oldalként működhet, és visszatérhet alakjába.
2. A 2. fotorendszer 680-as fényelnyelő pigmentjének fotokémiai központjában a folyékony bomlás folyamata. A víz bomlása során elektronok képződnek, amelyeket kezdetben olyan anyag fogad be, mint a citokróm C550, és Q betűvel jelöljük., a citokrómból az elektronok bejutnak a hordozóláncba, és az 1. fotokémiai központba kerülnek, hogy feltöltsék az elektronlyukat, ami a fénykvantumok behatolásának és a 700-as pigment redukciós folyamatának az eredménye.
Vannak esetek, amikor egy ilyen molekula az előzővel azonos elektront kap vissza. Ennek eredményeként fényenergia szabadul fel hő formájában. De szinte mindig egy negatív töltésű elektron egyesül speciális vas-kén fehérjékkel, és az egyik lánc mentén a 700-as pigmenthez kerül, vagy belép egy másik hordozóláncba, és újra egyesül egy állandó akceptorral.
Az első változatban ciklikus zárt típusú elektrontranszport van, a másodikban nem ciklikus.
Mindkét folyamatot ugyanaz az elektronhordozó lánc katalizálja a fotoszintézis első szakaszában. De meg kell jegyezni, hogy a ciklikus típusú fotofoszforiláció során a szállítás kezdeti és egyben végpontja a klorofill, míg a nem ciklikus szállítás a "B" csoport zöld anyagának átmenetét jelenti.klorofill "A".
A ciklikus közlekedés jellemzői
A ciklikus foszforilációt fotoszintetikusnak is nevezik. A folyamat eredményeként ATP-molekulák képződnek. Ez a transzport azon alapul, hogy az elektronok gerjesztett állapotban visszatérnek a 700-as pigmenthez több egymást követő szakaszon keresztül, melynek eredményeként energia szabadul fel, amely részt vesz a foszforiláló enzimrendszer munkájában az ATP-foszfátban való további felhalmozódás céljából. kötvények. Vagyis az energia nem oszlik el.
A ciklikus foszforiláció a fotoszintézis elsődleges reakciója, amely azon a technológián alapul, hogy a napfény energiájával kémiai energiát állítanak elő a kloroplasztisz tilaktoidok membránfelületén.
Fotoszintetikus foszforiláció nélkül az asszimilációs reakciók a fotoszintézis sötét fázisában lehetetlenek.
A nem ciklikus típusú szállítás árnyalatai
A folyamat a NADP+ helyreállításából és a NADPH kialakulásából áll. A mechanizmus egy elektronnak a ferredoxinhoz való átvitelén, annak redukciós reakcióján és az ezt követő NADP+-ra való átálláson alapul, további redukcióval NADPH-vá.
Ennek eredményeként a 700-as pigmentet elvesztő elektronok a víz elektronjainak köszönhetően feltöltődnek, amely a fénysugarak hatására a fotorendszerben lebomlik 2.
Az elektronok nem ciklikus útja, amelynek áramlása fényfotoszintézissel is jár, a két fotorendszer egymás közötti kölcsönhatása révén megy végbe, összekapcsolja elektrontranszport láncaikat. Világítóenergia irányítja vissza az elektronok áramlását. Amikor az 1. fotokémiai központból a 2. központba kerülnek, az elektronok elveszítik energiájuk egy részét, mivel protonpotenciálként felhalmozódnak a tilaktoidok membránfelületén.
A fotoszintézis sötét fázisában az elektrontranszport láncban a proton típusú potenciál létrehozásának folyamata és a kloroplasztiszokban az ATP képzésére való kiaknázása szinte teljesen megegyezik a mitokondriumokban zajló ugyanezen folyamattal. De a funkciók továbbra is jelen vannak. A thylakoidok ebben a helyzetben kifelé fordított mitokondriumok. Ez a fő oka annak, hogy az elektronok és protonok a membránon a mitokondriális membránban lévő transzportáramlással ellentétes irányban mozognak. Az elektronok kifelé szállítódnak, míg a protonok a thylaktikus mátrix belsejében halmozódnak fel. Ez utóbbi csak pozitív töltést fogad el, a tilaktoid külső membránja pedig negatív. Ebből az következik, hogy a proton típusú gradiens útja ellentétes a mitokondriumban elért útjával.
A következő jellemzőt a protonok potenciáljának magas pH-szintjének nevezhetjük.
A harmadik jellemző, hogy csak két konjugációs hely van a thylaktoid láncban, és ennek eredményeként az ATP-molekula és a proton aránya 1:3.
Következtetés
Az első szakaszban a fotoszintézis a fényenergia (mesterséges és nem mesterséges) kölcsönhatása a növényekkel. A zöld anyagok reagálnak a sugarakra – a klorofillok, amelyek többsége a levelekben található.
Az ATP és a NADPH képződése egy ilyen reakció eredménye. Ezek a termékek elengedhetetlenek a sötét reakciók kialakulásához. Ezért a világos szakasz egy kötelező folyamat, amely nélkül a második szakasz - a sötét szakasz - nem megy végbe.
Sötét szakasz: lényeg és jellemzők
A sötét fotoszintézis és reakciói a szén-dioxid szerves eredetű anyagokká alakításának folyamata szénhidráttermeléssel. Az ilyen reakciók a kloroplasztisz strómájában és a fotoszintézis első szakaszának termékeiben mennek végbe - a fény aktívan részt vesz bennük.
A fotoszintézis sötét szakaszának mechanizmusa a szén-dioxid asszimilációs folyamatán alapul (más néven fotokémiai karboxilezés, Calvin-ciklus), amelyet ciklikusság jellemez. Három fázisból áll:
- Karboxilezés – CO hozzáadása2.
- Helyreállítási fázis.
- Ribulóz-difoszfát regenerációs fázis.
A ribulofoszfátot, egy öt szénatomos cukrot az ATP foszforilezi, ami ribulóz-difoszfátot eredményez, amely tovább karboxileződik a hat szénatomos CO2 termékkel kombinálva, amely azonnal lebomlik, amikor kölcsönhatásba lép egy vízmolekulával, és két molekuláris foszfoglicerinsav részecske jön létre. Ezután ez a sav teljes redukción megy keresztül egy enzimes reakció végrehajtása során, amelyhez ATP és NADP jelenléte szükséges ahhoz, hogy három szénatomos cukrot képezzen - három szénatomos cukor, trióz vagy aldehidfoszfoglicerin. Amikor két ilyen trióz kondenzálódik, egy hexózmolekula keletkezik, amely a keményítőmolekula szerves részévé válhat, és tartalékban hibakereshető.
Ez a fázis egy CO-molekula abszorpciójával zárul a fotoszintézis folyamata során2, valamint három ATP-molekula és négy H-atom felhasználásával. A hexóz-foszfát alkalmas a reakciókra. A pentóz-foszfát körfolyamat során a keletkező ribulóz-foszfát regenerálódik, amely rekombinálódhat egy másik szénsavmolekulával.
A karboxilezési, helyreállítási, regenerációs reakciók nem nevezhetők kizárólag arra a sejtre, amelyben a fotoszintézis zajlik. Azt sem lehet megmondani, hogy mi a „homogén” folyamatmenet, hiszen a különbség továbbra is fennáll - a helyreállítási folyamat során a NADPH kerül alkalmazásra, és nem az OVERH.
A CO2 ribulóz-difoszfáttal történő hozzáadását a ribulóz-difoszfát-karboxiláz katalizálja. A reakciótermék 3-foszfoglicerát, amelyet NADPH2 és ATP redukál gliceraldehid-3-foszfáttá. A redukciós folyamatot a gliceraldehid-3-foszfát-dehidrogenáz katalizálja. Ez utóbbi könnyen átalakul dihidroxi-aceton-foszfáttá. fruktóz-biszfoszfát képződik. Molekuláinak egy része a ribulóz-difoszfát regenerációs folyamatában vesz részt, lezárva a ciklust, a másik része pedig szénhidrát-tartalékok létrehozására szolgál a fotoszintézis sejtekben, azaz szénhidrát fotoszintézis megy végbe.
A fényenergia szükséges a foszforilációhoz és a szerves anyagok szintéziséhezeredetű, és a szerves anyagok oxidációs energiája szükséges az oxidatív foszforilációhoz. Ezért a növényzet életet biztosít az állatok és más heterotróf szervezetek számára.
A növényi sejtben a fotoszintézis ilyen módon megy végbe. Terméke a szénhidrátok, amelyek a növényvilág képviselőinek számos, szerves eredetű anyag szénvázának létrehozásához szükségesek.
A nitrogén-szerves típusú anyagok a fotoszintetikus szervezetekben asszimilálódnak a szervetlen nitrátok, a kén pedig - a szulfátok aminosavak szulfhidrilcsoportjaivá történő redukciója miatt. Biztosítja a fehérjék, nukleinsavak, lipidek, szénhidrátok, kofaktorok képződését, nevezetesen a fotoszintézist. A növények számára létfontosságú anyagok "választéka" már szóba került, de a másodlagos szintézis termékeiről, amelyek értékes gyógyászati anyagok (flavonoidok, alkaloidok, terpének, polifenolok, szteroidok, szerves savak és mások) egy szó sem esett.). Ezért túlzás nélkül kijelenthetjük, hogy a fotoszintézis a kulcsa a növények, állatok és emberek életének.
