Fotosintezin qaranlıq fazasının baş verdiyi yer. Fotosintezin işıq mərhələsi. ATP sintezi fotosintezin hansı mərhələsində baş verir?

- işıq enerjisinin məcburi istifadəsi ilə karbon qazından və sudan üzvi maddələrin sintezi:

6CO 2 + 6H 2 O + Q işıq → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Ali bitkilərdə fotosintez orqanı yarpaq, fotosintez orqanoidləri isə xloroplastlardır (xloroplastların quruluşu - mühazirə No 7). Xloroplast tilakoidlərinin membranlarında fotosintetik piqmentlər var: xlorofillər və karotenoidlər. Xlorofilin bir neçə fərqli növü var ( a B C D), əsas olan xlorofildir a. Xlorofil molekulunda mərkəzdə maqnezium atomu olan porfirin "başı" və fitol "quyruğu" fərqlənə bilər. Porfirin "başı" düz bir quruluşdur, hidrofilikdir və buna görə də stromanın sulu mühitinə baxan membranın səthində yerləşir. Fitol "quyruğu" hidrofobikdir və buna görə membranda xlorofil molekulunu saxlayır.

Xlorofillər qırmızı və mavi-bənövşəyi işığı udur, yaşıl işığı əks etdirir və buna görə də bitkilərə xarakterik yaşıl rəng verir. Tilakoid membranlarda xlorofil molekulları təşkil edilir fotosistemlər. Bitkilərdə və mavi-yaşıl yosunlarda fotosistem-1 və fotosistem-2, fotosintetik bakteriyalarda isə fotosistem-1 var. Yalnız fotosistem-2 oksigeni buraxmaq və suyun hidrogenindən elektron almaq üçün suyu parçalaya bilər.

Fotosintez mürəkkəb çoxmərhələli prosesdir; fotosintez reaksiyaları iki qrupa bölünür: reaksiyalar işıq mərhələsi və reaksiyalar qaranlıq faza.

İşıq mərhələsi

Bu faza yalnız xlorofilin, elektron daşıyıcı zülalların və ATP sintetaza fermentinin iştirakı ilə tilakoid membranlarda işığın olması ilə baş verir. Bir kvant işığın təsiri altında xlorofil elektronları həyəcanlanır, molekulu tərk edir və tilakoid membranın xarici tərəfinə daxil olur və nəticədə mənfi yüklənir. Oksidləşmiş xlorofil molekulları intratilakoid məkanda yerləşən sudan elektron alaraq azalır. Bu, suyun parçalanmasına və ya fotolizinə səbəb olur:

H 2 O + Q işıq → H + + OH - .

Hidroksil ionları öz elektronlarından imtina edərək reaktiv radikallara çevrilirlər.OH:

OH - → .OH + e - .

OH radikalları birləşərək su və sərbəst oksigeni əmələ gətirir:

4NO. → 2H 2 O + O 2.

Bu vəziyyətdə, oksigen xarici mühitə çıxarılır və protonlar tilakoid içərisində "proton anbarında" toplanır. Nəticədə tilakoid membran bir tərəfdən H+ hesabına müsbət, digər tərəfdən isə elektronlar hesabına mənfi yüklənir. Tilakoid membranın xarici və daxili tərəfləri arasında potensial fərq 200 mV-ə çatdıqda, protonlar ATP sintetaza kanalları vasitəsilə itələnir və ADP ATP-yə fosforlaşır; Atom hidrogen spesifik daşıyıcı NADP + (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) NADPH 2-yə bərpa etmək üçün istifadə olunur:

2H + + 2e - + NADP → NADPH 2.

Beləliklə, işıq mərhələsində suyun fotolizi baş verir ki, bu da üç ilə müşayiət olunur ən mühüm proseslərdir: 1) ATP sintezi; 2) NADPH 2-nin əmələ gəlməsi; 3) oksigenin əmələ gəlməsi. Oksigen atmosferə yayılır, ATP və NADPH 2 xloroplastın stromasına daşınır və qaranlıq fazanın proseslərində iştirak edir.

1 - xloroplast stroması; 2 - grana tilakoid.

Qaranlıq faza

Bu mərhələ xloroplastın stromasında baş verir. Onun reaksiyaları işıq enerjisi tələb etmir, ona görə də onlar təkcə işıqda deyil, həm də qaranlıqda baş verir. Qaranlıq faza reaksiyaları qlükoza və digər üzvi maddələrin əmələ gəlməsinə səbəb olan karbon qazının (havadan gələn) ardıcıl çevrilmə zənciridir.

Bu zəncirdə ilk reaksiya karbon qazının fiksasiyasıdır; Karbon dioksid qəbuledicisi beş karbonlu şəkərdir. ribuloz bifosfat(RiBF); ferment reaksiyanı katalizləyir Ribuloz bifosfat karboksilaza(RiBP karboksilaza). Ribuloza bifosfatın karboksilləşməsi nəticəsində dərhal iki molekula parçalanan qeyri-sabit altı karbonlu birləşmə əmələ gəlir. fosfogliserik turşusu(FGK). Sonra fosfogliserik turşunun bir sıra ara məhsullar vasitəsilə qlükoza çevrildiyi reaksiyalar dövrü baş verir. Bu reaksiyalar işıq fazasında əmələ gələn ATP və NADPH 2 enerjisindən istifadə edir; Bu reaksiyaların dövrü “Kalvin dövrü” adlanır:

6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.

Fotosintez zamanı qlükozadan başqa mürəkkəb üzvi birləşmələrin digər monomerləri - amin turşuları, qliserin və yağ turşuları, nukleotidlər əmələ gəlir. Hal-hazırda fotosintezin iki növü var: C 3 - və C 4 fotosintez.

C 3-fotosintez

Bu, ilk məhsulun üç karbonlu (C3) birləşmələri olduğu bir fotosintez növüdür. C 3 fotosintezi C 4 fotosintezindən əvvəl kəşf edilmişdir (M. Kalvin). Yuxarıda “Qaranlıq faza” başlığı altında təsvir edilən C 3 fotosintezidir. C 3 fotosintezinin xarakterik xüsusiyyətləri: 1) karbon dioksid qəbuledicisi RiBP-dir, 2) RiBP-nin karboksilləşmə reaksiyası RiBP karboksilaza tərəfindən kataliz edilir, 3) RiBP-nin karboksilləşməsi nəticəsində altı karbonlu birləşmə əmələ gəlir, o da parçalanır. iki PGA. FGK bərpa edildi trioz fosfatlar(TF). TF-nin bir hissəsi RiBP-nin bərpası üçün istifadə olunur, bir hissəsi isə qlükozaya çevrilir.

1 - xloroplast; 2 - peroksizom; 3 - mitoxondriya.

Bu, işıqdan asılı olaraq oksigenin udulması və karbon qazının sərbəst buraxılmasıdır. Ötən əsrin əvvəllərində oksigenin fotosintezi boğduğu müəyyən edilmişdir. Məlum olub ki, RiBP karboksilaza üçün substrat təkcə karbon qazı deyil, həm də oksigen ola bilər:

O 2 + RiBP → fosfoqlikolat (2C) + PGA (3C).

Bu ferment RiBP oksigenaz adlanır. Oksigen karbon qazının fiksasiyasının rəqabətli inhibitorudur. Fosfat qrupu parçalanır və fosfoglikolat bitkinin istifadə etməli olduğu qlikolata çevrilir. Peroksizomlara daxil olur, burada qlisinə oksidləşir. Glisin, CO 2 şəklində artıq sabit karbon itkisi ilə serinə oksidləşdiyi mitoxondriyaya daxil olur. Nəticədə iki glikolat molekulu (2C + 2C) bir PGA (3C) və CO 2-yə çevrilir. Fototənəffüs C3 bitkilərinin məhsuldarlığının 30-40% azalmasına səbəb olur ( 3 bitki ilə- C 3 fotosintezi ilə xarakterizə olunan bitkilər).

C 4 fotosintezi ilk məhsulun dörd karbonlu (C 4) birləşmələri olduğu fotosintezdir. 1965-ci ildə müəyyən edilmişdir ki, bəzi bitkilərdə (şəkər qamışı, qarğıdalı, sorqo, darı) fotosintezin ilk məhsulları dörd karbonlu turşulardır. Bu bitkilər adlanırdı 4 bitki ilə. 1966-cı ildə avstraliyalı elm adamları Hetch və Slack göstərdilər ki, C4 bitkiləri praktiki olaraq heç bir fotonəfəs almır və karbon dioksidi daha effektiv şəkildə udurlar. C 4 bitkilərində karbon çevrilmə yolu adlandırılmağa başladı Hatch-Slack tərəfindən.

C 4 bitkiləri yarpağın xüsusi anatomik quruluşu ilə xarakterizə olunur. Bütün damar bağlamaları ikiqat hüceyrə təbəqəsi ilə əhatə olunmuşdur: xarici təbəqə mezofil hüceyrələri, daxili təbəqə qabıq hüceyrələridir. Karbon qazı mezofil hüceyrələrinin sitoplazmasında sabitləşir, qəbuledicidir fosfoenolpiruvat(PEP, 3C), PEP-in karboksilləşməsi nəticəsində oksaloasetat (4C) əmələ gəlir. Proses kataliz edilir PEP karboksilaza. RiBP karboksilazadan fərqli olaraq, PEP karboksilaza CO 2 üçün daha çox yaxınlığa malikdir və ən əsası O 2 ilə qarşılıqlı təsir göstərmir. Mezofil xloroplastlarında yüngül faza reaksiyalarının aktiv şəkildə baş verdiyi bir çox taxıl var. Qabıq hüceyrələrinin xloroplastlarında qaranlıq faza reaksiyaları baş verir.

Oksaloasetat (4C) plazmodesmata vasitəsilə qabıq hüceyrələrinə daşınan malata çevrilir. Burada piruvat, CO 2 və NADPH 2 əmələ gətirmək üçün dekarboksilləşir və dehidrogenləşir.

Piruvat mezofil hüceyrələrinə qayıdır və PEP-də ATP enerjisindən istifadə edərək bərpa olunur. CO 2 yenidən PGA yaratmaq üçün RiBP karboksilaza ilə sabitlənir. PEP regenerasiyası ATP enerjisi tələb edir, ona görə də C 3 fotosintezindən demək olar ki, iki dəfə çox enerji tələb edir.

Fotosintezin mənası

Fotosintez sayəsində hər il atmosferdən milyardlarla ton karbon qazı sorulur və milyardlarla ton oksigen buraxılır; fotosintez üzvi maddələrin əmələ gəlməsinin əsas mənbəyidir. Oksigen canlı orqanizmləri qısa dalğalı ultrabənövşəyi radiasiyadan qoruyan ozon təbəqəsini əmələ gətirir.

Fotosintez zamanı yaşıl yarpaq üzərinə düşən günəş enerjisinin yalnız 1%-ni istifadə edir; məhsuldarlıq saatda 1 m2 səthə təxminən 1 q üzvi maddədir.

Xemosintez

İşıq enerjisi hesabına deyil, qeyri-üzvi maddələrin oksidləşmə enerjisi hesabına həyata keçirilən karbon qazı və sudan üzvi birləşmələrin sintezi adlanır. kimyosintez. Kimosintetik orqanizmlərə bəzi növ bakteriyalar daxildir.

Nitrifikasiya edən bakteriyalar ammonyak azotlu, sonra isə nitrat turşusuna (NH 3 → HNO 2 → HNO 3) oksidləşir.

Dəmir bakteriyaları qara dəmiri oksid dəmirə çevirin (Fe 2+ → Fe 3+).

Kükürd bakteriyaları hidrogen sulfidi kükürd və ya sulfat turşusuna oksidləşdirin (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

Qeyri-üzvi maddələrin oksidləşmə reaksiyaları nəticəsində bakteriyalar tərəfindən yüksək enerjili ATP bağları şəklində saxlanılan enerji ayrılır. ATP, fotosintezin qaranlıq fazasının reaksiyalarına bənzər şəkildə gedən üzvi maddələrin sintezi üçün istifadə olunur.

Xemosintetik bakteriyalar torpaqda mineralların yığılmasına kömək edir, torpağın münbitliyini yaxşılaşdırır, çirkab suların təmizlənməsini təşviq edir və s.

Getmək 11 nömrəli mühazirələr“Metabolizm anlayışı. Zülalların biosintezi”

Getmək 13 nömrəli mühazirələr“Eukaryotik hüceyrələrin bölünmə üsulları: mitoz, meyoz, amitoz”

fotosintez- işıq enerjisindən (hv) istifadə etməklə qeyri-üzvi birləşmələrdən üzvi birləşmələrin sintezi. Fotosintezin ümumi tənliyi:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Fotosintez günəş işığının enerjisini ATP şəklində kimyəvi bağ enerjisinə çevirmək kimi unikal xüsusiyyətə malik olan fotosintetik piqmentlərin iştirakı ilə baş verir. Fotosintetik piqmentlər zülal kimi maddələrdir. Onlardan ən vacibi piqment xlorofildir. Eukariotlarda fotosintetik piqmentlər plastidlərin daxili membranında, prokaryotlarda isə sitoplazmatik membranın invaginasiyalarında yerləşmişdir.

Xloroplastın quruluşu mitoxondrinin quruluşuna çox bənzəyir. Grana tilakoidlərinin daxili membranında fotosintetik piqmentlər, həmçinin elektron daşıma zənciri zülalları və ATP sintetaza fermenti molekulları var.

Fotosintez prosesi iki mərhələdən ibarətdir: işıqlı və qaranlıq.

İşıq mərhələsi Fotosintez yalnız grana tilakoid membranında işıqda baş verir. Bu mərhələdə xlorofil işıq kvantlarını udur, ATP molekulunu və suyun fotolizini əmələ gətirir.

İşıq kvantının (hv) təsiri altında xlorofil həyəcanlı vəziyyətə keçərək elektronlarını itirir:

Chl → Chl + e -

Bu elektronlar daşıyıcılar tərəfindən xaricə ötürülür, yəni. matrisə baxan tilakoid membranın səthi, burada toplanır.

Eyni zamanda, tilakoidlərin içərisində suyun fotolizi baş verir, yəni. işığın təsiri altında onun parçalanması

2H 2 O → O 2 +4H + + 4e —

Yaranan elektronlar daşıyıcılar tərəfindən xlorofil molekullarına köçürülür və onları bərpa edir: xlorofil molekulları sabit vəziyyətə qayıdır.

Suyun fotolizi zamanı əmələ gələn hidrogen protonları tilakoidin daxilində toplanır və H + rezervuarı yaradır. Nəticədə tilakoid membranın daxili səthi müsbət (H+ hesabına), xarici səthi isə mənfi (e - hesabına) yüklənir. Əks yüklü hissəciklər membranın hər iki tərəfində toplandıqca potensial fərq artır. Potensial fərq kritik bir dəyərə çatdıqda, elektrik sahəsi qüvvəsi protonları ATP sintetaza kanalı vasitəsilə itələməyə başlayır. Bu halda ayrılan enerji ADP molekullarını fosforilləşdirmək üçün istifadə olunur:

ADP + P → ATP

İşıq enerjisinin təsiri altında fotosintez zamanı ATP əmələ gəlməsi deyilir fotofosforlaşma.

Hidrogen ionları tilakoid membranın xarici səthində bir dəfə orada elektronlarla qarşılaşır və hidrogen daşıyıcı molekul NADP (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) ilə birləşən atom hidrogeni əmələ gətirir:

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

Beləliklə, fotosintezin yüngül fazasında üç proses baş verir: suyun parçalanması nəticəsində oksigenin əmələ gəlməsi, ATP sintezi və NADP H2 şəklində hidrogen atomlarının əmələ gəlməsi. Oksigen atmosferə yayılır, ATP və NADP H2 qaranlıq faza proseslərində iştirak edir.

Qaranlıq faza fotosintez xloroplast matrisində həm işıqda, həm də qaranlıqda baş verir və Kalvin dövründə havadan gələn CO 2-nin bir sıra ardıcıl çevrilmələrini təmsil edir. Qaranlıq faza reaksiyaları ATP enerjisindən istifadə etməklə həyata keçirilir. Kalvin dövründə CO 2 NADP H 2-dən hidrogenlə birləşərək qlükoza əmələ gətirir.

Fotosintez prosesində monosaxaridlərdən (qlükoza və s.) əlavə, digər üzvi birləşmələrin monomerləri - amin turşuları, qliserin və yağ turşuları sintez olunur. Beləliklə, bitkilər fotosintez sayəsində özlərini və yer üzündəki bütün canlıları lazımi üzvi maddələr və oksigenlə təmin edirlər.

Müqayisəli xüsusiyyətlər eukariotların fotosintezi və tənəffüsü cədvəldə verilmişdir:

Fotosintez kimi mürəkkəb prosesi qısa və aydın şəkildə necə izah etmək olar? Bitkilər öz qidasını istehsal edə bilən yeganə canlı orqanizmlərdir. Onlar bunu necə edirlər? Böyümək və bütün lazımi maddələri almaq üçün mühit: karbon qazı - havadan, sudan və - torpaqdan. Onların da günəş şüalarından aldıqları enerjiyə ehtiyacı var. Bu enerji karbon qazı və suyun qlükozaya (qidaya) çevrildiyi və fotosintez olduğu müəyyən kimyəvi reaksiyaları tetikler. Prosesin mahiyyətini hətta məktəb yaşlı uşaqlara da qısa və aydın şəkildə izah etmək olar.

"İşıqla birlikdə"

"Fotosintez" sözü iki yunan sözündən - "foto" və "sintez" sözündəndir, onların birləşməsi "işıqla birlikdə" deməkdir. Günəş enerjisi kimyəvi enerjiyə çevrilir. Fotosintezin kimyəvi tənliyi:

6CO 2 + 12H 2 O + işıq = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

Bu o deməkdir ki, qlükoza istehsal etmək üçün 6 molekul karbon qazı və on iki molekul su istifadə olunur (günəş işığı ilə birlikdə), nəticədə altı molekul oksigen və altı molekul su yaranır. Bunu şifahi tənlik kimi təqdim etsəniz, aşağıdakıları alırsınız:

Su + günəş => qlükoza + oksigen + su.

Günəş çox güclü enerji mənbəyidir. İnsanlar həmişə ondan elektrik enerjisi istehsal etmək, evləri izolyasiya etmək, suyu qızdırmaq və s. Bitkilər milyonlarla il əvvəl günəş enerjisindən necə istifadə edəcəyini "anladılar", çünki bu, onların yaşaması üçün lazım idi. Fotosintezi qısa və aydın şəkildə belə izah etmək olar: bitkilər günəşin işıq enerjisindən istifadə edərək onu kimyəvi enerjiyə çevirir, nəticədə şəkər (qlükoza) əmələ gəlir ki, onun artıqlığı yarpaqlarda, köklərdə, gövdələrdə nişasta kimi saxlanılır. və bitki toxumları. Günəş enerjisi bitkilərə, eləcə də bu bitkiləri yeyən heyvanlara ötürülür. Bitki böyümə və digər həyat prosesləri üçün qida maddələrinə ehtiyac duyduqda, bu ehtiyatlar çox faydalıdır.

Bitkilər günəşdən gələn enerjini necə qəbul edirlər?

Fotosintez haqqında qısa və aydın şəkildə danışarkən, bitkilərin günəş enerjisini necə udmağı bacardığı sualına toxunmağa dəyər. Bu, xlorofil adlı xüsusi bir maddəni ehtiva edən yaşıl hüceyrələri - xloroplastları ehtiva edən yarpaqların xüsusi quruluşu səbəbindən baş verir. Bu, yarpaqlara yaşıl rəng verir və günəş işığından enerji udmaqdan məsuldur.

Niyə yarpaqların çoxu geniş və düzdür?

Fotosintez bitkilərin yarpaqlarında baş verir. Təəccüblü fakt ondan ibarətdir ki, bitkilər günəş işığını tutmaq və karbon qazını udmaq üçün çox yaxşı uyğunlaşırlar. Geniş səth sayəsində daha çox işıq tutulacaq. Məhz buna görədir ki, bəzən evlərin damında quraşdırılan günəş panelləri də geniş və düzdür. Səth nə qədər böyük olsa, udma bir o qədər yaxşı olar.

Bitkilər üçün başqa nə vacibdir?

İnsanlar kimi, bitkilər də sağlam qalmaq, böyümək və həyati funksiyalarını yaxşı yerinə yetirmək üçün faydalı qidalara ehtiyac duyurlar. Suda həll olunan mineralları kökləri vasitəsilə torpaqdan alırlar. Torpaqda mineral qidalar yoxdursa, bitki normal inkişaf etməyəcək. Fermerlər tez-tez torpağı sınayaraq, bitkilərin böyüməsi üçün kifayət qədər qida maddələrinə malik olduğundan əmin olurlar. Əks halda, bitki qidalanması və inkişafı üçün zəruri mineralları ehtiva edən gübrələrin istifadəsinə müraciət edin.

Fotosintez niyə bu qədər vacibdir?

Fotosintezi uşaqlar üçün qısa və aydın şəkildə izah etmək üçün bu prosesin dünyanın ən mühüm kimyəvi reaksiyalarından biri olduğunu söyləməyə dəyər. Bu qədər səs-küylü bəyanatın hansı səbəbləri var? Birincisi, fotosintez bitkiləri qidalandırır, bu da öz növbəsində planetdəki bütün canlıları, o cümlədən heyvanları və insanları qidalandırır. İkincisi, fotosintez nəticəsində tənəffüs üçün lazım olan oksigen atmosferə buraxılır. Bütün canlılar oksigeni nəfəs alır və karbon dioksidi çıxarır. Xoşbəxtlikdən, bitkilər bunun əksini edirlər, buna görə də insanlar və heyvanlar üçün çox vacibdirlər, çünki onlara nəfəs almaq qabiliyyəti verirlər.

Heyrətamiz proses

Məlum olub ki, bitkilər nəfəs almağı da bilirlər, lakin insanlardan və heyvanlardan fərqli olaraq oksigeni deyil, havadan karbon qazını udurlar. Bitkilər də içir. Buna görə də onları sulamaq lazımdır, əks halda öləcəklər. Kök sisteminin köməyi ilə su və qida maddələri bitki bədəninin bütün hissələrinə daşınır və yarpaqlardakı kiçik dəliklərdən karbon qazı sorulur. Başlamaq üçün tetikleyin kimyəvi reaksiya günəş işığıdır. Alınan bütün metabolik məhsullar bitkilər tərəfindən qidalanma üçün istifadə olunur, oksigen atmosferə buraxılır. Fotosintez prosesinin necə baş verdiyini belə qısa və aydın şəkildə izah edə bilərsiniz.

Fotosintez: fotosintezin işıqlı və qaranlıq fazaları

Baxılan proses iki əsas hissədən ibarətdir. Fotosintezin iki mərhələsi var (təsvir və aşağıdakı cədvəl). Birincisi işıq mərhələsi adlanır. Bu, yalnız xlorofilin, elektron daşıyıcı zülalların və ATP sintetaza fermentinin iştirakı ilə tilakoid membranlarda işıq olduqda baş verir. Fotosintez başqa nəyi gizlədir? Gündüz və gecə irəliləyiş kimi bir-birini işıqlandırın və əvəz edin (Kalvin dövrləri). Qaranlıq fazada bitkilər üçün qida olan eyni qlükoza istehsalı baş verir. Bu prosesə işıqdan asılı olmayan reaksiya da deyilir.

Nəticə

Yuxarıda göstərilənlərin hamısından aşağıdakı nəticələr çıxarmaq olar:

• Fotosintez günəşdən enerji istehsal edən bir prosesdir.
• Günəşdən gələn işıq enerjisi xlorofil tərəfindən kimyəvi enerjiyə çevrilir.
• Xlorofil bitkilərə yaşıl rəng verir.
• Fotosintez bitki yarpaq hüceyrələrinin xloroplastlarında baş verir.
• Fotosintez üçün karbon qazı və su lazımdır.
• Karbon qazı bitkiyə kiçik dəliklərdən, stomalardan daxil olur və oksigen onların vasitəsilə çıxır.
• Su bitkiyə kökləri vasitəsilə sorulur.
• Fotosintez olmasaydı, dünyada yemək olmazdı.

İşıq enerjisi ilə və ya istifadə etmədən. Bitkilər üçün xarakterikdir. Gəlin fotosintezin qaranlıq və işıqlı fazalarının nə olduğunu nəzərdən keçirək.

Ümumi məlumat

Ali bitkilərdə fotosintez orqanı yarpaqdır. Xloroplastlar orqanoid rolunu oynayır. Fotosintetik piqmentlər onların tilakoidlərinin membranlarında mövcuddur. Bunlar karotenoidlər və xlorofillərdir. Sonuncular bir neçə formada mövcuddur (a, c, b, d). Əsas a-xlorofildir. Onun molekulunda mərkəzdə yerləşən maqnezium atomu olan porfirin "başı", həmçinin fitol "quyruğu" var. Birinci element düz bir quruluş kimi təqdim olunur. "Baş" hidrofilikdir, buna görə də membranın sulu mühitə yönəlmiş hissəsində yerləşir. Fitol "quyruğu" hidrofobikdir. Bunun sayəsində xlorofil molekulunu membranda saxlayır. Xlorofillər mavi-bənövşəyi və qırmızı işığı udurlar. Onlar həmçinin yaşıl rəngi əks etdirir, bitkilərə xarakterik rəng verir. Tilaktoid membranlarda xlorofil molekulları fotosistemlərdə təşkil olunur. Mavi-yaşıl yosunlar və bitkilər sistem 1 və 2 ilə xarakterizə olunur. Fotosintetik bakteriyalar yalnız birinciyə malikdir. İkinci sistem H 2 O-nu parçalaya və oksigeni buraxa bilər.

Fotosintezin işıq mərhələsi

Bitkilərdə baş verən proseslər mürəkkəb və çoxmərhələlidir. Xüsusilə, iki qrup reaksiyalar fərqləndirilir. Bunlar fotosintezin qaranlıq və işıqlı fazalarıdır. Sonuncu ATP fermentinin, elektron ötürmə zülallarının və xlorofilin iştirakı ilə baş verir. Fotosintezin işıq mərhələsi tilaktoid membranlarda baş verir. Xlorofil elektronları həyəcanlanır və molekulu tərk edir. Bundan sonra onlar tilaktoid membranın xarici səthinə düşürlər. O, öz növbəsində mənfi yüklənir. Oksidləşmədən sonra xlorofil molekullarının reduksiyası başlayır. Onlar intralakoid məkanında mövcud olan sudan elektron alırlar. Beləliklə, fotosintezin işıq fazası parçalanma (fotoliz) zamanı membranda baş verir: H 2 O + Q işıq → H + + OH -

Hidroksil ionları elektronlarını verərək reaktiv radikallara çevrilir:

OH - → .OH + e -

OH radikalları birləşərək sərbəst oksigen və su əmələ gətirir:

4NO. → 2H 2 O + O 2.

Bu halda, oksigen ətrafdakı (xarici) mühitə çıxarılır və protonlar tilaktoidin içərisində xüsusi bir "anbarda" toplanır. Nəticədə, fotosintezin işıq mərhələsinin baş verdiyi yerdə, tilaktoid membran bir tərəfdən H + hesabına müsbət yük alır. Eyni zamanda elektronlar hesabına mənfi yüklənir.

ADP-nin fosforilasiyası

Fotosintezin işıq fazasının baş verdiyi yerdə membranın daxili və xarici səthləri arasında potensial fərq var. 200 mV-ə çatdıqda, protonlar ATP sintetaza kanalları vasitəsilə itələnməyə başlayır. Beləliklə, fotosintezin işıq mərhələsi ADP-nin ATP-yə fosforilləşməsi zamanı membranda baş verir. Bu zaman atom hidrogen xüsusi daşıyıcı nikotinamid adenin dinukleotid fosfat NADP+-nı NADP.H2-yə bərpa etmək üçün göndərilir:

2Н + + 2е — + NADP → NADP.Н 2

Beləliklə, fotosintezin işıq mərhələsinə suyun fotolizi daxildir. Bu, öz növbəsində, üç ən vacib reaksiya ilə müşayiət olunur:

1. ATP sintezi.
2. NADP.H əmələ gəlməsi 2.
3. Oksigenin əmələ gəlməsi.

Fotosintezin işıq mərhələsi sonuncunun atmosferə buraxılması ilə müşayiət olunur. NADP.H2 və ATP xloroplastın stromasına keçir. Bu, fotosintezin işıq mərhələsini tamamlayır.

Başqa bir qrup reaksiyalar

Fotosintezin qaranlıq mərhələsi işıq enerjisi tələb etmir. Xloroplastın stromasına daxil olur. Reaksiyalar havadan gələn karbon qazının ardıcıl çevrilmə zənciri şəklində təqdim olunur. Nəticədə qlükoza və digər üzvi maddələr əmələ gəlir. İlk reaksiya fiksasiyadır. Ribuloz bifosfat (beş karbonlu şəkər) RiBP karbon dioksid qəbuledicisi kimi çıxış edir. Reaksiyada katalizator ribuloz bifosfat karboksilazadır (ferment). RiBP-nin karboksilləşməsi nəticəsində altı karbonlu qeyri-sabit birləşmə əmələ gəlir. Demək olar ki, dərhal iki PGA molekuluna (fosfogliserik turşu) parçalanır. Bundan sonra, bir neçə ara məhsul vasitəsilə qlükoza çevrildiyi yerdə reaksiyalar dövrü baş verir. Onlar fotosintezin işıq mərhələsində çevrilmiş NADP.H 2 və ATP enerjisindən istifadə edirlər. Bu reaksiyaların dövrü “Kalvin dövrü” adlanır. Aşağıdakı kimi təmsil oluna bilər:

6CO 2 + 24H+ + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O

Fotosintez zamanı qlükozadan başqa üzvi (mürəkkəb) birləşmələrin digər monomerləri əmələ gəlir. Bunlara, xüsusən də yağ turşuları, qliserin, amin turşuları və nukleotidlər daxildir.

C3 reaksiyaları

Onlar ilk məhsul kimi üç karbonlu birləşmələr istehsal edən bir fotosintez növüdür. Yuxarıda Calvin dövrü kimi təsvir olunan budur. C3 fotosintezinin xarakterik xüsusiyyətləri bunlardır:

1. RiBP karbon qazı üçün qəbuledicidir.
2. Karboksilləşmə reaksiyası RiBP karboksilaza tərəfindən katalizlənir.
3. Altı karbonlu bir maddə əmələ gəlir, sonradan 2 FHA-ya parçalanır.

Fosfogliserik turşusu TP-yə (trioz fosfatlara) qədər azaldılır. Onların bəziləri ribuloza bifosfatın bərpası üçün istifadə olunur, qalanları isə qlükozaya çevrilir.

C4 reaksiyaları

Bu fotosintez növü dörd karbonlu birləşmələrin ilk məhsul kimi görünməsi ilə xarakterizə olunur. 1965-ci ildə bəzi bitkilərdə ilk olaraq C4 maddələrinin meydana gəldiyi aşkar edilmişdir. Məsələn, bu, darı, sorqo, şəkər qamışı və qarğıdalı üçün müəyyən edilmişdir. Bu bitkilər C4 bitkiləri kimi tanındı. Növbəti il, 1966-cı ildə Slack and Hatch (Avstraliya alimləri) fotonəfəsdən demək olar ki, tamamilə məhrum olduqlarını aşkar etdilər. Həmçinin məlum olub ki, belə C4 bitkiləri karbon dioksidi daha səmərəli udur. Nəticədə belə bitkilərdə karbon çevrilmə yolu Hetç-Slak yolu adlandırılmağa başladı.

Nəticə

Fotosintezin əhəmiyyəti çox böyükdür. Onun sayəsində karbon qazı hər il atmosferdən böyük həcmdə (milyardlarla ton) udulur. Bunun əvəzinə daha az oksigen buraxılmır. Fotosintez üzvi birləşmələrin əmələ gəlməsinin əsas mənbəyi kimi çıxış edir. Oksigen canlı orqanizmləri qısa dalğalı ultrabənövşəyi şüaların təsirindən qoruyan ozon təbəqəsinin formalaşmasında iştirak edir. Fotosintez zamanı yarpaq üzərinə düşən işığın ümumi enerjisinin yalnız 1%-ni udur. Onun məhsuldarlığı 1 g daxilindədir üzvi birləşmə 1 kv. m səthi saatda.