Որտե՞ղ է տեղի ունենում ֆոտոսինթեզի մութ փուլը: Ֆոտոսինթեզի թեթև փուլը. Ֆոտոսինթեզի ո՞ր փուլում է տեղի ունենում ATP-ի սինթեզը:

- ածխաթթու գազից և ջրից օրգանական նյութերի սինթեզ՝ լույսի էներգիայի պարտադիր օգտագործմամբ.

6CO 2 + 6H 2 O + Q լույս → C 6 H 12 O 6 + 6O 2:

Բարձրագույն բույսերում ֆոտոսինթեզի օրգանը տերեւն է, ֆոտոսինթեզի օրգանելները՝ քլորոպլաստները (քլորոպլաստների կառուցվածքը դասախոսություն թիվ 7)։ Քլորոպլաստների թիլաոիդ թաղանթները պարունակում են ֆոտոսինթետիկ գունանյութեր՝ քլորոֆիլներ և կարոտինոիդներ։ Կան մի քանի տարբեր տեսակի քլորոֆիլ ( Ա Բ Գ Դ), հիմնականը քլորոֆիլն է ա. Քլորոֆիլի մոլեկուլում կարելի է առանձնացնել պորֆիրինի «գլուխը»՝ կենտրոնում մագնեզիումի ատոմով և ֆիտոլի «պոչով»։ Պորֆիրինի «գլուխը» հարթ կառուցվածք է, հիդրոֆիլ է և, հետևաբար, ընկած է թաղանթի մակերեսին, որը նայում է ստրոմայի ջրային միջավայրին: Ֆիտոլի «պոչը» հիդրոֆոբ է և այդպիսով քլորոֆիլի մոլեկուլը պահում է թաղանթում։

Քլորոֆիլը կլանում է կարմիր և կապույտ-մանուշակագույն լույսը, արտացոլում է կանաչը և, հետևաբար, բույսերին տալիս է իրենց բնորոշ կանաչ գույնը: Թիլաոիդ թաղանթներում քլորոֆիլի մոլեկուլները կազմակերպվում են ֆոտոհամակարգեր. Բույսերը և կապույտ-կանաչ ջրիմուռները ունեն ֆոտոհամակարգ-1 և ֆոտոհամակարգ-2, ֆոտոսինթետիկ բակտերիաները ունեն ֆոտոհամակարգ-1: Միայն ֆոտոհամակարգ-2-ը կարող է թթվածնի արտազատմամբ ջուրը քայքայել և ջրի ջրածնից վերցնել էլեկտրոններ:

Ֆոտոսինթեզը բարդ բազմափուլ գործընթաց է. ֆոտոսինթեզի ռեակցիաները բաժանվում են երկու խմբի՝ ռեակցիաներ թեթև փուլև ռեակցիաներ մութ փուլ.

թեթև փուլ

Այս փուլը տեղի է ունենում միայն թիլաոիդ թաղանթներում լույսի առկայության դեպքում՝ քլորոֆիլի, էլեկտրոնային կրող սպիտակուցների և ATP սինթետազ ֆերմենտի մասնակցությամբ։ Լույսի քվանտի ազդեցության տակ քլորոֆիլային էլեկտրոնները գրգռվում են, թողնում մոլեկուլը և մտնում թիլաոիդ թաղանթի արտաքին կողմը, որն ի վերջո դառնում է բացասական լիցքավորված: Օքսիդացված քլորոֆիլի մոլեկուլները վերականգնվում են՝ էլեկտրոններ վերցնելով ջրից, որը գտնվում է ինտրատիլաոիդ տարածության մեջ։ Սա հանգեցնում է ջրի քայքայման կամ ֆոտոլիզի.

H 2 O + Q լույս → H + + OH -.

Հիդրոքսիլ իոնները նվիրաբերում են իրենց էլեկտրոնները՝ վերածվելով ռեակտիվ ռադիկալների: OH:

OH - → .OH + e - .

Radicals.OH-ը միավորվում են՝ առաջացնելով ջուր և ազատ թթվածին.

4 NO. → 2H 2 O + O 2.

Այս դեպքում թթվածինը հեռացվում է արտաքին միջավայր, իսկ պրոտոնները կուտակվում են թիլաոիդի ներսում՝ «պրոտոնային ջրամբարում»։ Արդյունքում, թիլաոիդ թաղանթը, մի կողմից, դրական լիցքավորված է H +-ի, մյուս կողմից՝ բացասական էլեկտրոնների պատճառով: Երբ թիլաոիդ թաղանթի արտաքին և ներքին կողմերի միջև պոտենցիալ տարբերությունը հասնում է 200 մՎ-ի, պրոտոնները մղվում են ATP սինթետազի ուղիներով և ADP-ն ֆոսֆորիլացվում է ATP-ի: ատոմային ջրածինը օգտագործվում է հատուկ կրիչի NADP + (նիկոտինամիդ ադենին դինուկլեոտիդ ֆոսֆատ) NADP H 2-ին վերականգնելու համար.

2H + + 2e - + NADP → NADP H 2:

Այսպիսով, ջրի ֆոտոլիզը տեղի է ունենում լուսային փուլում, որն ուղեկցվում է երեքով կրիտիկական գործընթացներ 1) ATP սինթեզ; 2) NADP·H 2-ի ձեւավորումը. 3) թթվածնի առաջացումը. Թթվածինը ցրվում է մթնոլորտ, ATP և NADP·H 2 տեղափոխվում են քլորոպլաստի ստրոմա և մասնակցում մութ փուլի գործընթացներին։

1 - քլորոպլաստի ստրոմա; 2 - grana thylakoid.

մութ փուլ

Այս փուլը տեղի է ունենում քլորոպլաստի ստրոմայում: Նրա ռեակցիաները չեն պահանջում լույսի էներգիա, ուստի դրանք տեղի են ունենում ոչ միայն լույսի, այլև մթության մեջ: Մութ փուլի ռեակցիաները ածխաթթու գազի հաջորդական փոխակերպումների շղթա են (առաջանում է օդից), ինչը հանգեցնում է գլյուկոզայի և այլ օրգանական նյութերի առաջացմանը։

Այս շղթայում առաջին ռեակցիան ածխածնի երկօքսիդի ֆիքսումն է. ածխածնի երկօքսիդի ընդունիչը հինգ ածխածնի շաքար է ռիբուլոզ բիսֆոսֆատ(RiBF); ֆերմենտը կատալիզացնում է ռեակցիան ribulose bisphosphate carboxylase(RiBP-կարբոքսիլազա): Ռիբուլոզա բիսֆոսֆատի կարբոքսիլացման արդյունքում առաջանում է անկայուն վեցածխածնային միացություն, որն անմիջապես քայքայվում է երկու մոլեկուլի։ ֆոսֆոգլիցերինաթթու(FGK): Այնուհետև տեղի է ունենում ռեակցիաների ցիկլ, որի ընթացքում մի շարք միջանկյալ արտադրանքների միջոցով ֆոսֆոգլիցերինաթթուն վերածվում է գլյուկոզայի: Այս ռեակցիաները օգտագործում են լույսի փուլում ձևավորված ATP և NADP·H 2 էներգիաները. Այս ռեակցիաների ցիկլը կոչվում է Կալվինի ցիկլ.

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

Բացի գլյուկոզայից, ֆոտոսինթեզի ընթացքում առաջանում են բարդ օրգանական միացությունների այլ մոնոմերներ՝ ամինաթթուներ, գլիցերին և ճարպաթթուներ, նուկլեոտիդներ։ Ներկայումս ֆոտոսինթեզի երկու տեսակ կա՝ C 3 - և C 4 - ֆոտոսինթեզ:

C 3 - ֆոտոսինթեզ

Սա ֆոտոսինթեզի մի տեսակ է, որտեղ երեք ածխածնային (C3) միացությունները առաջին արդյունքն են: C 3 -ֆոտոսինթեզը հայտնաբերվել է C 4 -ֆոտոսինթեզից առաջ (M. Calvin): Դա C 3-ֆոտոսինթեզն է, որը նկարագրված է վերևում՝ «Մութ փուլ» խորագրի ներքո։ C 3 ֆոտոսինթեզի բնորոշ առանձնահատկությունները. 1) RiBP-ն ածխաթթու գազի ընդունիչ է, 2) RiBP կարբոքսիլազը կատալիզացնում է RiBP կարբոքսիլացման ռեակցիան, 3) RiBP կարբոքսիլացման արդյունքում առաջանում է վեցածխածնային միացություն, որը քայքայվում է երկու FHA-ների։ FHA-ն վերականգնվել է տրիոզ ֆոսֆատներ(TF): TF-ի մի մասն օգտագործվում է RiBP-ի վերականգնման համար, մի մասը վերածվում է գլյուկոզայի:

1 - քլորոպլաստ; 2 - պերօքսիզոմ; 3 - mitochondrion.

Սա թթվածնի լույսից կախված կլանումն է և ածխաթթու գազի արտազատումը: Նույնիսկ անցյալ դարասկզբին պարզվեց, որ թթվածինն արգելակում է ֆոտոսինթեզը։ Ինչպես պարզվեց, ոչ միայն ածխածնի երկօքսիդը, այլև թթվածինը կարող է հիմք հանդիսանալ RiBP կարբոքսիլազայի համար.

O 2 + RiBP → ֆոսֆոգլիկոլատ (2С) + FHA (3С):

Ֆերմենտը կոչվում է RiBP-oxygenase: Թթվածինը ածխաթթու գազի ֆիքսման մրցակցային արգելակիչ է: Ֆոսֆատային խումբը կտրվում է, և ֆոսֆոգլիկոլատը դառնում է գլիկոլատ, որը բույսը պետք է օգտագործի: Այն մտնում է պերօքսիսոմներ, որտեղ օքսիդացվում է գլիկինի։ Գլիցինը մտնում է միտոքոնդրիա, որտեղ այն օքսիդացվում է դեպի սերին՝ CO 2-ի տեսքով արդեն իսկ ամրացված ածխածնի կորստով։ Արդյունքում գլիկոլատի երկու մոլեկուլ (2C + 2C) վերածվում են մեկ FHA (3C) և CO 2-ի: Ֆոտոշնչառությունը հանգեցնում է C 3- բույսերի բերքատվության նվազմանը 30-40%-ով ( C 3 - բույսեր- բույսեր, որոնք բնութագրվում են C 3-ֆոտոսինթեզով):

C 4 -ֆոտոսինթեզ - ֆոտոսինթեզ, որի առաջին արտադրանքը չորս ածխածնային (C 4) միացություններ են: 1965 թվականին պարզվեց, որ որոշ բույսերում (շաքարեղեգ, եգիպտացորեն, սորգո, կորեկ) ֆոտոսինթեզի առաջին արտադրանքը չորս ածխածնային թթուներն են։ Նման բույսերը կոչվում են 4 բույսով. 1966 թվականին ավստրալացի գիտնականներ Հեթչը և Սլակը ցույց տվեցին, որ C 4 բույսերը գործնականում չունեն ֆոտոշնչառություն և շատ ավելի արդյունավետ են կլանում ածխաթթու գազը: C 4 բույսերում ածխածնի փոխակերպումների ուղին սկսեց կոչվել Hatch-Slack-ի կողմից.

C 4 բույսերը բնութագրվում են տերևի հատուկ անատոմիական կառուցվածքով։ Բոլոր հաղորդիչ կապոցները շրջապատված են բջիջների կրկնակի շերտով. արտաքինը մեզոֆիլի բջիջներն են, ներքինը՝ երեսպատման բջիջները։ Ածխածնի երկօքսիդը ամրագրված է մեզոֆիլային բջիջների ցիտոպլազմայում, ընդունողն է ֆոսֆոենոլպիրուվատ(PEP, 3C), PEP կարբոքսիլացման արդյունքում առաջանում է օքսալացետատ (4C)։ Գործընթացը կատալիզացված է PEP կարբոքսիլազ. Ի տարբերություն RiBP կարբոքսիլազի, PEP կարբոքսիլազն ունի CO 2-ի նկատմամբ բարձր մերձեցում և, ամենակարևորը, չի փոխազդում O 2-ի հետ: Մեզոֆիլային քլորոպլաստներում կան բազմաթիվ գրաններ, որտեղ ակտիվորեն տեղի են ունենում լուսային փուլի ռեակցիաներ։ Թաղանթի բջիջների քլորոպլաստներում տեղի են ունենում մութ փուլի ռեակցիաներ։

Օքսալացետատը (4C) վերածվում է մալատի, որը պլազմոդեզմատայի միջոցով տեղափոխվում է լորձաթաղանթի բջիջներ: Այստեղ այն ապակարբոքսիլացվում և ջրազրկվում է՝ առաջացնելով պիրուվատ, CO 2 և NADP·H 2:

Պիրուվատը վերադառնում է մեզոֆիլային բջիջներ և վերականգնվում PEP-ի ATP էներգիայի հաշվին: CO 2-ը կրկին ֆիքսվում է RiBP կարբոքսիլազով FHA-ի ձևավորմամբ: PEP-ի վերականգնումը պահանջում է ATP-ի էներգիա, ուստի անհրաժեշտ է գրեթե երկու անգամ ավելի շատ էներգիա, քան C 3 ֆոտոսինթեզի դեպքում:

Ֆոտոսինթեզի կարևորությունը

Ֆոտոսինթեզի շնորհիվ ամեն տարի մթնոլորտից կլանում է միլիարդավոր տոննա ածխաթթու գազ, միլիարդավոր տոննա թթվածին է արտազատվում. ֆոտոսինթեզը օրգանական նյութերի առաջացման հիմնական աղբյուրն է։ Օզոնային շերտը ձևավորվում է թթվածնից, որը պաշտպանում է կենդանի օրգանիզմները կարճ ալիքների ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումից։

Ֆոտոսինթեզի ժամանակ կանաչ տերևն օգտագործում է իր վրա ընկած արևային էներգիայի միայն մոտ 1%-ը, արտադրողականությունը կազմում է մոտ 1 գ օրգանական նյութ ժամում 1 մ 2 մակերեսի վրա։

Քիմոսինթեզ

Ածխածնի երկօքսիդից և ջրից օրգանական միացությունների սինթեզը, որն իրականացվում է ոչ թե լույսի էներգիայի, այլ անօրգանական նյութերի օքսիդացման էներգիայի հաշվին, կոչվում է. քիմոսինթեզ. Քիմոսինթետիկ օրգանիզմները ներառում են բակտերիաների որոշ տեսակներ:

Նիտրացնող բակտերիաներամոնիակը օքսիդացնել մինչև ազոտ, այնուհետև ազոտական ​​թթու (NH 3 → HNO 2 → HNO 3):

երկաթե բակտերիաներսեւ երկաթը վերածել օքսիդի (Fe 2+ → Fe 3+):

Ծծմբային բակտերիաներօքսիդացնել ջրածնի սուլֆիդը ծծմբի կամ ծծմբաթթվի (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4):

Անօրգանական նյութերի օքսիդացման ռեակցիաների արդյունքում էներգիա է անջատվում, որը բակտերիաների կողմից պահպանվում է ATP-ի բարձր էներգիայի կապերի տեսքով։ ATP-ն օգտագործվում է օրգանական նյութերի սինթեզի համար, որն ընթանում է ֆոտոսինթեզի մութ փուլի ռեակցիաների նմանությամբ։

Քիմոսինթետիկ բակտերիաները նպաստում են հողում հանքանյութերի կուտակմանը, բարելավում են հողի բերրիությունը, նպաստում են կեղտաջրերի մաքրմանը և այլն։

Գնալ դասախոսություններ №11«Նյութափոխանակության հայեցակարգը. Սպիտակուցների կենսասինթեզ»

Գնալ դասախոսություններ №13«Էուկարիոտիկ բջիջների բաժանման մեթոդներ՝ միտոզ, մեյոզ, ամիտոզ»

Ֆոտոսինթեզ- լույսի էներգիայի շնորհիվ օրգանական միացությունների սինթեզը անօրգանականներից (hv). Ֆոտոսինթեզի ընդհանուր հավասարումը հետևյալն է.

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Ֆոտոսինթեզն ընթանում է ֆոտոսինթետիկ պիգմենտների մասնակցությամբ, որոնք ունեն արևի լույսի էներգիան ATP-ի տեսքով քիմիական կապի էներգիայի վերածելու յուրահատուկ հատկություն։ Ֆոտոսինթետիկ պիգմենտները սպիտակուցանման նյութեր են։ Դրանցից ամենակարեւորը պիգմենտային քլորոֆիլն է: Էուկարիոտների մոտ ֆոտոսինթետիկ պիգմենտները ներկառուցված են պլաստիդների ներքին թաղանթում, պրոկարիոտներում՝ ցիտոպլազմային թաղանթի ինվագինացիաներում։

Քլորոպլաստի կառուցվածքը շատ նման է միտոքոնդրիային: Գրանա թիլաոիդների ներքին թաղանթը պարունակում է ֆոտոսինթետիկ պիգմենտներ, ինչպես նաև էլեկտրոնների փոխադրման շղթայի սպիտակուցներ և ATP սինթետազ ֆերմենտի մոլեկուլներ։

Ֆոտոսինթեզի գործընթացը բաղկացած է երկու փուլից՝ բաց և մութ:

թեթև փուլ Ֆոտոսինթեզը տեղի է ունենում միայն թիլաոիդ գրանա թաղանթում լույսի առկայության դեպքում։ Այս փուլում տեղի է ունենում լույսի քվանտների կլանումը քլորոֆիլով, ATP մոլեկուլի ձևավորում և ջրի ֆոտոլիզ:

Լույսի քվանտի (hv) ազդեցության տակ քլորոֆիլը կորցնում է էլեկտրոններ՝ անցնելով գրգռված վիճակի.

Chl → Chl + e —

Այս էլեկտրոնները կրիչներով տեղափոխվում են արտաքին, այսինքն. թիլաոիդ մեմբրանի մակերեսը, որը ուղղված է մատրիցին, որտեղ դրանք կուտակվում են:

Միևնույն ժամանակ, ջրի ֆոտոլիզը տեղի է ունենում թիլաոիդների ներսում, այսինքն. դրա քայքայումը լույսի ազդեցության տակ

2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e -

Ստացված էլեկտրոնները կրիչներով տեղափոխվում են քլորոֆիլի մոլեկուլներ և վերականգնվում դրանք՝ քլորոֆիլի մոլեկուլները վերադառնում են կայուն վիճակի։

Ջրածնի պրոտոնները, որոնք ձևավորվել են ջրի ֆոտոլիզի ժամանակ, կուտակվում են թիլաոիդի ներսում՝ ստեղծելով H+-ջրամբար։ Արդյունքում, թիլաոիդ թաղանթի ներքին մակերեսը լիցքավորվում է դրականորեն (H +-ի շնորհիվ), իսկ արտաքին մակերեսը բացասական է (e --ի պատճառով): Քանի որ հակառակ լիցքավորված մասնիկները կուտակվում են մեմբրանի երկու կողմերում, պոտենցիալ տարբերությունը մեծանում է: Երբ հասնում է պոտենցիալ տարբերության կրիտիկական արժեքը, էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը սկսում է պրոտոններ մղել ATP սինթետազային ալիքով: Այս դեպքում թողարկված էներգիան օգտագործվում է ADP մոլեկուլները ֆոսֆորիլացնելու համար.

ADP + F → ATP

Լույսի էներգիայի ազդեցության տակ ֆոտոսինթեզի ժամանակ ATP-ի առաջացումը կոչվում է ֆոտոֆոսֆորիլացում.

Ջրածնի իոնները, երբ գտնվում են թիլաոիդ թաղանթի արտաքին մակերեսին, այնտեղ հանդիպում են էլեկտրոնների և ձևավորում ատոմային ջրածին, որը կապվում է ջրածնի կրիչի NADP մոլեկուլին (նիկոտինամիդ ադենին դինուկլեոտիդ ֆոսֆատ).

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

Այսպիսով, ֆոտոսինթեզի թեթև փուլում տեղի է ունենում երեք գործընթաց՝ ջրի քայքայման հետևանքով թթվածնի առաջացում, ATP-ի սինթեզ, ջրածնի ատոմների ձևավորում NADP H 2 տեսքով։ Թթվածինը ցրվում է մթնոլորտ, ATP և NADP H 2 ներգրավված են մութ փուլի գործընթացներում։

մութ փուլֆոտոսինթեզը տեղի է ունենում քլորոպլաստային մատրիցայում ինչպես լույսի, այնպես էլ մթության մեջ և իրենից ներկայացնում է CO 2-ի հաջորդական փոխակերպումներ, որոնք գալիս են օդից Calvin ցիկլում: Մութ փուլի ռեակցիաները կատարվում են ATP-ի էներգիայի շնորհիվ։ Կալվինի ցիկլում CO 2-ը կապվում է NADP H 2 ջրածնի հետ՝ առաջացնելով գլյուկոզա:

Ֆոտոսինթեզի գործընթացում, բացի մոնոսաքարիդներից (գլյուկոզա և այլն), սինթեզվում են այլ օրգանական միացությունների մոնոմերներ՝ ամինաթթուներ, գլիցերին և ճարպաթթուներ։ Այսպիսով, ֆոտոսինթեզի շնորհիվ բույսերն իրենց և Երկրի ողջ կյանքին ապահովում են անհրաժեշտ օրգանական նյութերով և թթվածնով։

Համեմատական ​​բնութագրերԷուկարիոտների ֆոտոսինթեզը և շնչառությունը տրված է աղյուսակում.

Ինչպե՞ս բացատրել այնպիսի բարդ պրոցեսը, ինչպիսին ֆոտոսինթեզն է, հակիրճ և հստակ: Բույսերը միակ կենդանի օրգանիզմներն են, որոնք կարող են արտադրել իրենց սնունդը։ Ինչպե՞ս են դա անում։ Աճի համար և ստացեք բոլոր անհրաժեշտ նյութերը միջավայրըածխաթթու գազ՝ օդից, ջրից և հողից։ Նրանք նաև էներգիայի կարիք ունեն արևի լույսից: Այս էներգիան առաջացնում է որոշակի քիմիական ռեակցիաներ, որոնց ընթացքում ածխաթթու գազը և ջուրը վերածվում են գլյուկոզայի (սնուցում) և ֆոտոսինթեզ: Հակիրճ ու հստակ, գործընթացի էությունը կարելի է բացատրել նույնիսկ դպրոցահասակ երեխաներին։

«Լույսի հետ միասին»

«Ֆոտոսինթեզ» բառը ծագել է հունարեն երկու բառերից՝ «լուսանկար» և «սինթեզ», համակցություն, որը թարգմանաբար նշանակում է «լույսի հետ միասին»։ Արեգակնային էներգիան վերածվում է քիմիական էներգիայի։ Ֆոտոսինթեզի քիմիական հավասարումը.

6CO 2 + 12H 2 O + լույս \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O:

Սա նշանակում է, որ ածխածնի երկօքսիդի 6 մոլեկուլ և տասներկու ջրի մոլեկուլ օգտագործվում են (արևի լույսի հետ միասին) գլյուկոզա արտադրելու համար, որի արդյունքում առաջանում են թթվածնի վեց մոլեկուլ և վեց ջրի մոլեկուլ։ Եթե ​​սա ներկայացնենք բանավոր հավասարման տեսքով, ապա կստանանք հետևյալը.

Ջուր + արև => գլյուկոզա + թթվածին + ջուր:

Արևը էներգիայի շատ հզոր աղբյուր է։ Մարդիկ միշտ փորձում են օգտագործել այն էլեկտրաէներգիա արտադրելու, տները մեկուսացնելու, ջուր տաքացնելու և այլն: Բույսերը միլիոնավոր տարիներ առաջ «պարզել են», թե ինչպես օգտագործել արևային էներգիան, քանի որ դա անհրաժեշտ էր նրանց գոյատևման համար: Ֆոտոսինթեզը կարելի է կարճ և հստակ բացատրել հետևյալ կերպ. բույսերը օգտագործում են արևի լույսի էներգիան և այն վերածում քիմիական էներգիայի, որի արդյունքը շաքարն է (գլյուկոզա), որի ավելցուկը որպես օսլա պահպանվում է տերևներում, արմատներում, ցողուններում։ և բույսի սերմերը: Արեգակի էներգիան փոխանցվում է բույսերին, ինչպես նաև այն կենդանիներին, որոնցով ուտում են այս բույսերը։ Երբ բույսին անհրաժեշտ են սննդանյութեր աճի և կյանքի այլ գործընթացների համար, այդ պաշարները շատ օգտակար են:

Ինչպե՞ս են բույսերը կլանում արևային էներգիան:

Համառոտ և հստակ խոսելով ֆոտոսինթեզի մասին՝ արժե անդրադառնալ այն հարցին, թե ինչպես են բույսերին հաջողվում կլանել արևային էներգիան։ Դա պայմանավորված է տերեւների հատուկ կառուցվածքով, որը ներառում է կանաչ բջիջներ՝ քլորոպլաստներ, որոնք պարունակում են հատուկ նյութ՝ քլորոֆիլ: Սա այն է, ինչ տալիս է տերևներին իրենց կանաչ գույնը և պատասխանատու է արևի լույսի էներգիայի կլանման համար:

Ինչու՞ են տերևների մեծ մասը լայն և հարթ:

Ֆոտոսինթեզը տեղի է ունենում բույսերի տերևներում։ Զարմանալի փաստն այն է, որ բույսերը շատ լավ են հարմարեցված արևի լույսը գրավելու և ածխաթթու գազը կլանելու համար: Լայն մակերեսի շնորհիվ շատ ավելի շատ լույս կգրավի: Հենց այս պատճառով է, որ արևային մարտկոցները, որոնք երբեմն տեղադրվում են տների տանիքներին, նույնպես լայն են և հարթ։ Որքան մեծ է մակերեսը, այնքան լավ կլանումը:

Էլ ի՞նչն է կարևոր բույսերի համար:

Ինչպես մարդիկ, բույսերը նույնպես կարիք ունեն սննդանյութերի և սննդանյութերի՝ առողջ մնալու, աճելու և լավ գործելու համար: Նրանք իրենց արմատներով հողից ստանում են ջրում լուծված հանքանյութեր։ Եթե ​​հողում բացակայում են հանքային սնուցիչները, բույսը նորմալ չի զարգանա։ Ֆերմերները հաճախ փորձարկում են հողը, որպեսզի համոզվեն, որ այն ունի բավարար սննդանյութեր բերքի աճի համար: Հակառակ դեպքում դիմեք բույսերի սնուցման և աճի համար անհրաժեշտ հանքանյութեր պարունակող պարարտանյութերի օգտագործմանը:

Ինչու՞ է ֆոտոսինթեզն այդքան կարևոր:

Երեխաների համար համառոտ և պարզ բացատրելով ֆոտոսինթեզը՝ հարկ է նշել, որ այս գործընթացը աշխարհում ամենակարևոր քիմիական ռեակցիաներից է։ Որո՞նք են նման ամպագոռգոռ հայտարարության պատճառները։ Նախ, ֆոտոսինթեզը կերակրում է բույսերին, որոնք էլ իրենց հերթին կերակրում են մոլորակի բոլոր կենդանի էակներին, ներառյալ կենդանիներին և մարդկանց: Երկրորդ՝ ֆոտոսինթեզի արդյունքում մթնոլորտ է արտանետվում շնչառության համար անհրաժեշտ թթվածինը։ Բոլոր կենդանի արարածները շնչում են թթվածին և արտաշնչում ածխաթթու գազ: Բարեբախտաբար, բույսերը հակառակն են անում, այդ իսկ պատճառով նրանք շատ կարևոր են մարդկանց և կենդանիների շնչելու համար:

Զարմանալի գործընթաց

Բույսերը, պարզվում է, նույնպես շնչել գիտեն, բայց, ի տարբերություն մարդկանց ու կենդանիների, նրանք օդից ածխաթթու գազ են կլանում, ոչ թե թթվածին։ Խմում են նաև բույսերը։ Դրա համար պետք է դրանք ջրել, հակառակ դեպքում նրանք կմահանան։ Արմատային համակարգի օգնությամբ ջուրն ու սննդանյութերը տեղափոխվում են բույսի մարմնի բոլոր մասերը, իսկ ածխաթթու գազը ներծծվում է տերեւների փոքր անցքերով։ Վազելու ձգան քիմիական ռեակցիաարևի լույս է. Ստացված նյութափոխանակության բոլոր արտադրանքները բույսերն օգտագործում են սնուցման համար, թթվածին արտազատվում է մթնոլորտ։ Այսպես կարելի է հակիրճ և հստակ բացատրել, թե ինչպես է տեղի ունենում ֆոտոսինթեզի գործընթացը։

Ֆոտոսինթեզ՝ ֆոտոսինթեզի թեթև և մութ փուլեր

Քննարկվող գործընթացը բաղկացած է երկու հիմնական մասից. Ֆոտոսինթեզի երկու փուլ կա (նկարագրություն և աղյուսակ՝ ստորև): Առաջինը կոչվում է լուսային փուլ: Այն առաջանում է միայն թիլաոիդ թաղանթներում լույսի առկայության դեպքում՝ քլորոֆիլի, էլեկտրոնակիր սպիտակուցների և ATP սինթետազ ֆերմենտի մասնակցությամբ։ Էլ ի՞նչ է թաքցնում ֆոտոսինթեզը: Լուսավորեք և փոխարինեք միմյանց, քանի որ ցերեկն ու գիշերը գալիս են (Calvin ցիկլեր): Մութ փուլում տեղի է ունենում նույն գլյուկոզայի՝ բույսերի սննդի արտադրությունը։ Այս գործընթացը կոչվում է նաև լույսից անկախ ռեակցիա։

Եզրակացություն

Վերոնշյալ բոլորից կարելի է անել հետևյալ եզրակացությունները.

• Ֆոտոսինթեզն այն գործընթացն է, որը հնարավորություն է տալիս էներգիա ստանալ արևից։
• Արեգակի լույսի էներգիան քլորոֆիլով վերածվում է քիմիական էներգիայի։
• Քլորոֆիլը բույսերին տալիս է կանաչ գույն։
• Ֆոտոսինթեզը տեղի է ունենում բույսերի տերևների քլորոպլաստներում:
• Ածխածնի երկօքսիդը և ջուրը անհրաժեշտ են ֆոտոսինթեզի համար:
• Ածխաթթու գազը բույս ​​է մտնում փոքրիկ անցքերով, ստոմատներով, և դրանց միջով թթվածինը դուրս է գալիս:
• Ջուրը բույսի մեջ ներծծվում է նրա արմատներով։
• Առանց ֆոտոսինթեզի, աշխարհում սնունդ չէր լինի:

Լույսի էներգիայով կամ առանց դրա: Բույսերին բնորոշ է։ Եկեք մանրամասն քննարկենք, թե որոնք են ֆոտոսինթեզի մութ և թեթև փուլերը:

Ընդհանուր տեղեկություն

Բարձրագույն բույսերի ֆոտոսինթեզի օրգանը տերեւն է։ Քլորոպլաստները գործում են որպես օրգանելներ։ Նրանց թիլաոիդների թաղանթները պարունակում են ֆոտոսինթետիկ պիգմենտներ։ Դրանք կարոտինոիդներ և քլորոֆիլներ են։ Վերջիններս գոյություն ունեն մի քանի ձևերով (ա, գ, բ, դ): Հիմնականը ա-քլորոֆիլն է։ Դրա մոլեկուլը պարունակում է պորֆիրինի «գլուխ», որի կենտրոնում գտնվում է մագնեզիումի ատոմը, ինչպես նաև ֆիտոլի «պոչը»։ Առաջին տարրը ներկայացված է որպես հարթ կառույց։ «Գլուխը» հիդրոֆիլ է, հետևաբար այն գտնվում է թաղանթի այն հատվածում, որն ուղղված է դեպի ջրային միջավայր։ Ֆիտոլի «պոչը» հիդրոֆոբ է։ Դրա շնորհիվ այն մեմբրանի մեջ պահում է քլորոֆիլի մոլեկուլը։ Քլորոֆիլը կլանում է կապույտ-մանուշակագույն և կարմիր լույսը: Նրանք նաև արտացոլում են կանաչը, բույսերին տալով իրենց բնորոշ գույնը: Թիլակտիկ թաղանթներում քլորոֆիլի մոլեկուլները կազմակերպվում են ֆոտոհամակարգերի մեջ։ Կապույտ-կանաչ ջրիմուռները և բույսերը բնութագրվում են 1-ին և 2-րդ համակարգերով: Ֆոտոսինթետիկ բակտերիաներն ունեն միայն առաջինը: Երկրորդ համակարգը կարող է քայքայել H 2 O և ազատել թթվածին:

Ֆոտոսինթեզի թեթև փուլ

Բույսերում տեղի ունեցող գործընթացները բարդ են և բազմափուլ: Մասնավորապես, առանձնանում են ռեակցիաների երկու խումբ. Դրանք ֆոտոսինթեզի մութ և թեթև փուլերն են։ Վերջինս ընթանում է ATP ֆերմենտի, էլեկտրոն տեղափոխող սպիտակուցների և քլորոֆիլի մասնակցությամբ։ Ֆոտոսինթեզի թեթև փուլը տեղի է ունենում թիլակտոիդների թաղանթներում: Քլորոֆիլային էլեկտրոնները գրգռված են և հեռանում են մոլեկուլից։ Դրանից հետո դրանք ընկնում են թիլակտիկ թաղանթի արտաքին մակերեսին։ Նա իր հերթին բացասական լիցքավորված է։ Օքսիդացումից հետո սկսվում է քլորոֆիլի մոլեկուլների վերականգնումը։ Նրանք էլեկտրոններ են վերցնում ջրից, որը առկա է ինտրալակոիդ տարածությունում։ Այսպիսով, ֆոտոսինթեզի լուսային փուլը թաղանթում ընթանում է քայքայման ժամանակ (ֆոտոլիզ)՝ H 2 O + Q լույս → H + + OH -

Հիդրօքսիլ իոնները վերածվում են ռեակտիվ ռադիկալների՝ նվիրելով իրենց էլեկտրոնները.

OH - → .OH + e -

OH ռադիկալները միանում են և ձևավորում ազատ թթվածին և ջուր.

4 NO. → 2H 2 O + O 2.

Այս դեպքում թթվածինը հեռացվում է շրջակա (արտաքին) միջավայր, իսկ պրոտոնները կուտակվում են թիլակտոիդի ներսում հատուկ «ջրամբարում»։ Արդյունքում, որտեղ ընթանում է ֆոտոսինթեզի լուսային փուլը, թիլակտիկ թաղանթը մի կողմից դրական լիցք է ստանում H +-ի շնորհիվ: Միաժամանակ էլեկտրոնների շնորհիվ այն լիցքավորվում է բացասական։

ADP-ի ֆոսֆիրիլացում

Այնտեղ, որտեղ ընթանում է ֆոտոսինթեզի լուսային փուլը, մեմբրանի ներքին և արտաքին մակերևույթների միջև պոտենցիալ տարբերություն կա: Երբ այն հասնում է 200 մՎ-ի, պրոտոնները մղվում են ATP սինթետազի ուղիներով։ Այսպիսով, ֆոտոսինթեզի լուսային փուլը տեղի է ունենում թաղանթում, երբ ADP-ն ֆոսֆորիլացվում է ATP-ի: Այս դեպքում ատոմային ջրածինը ուղղված է նիկոտինամիդ ադենին դինուկլեոտիդ ֆոսֆատ NADP+ հատուկ կրիչի նվազմանը NADP:H2:

2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2

Այսպիսով, ֆոտոսինթեզի թեթև փուլը ներառում է ջրի ֆոտոլիզը: Այն իր հերթին ուղեկցվում է երեք հիմնական ռեակցիաներով.

1. ATP-ի սինթեզ.
2. Կրթություն NADP.H 2.
3. Թթվածնի ձևավորում.

Ֆոտոսինթեզի լուսային փուլն ուղեկցվում է վերջինիս արտանետմամբ մթնոլորտ։ NADP.H2-ը և ATP-ն տեղափոխվում են քլորոպլաստի ստրոմա: Սա ավարտում է ֆոտոսինթեզի լուսային փուլը:

Մեկ այլ խումբ ռեակցիաներ

Ֆոտոսինթեզի մութ փուլը լույսի էներգիա չի պահանջում։ Այն անցնում է քլորոպլաստի ստրոմայում: Ռեակցիաները ներկայացված են որպես օդից եկող ածխաթթու գազի հաջորդական փոխակերպումների շղթա։ Արդյունքում առաջանում են գլյուկոզա և այլ օրգանական նյութեր։ Առաջին ռեակցիան ֆիքսումն է։ RiBF-ն հանդես է գալիս որպես ածխաթթու գազի ընդունիչ: Ռեակցիայի կատալիզատորը ռիբուլոզ բիսֆոսֆատ կարբոքսիլազն է (ֆերմենտը): RiBP-ի կարբոքսիլացման արդյունքում առաջանում է վեցածխածնային անկայուն միացություն։ Այն գրեթե ակնթարթորեն բաժանվում է FHA-ի երկու մոլեկուլների (ֆոսֆոգլիցերինաթթու): Դրան հաջորդում է ռեակցիաների ցիկլը, որտեղ մի քանի միջանկյալ արտադրանքի միջոցով այն վերածվում է գլյուկոզայի։ Նրանք օգտագործում են NADP.H 2-ի և ATP-ի էներգիաները, որոնք փոխակերպվել են, երբ ընթանում էր ֆոտոսինթեզի լուսային փուլը։ Այս ռեակցիաների ցիկլը կոչվում է «Կալվինի ցիկլ»։ Այն կարող է ներկայացվել հետևյալ կերպ.

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

Բացի գլյուկոզայից, ֆոտոսինթեզի ընթացքում առաջանում են օրգանական (բարդ) միացությունների այլ մոնոմերներ։ Դրանք ներառում են, մասնավորապես, ճարպաթթուներ, գլիցերին, ամինաթթուներ, նուկլեոտիդներ:

C3 ռեակցիաներ

Դրանք ֆոտոսինթեզի մի տեսակ են, որոնցում առաջանում են երեք ածխածնային միացություններ՝ որպես առաջին արտադրանք։ Նա է, ով վերը նկարագրված է որպես Կալվինի ցիկլ: C3 ֆոտոսինթեզի բնորոշ հատկանիշներն են.

1. RiBP-ն ածխաթթու գազի ընդունիչ է:
2. Կարբոքսիլացման ռեակցիան կատալիզացվում է RiBP կարբոքսիլազով:
3. Ձևավորվում է վեց ածխածնային նյութ, որը հետագայում քայքայվում է 2 FHA-ի։

Ֆոսֆոգլիցերինաթթուն վերածվում է TF-ի (տրիոզաֆոսֆատներ): Դրանցից մի քանիսն ուղարկվում են ռիբուլոզա բիֆոսֆատի ռեգեներացիայի, իսկ մնացածը վերածվում է գլյուկոզայի։

C4 ռեակցիաներ

Ֆոտոսինթեզի այս տեսակը բնութագրվում է չորս ածխածնային միացությունների տեսքով, որպես առաջին արտադրանք: 1965 թվականին պարզվեց, որ C4 նյութերը առաջինը հայտնվում են որոշ բույսերում։ Օրինակ՝ սա սահմանվել է կորեկի, սորգոի, շաքարեղեգի, եգիպտացորենի համար։ Այս մշակույթները հայտնի են դարձել որպես C4 բույսեր: Հաջորդ տարի՝ 1966 թվականին, Slack and Hatch-ը (ավստրալիացի գիտնականներ) պարզեցին, որ նրանք գրեթե ամբողջությամբ չունեն ֆոտոշնչառություն։ Պարզվել է նաև, որ C4-ի նման բույսերը շատ ավելի արդյունավետ են ածխաթթու գազի կլանման հարցում: Արդյունքում, նման մշակույթներում ածխածնի փոխակերպման ուղին կոչվում է Հեթչ-Սլաք ճանապարհ:

Եզրակացություն

Ֆոտոսինթեզի կարևորությունը շատ մեծ է։ Նրա շնորհիվ ածխաթթու գազը մթնոլորտից ամեն տարի ներծծվում է հսկայական ծավալներով (միլիարդավոր տոննա)։ Փոխարենը, ավելի քիչ թթվածին է արտազատվում: Ֆոտոսինթեզը հանդես է գալիս որպես օրգանական միացությունների առաջացման հիմնական աղբյուր։ Թթվածինը մասնակցում է օզոնային շերտի ձևավորմանը, որը պաշտպանում է կենդանի օրգանիզմները կարճ ալիքների ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցությունից։ Ֆոտոսինթեզի ընթացքում տերեւը կլանում է իր վրա ընկած լույսի ողջ էներգիայի միայն 1%-ը։ Դրա արտադրողականությունը կազմում է 1 գ օրգանական միացություն 1 քառ. մ մակերեսը ժամում: