Фотосинтездің қараңғы фазасы қай жерде өтеді? Фотосинтездің жеңіл фазасы. АТФ синтезі фотосинтездің қай фазасында жүреді?

- жарық энергиясын міндетті түрде пайдалана отырып, көмірқышқыл газы мен судан органикалық заттарды синтездеу:

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

Жоғары сатыдағы өсімдіктерде фотосинтез мүшесі — жапырақ, фотосинтез органеллалары — хлоропластар (хлоропластардың құрылысы No7 дәріс). Хлоропластардың тилакоидты қабықшаларында фотосинтетикалық пигменттер: хлорофиллдер және каротиноидтар болады. Хлорофиллдің бірнеше түрі бар ( а б С Д), ең бастысы хлорофилл а. Хлорофилл молекуласында ортасында магний атомы бар порфириннің «басын» және фитолдың «құйрығын» ажыратуға болады. Порфириннің «басы» тегіс құрылым, гидрофильді, сондықтан строманың су ортасына қарайтын мембрана бетінде жатыр. Фитолдың «құйрығы» гидрофобты болып табылады, сондықтан хлорофилл молекуласын мембранада сақтайды.

Хлорофилл қызыл және көк-күлгін сәулелерді сіңіреді, жасылды көрсетеді, сондықтан өсімдіктерге тән жасыл түс береді. Тилакоидтық мембраналардағы хлорофилл молекулалары реттелген фотожүйелер. Өсімдіктер мен көк-жасыл балдырларда фотосистема-1 және фотосистема-2, фотосинтездеуші бактерияларда фотосистема-1 болады. Тек фотосистема-2 оттегінің бөлінуімен суды ыдыратып, сутегі сутегінен электрондарды ала алады.

Фотосинтез – күрделі көп сатылы процесс; фотосинтез реакциялары екі топқа бөлінеді: реакциялар жарық фазасыжәне реакциялар қараңғы фаза.

жарық фазасы

Бұл фаза хлорофилл, электрон тасымалдаушы белоктар және АТФ синтетаза ферментінің қатысуымен тилакоидтық мембраналардағы жарық болған кезде ғана жүреді. Жарық кванты әсерінен хлорофилл электрондары қозып, молекуладан шығып, тилакоидты мембрананың сыртқы жағына енеді, ол ақырында теріс зарядталады. Тотыққан хлорофилл молекулалары интратилакоидтық кеңістікте орналасқан судан электрондарды алу арқылы қалпына келтіріледі. Бұл судың ыдырауына немесе фотолизіне әкеледі:

H 2 O + Q жарық → H + + OH -.

Гидроксиль иондары реактивті радикалдарға айнала отырып, өз электрондарын береді.OH:

OH - → .OH + e - .

Радикалдар.OH қосылып су мен бос оттегі түзеді:

4NO. → 2H 2 O + O 2.

Бұл жағдайда оттегі сыртқы ортаға шығарылады, ал протондар тилакоид ішінде «протон қоймасында» жиналады. Нәтижесінде, тилакоидты мембрана, бір жағынан, Н+ есебінен оң зарядталады, екіншіден, электрондар есебінен теріс зарядталады. Тилакоидты мембрананың сыртқы және ішкі жақтары арасындағы потенциалдар айырымы 200 мВ-қа жеткенде, протондар АТФ синтетаза каналдары арқылы итеріледі және АДФ АТФ-ға дейін фосфорланады; атомдық сутегі NADP+ (никотинамид адениндинуклеотидфосфаты) арнайы тасымалдаушысын NADP H 2 қалпына келтіру үшін қолданылады:

2H + + 2e - + NADP → NADP H 2.

Осылайша, судың фотолизі үшеумен бірге жүретін жарық фазасында жүреді сыни процестер: 1) АТФ синтезі; 2) НАДФ·Н 2 түзілуі; 3) оттегінің түзілуі. Атмосфераға оттегі диффузияланады, АТФ және НАДФ·Н 2 хлоропласт стромасына тасымалданады және қараңғы фаза процестеріне қатысады.

1 - хлоропласттың стромасы; 2 - түйіршіктелген тилакоид.

қараңғы фаза

Бұл фаза хлоропласттың стромасында өтеді. Оның реакциялары жарық энергиясын қажет етпейді, сондықтан олар тек жарықта ғана емес, қараңғыда да болады. Қараңғы фазаның реакциялары глюкозаның және басқа органикалық заттардың түзілуіне әкелетін көмірқышқыл газының (ауадан келетін) дәйекті трансформация тізбегі болып табылады.

Бұл тізбектегі бірінші реакция көмірқышқыл газын бекіту; көміртегі диоксиді акцепторы бес көміртекті қант болып табылады рибулоза бисфосфаты(RiBF); фермент реакцияны катализдейді рибулоза бисфосфаткарбоксилаза(RiBP-карбоксилаза). Рибулоза бисфосфатының карбоксилдену нәтижесінде бірден екі молекулаға ыдырайтын тұрақсыз алты көміртекті қосылыс түзіледі. фосфоглицерин қышқылы(ФГК). Содан кейін аралық өнімдер қатары арқылы фосфоглицерин қышқылы глюкозаға айналатын реакциялар циклі жүреді. Бұл реакциялар жарық фазасында түзілген АТФ және НАДФ·Н 2 энергияларын пайдаланады; Бұл реакциялардың циклі Кальвин циклі деп аталады:

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

Фотосинтез кезінде глюкозадан басқа күрделі органикалық қосылыстардың басқа мономерлері – аминқышқылдары, глицерин және май қышқылдары, нуклеотидтер түзіледі. Қазіргі кезде фотосинтездің екі түрі бар: С 3 - және С 4 - фотосинтез.

C 3 - фотосинтез

Бұл фотосинтездің бір түрі, онда үш көміртекті (С3) қосылыстары бірінші өнім болып табылады. С 3 -фотосинтез С 4 -фотосинтезден бұрын ашылған (М.Кальвин). Бұл жоғарыда «Қараңғы фаза» айдарымен сипатталған C 3 -фотосинтез. С 3 фотосинтезіне тән белгілер: 1) RiBP көмірқышқыл газының акцепторы, 2) RiBP карбоксилазасы RiBP карбоксилдену реакциясын катализдейді, 3) RiBP карбоксилдену нәтижесінде алты көміртекті қосылыс түзіледі, ол екі FHA-ға ыдырайды. FHA қалпына келтірілді триоза фосфаттары(TF). ТФ бөлігі RiBP регенерациясына жұмсалады, бір бөлігі глюкозаға айналады.

1 - хлоропласт; 2 - пероксисома; 3 - митохондрия.

Бұл оттегінің жарыққа тәуелді сіңірілуі және көмірқышқыл газының бөлінуі. Тіпті өткен ғасырдың басында оттегінің фотосинтезді тежейтіні анықталды. Белгілі болғандай, көмірқышқыл газы ғана емес, сонымен қатар оттегі де RiBP карбоксилазасының субстраты бола алады:

O 2 + RiBP → фосфогликолат (2С) + FHA (3С).

Фермент RiBP-оксигеназа деп аталады. Оттегі көмірқышқыл газын бекітудің бәсекеге қабілетті ингибиторы болып табылады. Фосфат тобы ыдырап, фосфогликолат өсімдік пайдалануы керек гликолятқа айналады. Ол пероксисомаларға түседі, онда глицинге дейін тотығады. Глицин митохондрияға енеді, онда СО 2 түріндегі бекітілген көміртегі жоғалып, серинге дейін тотығады. Нәтижесінде гликолаттың екі молекуласы (2C + 2C) бір FHA (3C) және CO 2-ге айналады. Фототыныс алу С 3 -өсімдіктердің шығымының 30-40%-ға төмендеуіне әкеледі ( C 3 - өсімдіктер- C 3 -фотосинтезімен сипатталатын өсімдіктер).

C 4 -фотосинтез - фотосинтез, онда бірінші өнім төрт көміртекті (С 4) қосылыстары болып табылады. 1965 жылы кейбір өсімдіктерде (қант, жүгері, құмай, тары) фотосинтездің алғашқы өнімдері төрт көміртекті қышқылдар екені анықталды. Мұндай өсімдіктер деп аталады 4 өсімдікпен. 1966 жылы австралиялық ғалымдар Хэтч пен Слэк C 4 өсімдіктерінің фототыныс алуы іс жүзінде жоқ екенін және көмірқышқыл газын әлдеқайда тиімді сіңіретінін көрсетті. С 4 өсімдіктеріндегі көміртекті түрлендіру жолы атала бастады Hatch-Slack жазған.

C 4 өсімдіктері жапырақтың ерекше анатомиялық құрылымымен сипатталады. Барлық өткізгіш шоғырлар қос қабат жасушалармен қоршалған: сыртқысы - мезофилл жасушалары, ішкісі - қаптамалық жасушалар. Көмірқышқыл газы мезофилл жасушаларының цитоплазмасында бекітіледі, акцептор болып табылады фосфоэнолпируват(PEP, 3C), PEP карбоксилдену нәтижесінде оксалоацетат (4С) түзіледі. Процесс катализденеді ПЭП карбоксилаза. RiBP карбоксилазасынан айырмашылығы, PEP карбоксилазаның CO 2-ге жоғары жақындығы бар және ең бастысы, O 2-мен әрекеттеспейді. Мезофилл хлоропласттарында жарық фазасының реакциялары белсенді жүретін көптеген түйіршіктер болады. Қабық жасушаларының хлоропласттарында қараңғы фаза реакциялары жүреді.

Оксалоацетат (4С) малатқа айналады, ол плазмодесмата арқылы қаптамалық жасушаларға тасымалданады. Мұнда ол пируват, CO 2 және NADP·H 2 түзу үшін декарбоксилденген және сусызданған.

Пируват мезофилл жасушаларына оралады және ПЭП-тегі АТФ энергиясы есебінен регенерацияланады. СО 2 қайтадан FHA түзе отырып, RiBP карбоксилазамен бекітіледі. PEP регенерациясы АТФ энергиясын қажет етеді, сондықтан C 3 фотосинтезімен салыстырғанда екі есе дерлік көп энергия қажет.

Фотосинтездің маңызы

Фотосинтездің арқасында жыл сайын атмосферадан миллиардтаған тонна көмірқышқыл газы жұтылады, миллиардтаған тонна оттегі бөлінеді; фотосинтез органикалық заттардың түзілуінің негізгі көзі болып табылады. Озон қабаты тірі организмдерді қысқа толқынды ультракүлгін сәулелерден қорғайтын оттегіден түзіледі.

Фотосинтез кезінде жасыл жапырақ оған түсетін күн энергиясының шамамен 1% ғана пайдаланады, өнімділігі сағатына 1 м 2 бетке шамамен 1 г органикалық затты құрайды.

Хемосинтез

Жарық энергиясы есебінен емес, бейорганикалық заттардың тотығу энергиясы есебінен жүзеге асырылатын көмірқышқыл газы мен судан органикалық қосылыстардың синтезі деп аталады. химосинтез. Хемосинтетикалық организмдерге бактериялардың кейбір түрлері жатады.

Нитрификациялаушы бактериялараммиакты азотқа, содан кейін азот қышқылына дейін тотықтырыңыз (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

темір бактерияларытемірді оксидке айналдырады (Fe 2+ → Fe 3+).

Күкірт бактерияларыкүкіртсутекті күкіртке немесе күкірт қышқылына дейін тотықтырыңыз (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

Бейорганикалық заттардың тотығу реакциялары нәтижесінде энергия бөлінеді, оны бактериялар АТФ жоғары энергетикалық байланыстар түрінде сақтайды. ATP фотосинтездің қараңғы фазасының реакцияларына ұқсас жүретін органикалық заттардың синтезі үшін қолданылады.

Хемосинтетикалық бактериялар топырақта минералды заттардың жиналуына, топырақ құнарлылығын арттыруға, ағынды суларды тазартуға және т.б.

Ауысу №11 дәрістер«Зат алмасу туралы түсінік. Белоктардың биосинтезі»

Ауысу №13 дәрістер«Эукариоттық жасушалардың бөліну әдістері: митоз, мейоз, амитоз»

Фотосинтез- жарық энергиясы (hv) есебінен бейорганикалық қосылыстардан органикалық қосылыстардың синтезі. Фотосинтездің жалпы теңдеуі:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Фотосинтез күн сәулесінің энергиясын АТФ түріндегі химиялық байланыс энергиясына айналдырудың бірегей қасиеті бар фотосинтетикалық пигменттердің қатысуымен жүреді. Фотосинтетикалық пигменттер белок тәрізді заттар. Олардың ішіндегі ең маңыздысы - хлорофилл пигменті. Эукариоттарда фотосинтездеуші пигменттер пластидтердің ішкі қабығына, ал прокариоттарда цитоплазмалық мембрананың инвагинацияларына ендірілген.

Хлоропласттың құрылымы митохондрияға өте ұқсас. Грана тилакоидтарының ішкі мембранасында фотосинтетикалық пигменттер, сондай-ақ электронды тасымалдау тізбегі белоктары және АТФ синтетаза ферментінің молекулалары болады.

Фотосинтез процесі екі фазадан тұрады: ашық және қараңғы.

жарық фазасы Фотосинтез тек тілакоидты грана қабықшасында жарық болған жағдайда ғана жүреді. Бұл фазада хлорофиллдің жарық кванттарын жұтуы, АТФ молекуласының түзілуі және судың фотолизі жүреді.

Жарық кванты (hv) әсерінен хлорофилл қозған күйге өтіп, электрондарын жоғалтады:

Chl → Chl + e —

Бұл электрондар тасымалдаушылармен сыртқы, яғни. матрицаға қараған тилакоидты мембрананың беті, онда олар жинақталады.

Сонымен бірге судың фотолизі тилакоидтардың ішінде жүреді, яғни. оның жарық әсерінен ыдырауы

2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e -

Алынған электрондар тасымалдаушылар арқылы хлорофилл молекулаларына беріледі және оларды қалпына келтіреді: хлорофилл молекулалары тұрақты күйге оралады.

Судың фотолизі кезінде түзілетін сутек протондары тилакоид ішінде жиналып, Н+ -қоймасын жасайды. Нәтижесінде тилакоидты мембрананың ішкі беті оң зарядталады (Н+ әсерінен), ал сыртқы беті теріс зарядталады (е - есебінен). Қарама-қарсы зарядталған бөлшектер мембрананың екі жағында жинақталғандықтан, потенциалдар айырмасы артады. Потенциалдық айырмашылықтың критикалық мәніне жеткенде, электр өрісінің күші протондарды АТФ синтетаза арнасы арқылы итермелей бастайды. Бұл жағдайда бөлінетін энергия АДФ молекулаларын фосфорландыруға жұмсалады:

ADP + F → ATP

Жарық энергиясының әсерінен фотосинтез кезінде АТФ түзілуі деп аталады фотофосфорлану.

Сутегі иондары тилакоидты мембрананың сыртқы бетінде бір рет сол жерде электрондармен кездесіп, атом сутегін түзеді, ол NADP сутегі тасымалдаушы молекуласымен (никотинамид адениндинуклеотидфосфаты) байланысады:

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

Сонымен фотосинтездің жеңіл фазасында үш процесс жүреді: судың ыдырауынан оттегінің түзілуі, АТФ синтезі, НАДФ Н 2 түріндегі сутегі атомдарының түзілуі. Оттегі атмосфераға таралады, АТФ және НАДФ Н 2 қараңғы фаза процестеріне қатысады.

қараңғы фазафотосинтез хлоропласт матрицасында жарықта да, қараңғыда да жүреді және Кальвин циклінде ауадан келетін СО 2 кезекті түрлендірулерінің сериясы болып табылады. Қараңғы фазаның реакциялары АТФ энергиясы есебінен жүзеге асады. Кальвин циклінде CO 2 NADP H 2 сутегімен байланысып, глюкоза түзеді.

Фотосинтез процесінде моносахаридтерден (глюкоза және т.б.) басқа органикалық қосылыстардың мономерлері – аминқышқылдары, глицерин және май қышқылдары синтезделеді. Осылайша, фотосинтездің арқасында өсімдіктер өзін және жердегі барлық тіршілікті қажетті органикалық заттармен және оттегімен қамтамасыз етеді.

Салыстырмалы сипаттамаларЭукариоттардың фотосинтезі мен тыныс алуы кестеде келтірілген:

Фотосинтез сияқты күрделі процесті қысқаша және анық қалай түсіндіруге болады? Өсімдіктер - өз қорегін өндіре алатын жалғыз тірі организм. Олар мұны қалай жасайды? Өсу және барлық қажетті заттарды алу үшін қоршаған орта: көмірқышқыл газы – ауадан, судан және – топырақтан. Сондай-ақ олар күн сәулесінен түсетін энергияны қажет етеді. Бұл энергия көмірқышқыл газы мен су глюкозаға (қоректену) және фотосинтезге айналатын белгілі бір химиялық реакцияларды тудырады. Қысқаша және түсінікті түрде процестің мәнін тіпті мектеп жасындағы балаларға да түсіндіруге болады.

«Жарықпен бірге»

«Фотосинтез» сөзі гректің «фото» және «синтез» деген екі сөзінен шыққан, аудармада «жарықпен бірге» дегенді білдіреді. Күн энергиясы химиялық энергияға айналады. Фотосинтездің химиялық теңдеуі:

6CO 2 + 12H 2 O + жарық \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

Бұл глюкозаны өндіру үшін 6 көмірқышқыл газы және он екі су молекуласы (күн сәулесімен бірге) пайдаланылады, нәтижесінде алты оттегі молекуласы және алты су молекуласы пайда болады. Бұны сөздік теңдеу түрінде көрсетсек, мынаны аламыз:

Су + күн => глюкоза + оттегі + су.

Күн - өте қуатты энергия көзі. Адамдар оны әрқашан электр энергиясын өндіруге, үйлерді оқшаулауға, суды жылытуға және т.б. Өсімдіктер миллиондаған жылдар бұрын күн энергиясын қалай пайдалану керектігін «анықтады», өйткені бұл олардың өмір сүруі үшін қажет болды. Фотосинтезді былайша қысқаша және анық түсіндіруге болады: өсімдіктер күннің жарық энергиясын пайдаланып, оны химиялық энергияға айналдырады, нәтижесінде қант (глюкоза) пайда болады, оның артығы крахмал ретінде жапырақтарда, тамырларда, сабақтарда сақталады. және өсімдік тұқымдары. Күннің энергиясы өсімдіктерге, сондай-ақ осы өсімдіктер жейтін жануарларға беріледі. Өсімдікке өсу және басқа тіршілік процестері үшін қоректік заттар қажет болғанда, бұл қорлар өте пайдалы.

Өсімдіктер күн энергиясын қалай сіңіреді?

Фотосинтез туралы қысқаша және анық айта отырып, өсімдіктер күн энергиясын қалай сіңіреді деген сұраққа тоқталған жөн. Бұл хлорофилл деп аталатын ерекше затты қамтитын жасыл жасушалар - хлоропласттарды қамтитын жапырақтардың ерекше құрылымына байланысты. Бұл жапырақтарға жасыл түс береді және күн сәулесінің энергиясын сіңіруге жауапты.

Неліктен жапырақтардың көпшілігі кең және жалпақ?

Фотосинтез өсімдіктердің жапырақтарында жүреді. Таңқаларлық факт, өсімдіктер күн сәулесін ұстауға және көмірқышқыл газын сіңіруге өте жақсы бейімделген. Кең бетке байланысты жарық әлдеқайда көп түсіріледі. Сол себепті кейде үйлердің төбесіне орнатылатын күн батареялары да кең және тегіс. Беткі қабат неғұрлым үлкен болса, сіңіру соғұрлым жақсы болады.

Өсімдіктер үшін тағы не маңызды?

Адамдар сияқты өсімдіктер де сау болып, өсіп, жақсы жұмыс істеуі үшін қоректік заттар мен қоректік заттарға мұқтаж. Олар суда еріген минералдарды тамыры арқылы топырақтан алады. Топырақта минералды қоректік заттар жетіспесе, өсімдік қалыпты дамымайды. Фермерлер топырақтың егіннің өсуіне жеткілікті қоректік заттардың бар екеніне көз жеткізу үшін жиі сынақтан өткізеді. Әйтпесе, өсімдіктердің қоректенуі мен өсуі үшін маңызды минералдар бар тыңайтқыштарды қолдануға жүгініңіз.

Неліктен фотосинтез соншалықты маңызды?

Фотосинтезді балаларға қысқаша және түсінікті түрде түсіндіре отырып, бұл процесс әлемдегі ең маңызды химиялық реакциялардың бірі екенін атап өткен жөн. Мұндай шулы мәлімдеменің себептері қандай? Біріншіден, фотосинтез өсімдіктерді қоректендіреді, ал олар өз кезегінде планетадағы барлық басқа тіршілік иелерін, соның ішінде жануарлар мен адамдарды қоректендіреді. Екіншіден, фотосинтез нәтижесінде атмосфераға тыныс алуға қажетті оттегі бөлінеді. Барлық тірі организмдер оттегімен тыныс алып, көмірқышқыл газымен дем алады. Бақытымызға орай, өсімдіктер керісінше жасайды, сондықтан олар адамдар мен жануарлардың тыныс алуы үшін өте маңызды.

Таңғажайып процесс

Өсімдіктер тыныс алуды да біледі екен, бірақ адамдар мен жануарлардан айырмашылығы олар оттегін емес, ауадан көмірқышқыл газын сіңіреді. Өсімдіктер де ішеді. Сондықтан оларды суару керек, әйтпесе олар өледі. Тамыр жүйесінің көмегімен су мен қоректік заттар өсімдік денесінің барлық мүшелеріне тасымалданады, ал көмірқышқыл газы жапырақтардағы кішкене тесіктер арқылы сіңеді. Іске қосу үшін іске қосыңыз химиялық реакциякүн сәулесі болып табылады. Барлық алынған зат алмасу өнімдерін өсімдіктер қоректенуге пайдаланады, оттегі атмосфераға бөлінеді. Осылайша сіз фотосинтез процесінің қалай жүретінін қысқаша және анық түсіндіре аласыз.

Фотосинтез: фотосинтездің ашық және қараңғы фазалары

Қарастырылып отырған процесс екі негізгі бөліктен тұрады. Фотосинтездің екі фазасы бар (сипаттама және кесте – төменде). Біріншісі жарық фазасы деп аталады. Ол хлорофилл, электрон тасымалдаушы белоктар және АТФ синтетаза ферментінің қатысуымен тилакоидтық мембраналардағы жарық болған кезде ғана пайда болады. Фотосинтез тағы нені жасырады? Күн мен түн қосылғанда бір-бірін жарықтандырып, ауыстырыңыз (Кальвин циклдері). Қараңғы фазада бірдей глюкозаның, өсімдіктерге арналған тағамның өндірісі жүреді. Бұл процесс жарыққа тәуелсіз реакция деп те аталады.

Қорытынды

Жоғарыда айтылғандардың барлығынан келесі қорытынды жасауға болады:

• Фотосинтез - күннен энергия алуға мүмкіндік беретін процесс.
• Күннің жарық энергиясы хлорофилл арқылы химиялық энергияға айналады.
• Хлорофилл өсімдіктерге жасыл түс береді.
• Фотосинтез өсімдік жапырақтарының хлоропласттарында жүреді.
• Көмірқышқыл газы мен су фотосинтез үшін өте қажет.
• Көмірқышқыл газы өсімдікке ұсақ тесіктер, устьицалар арқылы енеді, ал оттегі олар арқылы шығады.
• Су өсімдікке тамыр арқылы сіңеді.
• Фотосинтезсіз әлемде тамақ болмас еді.

Жарық энергиясы бар немесе онсыз. Бұл өсімдіктерге тән. Фотосинтездің қараңғы және жарық фазалары қандай екенін толығырақ қарастырайық.

Негізгі ақпарат

Жоғары сатыдағы өсімдіктерде фотосинтез органы - жапырақ. Хлоропластар органеллалар қызметін атқарады. Олардың тилакоидтарының қабықшаларында фотосинтетикалық пигменттер болады. Олар каротиноидтар мен хлорофиллдер. Соңғылары бірнеше формада болады (a, c, b, d). Ең бастысы - хлорофилл. Оның молекуласында орталықта орналасқан магний атомы бар порфирин «басы», сондай-ақ фитол «құйрығы» бар. Бірінші элемент тегіс құрылым ретінде ұсынылған. «Басы» гидрофильді, сондықтан ол мембрананың су ортасына бағытталған бөлігінде орналасқан. Фитолдың «құйрығы» гидрофобты болып табылады. Осының арқасында ол мембранадағы хлорофилл молекуласын сақтайды. Хлорофилл көк-күлгін және қызыл сәулелерді сіңіреді. Олар сондай-ақ жасыл түсті көрсетеді, өсімдіктерге тән түсін береді. Тилактикалық мембраналарда хлорофилл молекулалары фотожүйелерде ұйымдастырылған. Көк-жасыл балдырлар мен өсімдіктер 1 және 2 жүйелермен сипатталады. Фотосинтетикалық бактериялар тек біріншіге ие. Екінші жүйе H 2 O ыдыратып, оттегін шығара алады.

Фотосинтездің жеңіл фазасы

Өсімдіктерде жүретін процестер күрделі және көп сатылы. Атап айтқанда, реакциялардың екі тобы бөлінеді. Олар фотосинтездің қараңғы және жарық фазалары. Соңғысы АТФ ферментінің, электронды тасымалдаушы ақуыздардың және хлорофиллдің қатысуымен жүреді. Фотосинтездің жеңіл фазасы тилактоидтардың мембраналарында жүреді. Хлорофилл электрондары қозып, молекуладан шығады. Осыдан кейін олар тилактикалық мембрананың сыртқы бетіне түседі. Ол, өз кезегінде, теріс зарядталады. Тотығудан кейін хлорофилл молекулаларының қалпына келуі басталады. Олар интралакоидтық кеңістікте бар судан электрондарды алады. Сонымен, фотосинтездің жарық фазасы ыдырау (фотолиз) кезінде мембранада жүреді: H 2 O + Q жарық → H + + OH -

Гидроксиль иондары электрондарын беру арқылы реактивті радикалдарға айналады:

OH - → .OH + e -

OH радикалдары бос оттегі мен суды біріктіріп түзеді:

4NO. → 2H 2 O + O 2.

Бұл жағдайда оттегі қоршаған (сыртқы) ортаға шығарылады, ал протондар тилактоидтың ішінде арнайы «резервуарда» жиналады. Нәтижесінде фотосинтездің жеңіл фазасы өтетін жерде тилактикалық мембрана бір жағынан Н+ есебінен оң заряд алады. Сонымен қатар электрондардың арқасында ол теріс зарядталады.

АДФ фосфирилденуі

Фотосинтездің жарық фазасы өтетін жерде мембрананың ішкі және сыртқы беттері арасында потенциалдар айырымы болады. Ол 200 мВ-қа жеткенде протондар АТФ синтетазасының арналары арқылы итеріледі. Осылайша, фотосинтездің жеңіл фазасы мембранада АДФ АТФ-ға дейін фосфорланған кезде жүреді. Бұл жағдайда атомдық сутегі никотинамид адениндинуклеотидфосфатының NADP+ арнайы тасымалдаушысы НАДФ.Н2-ге дейін тотықсыздануға бағытталған:

2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2

Осылайша, фотосинтездің жеңіл фазасы судың фотолизін қамтиды. Ол, өз кезегінде, үш негізгі реакциямен бірге жүреді:

1. АТФ синтезі.
2. Білім NADP.H 2.
3. Оттегінің түзілуі.

Фотосинтездің жеңіл фазасы соңғысының атмосфераға шығуымен бірге жүреді. NADP.H2 және АТФ хлоропласттың стромасына жылжиды. Бұл фотосинтездің жеңіл фазасын аяқтайды.

Басқа реакциялар тобы

Фотосинтездің қараңғы фазасы жарық энергиясын қажет етпейді. Ол хлоропласттың стромасына түседі. Реакциялар ауадан келетін көмірқышқыл газының дәйекті түрлену тізбегі ретінде берілген. Нәтижесінде глюкоза және басқа органикалық заттар түзіледі. Бірінші реакция - бекіту. RiBF көмірқышқыл газын қабылдаушы ретінде әрекет етеді. Реакциядағы катализатор рибулоза бисфосфаткарбоксилаза (фермент) болып табылады. RiBP карбоксилдену нәтижесінде алты көміртекті тұрақсыз қосылыс түзіледі. Ол бірден екі FHA молекуласына (фосфоглицерин қышқылы) ыдырайды. Осыдан кейін реакциялар циклі жүреді, онда ол бірнеше аралық өнімдер арқылы глюкозаға айналады. Олар фотосинтездің жеңіл фазасы жүріп жатқанда түрленетін NADP.H 2 және ATP энергиясын пайдаланады. Бұл реакциялардың циклі «Кальвин циклі» деп аталады. Оны келесідей көрсетуге болады:

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

Фотосинтез кезінде глюкозадан басқа органикалық (күрделі) қосылыстардың басқа мономерлері түзіледі. Оларға, атап айтқанда, май қышқылдары, глицерин, аминқышқылдары, нуклеотидтер жатады.

С3 реакциялары

Олар бірінші өнім ретінде үш көміртекті қосылыстар түзілетін фотосинтездің бір түрі. Ол жоғарыда Кальвин циклі ретінде сипатталған. С3 фотосинтезіне тән белгілер:

1. RiBP көмірқышқыл газын қабылдаушы болып табылады.
2. Карбоксилдену реакциясын RiBP карбоксилаза катализдейді.
3. Алты көміртекті зат түзіледі, ол кейіннен 2 FHA-ға ыдырайды.

Фосфоглицерин қышқылы ТФ (триозафосфаттар) дейін тотықсызданады. Олардың бір бөлігі рибулоза бифосфатының регенерациясына жіберіледі, ал қалғандары глюкозаға айналады.

С4 реакциялары

Фотосинтездің бұл түрі төрт көміртекті қосылыстардың бірінші өнім ретінде пайда болуымен сипатталады. 1965 жылы кейбір өсімдіктерде С4 заттары бірінші рет пайда болатыны анықталды. Мысалы, бұл тары, құмай, қант қамысы, жүгері үшін белгіленген. Бұл мәдениеттер C4 өсімдіктері ретінде белгілі болды. Келесі жылы, 1966 жылы Слэк пен Хэтч (австралиялық ғалымдар) оларда фототыныс алудың толық дерлік жоқ екенін анықтады. Сондай-ақ, мұндай C4 өсімдіктерінің көмірқышқыл газын сіңіруде әлдеқайда тиімді екендігі анықталды. Нәтижесінде, мұндай мәдениеттердегі көміртегі трансформациясының жолы Хэтч-Слэк жолы деп аталды.

Қорытынды

Фотосинтездің маңызы өте зор. Оның арқасында көмірқышқыл газы атмосферадан жыл сайын орасан зор көлемде (миллиардтаған тонна) жұтылады. Оның орнына оттегі аз бөлінеді. Фотосинтез органикалық қосылыстардың түзілуінің негізгі көзі ретінде әрекет етеді. Оттегі тірі организмдерді қысқа толқынды ультракүлгін сәулелену әсерінен қорғайтын озон қабатының түзілуіне қатысады. Фотосинтез кезінде жапырақ өзіне түскен барлық жарық энергиясының тек 1%-ын ғана сіңіреді. Оның өнімділігі 1 г шегінде органикалық қосылыс 1 шаршыға м беті сағатына.