Фотосинтезийн харанхуй үе хаана явагддаг вэ? Фотосинтезийн гэрлийн үе шат. ATP синтез нь фотосинтезийн ямар үе шатанд явагддаг вэ?

- гэрлийн энергийг заавал ашиглах замаар нүүрстөрөгчийн давхар исэл, уснаас органик бодисыг нийлэгжүүлэх:

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

Дээд ургамалд фотосинтезийн эрхтэн нь навч, фотосинтезийн органеллууд нь хлоропласт (хлоропластын бүтэц нь лекц No7) юм. Хлоропластын тилакоидын мембран нь фотосинтезийн пигментүүдийг агуулдаг: хлорофилл ба каротиноид. Хэд хэдэн төрлийн хлорофилл байдаг ( a B C D), гол нь хлорофилл юм а. Хлорофиллын молекулд төв хэсэгт магнийн атом бүхий порфирины "толгой", фитол "сүүл" -ийг ялгаж болно. Порфирины "толгой" нь хавтгай бүтэцтэй, гидрофиль шинж чанартай тул стромын усны орчинтой тулгардаг мембраны гадаргуу дээр байрладаг. Фитол "сүүл" нь гидрофобик бөгөөд ингэснээр хлорофилл молекулыг мембранд хадгалдаг.

Хлорофилл нь улаан, хөх ягаан гэрлийг шингээж, ногооныг тусгадаг тул ургамалд өвөрмөц ногоон өнгө өгдөг. Тилакоид мембран дахь хлорофилл молекулууд нь зохион байгуулалттай байдаг фотосистемүүд. Ургамал, хөх ногоон замаг нь фотосистем-1 ба фотосистем-2, фотосинтезийн бактери нь фотосистем-1-тэй. Зөвхөн фотосистем-2 нь хүчилтөрөгч ялгаруулж усыг задалж, усны устөрөгчөөс электрон авч чаддаг.

Фотосинтез нь олон үе шаттай нарийн төвөгтэй үйл явц юм; Фотосинтезийн урвалыг хоёр бүлэгт хуваадаг: урвал гэрлийн үе шатболон хариу үйлдэл харанхуй үе шат.

гэрлийн үе шат

Энэ үе шат нь хлорофилл, электрон тээвэрлэгч уураг, ATP синтетаза ферментийн оролцоотойгоор тилакоидын мембран дахь гэрлийн үед л тохиолддог. Квантын гэрлийн нөлөөн дор хлорофилл электронууд өдөөгдөж, молекулыг орхиж, тилакоид мембраны гадна талд орж, эцэст нь сөрөг цэнэгтэй болдог. Исэлдүүлсэн хлорофилл молекулууд нь интратилакоидын орон зайд байрлах уснаас электрон авах замаар сэргээгддэг. Энэ нь усны задрал эсвэл фотолизэд хүргэдэг:

H 2 O + Q гэрэл → H + + OH -.

Гидроксил ионууд электроноо өгч, реактив радикал болж хувирдаг.

OH - → .OH + e - .

Радикалууд.OH нэгдэж ус болон чөлөөт хүчилтөрөгч үүсгэдэг:

4ҮГҮЙ. → 2H 2 O + O 2.

Энэ тохиолдолд хүчилтөрөгчийг гадаад орчинд зайлуулж, протонууд нь "протоны сан" дахь thylakoid дотор хуримтлагддаг. Үүний үр дүнд тилакоидын мембран нь нэг талаас H+-ийн улмаас эерэг, нөгөө талаас электронуудын улмаас сөрөг цэнэгтэй байдаг. Тилакоид мембраны гадна ба дотор талын потенциалын зөрүү 200 мВ хүрэх үед протонууд ATP синтетазын сувгаар шахагдаж, ADP нь ATP болж фосфорждог; атомын устөрөгчийг тусгай тээвэрлэгч NADP + (никотинамид аденин динуклеотид фосфат) NADP H 2 болгон сэргээхэд ашигладаг.

2H + + 2e - + NADP → NADP H 2.

Тиймээс усны фотолиз нь гэрлийн үе шатанд тохиолддог бөгөөд энэ нь гурваар дагалддаг чухал үйл явц: 1) ATP синтез; 2) NADP·H 2 үүсэх; 3) хүчилтөрөгч үүсэх. Хүчилтөрөгч агаар мандалд тархаж, ATP ба NADP·H 2 нь хлоропластын стром руу шилжиж, харанхуй фазын процесст оролцдог.

1 - хлоропластын стром; 2 - грана тилакоид.

харанхуй үе шат

Энэ үе шат нь хлоропластын стромд явагддаг. Түүний урвал нь гэрлийн энерги шаарддаггүй тул зөвхөн гэрэлд төдийгүй харанхуйд ч тохиолддог. Харанхуй фазын урвалууд нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийн (агаараас гардаг) дараалсан өөрчлөлтүүдийн гинжин хэлхээ бөгөөд глюкоз болон бусад органик бодисууд үүсэхэд хүргэдэг.

Энэ гинжин хэлхээний эхний урвал нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг тогтоодог; нүүрстөрөгчийн давхар ислийг хүлээн авагч нь таван нүүрстөрөгчийн элсэн чихэр юм рибулоз бисфосфат(RiBF); фермент нь урвалыг хурдасгадаг рибулоз бисфосфат карбоксилаза(RiBP-карбоксилаза). Рибулоз бисфосфатын карбоксилжилтын үр дүнд тогтворгүй зургаан нүүрстөрөгчийн нэгдэл үүсдэг бөгөөд тэр даруй хоёр молекул болж задардаг. фосфоглицерины хүчил(FGK). Дараа нь хэд хэдэн завсрын бүтээгдэхүүнээр дамжуулан фосфоглицерины хүчил глюкоз болж хувирдаг урвалын мөчлөг байдаг. Эдгээр урвалууд нь гэрлийн үе шатанд үүссэн ATP ба NADP·H 2-ийн энергийг ашигладаг; Эдгээр урвалын мөчлөгийг Калвины мөчлөг гэж нэрлэдэг.

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

Фотосинтезийн явцад глюкозоос гадна нарийн төвөгтэй органик нэгдлүүдийн бусад мономерууд үүсдэг - амин хүчил, глицерин ба тосны хүчил, нуклеотидууд. Одоогийн байдлаар хоёр төрлийн фотосинтез байдаг: C 3 - ба C 4 - фотосинтез.

C 3 - фотосинтез

Энэ бол гурван нүүрстөрөгчийн (С3) нэгдлүүд анхны бүтээгдэхүүн болох фотосинтезийн нэг төрөл юм. C 3 - фотосинтезийг C 4 - фотосинтезээс өмнө илрүүлсэн (М. Калвин). Энэ бол "Харанхуй үе шат" гэсэн гарчиг дор дурдсан C 3 - фотосинтез юм. C 3 фотосинтезийн онцлог шинж чанарууд: 1) RiBP нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг хүлээн авагч, 2) RiBP карбоксилаза нь RiBP карбоксилжих урвалыг катализатор болгодог, 3) RiBP карбоксилжилтын үр дүнд зургаан нүүрстөрөгчийн нэгдэл үүсдэг бөгөөд энэ нь хоёр FHA болж задардаг. FHA нь сэргээгддэг триоз фосфатууд(TF). ТФ-ийн нэг хэсэг нь RiBP-ийг нөхөн сэргээхэд ашиглагддаг, нэг хэсэг нь глюкоз болж хувирдаг.

1 - хлоропласт; 2 - пероксисом; 3 - митохондри.

Энэ нь гэрлээс хамааралтай хүчилтөрөгчийн шингээлт, нүүрстөрөгчийн давхар ислийн ялгаралт юм. Өнгөрсөн зууны эхээр ч гэсэн хүчилтөрөгч нь фотосинтезийг саатуулдаг болохыг тогтоожээ. Зөвхөн нүүрстөрөгчийн давхар исэл төдийгүй хүчилтөрөгч нь RiBP карбоксилазын субстрат болж чаддаг.

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

Ферментийг RiBP-оксигеназа гэж нэрлэдэг. Хүчилтөрөгч нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг тогтооход өрсөлдөх чадвартай дарангуйлагч юм. Фосфатын бүлгийг задалж, фосфогликолат нь гликолат болж, ургамал үүнийг ашиглах ёстой. Энэ нь пероксисомд орж, глицин болж исэлддэг. Глицин нь митохондри руу орж, серин болж исэлдэж, CO 2 хэлбэрээр аль хэдийн тогтсон нүүрстөрөгчийг алддаг. Үүний үр дүнд гликолатын хоёр молекул (2C + 2C) нь нэг FHA (3C) ба CO 2 болж хувирдаг. Фото амьсгалах нь C 3 - ургамлын ургацыг 30-40% -иар бууруулахад хүргэдэг ( C 3 - ургамал- C 3 - фотосинтезээр тодорхойлогддог ургамал).

C 4 -фотосинтез - фотосинтез бөгөөд эхний бүтээгдэхүүн нь дөрвөн нүүрстөрөгчийн (C 4) нэгдлүүд юм. 1965 онд зарим ургамалд (чихрийн нишингэ, эрдэнэ шиш, шар будаа, шар будаа) фотосинтезийн анхны бүтээгдэхүүн нь дөрвөн нүүрстөрөгчийн хүчил болохыг тогтоожээ. Ийм ургамал гэж нэрлэдэг 4 ургамалтай. 1966 онд Австралийн эрдэмтэд Хэтч, Слэк нар C 4 ургамлууд гэрэл амьсгалах чадваргүй, нүүрстөрөгчийн давхар ислийг илүү үр дүнтэй шингээдэг болохыг харуулсан. C 4 ургамал дахь нүүрстөрөгчийн өөрчлөлтийн замыг нэрлэж эхлэв Хэтч-Слэк бичсэн.

C 4 ургамал нь навчны тусгай анатомийн бүтцээр тодорхойлогддог. Бүх дамжуулагч багцууд нь давхар эсүүдээр хүрээлэгдсэн байдаг: гаднах нь мезофилл эсүүд, дотор нь доторлогооны эсүүд юм. Нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь мезофиллийн эсийн цитоплазмд тогтдог бөгөөд хүлээн авагч нь байдаг фосфоенолпируват(PEP, 3C), PEP карбоксилжилтын үр дүнд оксалоацетат (4С) үүсдэг. Үйл явц нь катализатор юм PEP карбоксилаза. RiBP карбоксилазаас ялгаатай нь PEP карбоксилаза нь CO 2-тэй өндөр хамааралтай бөгөөд хамгийн чухал нь O 2-тэй харьцдаггүй. Мезофиллийн хлоропластуудад гэрлийн фазын урвал идэвхтэй явагддаг олон мөхлөгүүд байдаг. Бүрээсийн эсийн хлоропластуудад харанхуй фазын урвал явагддаг.

Оксалоацетат (4С) нь малат болж хувирдаг бөгөөд энэ нь плазмодесматаар дамжин доторлогооны эсүүдэд дамждаг. Энд декарбоксилжиж, усгүйжүүлж пируват, CO 2, NADP·H 2 үүсгэдэг.

Пируват нь мезофиллийн эсүүд рүү буцаж, PEP дахь ATP энергийн зардлаар нөхөн төлждөг. CO 2 нь FHA үүсэх замаар RiBP карбоксилазагаар дахин бэхлэгддэг. PEP-ийг нөхөн сэргээхэд ATP-ийн энерги шаардагддаг тул C 3 фотосинтезтэй харьцуулахад бараг хоёр дахин их энерги шаардагддаг.

Фотосинтезийн ач холбогдол

Фотосинтезийн ачаар жил бүр олон тэрбум тонн нүүрстөрөгчийн давхар ислийг агаар мандлаас шингээж, олон тэрбум тонн хүчилтөрөгч ялгаруулдаг; фотосинтез нь органик бодис үүсэх гол эх үүсвэр юм. Озоны давхарга нь амьд организмыг богино долгионы хэт ягаан туяанаас хамгаалдаг хүчилтөрөгчөөс үүсдэг.

Фотосинтезийн явцад ногоон навч нь нарны энергийн зөвхөн 1% -ийг ашигладаг бөгөөд бүтээмж нь цагт 1 м 2 гадаргуу тутамд 1 г органик бодис агуулдаг.

Химисинтез

Нүүрстөрөгчийн давхар исэл ба уснаас органик нэгдлүүдийн нийлэгжилтийг гэрлийн энергийн зардлаар бус, харин органик бус бодисын исэлдэлтийн энергийн зардлаар хийдэг. химосинтез. Химисинтетик организмд зарим төрлийн бактери орно.

Нитратжуулах бактериаммиакийг азот, дараа нь азотын хүчил (NH 3 → HNO 2 → HNO 3) болгон исэлдүүлнэ.

төмрийн бактеритөмрийг исэл болгон хувиргах (Fe 2+ → Fe 3+).

Хүхрийн бактериустөрөгчийн сульфидыг хүхэр эсвэл хүхрийн хүчил болгон исэлдүүлнэ (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

Органик бус бодисын исэлдэлтийн урвалын үр дүнд энерги ялгардаг бөгөөд энэ нь ATP-ийн өндөр энергитэй холбоо хэлбэрээр бактерид хадгалагддаг. ATP нь органик бодисын нийлэгжилтэнд ашиглагддаг бөгөөд энэ нь фотосинтезийн харанхуй фазын урвалтай адил явагддаг.

Химисинтетик бактери нь хөрсөн дэх эрдэс бодисыг хуримтлуулах, хөрсний үржил шимийг сайжруулах, бохир усыг цэвэрлэх гэх мэт үйл ажиллагаанд хувь нэмэр оруулдаг.

Руу явах лекц №11"Бодисын солилцооны тухай ойлголт. Уургийн биосинтез"

Руу явах лекц №13"Эукариот эсийг хуваах аргууд: митоз, мейоз, амитоз"

Фотосинтез- гэрлийн энергийн (hv) улмаас органик бусаас органик нэгдлүүдийн нийлэгжилт. Фотосинтезийн ерөнхий тэгшитгэл нь:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Фотосинтез нь нарны гэрлийн энергийг ATP хэлбэрээр химийн холбоо энерги болгон хувиргах өвөрмөц шинж чанартай фотосинтезийн пигментүүдийн оролцоотойгоор явагддаг. Фотосинтезийн пигментүүд нь уурагтай төстэй бодис юм. Эдгээрээс хамгийн чухал нь пигмент хлорофилл юм. Эукариотуудад фотосинтезийн пигментүүд нь пластидын дотоод мембранд, харин прокариотуудад цитоплазмын мембраны нэвчилтэнд шингэсэн байдаг.

Хлоропластын бүтэц нь митохондритай маш төстэй юм. Грана thylakoids-ийн дотоод мембран нь фотосинтезийн пигментүүд, мөн электрон зөөвөрлөх гинжин уургууд болон ATP синтетаза ферментийн молекулуудыг агуулдаг.

Фотосинтезийн үйл явц нь гэрэл ба харанхуй гэсэн хоёр үе шатаас бүрдэнэ.

гэрлийн үе шат Фотосинтез нь зөвхөн thylakoid grana мембран дахь гэрлийн дэргэд явагддаг. Энэ үе шатанд гэрлийн квантуудыг хлорофилл шингээх, ATP молекул үүсэх, усны фотолиз явагдана.

Гэрлийн квант (hv) нөлөөн дор хлорофилл электроноо алдаж, өдөөгдсөн төлөвт шилждэг.

Chl → Chl + e —

Эдгээр электронууд нь зөөвөрлөгчдөөс гадна тал руу шилждэг, i.e. матриц руу чиглэсэн тилакоид мембраны гадаргуу, тэдгээр нь хуримтлагддаг.

Үүний зэрэгцээ, усны фотолиз нь thylakoids дотор явагддаг, i.e. гэрлийн нөлөөн дор түүний задрал

2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e -

Үүссэн электронууд нь зөөгчөөр хлорофиллын молекулууд руу шилжиж, тэдгээрийг сэргээдэг: хлорофилл молекулууд тогтвортой байдалд буцаж ирдэг.

Усны фотолизийн явцад үүссэн устөрөгчийн протонууд нь тилакоидын дотор хуримтлагдаж, H + - нөөцийг үүсгэдэг. Үүний үр дүнд thylakoid мембраны дотоод гадаргуу эерэг цэнэгтэй (H + улмаас), гадна гадаргуу нь сөрөг цэнэгтэй (e - улмаас). Эсрэг цэнэгтэй тоосонцор мембраны хоёр талд хуримтлагдах тусам потенциалын зөрүү нэмэгддэг. Боломжит ялгааны эгзэгтэй утгад хүрэхэд цахилгаан талбайн хүч нь протонуудыг ATP синтетазын сувгаар шахаж эхэлдэг. Энэ тохиолдолд ялгарсан энерги нь ADP молекулуудыг фосфоржуулахад ашиглагддаг.

ADP + F → ATP

Гэрлийн энергийн нөлөөн дор фотосинтезийн үед ATP үүсэхийг нэрлэдэг фотофосфоризаци.

Тилакоид мембраны гаднах гадаргуу дээр устөрөгчийн ионууд нэг удаа электронуудтай уулзаж, атомын устөрөгч үүсгэдэг бөгөөд энэ нь устөрөгчийн зөөгч молекул NADP (никотинамид аденин динуклеотид фосфат) -тай холбогддог.

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

Тиймээс фотосинтезийн гэрлийн үе шатанд гурван процесс явагдана: усны задралын улмаас хүчилтөрөгч үүсэх, ATP-ийн нийлэгжилт, NADP H 2 хэлбэрээр устөрөгчийн атом үүсэх. Хүчилтөрөгч нь агаар мандалд тархаж, ATP ба NADP H 2 нь харанхуй фазын үйл явцад оролцдог.

харанхуй үе шатФотосинтез нь хлоропласт матрицад гэрэл болон харанхуйд явагддаг бөгөөд Калвины мөчлөгт агаараас ирж буй CO 2-ын дараалсан өөрчлөлтүүд юм. Харанхуй фазын урвалууд нь ATP-ийн энергийн улмаас явагддаг. Калвины мөчлөгт CO 2 нь NADP H 2-ийн устөрөгчтэй холбогдож глюкоз үүсгэдэг.

Фотосинтезийн явцад моносахаридуудаас (глюкоз гэх мэт) гадна бусад органик нэгдлүүдийн мономерууд - амин хүчил, глицерин, өөх тосны хүчлүүд нийлэгждэг. Тиймээс фотосинтезийн ачаар ургамал өөрсдийгөө болон дэлхий дээрх бүх амьдралыг шаардлагатай органик бодис, хүчилтөрөгчөөр хангадаг.

Харьцуулсан шинж чанаруудЭукариотуудын фотосинтез ба амьсгалыг хүснэгтэд үзүүлэв.

Фотосинтез гэх мэт нарийн төвөгтэй үйл явцыг хэрхэн товч бөгөөд тодорхой тайлбарлах вэ? Ургамал бол хоол хүнсээ өөрсдөө үйлдвэрлэж чаддаг цорын ганц амьд организм юм. Тэд яаж үүнийг хийдэг вэ? Өсөлт, шаардлагатай бүх бодисыг авахын тулд орчин: нүүрстөрөгчийн давхар исэл - агаар, ус, - хөрсөөс. Тэд нарны гэрлээс эрчим хүч шаарддаг. Энэ энерги нь нүүрстөрөгчийн давхар исэл, ус глюкоз (хоол тэжээл) болж хувирах, фотосинтез болох тодорхой химийн урвалуудыг өдөөдөг. Сургуулийн насны хүүхдүүдэд ч үйл явцын мөн чанарыг товч бөгөөд тодорхой тайлбарлаж болно.

"Гэрэлтэй хамт"

"Фотосинтез" гэдэг үг нь "фото" ба "синтез" гэсэн хоёр грек үгнээс гаралтай бөгөөд орчуулгад "гэрэлтэй хамт" гэсэн утгатай. Нарны энергийг химийн энерги болгон хувиргадаг. Фотосинтезийн химийн тэгшитгэл:

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

Энэ нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийн 6 молекул, усны арван хоёр молекулыг (нарны гэрлийн хамт) глюкоз үйлдвэрлэхэд ашигладаг бөгөөд үүний үр дүнд хүчилтөрөгчийн зургаан молекул, усны зургаан молекул үүсдэг. Хэрэв бид үүнийг үгийн тэгшитгэл хэлбэрээр илэрхийлбэл дараахь зүйлийг авна.

Ус + нар => глюкоз + хүчилтөрөгч + ус.

Нар бол эрчим хүчний маш хүчтэй эх үүсвэр юм. Хүмүүс үүнийг үргэлж цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх, байшинг дулаалах, ус халаах гэх мэтээр ашиглахыг хичээдэг. Ургамал нарны энергийг хэрхэн ашиглахаа хэдэн сая жилийн өмнө "тодорхойлсон" учир нь энэ нь тэдний оршин тогтноход зайлшгүй шаардлагатай байв. Фотосинтезийг дараах байдлаар товч бөгөөд тодорхой тайлбарлаж болно: ургамал нарны гэрлийн энергийг ашиглаж химийн энерги болгон хувиргадаг бөгөөд үүний үр дүнд элсэн чихэр (глюкоз) үүсдэг бөгөөд үүний илүүдэл нь навч, үндэс, ишэнд цардуул хэлбэрээр хадгалагддаг. болон ургамлын үр. Нарны энерги нь ургамалд, мөн эдгээр ургамлын иддэг амьтдад дамждаг. Ургамал ургах болон бусад амьдралын үйл явцад шим тэжээл шаардлагатай үед эдгээр нөөц нь маш ашигтай байдаг.

Ургамал нарны энергийг хэрхэн шингээдэг вэ?

Фотосинтезийн талаар товч бөгөөд тодорхой ярихад ургамал нарны энергийг хэрхэн шингээж чаддаг вэ гэсэн асуултыг хөндөх нь зүйтэй юм. Энэ нь навчны тусгай бүтэцтэй холбоотой бөгөөд үүнд ногоон эсүүд - хлоропласт, хлорофилл хэмээх тусгай бодис агуулагддаг. Энэ нь навчийг ногоон өнгөтэй болгож, нарны гэрлийн энергийг шингээх үүрэгтэй.

Яагаад ихэнх навчнууд өргөн, хавтгай байдаг вэ?

Фотосинтез нь ургамлын навчинд явагддаг. Гайхалтай нь ургамал нарны гэрлийг барьж, нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шингээхэд маш сайн зохицсон байдаг. Өргөн гадаргуутай тул илүү их гэрэл авах болно. Энэ шалтгааны улмаас заримдаа байшингийн дээвэр дээр суурилуулсан нарны хавтангууд нь өргөн, хавтгай байдаг. Гадаргуу нь том байх тусмаа шингээлт нь сайн байдаг.

Ургамлын хувьд өөр юу чухал вэ?

Хүмүүсийн нэгэн адил ургамал эрүүл байх, өсч хөгжих, сайн ажиллахын тулд шим тэжээл, шим тэжээл хэрэгтэй. Усанд ууссан эрдэс бодисыг хөрснөөс үндэсээр нь авдаг. Хэрэв хөрсөнд эрдэс бодис дутагдвал ургамал хэвийн хөгжихгүй. Тариаланчид ихэвчлэн хөрсөнд тариа ургахад хангалттай шим тэжээл байгаа эсэхийг шалгадаг. Үгүй бол ургамлын тэжээл, өсөлтөд шаардлагатай эрдэс бодис агуулсан бордоог ашиглах хэрэгтэй.

Фотосинтез яагаад ийм чухал вэ?

Хүүхдэд фотосинтезийн талаар товч бөгөөд ойлгомжтой тайлбарлахдаа энэ үйл явц нь дэлхийн хамгийн чухал химийн урвалуудын нэг гэдгийг дурдах нь зүйтэй. Ийм чанга мэдэгдэл хийх болсон шалтгаан нь юу вэ? Нэгдүгээрт, фотосинтез нь ургамлыг тэжээдэг бөгөөд энэ нь эргээд дэлхий дээрх бусад бүх амьд биетүүд, тэр дундаа амьтан, хүмүүсийг тэжээдэг. Хоёрдугаарт, фотосинтезийн үр дүнд амьсгалахад шаардлагатай хүчилтөрөгч агаар мандалд ордог. Бүх амьд биетүүд хүчилтөрөгчөөр амьсгалж, нүүрстөрөгчийн давхар ислийг гадагшлуулдаг. Аз болоход ургамал нь эсрэгээрээ байдаг тул хүн, амьтдын амьсгалахад маш чухал байдаг.

Гайхалтай үйл явц

Ургамал нь амьсгалахаа мэддэг боловч хүн, амьтдаас ялгаатай нь хүчилтөрөгч биш, харин агаараас нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шингээдэг. Ургамал бас уудаг. Тиймээс та тэднийг услах хэрэгтэй, эс тэгвээс тэд үхэх болно. Үндэс системийн тусламжтайгаар ус, шим тэжээлийг ургамлын биеийн бүх хэсэгт хүргэж, нүүрстөрөгчийн давхар ислийг навчны жижиг нүхээр шингээж авдаг. Ажиллуулахын тулд гох химийн урвалнарны гэрэл юм. Үүссэн бодисын солилцооны бүх бүтээгдэхүүнийг ургамал тэжээлд ашигладаг бөгөөд хүчилтөрөгчийг агаар мандалд гаргадаг. Ийм байдлаар та фотосинтезийн үйл явц хэрхэн явагддагийг товч бөгөөд тодорхой тайлбарлаж болно.

Фотосинтез: фотосинтезийн гэрэл ба харанхуй үе шатууд

Харж байгаа үйл явц нь хоёр үндсэн хэсгээс бүрдэнэ. Фотосинтезийн хоёр үе шат байдаг (тайлбар ба хүснэгт - доор). Эхнийх нь гэрлийн үе шат гэж нэрлэгддэг. Энэ нь хлорофилл, электрон тээвэрлэгч уураг, ATP синтетаза ферментийн оролцоотойгоор тилакоидын мембран дахь гэрэлтэй үед л тохиолддог. Фотосинтез өөр юуг нуудаг вэ? Өдөр, шөнө ирэх тусам бие биенээ гэрэлтүүлж, солих (Калвины мөчлөг). Харанхуй үе шатанд ургамлын хоол болох ижил глюкоз үүсдэг. Энэ үйл явцыг мөн гэрлээс хамааралгүй урвал гэж нэрлэдэг.

Дүгнэлт

Дээрх бүх зүйлээс дараахь дүгнэлтийг гаргаж болно.

• Фотосинтез нь нарнаас эрчим хүч авах боломжийг олгодог процесс юм.
• Нарны гэрлийн энергийг хлорофилл химийн энерги болгон хувиргадаг.
• Хлорофилл нь ургамалд ногоон өнгө өгдөг.
• Фотосинтез нь ургамлын навчны хлоропластуудад явагддаг.
• Нүүрстөрөгчийн давхар исэл ба ус нь фотосинтез хийхэд зайлшгүй шаардлагатай.
• Нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь ургамалд жижиг нүх, стоматаар орж, хүчилтөрөгчөөр дамжин гардаг.
• Ус нь ургамлын үндэсээр дамжин шингэдэг.
• Фотосинтезгүй бол дэлхий дээр хоол хүнс байхгүй байх байсан.

Гэрлийн энергитэй эсвэл гэрэлгүй. Энэ нь ургамлын онцлог шинж юм. Фотосинтезийн харанхуй ба гэрлийн үе шатууд юу болохыг цааш нь авч үзье.

Ерөнхий мэдээлэл

Өндөр ургамлын фотосинтезийн эрхтэн бол навч юм. Хлоропласт нь органелл байдлаар ажилладаг. Тилакоидын мембран нь фотосинтезийн пигментүүдийг агуулдаг. Эдгээр нь каротиноид ба хлорофилл юм. Сүүлийнх нь хэд хэдэн хэлбэрээр байдаг (a, c, b, d). Хамгийн гол нь хлорофилл юм. Түүний молекул нь төв хэсэгт байрлах магнийн атом бүхий порфирин "толгой", мөн фитол "сүүл"-ийг агуулдаг. Эхний элементийг хавтгай бүтэц хэлбэрээр үзүүлэв. "Толгой" нь гидрофиль шинж чанартай тул усан орчин руу чиглэсэн мембраны хэсэгт байрладаг. Фитол "сүүл" нь гидрофобик юм. Үүний ачаар хлорофилийн молекулыг мембранд хадгалдаг. Хлорофилл нь хөх ягаан, улаан гэрлийг шингээдэг. Тэд мөн ногоон өнгөөр ​​тусгаж, ургамалд өвөрмөц өнгө өгдөг. Тилактик мембранд хлорофилл молекулууд нь фотосистемд хуваагддаг. Цэнхэр ногоон замаг, ургамал нь 1 ба 2-р системээр тодорхойлогддог. Фотосинтезийн бактери нь зөвхөн эхнийхтэй байдаг. Хоёр дахь систем нь H 2 O-г задалж, хүчилтөрөгч ялгаруулж чаддаг.

Фотосинтезийн гэрлийн үе шат

Ургамалд тохиолддог үйл явц нь нарийн төвөгтэй, олон үе шаттай байдаг. Ялангуяа хоёр бүлгийн урвалыг ялгаж үздэг. Эдгээр нь фотосинтезийн харанхуй ба цайвар үе шатууд юм. Сүүлийнх нь ATP фермент, электрон тээвэрлэх уураг, хлорофиллын оролцоотойгоор явагддаг. Фотосинтезийн гэрлийн үе шат нь thylactoids-ийн мембранд тохиолддог. Хлорофилл электронууд өдөөгдөж, молекулаас гардаг. Үүний дараа тэд thylactic мембраны гаднах гадаргуу дээр унадаг. Тэр эргээд сөрөг цэнэгтэй байна. Исэлдэлтийн дараа хлорофилл молекулыг сэргээж эхэлдэг. Тэд интралакоидын орон зайд байгаа уснаас электронуудыг авдаг. Тиймээс фотосинтезийн гэрлийн үе шат задралын (фотолиз) үед мембранд үргэлжилдэг: H 2 O + Q гэрэл → H + + OH -

Гидроксил ионууд электроноо өгснөөр реактив радикал болж хувирдаг.

OH - → .OH + e -

OH радикалууд нь чөлөөт хүчилтөрөгч, усыг нэгтгэж, үүсгэдэг.

4ҮГҮЙ. → 2H 2 O + O 2.

Энэ тохиолдолд хүчилтөрөгчийг хүрээлэн буй орчны (гадаад) орчинд зайлуулж, протонууд нь тусгай "нөөц" -д thylactoid дотор хуримтлагддаг. Үүний үр дүнд фотосинтезийн гэрлийн үе шат явагдаж байгаа тохиолдолд thylactic мембран нь нэг талаас H +-ийн улмаас эерэг цэнэгийг хүлээн авдаг. Үүний зэрэгцээ электронуудын улмаас энэ нь сөрөг цэнэгтэй байдаг.

ADP-ийн фосфиржилт

Фотосинтезийн гэрлийн үе шат үргэлжилдэг бол мембраны дотоод болон гадаад гадаргуугийн хооронд боломжит ялгаа үүсдэг. Энэ нь 200 мВ хүрэхэд протонууд ATP синтетазын сувгаар дамждаг. Тиймээс фотосинтезийн гэрлийн үе шат нь ADP нь ATP болж фосфоржих үед мембранд тохиолддог. Энэ тохиолдолд атомын устөрөгч нь никотинамид аденин динуклеотид фосфатын NADP+-ийн тусгай тээвэрлэгчийг NADP.H2 болгон бууруулахад чиглэгддэг.

2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2

Тиймээс фотосинтезийн гэрлийн үе шатанд усны фотолиз орно. Энэ нь эргээд гурван үндсэн урвал дагалддаг.

1. ATP-ийн синтез.
2. Боловсрол NADP.H 2 .
3. Хүчилтөрөгч үүсэх.

Фотосинтезийн гэрлийн үе шат нь сүүлийнх нь агаар мандалд ялгарах замаар дагалддаг. NADP.H2 ба ATP нь хлоропластын стром руу шилждэг. Энэ нь фотосинтезийн гэрлийн үе шатыг дуусгадаг.

Өөр нэг бүлэг хариу үйлдэл

Фотосинтезийн харанхуй үе шат нь гэрлийн энерги шаарддаггүй. Энэ нь хлоропластын стромд ордог. Урвалуудыг агаараас гарч буй нүүрстөрөгчийн давхар ислийн дараалсан өөрчлөлтүүдийн гинжин хэлхээ хэлбэрээр үзүүлэв. Үүний үр дүнд глюкоз болон бусад органик бодисууд үүсдэг. Эхний хариу үйлдэл бол бэхэлгээ юм. RiBF нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг хүлээн авагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Урвалын катализатор нь рибулоз бисфосфат карбоксилаза (фермент) юм. RiBP-ийн карбоксилжилтын үр дүнд зургаан нүүрстөрөгчийн тогтворгүй нэгдэл үүсдэг. Энэ нь бараг тэр дороо FHA (фосфоглицерины хүчил) хоёр молекул болж задардаг. Үүний дараа хэд хэдэн завсрын бүтээгдэхүүнээр дамжуулан глюкоз болж хувирдаг урвалын мөчлөг дагалддаг. Тэд фотосинтезийн гэрлийн үе шат явагдаж байх үед хувирсан NADP.H 2 ба ATP-ийн энергийг ашигладаг. Эдгээр урвалын мөчлөгийг "Калвины мөчлөг" гэж нэрлэдэг. Үүнийг дараах байдлаар төлөөлж болно.

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

Фотосинтезийн явцад глюкозоос гадна органик (нийлмэл) нэгдлүүдийн бусад мономерууд үүсдэг. Үүнд, ялангуяа өөх тосны хүчил, глицерин, амин хүчил, нуклеотид орно.

C3 урвал

Эдгээр нь эхний бүтээгдэхүүн болох гурван нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд үүсдэг фотосинтезийн нэг төрөл юм. Тэр бол дээр Калвины мөчлөг гэж тодорхойлсон хүн юм. C3 фотосинтезийн онцлог шинж чанарууд нь:

1. RiBP нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг хүлээн авагч юм.
2. Карбоксилжих урвалыг RiBP карбоксилаза хурдасгадаг.
3. Зургаан нүүрстөрөгчийн бодис үүсдэг бөгөөд энэ нь дараа нь 2 FHA болж задардаг.

Фосфоглицерины хүчил нь TF (триоз фосфат) болж буурдаг. Тэдний зарим нь рибулоз бифосфатын нөхөн төлжилтөнд илгээгдэж, үлдсэн хэсэг нь глюкоз болж хувирдаг.

C4 урвал

Энэ төрлийн фотосинтез нь анхны бүтээгдэхүүн болох дөрвөн нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд гарч ирснээр тодорхойлогддог. 1965 онд С4 бодисууд зарим ургамалд хамгийн түрүүнд гарч ирдэг болохыг тогтоожээ. Жишээлбэл, шар будаа, сорго, чихрийн нишингэ, эрдэнэ шишийн хувьд үүнийг тогтоосон. Эдгээр соёлыг C4 ургамал гэж нэрлэдэг. Дараа жил буюу 1966 онд Слэк ба Хэтч (Австралийн эрдэмтэд) гэрэл зургийн амьсгал бараг бүрэн дутагдаж байгааг олж мэдэв. Мөн ийм C4 ургамал нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шингээхэд илүү үр дүнтэй байдаг нь тогтоогдсон. Үүний үр дүнд ийм соёл дахь нүүрстөрөгчийн хувирлын замыг Хэтч-Слэкийн зам гэж нэрлэдэг.

Дүгнэлт

Фотосинтезийн ач холбогдол маш их. Түүний ачаар нүүрстөрөгчийн давхар исэл жил бүр агаар мандлаас асар их хэмжээгээр (тэрбум тонн) шингэдэг. Үүний оронд хүчилтөрөгч бага ялгардаг. Фотосинтез нь органик нэгдлүүд үүсэх гол эх үүсвэр болдог. Хүчилтөрөгч нь озоны давхарга үүсэхэд оролцдог бөгөөд энэ нь амьд организмыг богино долгионы хэт ягаан туяаны нөлөөнөөс хамгаалдаг. Фотосинтезийн явцад навч түүн дээр унасан гэрлийн энергийн ердөө 1%-ийг л шингээдэг. Түүний бүтээмж нь 1 м2 талбайд 1 г органик нэгдлээс бага байдаг. м гадаргуу нь цагт.