Гэрэл ба харанхуй үе шатууд. Фотосинтезийн үйл явц: хүүхдүүдэд товч бөгөөд ойлгомжтой. Фотосинтез: гэрэл ба харанхуй үе шатууд. Ургамалд ус ямар ач холбогдолтой вэ

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.

• зөвхөн нарны гэрлийн оролцоотойгоор явагддаг;
• прокариотуудад гэрлийн үе шат нь цитоплазмд явагддаг, эукариотуудад хлорофилл байрладаг гран хлоропластын мембран дээр урвал явагддаг;
• нарны гэрлийн энергийн улмаас ATP молекулууд (аденозин трифосфат) үүсдэг бөгөөд үүнийг хадгалдаг.

Гэрлийн үе шатанд явагдаж буй урвалууд

Фотосинтезийн гэрлийн үе шат эхлэхэд зайлшгүй шаардлагатай нөхцөл бол нарны гэрэл байх явдал юм. Энэ бүхэн гэрлийн фотон хлорофилл (хлоропласт дахь) хүрч, түүний молекулуудыг өдөөгдсөн төлөвт шилжүүлснээр эхэлдэг. Энэ нь пигментийн найрлага дахь электрон гэрлийн фотоныг барьж аваад илүү өндөр энергийн түвшинд очдогтой холбоотой юм.

Дараа нь энэ электрон тээвэрлэгчдийн гинжээр дамждаг (тэдгээр нь хлоропласт мембранд байрладаг уураг) ATP синтезийн урвалд илүүдэл энерги өгдөг.

ATP бол энерги хадгалах маш тохиромжтой молекул юм. Энэ нь өндөр энергитэй нэгдлүүдийг хэлдэг - эдгээр нь гидролизийн явцад үүсдэг бодисууд юм олон тооныэрчим хүч.

ATP молекул нь үүнээс энергийг хоёр үе шаттайгаар гаргаж авах боломжтой тул тохиромжтой байдаг: нэг удаад нэг фосфорын хүчлийн үлдэгдлийг салгаж, энергийн нэг хэсгийг хүлээн авах бүртээ. Энэ нь эс болон бүхэл бүтэн организмын аливаа хэрэгцээнд чиглэгддэг.

Ус хуваах

Фотосинтезийн гэрлийн үе шат нь нарны гэрлээс эрчим хүч авах боломжийг олгодог. Энэ нь зөвхөн ATP үүсэхээс гадна усыг задлахад хүргэдэг.

Энэ процессыг мөн фотолиз гэж нэрлэдэг (фото - гэрэл, лизис - хуваагдах). Таны харж байгаагаар хүчилтөрөгч ялгардаг бөгөөд энэ нь бүх амьтан, ургамлын амьсгалах боломжийг олгодог.

Протонуудыг NADP-H үүсгэхэд ашигладаг бөгөөд энэ нь харанхуй үе шатанд ижил протонуудын эх үүсвэр болгон ашиглагдана.

Усны фотолизийн явцад үүссэн электронууд нь гинжин хэлхээний эхэн үед хлорофиллын алдагдлыг нөхөх болно. Ингэснээр бүх зүйл байрандаа орж, систем дахин гэрлийн фотоныг шингээхэд бэлэн болно.

Гэрлийн фазын утга

Ургамал бол автотрофууд - бэлэн бодисыг задлах замаар эрчим хүч олж авах чадвартай организмууд бөгөөд зөвхөн гэрэл, нүүрстөрөгчийн давхар исэл, усыг ашиглан өөрсдөө бий болгодог. Тийм ч учраас тэд хүнсний сүлжээнд үйлдвэрлэгчид байдаг. Амьтад ургамлаас ялгаатай нь эсэд фотосинтез хийж чадахгүй.

Фотосинтезийн механизм - видео

Фотосинтез нь гэрэл ба харанхуй гэсэн хоёр үе шатаас бүрдэнэ.

Гэрлийн үе шатанд гэрлийн кванттар (фотонууд) хлорофиллын молекулуудтай харилцан үйлчилдэг бөгөөд үүний үр дүнд эдгээр молекулууд маш богино хугацаанд илүү эрчим хүчээр баялаг "сэтгэл хөдөлсөн" төлөвт шилждэг. Дараа нь "сэтгэл хөдөлсөн" молекулуудын нэг хэсгийн илүүдэл энерги нь дулаан болж хувирдаг эсвэл гэрлийн хэлбэрээр ялгардаг. Үүний өөр нэг хэсэг нь усны задралын улмаас усан уусмалд үргэлж байдаг устөрөгчийн ионуудад шилждэг. Үүссэн устөрөгчийн атомууд нь устөрөгчийн тээвэрлэгч болох органик молекулуудтай сул холбоотой байдаг. OH гидроксидын ионууд "өөрийн электроноо бусад молекулуудад өгч, чөлөөт OH радикалууд болж хувирдаг. OH радикалууд хоорондоо харилцан үйлчилж, улмаар ус ба молекулын хүчилтөрөгч үүсдэг:

4OH \u003d O2 + 2H2O Тиймээс фотосинтезийн явцад үүсч, агаар мандалд ялгардаг молекулын хүчилтөрөгчийн эх үүсвэр нь фотолиз юм - гэрлийн нөлөөн дор усны задрал. Усны фотолизээс гадна нарны цацрагийн энергийг гэрлийн үе шатанд хүчилтөрөгчийн оролцоогүйгээр ATP, ADP, фосфатын нийлэгжилтэд ашигладаг. Энэ бол маш үр дүнтэй процесс юм: хүчилтөрөгчийн оролцоотой ижил ургамлын митохондриас хлоропласт 30 дахин их ATP үүсдэг. Ийм байдлаар фотосинтезийн харанхуй үе дэх процессуудад шаардлагатай энерги хуримтлагддаг.

Цогцолборт химийн урвалГэрэл шаардлагагүй харанхуй үе шатанд CO2-ийн холболт гол байрыг эзэлдэг. Эдгээр урвалууд нь гэрлийн фазын үед нийлэгжсэн ATP молекулууд болон усны фотолизийн явцад үүссэн устөрөгчийн атомууд ба зөөгч молекулуудтай холбоотой байдаг.

6CO2 + 24H - "C6H12O6 + 6NEO

Тиймээс нарны гэрлийн энерги нь нарийн төвөгтэй органик нэгдлүүдийн химийн холбооны энерги болж хувирдаг.

87. Ургамал болон гаригийн хувьд фотосинтезийн ач холбогдол.

Фотосинтез нь биологийн энергийн гол эх үүсвэр бөгөөд фотосинтезийн автотрофууд нь органик бус бодисоос органик бодисыг нийлэгжүүлэхэд ашигладаг бөгөөд гетеротрофууд нь автотрофуудын химийн холбоо хэлбэрээр хадгалагдаж, амьсгалах, исгэх үйл явцад ялгардаг энергийн улмаас байдаг. Хүн төрөлхтний чулуужсан түлш (нүүрс, газрын тос, байгалийн хий, хүлэр) шаталтаас авсан энерги нь фотосинтезийн процесст хадгалагддаг.

Фотосинтез нь органик бус нүүрстөрөгчийн биологийн мөчлөгийн гол орц юм. Агаар мандал дахь бүх чөлөөт хүчилтөрөгч нь биоген гаралтай бөгөөд фотосинтезийн дайвар бүтээгдэхүүн юм. Исэлдүүлэгч уур амьсгал (хүчилтөрөгчийн сүйрэл) үүссэн нь дэлхийн гадаргуугийн төлөв байдлыг бүрэн өөрчилж, амьсгалах боломжтой болж, дараа нь озоны давхарга үүссэний дараа амьдрал газар дээр гарч ирэх боломжийг олгосон. Фотосинтезийн үйл явц нь бүх амьд амьтдын хоол тэжээлийн үндэс суурь бөгөөд хүн төрөлхтнийг түлш (мод, нүүрс, тос), эслэг (целлюлоз) болон тоо томшгүй олон ашигтай химийн нэгдлүүдээр хангадаг. Фотосинтезийн явцад агаараас холбосон нүүрстөрөгчийн давхар исэл ба уснаас ургацын хуурай жингийн 90-95 орчим хувийг бүрдүүлдэг. Үлдсэн 5-10% нь хөрснөөс гаргаж авсан эрдэс давс, азот юм.

Хүн фотосинтезийн бүтээгдэхүүний 7 орчим хувийг хоол хүнс, малын тэжээл, түлш, барилгын материал болгон ашигладаг.

Дэлхий дээрх хамгийн түгээмэл үйл явцын нэг болох фотосинтез нь нүүрстөрөгч, хүчилтөрөгч болон бусад элементүүдийн байгалийн эргэлтийг тодорхойлж, манай гараг дээрх амьдралын материаллаг ба эрчим хүчний үндсийг бүрдүүлдэг. Фотосинтез бол агаар мандлын хүчилтөрөгчийн цорын ганц эх үүсвэр юм.

Фотосинтез бол байгаль дээрх нүүрстөрөгч, O2 болон бусад элементүүдийн эргэлтийг тодорхойлдог дэлхий дээрх хамгийн түгээмэл процессуудын нэг юм.Энэ бол дэлхий дээрх бүх амьдралын материаллаг ба эрчим хүчний үндэс юм. Жил бүр фотосинтезийн үр дүнд 81010 тонн нүүрстөрөгч органик бодис хэлбэрээр холбогдож, 1011 тонн целлюлоз үүсдэг. Фотосинтезийн улмаас хуурай газрын ургамал жилд 1.8 1011 тонн хуурай биомасс үүсгэдэг; ойролцоогоор ижил хэмжээний ургамлын биомасс жил бүр далайд үүсдэг. Газар дээрх фотосинтезийн нийт үйлдвэрлэлийн 29 хүртэлх хувийг ширэнгэн ой, харин бүх төрлийн ой мод 68 хувийг эзэлдэг. Өндөр ургамал, замагны фотосинтез нь агаар мандлын O2-ийн цорын ганц эх үүсвэр юм. Ойролцоогоор 2.8 тэрбум жилийн өмнө дэлхий дээр O2 үүсэх усны исэлдэлтийн механизм үүссэн нь биологийн хувьслын хамгийн чухал үйл явдал бөгөөд нарны гэрлийг шим мандлын чөлөөт энерги, усыг үндсэн эх үүсвэр болгосон. амьд организм дахь бодисын нийлэгжилтэд зориулсан устөрөгчийн бараг хязгааргүй эх үүсвэр. Үүний үр дүнд орчин үеийн найрлагатай уур амьсгал бүрэлдэж, O2 нь хүнсний исэлдүүлэх боломжтой болсон бөгөөд энэ нь өндөр зохион байгуулалттай гетеротроф организмууд үүсэхэд хүргэсэн (экзоген органик бодисыг нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болгон ашигладаг). Нарны цацрагийн энергийн нийт хуримтлал нь фотосинтезийн бүтээгдэхүүн хэлбэрээр жилд ойролцоогоор 1.6 1021 кЖ байдаг бөгөөд энэ нь хүн төрөлхтний одоогийн эрчим хүчний хэрэглээнээс 10 дахин их юм. Нарны цацрагийн энергийн бараг тал хувь нь фотосинтез (физиологийн идэвхтэй цацраг, эсвэл PAR) хийхэд ашиглагддаг спектрийн харагдах хэсэгт (долгионы урт l 400-700 нм) ордог. IR цацраг нь хүчилтөрөгч үүсгэдэг организмын (өндөр ургамал, замаг) фотосинтез хийхэд тохиромжгүй боловч зарим фотосинтезийн бактериудад ашиглагддаг.

С.Н.Виноградскийн химосинтезийн үйл явцын нээлт. Процессын шинж чанар.

Химисинтез гэдэг нь бичил биетний амьдралын явцад аммиак, хүхэрт устөрөгч болон бусад химийн бодисыг исэлдүүлэх явцад ялгарах энергийн улмаас үүсдэг нүүрстөрөгчийн давхар ислээс органик бодисыг нэгтгэх үйл явц юм. Хемосинтез нь бас өөр нэртэй байдаг - химолитоавотрофи. 1887 онд С.Н.Виноградовский химосинтезийг нээсэн нь амьд организмын үндсэн суурь болох бодисын солилцооны төрлүүдийн талаархи шинжлэх ухааны санааг эрс өөрчилсөн. Олон бичил биетний химийн синтез нь нүүрстөрөгчийн цорын ганц эх үүсвэр болох нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шингээх чадвартай тул хоол тэжээлийн цорын ганц төрөл юм. Фотосинтезээс ялгаатай нь химосинтез нь исэлдэлтийн урвалын үр дүнд үүсдэг гэрлийн энергийн оронд энерги ашигладаг.

Энэ энерги нь аденозин трифосфорын хүчлийг (ATP) нийлэгжүүлэхэд хангалттай байх ёстой бөгөөд түүний хэмжээ 10 ккал / моль-ээс их байх ёстой. Зарим исэлдүүлдэг бодисууд нь цитохромын түвшинд байгаа гинжин хэлхээнд электроноо хандивладаг тул бууруулагч бодисыг нийлэгжүүлэхэд нэмэлт энерги зарцуулдаг. Химисинтезийн хувьд органик нэгдлүүдийн биосинтез нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг автотрофийн шингээлтийн улмаас, өөрөөр хэлбэл фотосинтезтэй яг ижил аргаар явагддаг. Эсийн мембранд суурилагдсан бактерийн амьсгалын замын ферментийн гинжин хэлхээний дагуу электронууд шилжсэний үр дүнд ATP хэлбэрээр энергийг олж авдаг. Маш их энерги зарцуулдаг тул устөрөгчөөс бусад химийн синтетик бактериуд бага хэмжээний биомасс үүсгэдэг боловч үүнтэй зэрэгцэн их хэмжээний органик бус бодисыг исэлдүүлдэг. Устөрөгчийн бактерийг эрдэмтэд уураг үйлдвэрлэх, агаар мандлыг нүүрстөрөгчийн давхар исэл, ялангуяа хаалттай экологийн системд цэвэрлэхэд ашигладаг. Маш олон төрлийн химосинтетик бактери байдаг бөгөөд тэдгээрийн ихэнх нь Pseudomonas-д хамаардаг бөгөөд тэдгээр нь судалтай, нахиалах бактери, лептоспира, спирил, коринебактерийн дунд байдаг.

Прокариотуудын химосинтезийг ашиглах жишээ.

Химисинтезийн мөн чанар (Оросын судлаач Сергей Николаевич Виноградскийн нээсэн үйл явц) нь энэ организм өөрөө энгийн (органик бус) бодисоор хийсэн исэлдэлтийн урвалаар эрчим хүч олж авдаг бие юм. Ийм урвалын жишээ нь аммонийг нитрит болгон исэлдүүлэх, төмрийг төмрийг, хүхэрт устөрөгчийг хүхэр болгох гэх мэт байж болно. Зөвхөн тодорхой бүлэг прокариотууд (энэ үгийн өргөн утгаараа бактери) химийн синтез хийх чадвартай байдаг. Химисинтезийн улмаас одоогоор зөвхөн зарим гидротермалуудын экосистемүүд (далайн ёроолд багассан бодисоор баялаг халуун гүний усны гарц байдаг - устөрөгч, хүхэрт устөрөгч, төмрийн сульфид гэх мэт) байдаг, түүнчлэн маш энгийн байдаг. гагцхүү нян, экосистем нь хуурай газрын чулуулгийн хагарлын гүнд байдаг.

Бактери - химосинтетик, чулуулаг устгах, бохир усыг цэвэршүүлэх, ашигт малтмал үүсэхэд оролцдог.

Сэдэв 3 Фотосинтезийн үе шатууд

3-р хэсэг Фотосинтез

1. Фотосинтезийн гэрлийн үе шат

2.Фотосинтезийн фосфоржилт

3. Фотосинтезийн үед CO 2-ыг тогтоох арга

4. Фото амьсгалах

Фотосинтезийн гэрлийн үе шатны мөн чанар нь цацрагийн энергийг шингээж, харанхуй урвал дахь нүүрстөрөгчийг багасгахад шаардлагатай шингээх хүч (ATP ба NADP-H) болгон хувиргах явдал юм. Гэрлийн энергийг химийн энерги болгон хувиргах үйл явцын нарийн төвөгтэй байдал нь тэдгээрийн хатуу мембран зохион байгуулалтыг шаарддаг. Фотосинтезийн гэрлийн үе шат нь хлоропластын мөхлөгт явагддаг.

Тиймээс фотосинтезийн мембран нь маш чухал урвал явуулдаг: шингээгдсэн гэрлийн квантуудын энергийг NADP-H-ийн исэлдэлтийн потенциал болгон хувиргаж, фосфорын бүлгийг шилжүүлэх урвалын потенциал болгон хувиргадаг. ATP молекулЭнэ тохиолдолд энерги нь маш богино насалдаг хэлбэрээсээ нэлээд урт наслах хэлбэрт шилждэг. Тогтворжсон энергийг дараа нь ургамлын эсийн биохимийн урвалд, тэр дундаа нүүрстөрөгчийн давхар ислийг бууруулахад ашиглаж болно.

Таван үндсэн полипептидийн цогцолбор нь хлоропластуудын дотоод мембранд суулгагдсан байдаг: фотосистемийн цогцолбор I (PS I), фотосистемийн цогцолбор II (PSII), гэрэл хураах цогцолбор II (CCII), цитохром b 6 f-цогцолборболон ATP синтаза (CF 0 - CF 1 цогцолбор). PSI, PSII, CCKII цогцолборууд нь пигмент (хлорофилл, каротиноид) агуулдаг бөгөөд тэдгээрийн ихэнх нь PSI болон PSII урвалын төвийн пигментүүдэд энерги цуглуулдаг антенны пигментийн үүрэг гүйцэтгэдэг. PSI ба PSII цогцолборууд, түүнчлэн цитохром b 6 f-цогцолбор нь исэлдэлтийн кофакторуудыг агуулдаг бөгөөд фотосинтезийн электрон тээвэрлэлтэд оролцдог. Эдгээр цогцолборын уургууд нь гидрофобик амин хүчлүүдийн өндөр агууламжаар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь мембранд нэгдэхийг баталгаажуулдаг. ATP синтаза ( CF0 - CF1-цогцолбор) нь ATP-ийн нийлэгжилтийг гүйцэтгэдэг. Том полипептидийн цогцолбороос гадна тилакоид мембран нь уургийн жижиг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулдаг. пластоцианин, ферредоксинболон ферредоксин-NADP-оксидоредуктаза,мембраны гадаргуу дээр байрладаг. Эдгээр нь фотосинтезийн электрон тээврийн системийн нэг хэсэг юм.

Фотосинтезийн гэрлийн мөчлөгт дараах процессууд явагдана: 1) фотосинтезийн пигментийн молекулуудын фото өдөөлт; 2) антеннаас урвалын төв рүү эрчим хүчний шилжилт хөдөлгөөн; 3) усны молекулын фото исэлдэлт, хүчилтөрөгч ялгаруулах; 4) NADP-ийн NADP-H-ийн фото бууралт; 5) фотосинтезийн фосфоржилт, ATP үүсэх.

Хлоропласт пигментүүд нь функциональ цогцолборуудад нэгддэг - урвалын төв нь хлорофилл байдаг пигмент системүүд а,гэрэл мэдрэмтгий болгох нь гэрэл хураах пигментүүдээс бүрдсэн антентай энерги дамжуулах процессуудтай холбоотой юм. Өндөр ургамал дахь фотосинтезийн орчин үеийн схемд хоёр өөр фотосистемийн оролцоотойгоор явагддаг хоёр фотохимийн урвал орно. Тэдгээрийн оршин тогтнох тухай таамаглалыг 1957 онд Р.Эмерсон богино долгионы туяа (650 нм)-тай хамтарсан гэрэлтүүлгээр урт долгионы улаан гэрлийн (700 нм) үйлчлэлийг сайжруулж нээсэн үр дүнд үндэслэн хийсэн. Дараа нь фотосистем II нь PSI-тэй харьцуулахад богино долгионы уртыг шингээдэг болохыг тогтоожээ. Тэд хамтдаа ажиллахад л фотосинтез үр дүнтэй байдаг нь Эмерсоны олшруулах нөлөөг тайлбарладаг.

PSI нь урвалын төв болгон хлорофилл димер агуулдаг а в 700 нм гэрлийн хамгийн их шингээлт (P 700), түүнчлэн хлорофилл а 675-695 , антенны бүрэлдэхүүн хэсгийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ систем дэх анхдагч электрон хүлээн авагч нь хлорофилийн мономер хэлбэр юм а 695, хоёрдогч хүлээн авагч нь төмрийн хүхрийн уураг (-FeS) юм. Гэрлийн нөлөөн дор FSI цогцолбор нь төмөр агуулсан уураг - ферредоксин (Fd) -ийг сэргээж, зэс агуулсан уураг - пластоцианиныг (Pc) исэлдүүлдэг.

PSII нь хлорофилл агуулсан урвалын төвийг агуулдаг а(P 680) ба антенны пигментүүд - хлорофиллууд а 670-683. Анхдагч электрон хүлээн авагч нь феофитин (Pf) бөгөөд пластокинонд электрон хандивладаг. PSII нь мөн усыг исэлдүүлдэг S-системийн уургийн цогцолбор, электрон тээвэрлэгч Z. Энэ цогцолбор нь манган, хлор, магнийн оролцоотойгоор ажилладаг. PSII нь пластокиноныг (PQ) бууруулж, O 2 болон протоныг ялгаруулж усыг исэлдүүлдэг.

PSII болон FSI-ийн хоорондох холбогч холбоос нь пластокиноны сан, уургийн цитохромын цогцолбор юм. b 6 fба пластоцианин.

Ургамлын хлоропластуудын урвалын төв бүр нь антенн эсвэл гэрэл цуглуулах цогцолборуудын нэг хэсэг болох 300 орчим пигмент молекулыг эзэлдэг. Хлоропласт ламеллаас тусгаарлагдсан хлорофилл агуулсан хөнгөн хураах уургийн цогцолбор аболон бболон PS-тэй нягт холбоотой каротиноидууд (CCK), PSI ба PSII-ийн шууд хэсэг болох антенны цогцолборууд (фотосистемийн антенны бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг төвлөрүүлдэг). Тилакоидын уургийн тэн хагас нь, хлорофилийн 60 орчим хувь нь CSC-д байршдаг. SSC бүр нь 120-240 хлорофилл молекул агуулдаг.

PS1 антенны уургийн цогцолбор нь 110 хлорофилл молекулыг агуулдаг аНэг P 700-ийн хувьд 680-695 , Үүнээс 60 молекул нь антенны цогцолборын бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд үүнийг SSC PSI гэж үзэж болно. FSI антенны цогцолбор нь b-каротин агуулдаг.

PSII антенны уургийн цогцолбор нь 40 хлорофилл молекулыг агуулдаг а P 680 ба b-каротин тутамд хамгийн их шингээлт нь 670-683 нм.

Антенны цогцолборын хромопротеинууд нь фотохимийн идэвхгүй байдаг. Тэдний үүрэг бол квантуудын энергийг P 700 ба P 680 урвалын төвүүдийн цөөхөн тооны молекулуудад шингээх, дамжуулах явдал бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь электрон тээвэрлэх гинжин хэлхээтэй холбоотой бөгөөд фотохимийн урвал явуулдаг. Бүх хлорофилл молекулуудад электрон тээвэрлэх гинжийг (ETC) зохион байгуулах нь үндэслэлгүй юм, учир нь нарны шууд тусгалд ч гэсэн гэрлийн квантууд пигментийн молекулыг 0.1 секунд тутамд нэгээс илүүгүй удаа цохидог.

Физик механизмуудэнерги шингээх, хадгалах, шилжүүлэх үйл явцхлорофилл молекулуудыг сайн судалсан. Фотоны шингээлт(hν) нь системийн янз бүрийн энергийн төлөвт шилжсэнтэй холбоотой юм. Молекулд атомаас ялгаатай нь электрон, чичиргээ болон эргэлтийн хөдөлгөөнүүд боломжтой бөгөөд молекулын нийт энерги нь эдгээр төрлийн энергийн нийлбэртэй тэнцүү байна. Шингээх системийн энергийн гол үзүүлэлт нь түүний электрон энергийн түвшин бөгөөд тойрог замд байгаа гадаад электронуудын энергиээр тодорхойлогддог. Паули зарчмын дагуу эсрэг чиглэлтэй спинтэй хоёр электрон гаднах тойрог замд байдаг бөгөөд үүний үр дүнд хосолсон электронуудын тогтвортой систем үүсдэг. Гэрлийн энергийг шингээх нь электронуудын аль нэг нь илүү өндөр тойрог замд шилжиж, шингэсэн энергийг электрон өдөөх энерги хэлбэрээр хадгалах замаар дагалддаг. Шингээх системийн хамгийн чухал шинж чанар нь молекулын электрон тохиргоогоор тодорхойлогддог шингээлтийн сонгомол чанар юм. Нарийн төвөгтэй органик молекулд гэрлийн квантуудыг шингээх үед электрон дамжуулж болох тодорхой чөлөөт тойрог замууд байдаг. Борын "давтамжийн дүрэм"-ийн дагуу шингэсэн эсвэл ялгарсан цацрагийн v давтамж нь түвшний хоорондох энергийн зөрүүтэй яг тохирч байх ёстой.

ν \u003d (E 2 - E 1) / цаг,

Энд h нь Планкийн тогтмол.

Цахим шилжилт бүр нь тодорхой шингээлтийн зурваст тохирдог. Тиймээс молекулын электрон бүтэц нь электрон чичиргээний спектрийн шинж чанарыг тодорхойлдог.

Шингээсэн энергийн хуримтлалпигментийн электрон өдөөгдсөн төлөвийн харагдахтай холбоотой. Mg-порфирины өдөөгдсөн төлөв байдлын физик зүй тогтлыг эдгээр пигментүүдийн электрон шилжилтийн схемд дүн шинжилгээ хийсний үндсэн дээр авч үзэж болно (зураг).

Сэтгэл хөдлөм төлөвийн хоёр үндсэн төрөл байдаг - дан болон гурвалсан. Тэд энерги болон электрон эргэлтийн төлөвөөр ялгаатай байдаг. Өдөөгдсөн сингл төлөвт электрон газар дээр эргэлдэж, өдөөгдсөн түвшин эсрэг параллель хэвээр байна; гурвалсан төлөвт шилжих үед өдөөгдсөн электрон эргэлт нь нэгадикал систем үүсгэдэг. Фотоныг шингээх үед хлорофилл молекул газраас (S 0) өдөөгдсөн сингл төлөвүүдийн аль нэгэнд шилждэг - S 1 эсвэл S 2 , Энэ нь электрон илүү их энергитэй өдөөгдөх түвшинд шилжихэд дагалддаг. Сэтгэл хөдөлсөн төлөв S 2 нь маш тогтворгүй байдаг. Электрон хурдан (10 -12 секундын дотор) эрчим хүчнийхээ тодорхой хэсгийг дулаан хэлбэрээр алдаж, чичиргээний доод түвшин S 1 уруу бууж, тэнд 10 -9 секундын турш байж болно. S 1 төлөвт электроны эргэлтийг эргүүлж, энерги нь S 1-ээс бага T 1 гурвалсан төлөвт шилжих боломжтой. .

Сэтгэл хөдөлсөн төлөвийг идэвхгүй болгох хэд хэдэн арга байдаг:

системийн үндсэн төлөвт шилжих фотоны ялгаралт (флюресценц эсвэл фосфоресценц);

Эрчим хүчийг өөр молекул руу шилжүүлэх

Фотохимийн урвалд өдөөх энергийг ашиглах.

Эрчим хүчний шилжилт хөдөлгөөнПигментийн молекулуудын хоорондох үйл ажиллагааг дараахь механизмаар хийж болно. Индуктив резонансын механизм(Förster механизм) нь электрон шилжилтийг оптик байдлаар зөвшөөрч, энергийн солилцоог дараахь дагуу хийх боломжтой. өдөөх механизм."Exciton" гэсэн нэр томъёо нь өдөөгдсөн электрон нь пигментийн молекултай холбоотой хэвээр байх ба цэнэгийн хуваагдал үүсэхгүй молекулын электрон өдөөгдсөн төлөвийг хэлнэ. Өдөөгдсөн пигментийн молекулаас энергийг өөр молекул руу шилжүүлэх нь өдөөх энергийн цацрагийн бус дамжуулалтаар явагддаг. Өдөөгдсөн электрон нь хэлбэлзэгч диполь юм. Үүссэн хувьсах цахилгаан орон нь резонансын (газар ба өдөөгдсөн түвшний хоорондох энергийн тэгш байдал) болон молекулуудын хооронд хангалттай хүчтэй харилцан үйлчлэлийг (10-аас ихгүй зай) тодорхойлдог индукцийн нөхцөлд өөр пигмент молекул дахь электроны ижил төстэй хэлбэлзлийг үүсгэж болно. nm).

Теренин-Декстерийн энергийн шилжилтийн солилцооны резонансын механизмшилжилтийг оптикийн хувьд хориглож, пигментийг өдөөх үед диполь үүсэхгүй байх үед үүсдэг. Үүнийг хэрэгжүүлэхийн тулд молекулууд (ойролцоогоор 1 нм) давхцаж буй гаднах тойрог замуудтай нягт холбоо тогтоох шаардлагатай. Ийм нөхцөлд сингл болон гурвалсан түвшинд хоёуланд нь байрлах электронуудын солилцоо боломжтой байдаг.

Фотохимид гэсэн ойлголт байдаг квант хэрэглээүйл явц. Фотосинтезийн хувьд гэрлийн энергийг химийн энерги болгон хувиргах үр ашгийн энэхүү үзүүлэлт нь нэг O 2 молекулыг гаргахын тулд хэдэн гэрлийн фотон шингээж байгааг харуулдаг. Фото идэвхт бодисын молекул бүр нэг удаад зөвхөн нэг квант гэрлийг шингээдэг гэдгийг санах нь зүйтэй. Энэ энерги нь фото идэвхит бодисын молекулд тодорхой өөрчлөлт хийхэд хангалттай.

Квантын урсгалын эсрэг урсгал гэж нэрлэдэг квант гарц: гэрлийн квант тутамд ялгарсан хүчилтөрөгчийн молекул эсвэл шингэсэн нүүрстөрөгчийн давхар ислийн молекулын тоо. Энэ үзүүлэлт нэгээс бага байна. Тиймээс, нэг CO 2 молекулыг шингээхэд 8 гэрлийн квант зарцуулсан бол квантын гарц 0.125 байна.

Фотосинтезийн электрон тээврийн гинжин хэлхээний бүтэц, түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн шинж чанар.Фотосинтезийн электрон тээврийн гинжин хэлхээнд хлоропластын мембраны бүтцэд байрладаг нэлээд олон тооны бүрэлдэхүүн хэсгүүд орно. Хиноноос бусад бараг бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь редокс өөрчлөлтийг буцаах чадвартай функциональ бүлгүүдийг агуулсан уураг бөгөөд протонтой хамт электрон эсвэл электрон тээвэрлэгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Олон тооны ETC тээвэрлэгчид металл (төмөр, зэс, манган) орно. Фотосинтезийн электрон дамжуулалтын хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болох дараах бүлгүүдийн нэгдлүүдийг тэмдэглэж болно: цитохром, хинон, пиридин нуклеотид, флавопротейн, түүнчлэн төмрийн уураг, зэсийн уураг, манганы уураг. Эдгээр бүлгүүдийн ETC дахь байршлыг голчлон тэдгээрийн исэлдэлтийн потенциалын үнэ цэнээр тодорхойлно.

Хүчилтөрөгч ялгардаг фотосинтезийн тухай ойлголт Р.Хилл, Ф.Бенделл нарын электрон зөөвөрлөх Z схемийн нөлөөн дор үүссэн. Энэ схемийг хлоропласт дахь цитохромын исэлдэлтийн потенциалыг хэмжихэд үндэслэн үзүүлэв. Электрон зөөвөрлөх гинжин хэлхээ нь электроны физик энергийг бондын химийн энерги болгон хувиргах газар бөгөөд PS I ба PS II-ийг агуулдаг. Z-схем нь PSII-ийн PSI-тэй дараалсан үйл ажиллагаа, холбооноос үүдэлтэй.

P 700 нь анхдагч электрон хандивлагч бөгөөд хлорофилл (зарим эх сурвалжийн дагуу хлорофиллын димер а), электроныг завсрын хүлээн авагч руу шилжүүлдэг бөгөөд фотохимийн аргаар исэлдүүлэх боломжтой. A 0 - завсрын электрон хүлээн авагч - хлорофилл a-ийн димер юм.

Хоёрдогч электрон хүлээн авагчид нь төмөр хүхрийн холбогдсон төвүүд А ба В. Төмөр хүхрийн уургуудын бүтцийн элемент нь төмөр хүхрийн бөөгнөрөл гэж нэрлэгддэг харилцан холбогдсон төмөр ба хүхрийн атомуудын сүлжээ юм.

Мембраны гадна байрлах хлоропластын стромын үе шатанд уусдаг төмрийн уураг болох ферредоксин нь PSI урвалын төвөөс NADP руу электронуудыг шилжүүлснээр CO 2-ыг тогтооход шаардлагатай NADP-H үүсдэг. Хүчилтөрөгч үүсгэдэг фотосинтезийн организмын бүх уусдаг ферредоксин (цианобактерийг оруулаад) нь 2Fe-2S төрлийнх юм.

Мөн электрон зөөвөрлөх бүрэлдэхүүн хэсэг нь мембранаар холбогдсон цитохром f юм. Мембранаар холбогдсон цитохром f-ийн электрон хүлээн авагч ба урвалын төвийн хлорофилл-уургийн цогцолборын шууд донор нь зэс агуулсан уураг бөгөөд үүнийг "тараах тээвэрлэгч" - пластоцианин гэж нэрлэдэг.

Хлоропласт нь мөн b6 ба b 559 цитохромуудыг агуулдаг. Цитохром b 6 нь 18 кДа молекул жинтэй полипептид бөгөөд циклийн электрон дамжуулалтад оролцдог.

b 6 /f цогцолбор нь b ба f цитохром агуулсан полипептидийн салшгүй мембраны цогцолбор юм. Цитохром b 6 / f цогцолбор нь хоёр фотосистемийн хооронд электрон тээвэрлэлтийг хурдасгадаг.

Цитохромын b 6 /f цогцолбор нь усанд уусдаг металлопротейн пластоцианин (Pc)-ийн багахан хэмжээний санг багасгадаг бөгөөд энэ нь PS I цогцолбор руу бууруулах эквивалентыг шилжүүлэхэд үйлчилдэг Пластоцианин нь зэсийн атом агуулсан жижиг гидрофоб металлопротейн юм.

PSII урвалын төвд анхдагч урвалын оролцогчид нь анхдагч электрон донор P 680, завсрын хүлээн авагч феофитин ба Fe 2+-ийн ойролцоо байрладаг хоёр пластокинон (ихэвчлэн Q ба B гэж нэрлэдэг) юм. Анхдагч электрон донор нь 680 нм-т гэрлийн шингээлтэд мэдэгдэхүйц өөрчлөлт ажиглагдсан тул P 680 гэж нэрлэгддэг хлорофилл а хэлбэрийн нэг юм.

PS II-ийн анхдагч электрон хүлээн авагч нь пластокинон юм. Q нь төмөр-хиноны цогцолбор гэж үздэг. PSII-ийн хоёрдогч электрон хүлээн авагч нь мөн B гэж тэмдэглэгдсэн пластокинон бөгөөд Q-тай цувралаар ажилладаг. Пластокинон/пластокинон систем нь хоёр электронтой зэрэгцэн хоёр өөр протон дамжуулдаг тул хоёр электронтой редокс систем юм. Пластокинон/пластокинон системээр дамжуулан ETC-ийн дагуу хоёр электрон шилжиж байгаа тул хоёр протон тилакоид мембранаар дамждаг. Энэ тохиолдолд тохиолддог протоны концентрацийн градиент нь ATP синтезийн үйл явцын хөдөлгөгч хүч гэж үздэг. Үүний үр дагавар нь thylakoids доторх протоны концентраци нэмэгдэж, тилакоид мембраны гадна ба дотор талуудын хооронд мэдэгдэхүйц рН градиент гарч ирдэг: дотроос хүрээлэн буй орчин нь гаднаасаа илүү хүчиллэг байдаг.

2. Фотосинтезийн фосфоржилт

Ус нь PS-2-ийн электрон донорын үүрэг гүйцэтгэдэг. Усны молекулууд электроноо өгч, чөлөөт OH гидроксил ба H + протон болж задардаг. Чөлөөт гидроксил радикалууд бие биетэйгээ урвалд орж H 2 O ба O 2-ыг өгдөг. Манган ба хлорын ионууд усны фото исэлдэлтэнд кофактор хэлбэрээр оролцдог гэж үздэг.

Усны фотолизийн явцад фотосинтезийн явцад хийгдсэн фотохимийн ажлын мөн чанар илэрдэг. Гэхдээ усны исэлдэлт нь P 680 молекулаас тасарсан электрон хүлээн авагч руу, цаашлаад электрон тээвэрлэх гинжин хэлхээнд (ETC) шилжсэн тохиолдолд тохиолддог. Фотосистем-2-ийн ETC-д электрон тээвэрлэгч нь пластокинон, цитохром, пластоцианин (зэс агуулсан уураг), FAD, NADP гэх мэт.

P 700 молекулаас тасарсан электроныг төмөр, хүхэр агуулсан уураг барьж, ферредоксин руу шилжүүлдэг. Ирээдүйд энэ электроны зам хоёр талтай байж болно. Эдгээр замуудын нэг нь ферредоксиноос хэд хэдэн зөөвөрлөгчөөр дамжин P 700 руу буцаж электрон дараалсан шилжилтээс бүрддэг. Дараа нь гэрлийн квант Р 700 молекулаас дараагийн электроныг гаргана. Энэ электрон нь ферредоксинд хүрч, дахин хлорофилл молекул руу буцаж ирдэг. Үйл явц нь тодорхой мөчлөгтэй байдаг. Ферредоксиноос электроныг шилжүүлэхэд электрон өдөөх энерги нь ADP ба H 3 P0 4-ээс ATP үүсэхэд шилждэг. Энэ төрлийн фотофосфоржилтыг Р.Арнон нэрлэсэн мөчлөгийн . Цикл фотофосфоржилт нь онолын хувьд хаалттай стоматтай ч үргэлжилж болно, учир нь агаар мандалд солилцоо хийх шаардлагагүй.

Цикл бус фотофосфоржилтфотосистемийн аль алиных нь оролцоотойгоор үүсдэг. Энэ тохиолдолд P 700-аас тасарсан электронууд ба H + протон нь ферредоксинд хүрч, хэд хэдэн тээвэрлэгчээр (FAD гэх мэт) дамжин NADP-д шилждэг бөгөөд багассан NADP H 2 үүсдэг. Сүүлийнх нь хүчтэй бууруулагчийн хувьд фотосинтезийн харанхуй урвалд ашиглагддаг. Үүний зэрэгцээ хлорофилл P 680 молекул нь квант гэрлийг шингээж авснаар нэг электроноос татгалзаж, өдөөгдсөн төлөвт ордог. Олон тооны тээвэрлэгчийг дамжсаны дараа электрон P 700 молекул дахь электроны дутагдлыг нөхдөг. Хлорофилл P 680-ийн электрон "нүх" нь усны фотолизийн бүтээгдэхүүний нэг болох OH ионоос электроноор нөхөгддөг. Фотосистем 1 рүү электрон зөөвөрлөх гинжээр дамжих үед P 680-ийн гэрлийн квантаар тасарсан электроны энергийг фотофосфоржилт хийхэд ашигладаг. Цикл бус электрон тээвэрлэлтийн хувьд диаграмаас харахад усны фотолиз явагдаж, чөлөөт хүчилтөрөгч ялгардаг.

Фотофосфоризацийн авч үзсэн механизмын үндэс нь электрон дамжуулалт юм. Английн биохимич П.Митчелл фотофосфоржилтын онолыг дэвшүүлж, химиосмотик онол гэж нэрлэдэг. Хлоропластын ETC нь тилакоидын мембранд байрладаг нь мэдэгдэж байна. P.Mitchell-ийн таамаглалын дагуу ETC дахь электрон тээвэрлэгчдийн нэг (пластокинон) нь зөвхөн электрон төдийгүй протоныг (H +) зөөвөрлөж, тилакоид мембранаар дамжин гаднаас дотогшоо чиглэсэн чиглэлд хөдөлдөг. Тилакоид мембран дотор протон хуримтлагдах үед орчин нь хүчиллэгжиж, үр дүнд нь рН градиент үүсдэг: гадна тал нь дотоод хэсгээс бага хүчиллэг болдог. Энэхүү градиент нь усны фотолизийн бүтээгдэхүүн болох протоны урсгалаас болж нэмэгддэг.

Мембраны гадна ба дотор талын рН-ийн зөрүү нь эрчим хүчний чухал эх үүсвэрийг бий болгодог. Энэхүү энергийн тусламжтайгаар протонууд нь тилакоид мембраны гадна талд байрлах мөөг хэлбэртэй тусгай гуурсан хоолойгоор гадагшилдаг. Эдгээр сувгуудад фотофосфоризацид оролцох чадвартай коньюгацийн хүчин зүйл (тусгай уураг) байдаг. Ийм уураг нь ATP-ийн задралын урвалыг хурдасгадаг фермент ATPase гэж үздэг, гэхдээ мембранаар урсаж буй протоны энерги, түүний нийлэгжилтийн үед. РН-ийн градиент байгаа тул электронууд фотосистем дэх зөөвөрлөгчийн гинжин хэлхээний дагуу хөдөлж байх тусам ATP синтез үүснэ. Тилакоидын доторх ETC-ээр дамжин өнгөрөх хоёр электрон тутамд дөрвөн протон хуримтлагдаж, мембранаас гадна тал руу коньюгацийн хүчин зүйлийн оролцоотойгоор ялгарсан гурван протон тутамд нэг ATP молекул нийлэгждэг гэж тооцоолсон.

Ийнхүү гэрлийн фазын үр дүнд гэрлийн энергийн нөлөөгөөр харанхуй үе шатанд ашиглагддаг ATP ба NADPH 2 үүсч, усны фотолизийн бүтээгдэхүүн O 2 агаар мандалд гардаг. Фотосинтезийн гэрлийн үе шатны ерөнхий тэгшитгэлийг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

2H 2 O + 2NADP + 2 ADP + 2 H 3 RO 4 → 2 NADPH 2 + 2 ATP + O 2

Асуулт 1. Жилд дэлхийн 4 тэрбум хүн бүр фотосинтезийн явцад хичнээн хэмжээний глюкоз нийлэгждэг вэ?
Жилийн туршид манай гаригийн бүх ургамал 130,000 сая тонн элсэн чихэр үйлдвэрлэдэг болохыг харгалзан үзвэл дэлхийн нэг оршин суугч (Дэлхийн хүн ам 4 тэрбум хүн амтай гэж үзвэл) 32.5 сая тонныг эзэлдэг. (130,000/4 \u003d 32.5) .

Асуулт 2. Фотосинтезийн үед ялгарах хүчилтөрөгч хаанаас гардаг вэ?
Фотосинтезийн үед агаар мандалд орж буй хүчилтөрөгч нь фотолизийн урвалын үед үүсдэг - нарны гэрлийн энергийн нөлөөн дор усны задрал (2H 2 O + гэрлийн энерги \u003d 2H 2 + O 2).

Асуулт 3. Фотосинтезийн гэрлийн үе гэж юу гэсэн үг вэ; харанхуй үе шат?
Фотосинтез- нарны гэрлийн энергийн нөлөөн дор органик бус бодисоос органик бодисыг нэгтгэх үйл явц юм.
Ургамлын эс дэх фотосинтез нь хлоропласт явагддаг. Дүгнэлт томъёо:
6CO 2 + 6H 2 O + гэрлийн энерги \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2.
Фотосинтезийн гэрлийн үе шат нь зөвхөн гэрэлд тохиолддог: гэрлийн квант нь тилакоид мембранд байрлах хлорофилл молекулаас электроныг устгадаг.; унасан электрон нэг бол буцаж ирдэг, эсвэл бие биенээ исэлдүүлдэг ферментийн гинжин хэлхээнд ордог. Ферментийн гинжин хэлхээ нь электроныг тилакоид мембраны гадна тал руу электрон зөөгч рүү шилжүүлдэг. Мембран нь гаднаасаа сөрөг цэнэгтэй байдаг. Мембраны төвд байрлах эерэг цэнэгтэй хлорофилл молекул нь мембраны дотор талд байрлах манганы ион агуулсан ферментүүдийг исэлдүүлдэг. Эдгээр ферментүүд нь усны фотолизийн урвалд оролцдог бөгөөд үүний үр дүнд H + үүсдэг; Тилакоидын мембраны дотоод гадаргуу дээр устөрөгчийн протонууд гадагшилдаг бөгөөд энэ гадаргуу дээр эерэг цэнэг үүсдэг. Тилакоид мембран дээрх потенциалын зөрүү 200 мВ хүрэхэд протонууд ATP синтетазын сувгаар дамжиж эхэлдэг. ATP нийлэгждэг.
Харанхуй үе шатанд глюкозыг СО 2 ба тээвэрлэгчтэй холбоотой атомын устөрөгчөөс ATP-ийн энергийн улмаас нийлэгжүүлдэг.Глюкоз нь ферментийн систем дээрх хлоропластын стромд нийлэгждэг. Харанхуй үе шатны нийт хариу үйлдэл:
6CO 2 + 24H \u003d C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.
Фотосинтез нь маш бүтээмжтэй боловч навчны хлоропластууд 10000 гэрлийн 1 квант гэрлийг л авч энэ үйл явцад оролцдог.Гэсэн хэдий ч энэ нь ногоон ургамал 1 м 2 навчны гадаргуугаас цагт 1 г глюкоз нийлэгжүүлэхэд хангалттай.

Асуулт 4. Дээд ургамалд яагаад хөрсөнд химийн синтетик бактери байх шаардлагатай вэ?
Ургамлын хэвийн өсөлт хөгжилтийн хувьд азот, фосфор, кали зэрэг элементүүдийг агуулсан эрдэс давс хэрэгтэй. Эсэд тохиолддог химийн исэлдэлтийн урвалын энергийн зардлаар органик бусаас шаардлагатай органик нэгдлүүдийг нэгтгэх чадвартай олон төрлийн бактери нь химотрофууд юм. Бактерийн барьж авсан бодисууд исэлдэж, үүссэн энерги нь CO 2 ба H 2 O-аас нарийн төвөгтэй органик молекулуудыг нийлэгжүүлэхэд зарцуулагддаг. Энэ процессыг химосинтез гэж нэрлэдэг.
Химисинтетик организмын хамгийн чухал бүлэг бол нитрификатор бактери юм. Тэднийг судлахдаа С.Н. 1887 онд Виноградский энэ үйл явцыг нээжээ химосинтез. Хөрсөнд амьдардаг азотжуулагч бактери нь органик үлдэгдэл задрах явцад үүссэн аммиакийг азотын хүчил болгон исэлдүүлдэг.
2MN 3 + ZO 2 \u003d 2HNO 2 + 2H 2 O + 635 кЖ.
Дараа нь энэ бүлгийн бусад зүйлийн бактери нь азотын хүчлийг азотын хүчил болгон исэлдүүлдэг.
2НNO 2 + О 2 = 2НNO 3 + 151.1 кЖ.
Хөрсний эрдэс бодисуудтай харилцан үйлчилж, азот, азотын хүчлүүд нь дээд ургамлын эрдэс тэжээлийн хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болох давс үүсгэдэг. Хөрсөн дэх бусад төрлийн бактерийн нөлөөн дор дээд ургамалд ашиглагддаг фосфатууд үүсдэг.
Тиймээс, химосинтез - энэ нь эсэд тохиолддог химийн исэлдэлтийн урвалын энергийн улмаас органик бус бодисоос органик бодисыг нэгтгэх үйл явц юм.