Fotosentezin karanlık aşamasının gerçekleştiği yer. Fotosentezin ışık aşaması. ATP sentezi fotosentezin hangi aşamasında gerçekleşir?

- zorunlu ışık enerjisi kullanımıyla karbondioksit ve sudan organik maddelerin sentezi:

6CO2 + 6H2O + Q ışığı → C6H12O6 + 6O2.

Daha yüksek bitkilerde, fotosentez organı yapraktır ve fotosentez organelleri kloroplastlardır (kloroplastların yapısı - ders No. 7). Kloroplast tilakoidlerin zarları fotosentetik pigmentler içerir: klorofiller ve karotenoidler. Birkaç farklı klorofil türü vardır ( a, b, c, d), asıl olan klorofildir A. Klorofil molekülünde, merkezinde magnezyum atomu bulunan bir porfirin “başlığı” ve bir fitol “kuyruğu” ayırt edilebilir. Porfirin “başı” düz bir yapıdır, hidrofiliktir ve bu nedenle stromanın sulu ortamına bakan membranın yüzeyinde yer alır. Fitolün “kuyruğu” hidrofobiktir ve bu nedenle klorofil molekülünü zarda tutar.

Klorofiller kırmızı ve mavi-mor ışığı emer, yeşil ışığı yansıtır ve dolayısıyla bitkilere karakteristik yeşil rengini verir. Tilakoid membranlardaki klorofil molekülleri şu şekilde organize edilmiştir: fotosistemler. Bitkiler ve mavi-yeşil alglerde fotosistem-1 ve fotosistem-2 bulunurken, fotosentetik bakterilerde fotosistem-1 bulunur. Yalnızca fotosistem-2, oksijeni serbest bırakmak ve suyun hidrojeninden elektronları almak için suyu ayrıştırabilir.

Fotosentez karmaşık, çok adımlı bir süreçtir; fotosentez reaksiyonları iki gruba ayrılır: reaksiyonlar ışık fazı ve reaksiyonlar karanlık faz.

Işık fazı

Bu faz yalnızca tilakoid membranlarda klorofil, elektron taşıma proteinleri ve ATP sentetaz enziminin katılımıyla ışık varlığında meydana gelir. Bir miktar ışığın etkisi altında, klorofil elektronları uyarılır, molekülü terk eder ve sonuçta negatif yüklü hale gelen tilakoid membranın dış tarafına girer. Oksitlenmiş klorofil molekülleri, intratilakoid boşlukta bulunan sudan elektron alarak azalır. Bu, suyun parçalanmasına veya fotolizine yol açar:

H 2 O + Q ışığı → H + + OH - .

Hidroksil iyonları elektronlarını vererek reaktif radikallere dönüşürler.OH:

OH - → .OH + e - .

OH radikalleri birleşerek su ve serbest oksijen oluşturur:

4HAYIR. → 2H 2 Ö + Ö 2.

Bu durumda oksijen dış ortama çıkarılır ve tilakoid içinde protonlar “proton rezervuarında” birikir. Sonuç olarak tilakoid membran bir yandan H + nedeniyle pozitif, diğer yandan elektronlar nedeniyle negatif olarak yüklenir. Tilakoid zarın dış ve iç tarafları arasındaki potansiyel farkı 200 mV'a ulaştığında, protonlar ATP sentetaz kanalları boyunca itilir ve ADP, ATP'ye fosforile edilir; Atomik hidrojen, spesifik taşıyıcı NADP +'yı (nikotinamid adenin dinükleotid fosfat) NADPH 2'ye geri döndürmek için kullanılır:

2H + + 2e - + NADP → NADPH 2.

Böylece, ışık fazı sırasında suyun fotolizi meydana gelir ve buna üç eşlik eder. en önemli süreçler: 1) ATP sentezi; 2) NADPH2'nin oluşumu; 3) oksijen oluşumu. Oksijen atmosfere yayılır, ATP ve NADPH2 kloroplastın stromasına taşınır ve karanlık faz işlemlerine katılır.

1 - kloroplast stroma; 2 - grana tilakoid.

Karanlık faz

Bu faz kloroplastın stromasında meydana gelir. Reaksiyonları ışık enerjisine ihtiyaç duymadığından sadece ışıkta değil karanlıkta da meydana gelir. Karanlık faz reaksiyonları, karbondioksitin (havadan gelen) art arda dönüşümleri zinciridir ve glikoz ve diğer organik maddelerin oluşumuna yol açar.

Bu zincirdeki ilk reaksiyon karbondioksitin sabitlenmesidir; Karbondioksit alıcısı beş karbonlu bir şekerdir. ribuloz bifosfat(RiBF); enzim reaksiyonu katalize eder Ribuloz bifosfat karboksilaz(RiBP karboksilaz). Ribuloz bisfosfatın karboksilasyonu sonucunda kararsız bir altı karbonlu bileşik oluşur ve bu bileşik hemen iki moleküle ayrılır. fosfogliserik asit(FGK). Daha sonra fosfogliserik asidin bir dizi ara ürün aracılığıyla glikoza dönüştürüldüğü bir reaksiyon döngüsü meydana gelir. Bu reaksiyonlar, ışık fazında oluşan ATP ve NADPH2'nin enerjisini kullanır; Bu reaksiyonların döngüsüne “Calvin döngüsü” denir:

6CO2 + 24H + + ATP → C6H12O6 + 6H2O.

Fotosentez sırasında glikoza ek olarak karmaşık organik bileşiklerin diğer monomerleri de oluşur - amino asitler, gliserol ve yağ asitleri, nükleotitler. Şu anda iki tür fotosentez vardır: C3 - ve C4 fotosentezi.

C 3-fotosentez

Bu, ilk ürünün üç karbonlu (C3) bileşikler olduğu bir tür fotosentezdir. C3 fotosentezi, C4 fotosentezinden önce keşfedilmiştir (M. Calvin). Yukarıda “Karanlık faz” başlığı altında açıklanan C3 fotosentezidir. C3 fotosentezinin karakteristik özellikleri: 1) karbondioksit alıcısı RiBP'dir, 2) RiBP'nin karboksilasyon reaksiyonu RiBP karboksilaz tarafından katalize edilir, 3) RiBP'nin karboksilasyonunun bir sonucu olarak, ayrışan altı karbonlu bir bileşik oluşur. iki PGA. FGK geri yüklendi trioz fosfatlar(TF). TF'nin bir kısmı RiBP'nin rejenerasyonu için kullanılır ve bir kısmı glikoza dönüştürülür.

1 - kloroplast; 2 - peroksizom; 3 - mitokondri.

Bu, ışığa bağlı olarak oksijenin emilmesi ve karbondioksitin salınmasıdır. Geçen yüzyılın başında oksijenin fotosentezi baskıladığı tespit edildi. Anlaşıldığı üzere, RiBP karboksilaz için substrat yalnızca karbondioksit değil aynı zamanda oksijen de olabilir:

02 + RiBP → fosfoglikolat (2C) + PGA (3C).

Enzimin adı RiBP oksijenazdır. Oksijen, karbondioksit fiksasyonunun rekabetçi bir inhibitörüdür. Fosfat grubu bölünür ve fosfoglikolat, bitkinin kullanması gereken glikolata dönüşür. Peroksizomlara girerek glisine oksitlenir. Glisin mitokondriye girer ve burada serine oksitlenir ve CO2 formunda zaten sabitlenmiş karbon kaybı olur. Sonuç olarak, iki glikolat molekülü (2C + 2C), bir PGA (3C) ve CO2'ye dönüştürülür. Fotorespirasyon, C3 bitkilerinin veriminde %30-40 oranında azalmaya neden olur ( 3 bitki ile- C3 fotosentezi ile karakterize edilen bitkiler).

C4 fotosentezi, ilk ürünün dört karbonlu (C4) bileşikler olduğu fotosentezdir. 1965 yılında bazı bitkilerde (şeker kamışı, mısır, sorgum, darı) ilk fotosentez ürünlerinin dört karbonlu asitler olduğu bulunmuştur. Bu bitkilere adı verildi 4 bitki ile. 1966'da Avustralyalı bilim adamları Hatch ve Slack, C4 bitkilerinin neredeyse hiç fotosolunum yapmadığını ve karbondioksiti çok daha verimli bir şekilde emdiğini gösterdi. C4 tesislerinde karbon dönüşümlerinin yolu denilmeye başlandı Hatch-Slack tarafından.

C 4 bitkileri, yaprağın özel bir anatomik yapısı ile karakterize edilir. Tüm damar demetleri çift hücre katmanıyla çevrilidir: dış katman mezofil hücreleri, iç katman ise kılıf hücreleridir. Karbondioksit mezofil hücrelerinin sitoplazmasında sabitlenir, alıcı ise fosfoenolpiruvat(PEP, 3C), PEP'in karboksilasyonu sonucu oksaloasetat (4C) oluşur. Süreç katalize edilir PEP karboksilaz. RiBP karboksilazın aksine PEP karboksilazın CO2'ye karşı daha büyük bir afinitesi vardır ve en önemlisi O2 ile etkileşime girmez. Mezofil kloroplastları, hafif faz reaksiyonlarının aktif olarak meydana geldiği çok sayıda taneye sahiptir. Kılıf hücrelerinin kloroplastlarında karanlık faz reaksiyonları meydana gelir.

Oksaloasetat (4C), plazmodesmata yoluyla kılıf hücrelerine taşınan malata dönüştürülür. Burada piruvat, CO2 ve NADPH2 oluşturacak şekilde dekarboksillenir ve hidrojeni giderilir.

Piruvat mezofil hücrelerine geri döner ve PEP'teki ATP'nin enerjisi kullanılarak yenilenir. CO2 tekrar RiBP karboksilaz ile sabitlenerek PGA oluşturulur. PEP rejenerasyonu ATP enerjisi gerektirir, dolayısıyla C3 fotosentezinin neredeyse iki katı kadar enerji gerektirir.

Fotosentezin anlamı

Fotosentez sayesinde her yıl atmosferden milyarlarca ton karbondioksit emiliyor ve milyarlarca ton oksijen açığa çıkıyor; fotosentez organik maddelerin oluşumunun ana kaynağıdır. Oksijen, canlı organizmaları kısa dalga ultraviyole radyasyondan koruyan ozon tabakasını oluşturur.

Fotosentez sırasında yeşil bir yaprak, üzerine düşen güneş enerjisinin yalnızca yaklaşık %1'ini kullanır; verimlilik, saatte 1 m2 yüzey başına yaklaşık 1 g organik maddedir.

Kemosentez

Işık enerjisi nedeniyle değil, inorganik maddelerin oksidasyon enerjisi nedeniyle gerçekleştirilen, karbondioksit ve sudan organik bileşiklerin sentezine denir. kemosentez. Kemosentetik organizmalar bazı bakteri türlerini içerir.

Nitrifikasyon bakterileri amonyak nitroya ve daha sonra nitrik asite (NH3 → HNO2 → HNO3) oksitlenir.

Demir bakterileri demirli demiri oksit demire dönüştürür (Fe 2+ → Fe 3+).

Kükürt bakterileri hidrojen sülfürü kükürt veya sülfürik asite oksitler (H2S + ½O2 → S + H2O, H2S + 2O2 → H2S04).

İnorganik maddelerin oksidasyon reaksiyonları sonucunda bakteriler tarafından yüksek enerjili ATP bağları şeklinde depolanan enerji açığa çıkar. ATP, fotosentezin karanlık fazındaki reaksiyonlara benzer şekilde ilerleyen organik maddelerin sentezi için kullanılır.

Kemosentetik bakteriler toprakta mineral birikimine katkıda bulunur, toprağın verimliliğini artırır, atık su arıtımını teşvik eder vb.

Git 11 numaralı dersler“Metabolizma kavramı. Proteinlerin biyosentezi"

Git 13 numaralı dersler“Ökaryotik hücrelerin bölünme yöntemleri: mitoz, mayoz, amitoz”

Fotosentez- ışık enerjisi (hv) kullanılarak inorganik olanlardan organik bileşiklerin sentezi. Fotosentezin genel denklemi:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Fotosentez, güneş ışığının enerjisini ATP formundaki kimyasal bağ enerjisine dönüştürme konusunda eşsiz özelliğe sahip olan fotosentetik pigmentlerin katılımıyla gerçekleşir. Fotosentetik pigmentler protein benzeri maddelerdir. Bunlardan en önemlisi klorofil pigmentidir. Ökaryotlarda fotosentetik pigmentler plastidlerin iç zarına gömülüdür; prokaryotlarda ise sitoplazmik zarın girintili çıkıntılarına gömülüdür.

Kloroplastın yapısı mitokondrinin yapısına çok benzer. Grana tilakoidlerin iç zarı fotosentetik pigmentlerin yanı sıra elektron taşıma zinciri proteinleri ve ATP sentetaz enzim moleküllerini içerir.

Fotosentez süreci iki aşamadan oluşur: aydınlık ve karanlık.

Işık fazı Fotosentez sadece grana tilakoid zarındaki ışıkta meydana gelir. Bu aşamada klorofil ışık miktarını emer, bir ATP molekülü üretir ve suyun fotolizi gerçekleşir.

Hafif bir kuantumun (hv) etkisi altında, klorofil elektronları kaybederek uyarılmış bir duruma geçer:

Chl → Chl + e -

Bu elektronlar taşıyıcılar tarafından dışarıya aktarılır; tilakoid zarın matrise bakan yüzeyi, burada birikiyorlar.

Aynı zamanda tilakoidlerin içinde suyun fotolizi meydana gelir, yani. ışığın etkisi altında ayrışması

2H 2 Ö → O 2 +4H + + 4e —

Ortaya çıkan elektronlar taşıyıcılar tarafından klorofil moleküllerine aktarılır ve onları geri yükler: klorofil molekülleri stabil bir duruma geri döner.

Suyun fotolizi sırasında oluşan hidrojen protonları tilakoid içinde birikerek bir H + rezervuarı oluşturur. Sonuç olarak, tilakoid zarın iç yüzeyi pozitif olarak (H + nedeniyle) ve dış yüzeyi negatif olarak (e - nedeniyle) yüklenir. Zıt yüklü parçacıklar zarın her iki tarafında biriktiğinde potansiyel fark artar. Potansiyel fark kritik bir değere ulaştığında, elektrik alan kuvveti protonları ATP sentetaz kanalı boyunca itmeye başlar. Bu durumda açığa çıkan enerji ADP moleküllerini fosforile etmek için kullanılır:

ADP + P → ATP

Işık enerjisinin etkisi altında fotosentez sırasında ATP oluşumuna denir. fotofosforilasyon.

Hidrojen iyonları, tilakoid zarın dış yüzeyinde elektronlarla buluşur ve hidrojen taşıyıcı molekül NADP'ye (nikotinamid adenin dinükleotid fosfat) bağlanan atomik hidrojeni oluşturur:

2H + + 4e - + NADP + → NADP H2

Böylece, fotosentezin hafif aşamasında üç süreç meydana gelir: suyun ayrışması nedeniyle oksijen oluşumu, ATP sentezi ve NADP H2 formunda hidrojen atomlarının oluşumu. Oksijen atmosfere yayılır, ATP ve NADP H2 karanlık faz süreçlerine katılır.

Karanlık faz fotosentez hem aydınlıkta hem de karanlıkta kloroplast matrisinde meydana gelir ve Calvin döngüsünde havadan gelen CO2'nin bir dizi ardışık dönüşümünü temsil eder. Karanlık faz reaksiyonları ATP enerjisi kullanılarak gerçekleştirilir. Calvin döngüsünde CO2, NADP H2'den gelen hidrojenle bağlanarak glikozu oluşturur.

Fotosentez sürecinde, monosakkaritlere (glikoz vb.) Ek olarak, diğer organik bileşiklerin monomerleri de sentezlenir - amino asitler, gliserol ve yağ asitleri. Böylece bitkiler fotosentez sayesinde kendilerine ve yeryüzündeki tüm canlılara gerekli organik maddeleri ve oksijeni sağlarlar.

Karşılaştırmalı özelliklerÖkaryotların fotosentezi ve solunumu tabloda verilmiştir:

Fotosentez gibi karmaşık bir süreci kısaca ve net bir şekilde nasıl anlatabiliriz? Bitkiler kendi besinini üretebilen tek canlı organizmadır. Nasıl yapıyorlar? Büyümek ve gerekli tüm maddeleri almak için çevre: karbondioksit - havadan, sudan ve - topraktan. Ayrıca güneş ışınlarından elde edecekleri enerjiye de ihtiyaçları vardır. Bu enerji, karbondioksit ve suyun glikoza (gıda) dönüştürüldüğü ve fotosentez olduğu belirli kimyasal reaksiyonları tetikler. Sürecin özü okul çağındaki çocuklara bile kısa ve net bir şekilde anlatılabilir.

"Işıkla Birlikte"

"Fotosentez" kelimesi iki Yunanca kelimeden gelir - "fotoğraf" ve "sentez", bunların birleşimi "ışıkla birlikte" anlamına gelir. Güneş enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür. Fotosentezin kimyasal denklemi:

6CO2 + 12H2O + ışık = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O.

Bu, glikoz üretmek için 6 molekül karbon dioksit ve 12 molekül suyun (güneş ışığıyla birlikte) kullanıldığı, bunun sonucunda 6 molekül oksijen ve 6 molekül su elde edildiği anlamına gelir. Bunu sözlü bir denklem olarak temsil ederseniz aşağıdakileri elde edersiniz:

Su + Güneş => glikoz + oksijen + su.

Güneş çok güçlü bir enerji kaynağıdır. İnsanlar onu her zaman elektrik üretmek, evleri yalıtmak, suyu ısıtmak vb. amaçlar için kullanmaya çalışırlar. Bitkiler milyonlarca yıl önce güneş enerjisini nasıl kullanacaklarını “buldular” çünkü bu, hayatta kalmaları için gerekliydi. Fotosentez kısaca ve net bir şekilde şu şekilde açıklanabilir: Bitkiler güneşin ışık enerjisini kullanır ve onu kimyasal enerjiye dönüştürür, bunun sonucunda şeker (glikoz) oluşur, bunun fazlası yapraklarda, köklerde, gövdelerde nişasta olarak depolanır. ve bitkinin tohumları. Güneş enerjisi hem bitkilere hem de bu bitkileri yiyen hayvanlara aktarılır. Bir bitkinin büyüme ve diğer yaşam süreçleri için besin maddelerine ihtiyacı olduğunda bu rezervler çok faydalıdır.

Bitkiler güneşten gelen enerjiyi nasıl emer?

Fotosentezden kısaca ve net olarak bahsederken, bitkilerin güneş enerjisini nasıl absorbe edebildikleri sorusuna değinmekte fayda var. Bu, klorofil adı verilen özel bir madde içeren yeşil hücreleri - kloroplastları içeren yaprakların özel yapısı nedeniyle oluşur. Yapraklara yeşil rengini veren şey budur ve güneş ışığından enerjinin emilmesinden sorumludur.

Yaprakların çoğu neden geniş ve düzdür?

Fotosentez bitkilerin yapraklarında gerçekleşir. Şaşırtıcı gerçek şu ki, bitkiler güneş ışığını yakalamak ve karbondioksiti absorbe etmek için çok iyi adapte olmuşlardır. Geniş yüzeyi sayesinde çok daha fazla ışık yakalanacaktır. Bu nedenle bazen evlerin çatılarına da yerleştirilen güneş panelleri de geniş ve düzdür. Yüzey ne kadar büyük olursa emilim o kadar iyi olur.

Bitkiler için başka neler önemlidir?

İnsanlar gibi bitkilerin de sağlıklı kalabilmeleri, büyüyebilmeleri ve yaşamsal fonksiyonlarını iyi bir şekilde yerine getirebilmeleri için faydalı besinlere ihtiyaçları vardır. Suda çözünmüş mineralleri kökleri aracılığıyla topraktan alırlar. Toprakta mineral besin maddeleri eksikse bitki normal şekilde gelişmeyecektir. Çiftçiler, mahsullerin büyümesi için yeterli besin maddesine sahip olduğundan emin olmak amacıyla sıklıkla toprağı test eder. Aksi takdirde bitki beslenmesi ve büyümesi için gerekli mineralleri içeren gübrelerin kullanımına başvurunuz.

Fotosentez neden bu kadar önemli?

Çocuklara fotosentezi kısaca ve net bir şekilde anlatmak gerekirse, bu sürecin dünyadaki en önemli kimyasal reaksiyonlardan biri olduğunu anlatmakta fayda var. Bu kadar gürültülü bir açıklamanın nedenleri nelerdir? Birincisi, fotosentez bitkileri besler, bitkiler de hayvanlar ve insanlar da dahil olmak üzere gezegendeki diğer tüm canlıları besler. İkinci olarak fotosentez sonucunda solunum için gerekli olan oksijen atmosfere salınır. Tüm canlılar oksijeni solur ve karbondioksiti dışarı verir. Neyse ki bitkiler bunun tersini yapar, bu nedenle insanlar ve hayvanlar için çok önemlidirler çünkü onlara nefes alma yeteneği verirler.

İnanılmaz süreç

Görünüşe göre bitkiler de nasıl nefes alacaklarını biliyorlar, ancak insanlardan ve hayvanlardan farklı olarak havadaki oksijeni değil karbondioksiti emiyorlar. Bitkiler de içer. Bu yüzden onları sulamanız gerekiyor, aksi takdirde ölecekler. Kök sistemi yardımıyla su ve besinler bitki gövdesinin her yerine taşınır ve karbondioksit yapraklardaki küçük deliklerden emilir. Başlatma tetikleyicisi Kimyasal reaksiyon güneş ışığıdır. Elde edilen tüm metabolik ürünler bitkiler tarafından beslenme amacıyla kullanılır, atmosfere oksijen salınır. Fotosentez sürecinin nasıl gerçekleştiğini bu şekilde kısaca ve net bir şekilde anlatabilirsiniz.

Fotosentez: fotosentezin aydınlık ve karanlık aşamaları

Söz konusu süreç iki ana bölümden oluşmaktadır. Fotosentezin iki aşaması vardır (aşağıdaki açıklama ve tablo). Birincisine ışık fazı denir. Sadece tilakoid membranlarda klorofil, elektron taşıma proteinleri ve ATP sentetaz enziminin katılımıyla ışık varlığında meydana gelir. Fotosentez başka ne saklıyor? Gece ve gündüz ilerledikçe ışık yanar ve birbirinin yerini alır (Calvin döngüleri). Karanlık aşamada, bitkiler için besin olan aynı glikozun üretimi meydana gelir. Bu sürece ışıktan bağımsız reaksiyon da denir.

Çözüm

Yukarıdakilerin hepsinden aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:

• Fotosentez güneşten enerji üreten bir süreçtir.
• Güneşten gelen ışık enerjisi klorofil tarafından kimyasal enerjiye dönüştürülür.
• Klorofil bitkilere yeşil rengini verir.
• Fotosentez bitki yaprak hücrelerinin kloroplastlarında meydana gelir.
• Fotosentez için karbondioksit ve suya ihtiyaç vardır.
• Karbondioksit bitkiye küçük deliklerden, stomalardan girer ve oksijen bunlardan çıkar.
• Su bitkiye kökleri aracılığıyla emilir.
• Fotosentez olmasaydı dünyada yiyecek olmazdı.

Işık enerjisi kullanılarak veya kullanılmadan. Bitkilerin karakteristik özelliğidir. Şimdi fotosentezin karanlık ve aydınlık aşamalarının ne olduğuna bakalım.

Genel bilgi

Yüksek bitkilerde fotosentez organı yapraktır. Kloroplastlar organel görevi görür. Tilakoidlerinin zarlarında fotosentetik pigmentler bulunur. Bunlar karotenoidler ve klorofillerdir. İkincisi çeşitli şekillerde mevcuttur (a, c, b, d). Bunlardan en önemlisi a-klorofildir. Molekülünde, merkezinde magnezyum atomu bulunan bir porfirin “başlığı” ve ayrıca bir fitol “kuyruğu” bulunur. İlk eleman düz bir yapı olarak sunulmaktadır. "Baş" hidrofiliktir, bu nedenle zarın sulu ortama yönlendirilen kısmında bulunur. Fitolün "kuyruğu" hidrofobiktir. Bu sayede klorofil molekülünü zarda tutar. Klorofiller mavi-mor ve kırmızı ışığı emer. Ayrıca yeşili yansıtarak bitkilere karakteristik renklerini verirler. Tilaktoid membranlarda klorofil molekülleri fotosistemler halinde düzenlenir. Mavi-yeşil algler ve bitkiler 1. ve 2. sistemlerle karakterize edilir. Fotosentetik bakteriler yalnızca ilkine sahiptir. İkinci sistem H2O'yu parçalayabilir ve oksijeni serbest bırakabilir.

Fotosentezin ışık aşaması

Bitkilerde meydana gelen süreçler karmaşık ve çok aşamalıdır. Özellikle iki grup reaksiyon ayırt edilir. Bunlar fotosentezin karanlık ve aydınlık aşamalarıdır. İkincisi, ATP enziminin, elektron transfer proteinlerinin ve klorofilin katılımıyla oluşur. Fotosentezin hafif fazı tilaktoid membranlarda meydana gelir. Klorofil elektronları uyarılır ve molekülü terk eder. Bundan sonra tilaktoid membranın dış yüzeyine ulaşırlar. O da negatif yüklü hale geliyor. Oksidasyondan sonra klorofil moleküllerinin indirgenmesi başlar. İntralakoid boşlukta bulunan sudan elektron alırlar. Böylece, fotosentezin ışık fazı, çürüme (fotoliz) sırasında zarda meydana gelir: H2O + Q ışık → H + + OH -

Hidroksil iyonları elektronlarını bağışlayarak reaktif radikallere dönüşür:

OH - → .OH + e -

OH radikalleri birleşerek serbest oksijen ve su oluşturur:

4HAYIR. → 2H 2 Ö + Ö 2.

Bu durumda, oksijen çevredeki (dış) ortama çıkarılır ve protonlar tilaktoid içinde özel bir "rezervuarda" birikir. Sonuç olarak fotosentezin hafif fazının gerçekleştiği yerde tilaktoid membran bir tarafta H+ nedeniyle pozitif yük alır. Aynı zamanda elektronlar nedeniyle negatif yüklüdür.

ADP'nin fosforilasyonu

Fotosentezin ışık fazının gerçekleştiği yerde, zarın iç ve dış yüzeyleri arasında potansiyel bir fark vardır. 200 mV'a ulaştığında protonlar ATP sentetaz kanallarından itilmeye başlar. Böylece, fotosentezin hafif fazı, ADP'nin ATP'ye fosforile edilmesiyle membranda meydana gelir. Bu durumda, özel taşıyıcı nikotinamid adenin dinükleotid fosfat NADP+'yı NADP.H2'ye geri kazandırmak için atomik hidrojen gönderilir:

2Н + + 2е — + NADP → NADP.Н 2

Fotosentezin ışık fazı bu nedenle suyun fotolizini içerir. Buna en önemli üç reaksiyon eşlik ediyor:

1. ATP sentezi.
2. NADP.H'nin oluşumu 2.
3. Oksijen oluşumu.

Fotosentezin ışık fazına, ikincisinin atmosfere salınması eşlik eder. NADP.H2 ve ATP, kloroplastın stromasına doğru hareket eder. Bu, fotosentezin ışık aşamasını tamamlar.

Başka bir grup reaksiyon

Fotosentezin karanlık aşaması ışık enerjisine ihtiyaç duymaz. Kloroplastın stromasına gider. Reaksiyonlar, havadan gelen karbondioksitin sıralı dönüşümleri zinciri şeklinde sunulur. Sonuç olarak glikoz ve diğer organik maddeler oluşur. İlk tepki fiksasyondur. Ribuloz bifosfat (beş karbonlu şeker) RiBP, karbondioksit alıcısı olarak görev yapar. Reaksiyondaki katalizör ribuloz bifosfat karboksilazdır (enzim). RiBP'nin karboksilasyonu sonucunda altı karbonlu kararsız bir bileşik oluşur. Neredeyse anında iki PGA molekülüne (fosfogliserik asit) ayrılır. Bundan sonra, çeşitli ara ürünler yoluyla glikoza dönüştürüldüğü bir reaksiyon döngüsü meydana gelir. Fotosentezin ışık aşamasında dönüştürülen NADP.H2 ve ATP'nin enerjisini kullanırlar. Bu reaksiyonların döngüsüne “Calvin döngüsü” denir. Aşağıdaki gibi temsil edilebilir:

6CO2 + 24H+ + ATP → C6H12O6 + 6H2O

Fotosentez sırasında glikoza ek olarak organik (kompleks) bileşiklerin diğer monomerleri de oluşur. Bunlar arasında özellikle yağ asitleri, gliserol, amino asitler ve nükleotidler yer alır.

C3 reaksiyonları

İlk ürün olarak üç karbonlu bileşikler üreten bir tür fotosentezdir. Yukarıda Calvin döngüsü olarak tanımlanan şey budur. C3 fotosentezinin karakteristik özellikleri şunlardır:

1. RiBP bir karbondioksit alıcısıdır.
2. Karboksilasyon reaksiyonu RiBP karboksilaz tarafından katalize edilir.
3. Daha sonra 2 FHA'ya parçalanan altı karbonlu bir madde oluşur.

Fosfogliserik asit TP'ye (trioz fosfatlar) indirgenir. Bazıları ribuloz bifosfatın rejenerasyonu için kullanılır, geri kalanı ise glikoza dönüştürülür.

C4 reaksiyonları

Bu tip fotosentez, ilk ürün olarak dört karbonlu bileşiklerin ortaya çıkmasıyla karakterize edilir. 1965 yılında bazı bitkilerde ilk olarak C4 maddesinin ortaya çıktığı keşfedildi. Örneğin darı, sorgum, şeker kamışı ve mısır için bu belirlenmiştir. Bu mahsuller C4 bitkileri olarak bilinmeye başlandı. Ertesi yıl, 1966'da, Slack ve Hatch (Avustralyalı bilim adamları), fotorespirasyonun neredeyse tamamen eksik olduğunu keşfettiler. Ayrıca bu tür C4 bitkilerinin karbondioksiti çok daha verimli bir şekilde emdiği de bulundu. Sonuç olarak, bu tür mahsullerdeki karbon dönüşüm yoluna Hatch-Slack yolu adı verilmeye başlandı.

Çözüm

Fotosentezin önemi çok büyüktür. Bu sayede her yıl atmosferden büyük miktarlarda (milyarlarca ton) karbondioksit emiliyor. Bunun yerine daha az oksijen salınmaz. Fotosentez, organik bileşiklerin oluşumunun ana kaynağı görevi görür. Oksijen, canlı organizmaları kısa dalga UV radyasyonunun etkilerinden koruyan ozon tabakasının oluşumunda rol oynar. Fotosentez sırasında yaprak, üzerine düşen ışığın toplam enerjisinin yalnızca %1'ini emer. Verimliliği 1 g dahilindedir organik bileşik 1 metrekare başına saatte m yüzey.