Har du någonsin undrat hur många levande organismer det finns på planeten?! Och trots allt behöver de alla andas in syre för att generera energi och andas ut koldioxid. Det är koldioxid som är huvudorsaken till ett sådant fenomen som täppt i rummet. Det sker när det är många människor i det, och rummet inte är ventilerat på länge. Dessutom fyller industrianläggningar, privat bil och kollektivtrafik luften med giftiga ämnen.
Med tanke på ovanstående uppstår en helt logisk fråga: hur kunde vi inte kvävas då, om allt liv är en källa till giftig koldioxid? Alla levande varelsers räddare i denna situation är fotosyntesen. Vad är denna process och varför är den nödvändig?
Dess resultat är justering av balansen mellan koldioxid och mättnad av luften med syre. En sådan process är endast känd för representanter för florans värld, det vill säga växter, eftersom den bara förekommer i deras celler.
Fotosyntes i sig är en extremt komplex procedur, beroende på vissa förhållanden och förekommer i fleraetapper.
Definition av begrepp
Enligt den vetenskapliga definitionen omvandlas organiska ämnen till organiska ämnen under fotosyntes på cellnivå i autotrofa organismer på grund av exponering för solljus.
För att uttrycka det enklare, fotosyntes är den process genom vilken följande sker:
- Växten är mättad med fukt. Källan till fukt kan vara vatten från marken eller fuktig tropisk luft.
- Klorofyll (ett speciellt ämne som finns i växter) reagerar på solenergi.
- Bildandet av den mat som är nödvändig för representanter för floran, som de inte kan få på egen hand på ett heterotrofiskt sätt, men de själva är dess producent. Med andra ord, växter äter vad de producerar. Detta är resultatet av fotosyntes.
Etapp ett
Praktiskt taget varje växt innehåller en grön substans, tack vare vilken den kan absorbera ljus. Detta ämne är inget annat än klorofyll. Dess läge är kloroplaster. Men kloroplaster finns i stamdelen av växten och dess frukter. Men bladfotosyntes är särskilt vanligt i naturen. Eftersom den senare är ganska enkel i sin struktur och har en relativt stor yta, vilket gör att mängden energi som krävs för att räddningsprocessen ska fortgå blir mycket större.
När ljus absorberas av klorofyll är det senare i ett tillstånd av upphetsning och dessöverför energimeddelanden till andra organiska molekyler i växten. Den största mängden sådan energi går till deltagarna i fotosyntesprocessen.
Steg två
Bildandet av fotosyntes i det andra steget kräver inte obligatoriskt deltagande av ljus. Den består i bildandet av kemiska bindningar med hjälp av giftig koldioxid som bildas från luftmassor och vatten. Det finns också en syntes av många ämnen som säkerställer den vitala aktiviteten hos representanter för floran. Dessa är stärkelse, glukos.
I växter fungerar sådana organiska ämnen som en näringskälla för enskilda delar av växten, samtidigt som de säkerställer det normala livsförloppet. Sådana ämnen erhålls också av representanter för faunan som äter växter för mat. Människokroppen är mättad med dessa ämnen genom maten, som ingår i den dagliga kosten.
Vad? Var? När?
För att organiska ämnen ska bli organiska är det nödvändigt att tillhandahålla lämpliga förutsättningar för fotosyntes. För den aktuella processen behövs först och främst ljus. Vi pratar om artificiellt och solljus. I naturen kännetecknas växtaktivitet vanligtvis av intensitet på våren och sommaren, det vill säga när det finns ett behov av en stor mängd solenergi. Vad kan man inte säga om höstsäsongen, när det blir mindre och mindre ljus, dagen blir kortare. Som ett resultat blir bladverket gult och faller sedan helt av. Men så fort de första vårstrålarna från solen skiner kommer grönt gräs att stiga upp, de kommer omedelbart att återuppta sina aktiviteter.klorofyller, och den aktiva produktionen av syre och andra viktiga näringsämnen kommer att börja.
Förutsättningarna för fotosyntes inkluderar mer än bara ljus. Fukt bör också vara tillräckligt. När allt kommer omkring absorberar växten först fukt, och sedan börjar en reaktion med deltagande av solenergi. Växtmat är resultatet av denna process.
Endast i närvaro av grön materia sker fotosyntes. Vad är klorofyller har vi redan berättat ovan. De fungerar som en slags ledare mellan ljus eller solenergi och själva växten, vilket säkerställer att deras liv och aktivitet går rätt. Gröna ämnen har förmågan att absorbera många av solens strålar.
Oxygen spelar också en betydande roll. För att fotosyntesprocessen ska bli framgångsrik behöver växter mycket av det, eftersom det bara innehåller 0,03% kolsyra. Så från 20 000 m3 luft kan du få 6 m3 syra. Det är det sistnämnda ämnet som är det huvudsakliga källmaterialet för glukos, som i sin tur är ett ämne som är nödvändigt för livet.
Det finns två steg i fotosyntesen. Den första kallas ljus, den andra är mörk.
Vad är mekanismen för ljusstegsflödet
Ljusstadiet i fotosyntesen har ett annat namn - fotokemiskt. Huvuddeltagarna i detta skede är:
- solenergi;
- variant av pigment.
Med den första komponenten är allt klart, det är solljus. MENdet är vad pigment är, inte alla vet. De är gröna, gula, röda eller blå. Klorofyller i grupperna "A" och "B" tillhör grönt, fykobiliner till gult respektive rött/blått. Fotokemisk aktivitet bland deltagarna i detta skede av processen visas endast av klorofyllerna "A". Resten spelar en kompletterande roll, vars essens är insamlingen av ljuskvanter och deras transport till det fotokemiska centret.
Eftersom klorofyll har förmågan att effektivt absorbera solenergi vid en viss våglängd, har följande fotokemiska system identifierats:
- Fotokemiskt centrum 1 (gröna ämnen i grupp "A") - pigment 700 ingår i kompositionen, absorberar ljusstrålar, vars längd är cirka 700 nm. Detta pigment spelar en grundläggande roll för att skapa produkter från fotosyntesens ljusstadium.
- Fotokemiskt centrum 2 (gröna ämnen i grupp "B") - kompositionen inkluderar pigment 680, som absorberar ljusstrålar, vars längd är 680 nm. Han har en sekundär roll, som består i funktionen att fylla på elektronerna som förloras av det fotokemiska centret 1. Det uppnås på grund av hydrolysen av vätskan.
För 350–400 pigmentmolekyler som koncentrerar ljusflöden i fotosystem 1 och 2, finns det bara en molekyl av pigment, som är fotokemiskt aktiv - klorofyll av grupp "A".
Vad händer?
1. Ljusenergin som absorberas av växten påverkar pigmentet 700 som finns däri, vilket ändras från norm alt tillstånd till exciterat tillstånd. Pigment tapparelektron, vilket resulterar i bildandet av det så kallade elektronhålet. Vidare kan pigmentmolekylen som har förlorat en elektron fungera som dess acceptor, det vill säga sidan som tar emot elektronen, och återgå till dess form.
2. Processen för vätskesönderdelning i det fotokemiska centrumet av det ljusabsorberande pigmentet 680 i fotosystem 2. Vid sönderdelningen av vatten bildas elektroner, som initi alt accepteras av ett ämne som cytokrom C550 och betecknas med bokstaven Q. Därefter, från cytokrom, kommer elektronerna in i bärarkedjan och transporteras till fotokemiskt centrum 1 för att fylla på elektronhålet, vilket var resultatet av penetrationen av ljuskvanta och reduktionsprocessen av pigment 700.
Det finns fall då en sådan molekyl får tillbaka en elektron som är identisk med den föregående. Detta kommer att resultera i frigöring av ljusenergi i form av värme. Men nästan alltid kombineras en elektron med negativ laddning med speciella järn-svavelproteiner och överförs längs en av kedjorna till pigment 700, eller går in i en annan bärarkedja och återförenas med en permanent acceptor.
I den första varianten finns en cyklisk sluten elektrontransport, i den andra - icke-cyklisk.
Båda processerna katalyseras av samma kedja av elektronbärare i det första steget av fotosyntesen. Men det bör noteras att under fotofosforylering av den cykliska typen är den initiala och samtidigt slutpunkten för transporten klorofyll, medan icke-cyklisk transport innebär övergången av det gröna ämnet i grupp "B" tillklorofyll "A".
Funktioner för cyklisk transport
Cyklisk fosforylering kallas också fotosyntetisk. Som ett resultat av denna process bildas ATP-molekyler. Denna transport är baserad på återföring av elektroner i exciterat tillstånd till pigment 700 genom flera successiva steg, som ett resultat av vilket energi frigörs, som deltar i arbetet med det fosforylerande enzymsystemet i syfte att ytterligare ackumulera i ATP-fosfat obligationer. Det vill säga energi försvinner inte.
Cyklisk fosforylering är den primära reaktionen av fotosyntesen, som är baserad på tekniken för att generera kemisk energi på membranytorna hos kloroplasttylaktoider med hjälp av solljusets energi.
Utan fotosyntetisk fosforylering är assimileringsreaktioner i fotosyntesens mörka fas omöjliga.
Nyanserna av transport av icke-cyklisk typ
Processen består i återställandet av NADP+ och bildandet av NADPH. Mekanismen är baserad på överföringen av en elektron till ferredoxin, dess reduktionsreaktion och den efterföljande övergången till NADP+ med ytterligare reduktion till NADPH.
Som ett resultat fylls elektronerna som förlorade pigment 700 på tack vare vattnets elektroner, som sönderdelas under ljusstrålar i fotosystemet 2.
Den icke-cykliska vägen för elektroner, vars flöde också innebär ljusfotosyntes, utförs genom interaktionen av båda fotosystemen med varandra, länkar deras elektrontransportkedjor. Lysandeenergi styr flödet av elektroner tillbaka. Vid transport från fotokemiskt centrum 1 till centrum 2 förlorar elektroner en del av sin energi på grund av ackumulering som en protonpotential på membranytan av tylaktoider.
I den mörka fasen av fotosyntesen är processen att skapa en proton-typ potential i elektrontransportkedjan och dess exploatering för bildandet av ATP i kloroplaster nästan helt identisk med samma process i mitokondrier. Men funktioner finns fortfarande kvar. Tyaktoider i denna situation är mitokondrier vända ut och in. Detta är huvudorsaken till att elektroner och protoner rör sig över membranet i motsatt riktning i förhållande till transportflödet i mitokondriemembranet. Elektroner transporteras till utsidan, medan protoner ackumuleras i det inre av den tylaktiska matrisen. Den senare accepterar endast en positiv laddning, och tylaktoidens yttre membran är negativ. Det följer att banan för gradienten av protontyp är motsatt dess väg i mitokondrier.
Nästa funktion kan kallas en hög pH-nivå i protonernas potential.
Den tredje egenskapen är närvaron av endast två konjugationsställen i tyaktoidkedjan och som ett resultat är förhållandet mellan ATP-molekylen och protonerna 1:3.
Slutsats
I det första steget är fotosyntes interaktionen mellan ljusenergi (konstgjord och icke-konstgjord) med en växt. Gröna ämnen reagerar på strålarna - klorofyller, varav de flesta finns i bladen
Bildandet av ATP och NADPH är resultatet av en sådan reaktion. Dessa produkter är nödvändiga för att mörka reaktioner ska uppstå. Därför är ljusstadiet en obligatorisk process, utan vilken det andra steget - mörkerstadiet - inte kommer att äga rum.
Dark scen: essens och funktioner
Mörk fotosyntes och dess reaktioner är proceduren för koldioxid till ämnen av organiskt ursprung med produktion av kolhydrater. Implementeringen av sådana reaktioner sker i kloroplastens stroma och produkterna från det första steget av fotosyntesen - ljus tar en aktiv del i dem.
Mekanismen för det mörka stadiet av fotosyntes är baserad på processen för koldioxidassimilering (även kallad fotokemisk karboxylering, Calvin-cykeln), som kännetecknas av cyklicitet. Består av tre faser:
- Karboxylering - tillägg av CO2.
- Återhämtningsfas.
- Regenereringsfas för ribulosdifosfat.
Ribulofosfat, ett socker med fem kolatomer, fosforyleras av ATP, vilket resulterar i ribulosdifosfat, som karboxyleras ytterligare genom att kombinera med CO2 produkt med sex kol, som omedelbart sönderdelas när de interagerar med en vattenmolekyl, vilket skapar två molekylära partiklar av fosfoglycerinsyra. Sedan genomgår denna syra en kurs av fullständig reduktion i genomförandet av en enzymatisk reaktion, för vilken närvaron av ATP och NADP krävs för att bilda ett socker med tre kol - ett trekolssocker, trios eller aldehydfosfoglycerol. När två sådana trioser kondenserar erhålls en hexosmolekyl, som kan bli en integrerad del av stärkelsemolekylen och felsökas i reserv.
Denna fas slutar med absorption av en CO-molekyl under fotosyntesprocessen2 och användning av tre ATP-molekyler och fyra H-atomer. Hexosfosfat lämpar sig för reaktionerna av pentosfosfatcykeln regenereras resulterande ribulosfosfat, som kan rekombineras med en annan kolsyramolekyl.
Reaktioner av karboxylering, restaurering, regenerering kan inte enbart kallas specifika för den cell där fotosyntesen äger rum. Du kan inte heller säga vad en "homogen" processförlopp är, eftersom skillnaden fortfarande existerar - under återställningsprocessen används NADPH och inte OVERH.
Tillsättningen av CO2 av ribulosdifosfat katalyseras av ribulosdifosfatkarboxylas. Reaktionsprodukten är 3-fosfoglycerat, som reduceras av NADPH2 och ATP till glyceraldehyd-3-fosfat. Reduktionsprocessen katalyseras av glyceraldehyd-3-fosfatdehydrogenas. Den senare omvandlas lätt till dihydroxiacetonfosfat. fruktosbisfosfat bildas. Några av dess molekyler deltar i regenereringsprocessen av ribulosdifosfat, vilket stänger kretsloppet, och den andra delen används för att skapa kolhydratreserver i fotosyntesceller, det vill säga kolhydratfotosyntes äger rum.
Ljusenergi är nödvändig för fosforylering och syntes av organiska ämnenursprung, och energin för oxidation av organiska ämnen är nödvändig för oxidativ fosforylering. Det är därför växtlighet ger liv åt djur och andra organismer som är heterotrofa.
Fotosyntes i en växtcell sker på detta sätt. Dess produkt är kolhydrater, nödvändiga för att skapa kolskelett av många ämnen från representanter för floran, som är av organiskt ursprung.
Ämnen av kväveorganisk typ assimileras i fotosyntetiska organismer på grund av reduktionen av oorganiska nitrater, och svavel - på grund av reduktionen av sulfater till sulfhydrylgrupper i aminosyror. Ger bildandet av proteiner, nukleinsyror, lipider, kolhydrater, kofaktorer, nämligen fotosyntes. Vad som är ett "sortiment" av ämnen som är avgörande för växter har redan betonats, men inte ett ord har sagts om produkterna från sekundär syntes, som är värdefulla läkemedelsämnen (flavonoider, alkaloider, terpener, polyfenoler, steroider, organiska syror och andra). Därför kan vi utan att överdriva säga att fotosyntes är nyckeln till livet för växter, djur och människor.
