Fotosintezė yra žalių augalų lapuose esančių organinių junginių sintezė iš vandens ir atmosferos anglies dioksido, naudojant saulės (šviesos) energiją, kurią chloroplastuose adsorbuoja chlorofilas.
Fotosintezės dėka pagaunama matomos šviesos energija ir paverčiama chemine energija, kuri kaupiama (saugoma) fotosintezės metu susidarančiose organinėse medžiagose.
Fotosintezės proceso atradimo data galima laikyti 1771 m. Anglų mokslininkas J. Priestley atkreipė dėmesį į oro sudėties pokyčius dėl gyvybinės gyvūnų veiklos. Esant žaliems augalams, oras vėl tapo tinkamas ir kvėpuoti, ir degti. Vėliau daugelio mokslininkų darbai (Y. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J. B. Boussingault) nustatė, kad žalieji augalai sugeria CO 2 iš oro, iš kurio, dalyvaujant vandeniui šviesoje, susidaro organinės medžiagos. . Būtent šį procesą 1877 metais vokiečių mokslininkas W. Pfefferis pavadino fotosinteze. Didelę reikšmę fotosintezės esmei atskleisti turėjo R. Mayerio suformuluotas energijos tvermės dėsnis. 1845 metais R. Mayeris pasiūlė, kad augalų naudojama energija yra Saulės energija, kurią augalai fotosintezės proceso metu paverčia chemine energija. Šią poziciją sukūrė ir eksperimentiškai patvirtino žymus rusų mokslininkas K.A. Timirjazevas.
Pagrindinis fotosintetinių organizmų vaidmuo:
1) saulės šviesos energijos pavertimas organinių junginių cheminių ryšių energija;
2) atmosferos prisotinimas deguonimi;
Dėl fotosintezės Žemėje susidaro 150 milijardų tonų organinių medžiagų ir per metus išsiskiria apie 200 milijardų tonų laisvo deguonies. Jis apsaugo nuo CO2 koncentracijos padidėjimo atmosferoje, užkertant kelią Žemės perkaitimui (šiltnamio efektui).
Fotosintezės metu sukurta atmosfera apsaugo gyvus daiktus nuo žalingos trumpųjų bangų UV spinduliuotės (atmosferos deguonies-ozono skydo).
Tik 1-2% saulės energijos patenka į žemės ūkio augalų derlių, nuostoliai atsiranda dėl nepilno šviesos sugerties. Todėl yra didžiulė perspektyva padidinti produktyvumą, parenkant aukšto fotosintezės efektyvumo veisles ir sukuriant šviesai sugerti palankią pasėlių struktūrą. Šiuo atžvilgiu ypač aktualus tampa teorinių fotosintezės valdymo pagrindų kūrimas.
Fotosintezės svarba yra didžiulė. Pažymėkime tik tai, kad jis tiekia kurą (energiją) ir atmosferos deguonį, reikalingą visų gyvų būtybių egzistavimui. Todėl fotosintezės vaidmuo yra planetinis.
Fotosintezės planetiškumą lemia ir tai, kad deguonies ir anglies ciklo dėka (daugiausia) išlaikoma esama atmosferos sudėtis, o tai savo ruožtu lemia tolesnį gyvybės palaikymą Žemėje. Taip pat galime pasakyti, kad energija, kuri yra saugoma fotosintezės produktuose, iš esmės yra pagrindinis energijos šaltinis, kurį dabar turi žmonija.
Bendra fotosintezės reakcija
CO 2 +H 2 O = (CH 2 O) + O 2 .
Fotosintezės chemija apibūdinama tokiomis lygtimis:
Fotosintezė – 2 reakcijų grupės:
šviesos scena (priklauso nuo apšvietimas)
tamsi stadija (priklauso nuo temperatūros).
Abi reakcijų grupės vyksta vienu metu
Fotosintezė vyksta žalių augalų chloroplastuose.
Fotosintezė prasideda nuo šviesos gaudymo ir sugerties pigmento chlorofilo, esančio žaliųjų augalų ląstelių chloroplastuose.
Pasirodo, to pakanka molekulės absorbcijos spektrui pakeisti. 
Chlorofilo molekulė sugeria fotonus violetinėje ir mėlynoje, o paskui raudonojoje spektro dalyje ir nesąveikauja su fotonais žaliojoje ir geltonojoje spektro dalyje.
Štai kodėl chlorofilas ir augalai atrodo žaliai – jie tiesiog negali pasinaudoti žaliaisiais spinduliais ir palikti juos klajoti po pasaulį (taip daro jį žalesnį).
Fotosintetiniai pigmentai yra vidinėje tilakoidinės membranos pusėje.
Pigmentai yra suskirstyti į fotosistemos(antenos laukai šviesai fiksuoti) - turi 250–400 skirtingų pigmentų molekulių.
Fotosistemą sudaro:
reakcijos centras fotosistemos (chlorofilo molekulė A),
antenos molekulės
Visi fotosistemos pigmentai gali perduoti sužadintos būsenos energiją vienas kitam. Vienos ar kitos pigmento molekulės sugerta fotono energija perduodama kaimyninei molekulei, kol pasiekia reakcijos centrą. Kai reakcijos centro rezonansinė sistema pereina į sužadinimo būseną, ji perduoda du sužadintus elektronus į akceptoriaus molekulę ir taip oksiduojasi bei įgauna teigiamą krūvį.
Augaluose:
fotosistema 1(didžiausia šviesos sugertis, kai bangos ilgis 700 nm – P700)
fotosistema 2(didžiausia šviesos sugertis, kai bangos ilgis 680 nm – P680
Sugerties optimalumo skirtumai atsiranda dėl nedidelių pigmento struktūros skirtumų.
Abi sistemos veikia kartu, kaip dviejų dalių konvejeris, vadinamas neciklinis fotofosforilinimas .
Suvestinė lygtis neciklinis fotofosforilinimas:
Ф - fosforo rūgšties likučio simbolis
Ciklas prasideda fotosistema 2.
1) antenos molekulės fiksuoja fotoną ir perduoda sužadinimą aktyvaus centro molekulei P680;
2) sužadinta molekulė P680 atiduoda du elektronus kofaktoriui Q, kol oksiduojasi ir įgauna teigiamą krūvį;
Kofaktorius(kofaktorius). Kofermentas arba bet kuri kita medžiaga, reikalinga fermentui atlikti savo funkciją
Kofermentai (kofermentai)[iš lat. co (cum) – kartu ir fermentai], nebaltyminės prigimties organiniai junginiai, dalyvaujantys fermentinėje reakcijoje kaip atskirų atomų ar atominių grupių, kurias fermentas atskiria nuo substrato molekulės, akceptoriai, t.y. atlikti katalizinį fermentų veikimą. Šios medžiagos, priešingai nei baltyminis fermento komponentas (apofermentas), turi santykinai mažą molekulinę masę ir, kaip taisyklė, yra termostabilios. Kartais kofermentai reiškia bet kokias mažos molekulinės masės medžiagas, kurių dalyvavimas būtinas, kad vyktų katalizinis fermento veikimas, įskaitant, pavyzdžiui, jonus. K+, Mg2+ ir Mn2+. Fermentai yra. aktyviajame fermento centre ir kartu su substratu bei aktyvaus centro funkcinėmis grupėmis sudaro aktyvuotą kompleksą.
Daugumai fermentų reikalingas kofermentas, kad būtų rodomas katalizinis aktyvumas. Išimtis yra hidroliziniai fermentai (pavyzdžiui, proteazės, lipazės, ribonukleazė), kurie savo funkciją atlieka nesant kofermento.
Molekulė redukuojama P680 (veikiant fermentams). Tokiu atveju vanduo disocijuoja į protonus ir molekulinis deguonis, tie. vanduo yra elektronų donoras, kuris užtikrina elektronų papildymą P 680.
FOTOLIZE VANDUO- vandens molekulės skilimas, ypač fotosintezės metu. Dėl vandens fotolizės susidaro deguonis, kurį šviesoje išskiria žali augalai.
Nechlorofilo fotosintezė
Erdvinė lokalizacija
Augalų fotosintezė vyksta chloroplastuose: izoliuotose dvimembranėse ląstelės organelėse. Chloroplastų galima rasti vaisių ir stiebų ląstelėse, tačiau pagrindinis fotosintezės organas, anatomiškai pritaikytas jo veikimui, yra lapas. Lape palisadinis parenchimos audinys yra turtingiausias chloroplastų. Kai kuriuose sukulentuose su išsigimusiais lapais (pavyzdžiui, kaktusų) pagrindinė fotosintezės veikla yra susijusi su stiebu.
Dėl plokščios lapo formos, kuri užtikrina aukštą paviršiaus ir tūrio santykį, fotosintezei reikalinga šviesa yra labiau užfiksuota. Vanduo tiekiamas iš šaknų per išvystytą kraujagyslių tinklą (lapų gyslas). Anglies dioksidas iš dalies patenka difuzijos būdu per odelę ir epidermį, tačiau didžioji jo dalis pasklinda į lapą per stomatą ir per lapą per tarpląstelinę erdvę. Augalai, vykdantys CAM fotosintezę, sukūrė specialius aktyvaus anglies dioksido asimiliacijos mechanizmus.
Vidinė chloroplasto erdvė užpildyta bespalviu turiniu (stroma) ir prasiskverbia membranomis (lamelėmis), kurios, susijungusios viena su kita, sudaro tilakoidus, kurie savo ruožtu sugrupuojami į krūvas, vadinamas grana. Intratilakoidinė erdvė yra atskirta ir nesusisiekia su likusia stromos dalimi, taip pat daroma prielaida, kad visų tilakoidų vidinė erdvė bendrauja tarpusavyje. Šviesios fotosintezės stadijos apsiriboja membranomis, autotrofiškai fiksuojamas CO 2 stromoje.
Chloroplastai turi savo DNR, RNR, ribosomas (70s tipo), vyksta baltymų sintezė (nors šis procesas valdomas iš branduolio). Jie nesintetinami iš naujo, o susidaro dalijant ankstesnius. Visa tai leido juos laikyti laisvųjų cianobakterijų palikuonimis, kurios simbiogenezės metu tapo eukariotinės ląstelės dalimi.
Fotosistema I
Šviesos surinkimo komplekse I yra apie 200 chlorofilo molekulių.
Pirmosios fotosistemos reakcijos centre yra chlorofilo a dimeras, kurio sugerties maksimumas ties 700 nm (P700). Po sužadinimo šviesos kvantu jis atkuria pirminį akceptorių – chlorofilą a, kuris atkuria antrinį akceptorių (vitaminą K 1 arba filochinoną), po to elektronas perkeliamas į ferredoksiną, kuris redukuoja NADP naudojant fermentą ferredoksino-NADP reduktazę.
Plastocianino baltymas, redukuotas b 6 f komplekse, yra pernešamas į pirmosios fotosistemos reakcijos centrą iš intratilakoidinės erdvės pusės ir perkelia elektroną į oksiduotą P700.
Ciklinis ir pseudociklinis elektronų pernešimas
Be viso neciklinio elektronų kelio, aprašyto aukščiau, buvo atrastas ciklinis ir pseudociklinis kelias.
Ciklinio kelio esmė yra ta, kad ferredoksinas, o ne NADP, sumažina plastochinoną, kuris perkelia jį atgal į b 6 f kompleksą. Dėl to gaunamas didesnis protonų gradientas ir daugiau ATP, bet nėra NADPH.
Pseudocikliniame kelyje ferredoksinas sumažina deguonies kiekį, kuris toliau virsta vandeniu ir gali būti naudojamas II fotosistemoje. Šiuo atveju NADPH taip pat nesusidaro.
Tamsi stadija
Tamsioje stadijoje, dalyvaujant ATP ir NADPH, CO 2 redukuojamas iki gliukozės (C 6 H 12 O 6). Nors šviesa šiam procesui nereikalinga, ji dalyvauja jo reguliavime.
C 3 fotosintezė, Kalvino ciklas
Trečiasis etapas apima 5 PHA molekules, kurios, susidarant 4-, 5-, 6- ir 7-anglies junginiams, sujungiamos į 3 5-anglies ribulozės-1,5-bifosfatą, kuriam reikia 3ATP.
Galiausiai, gliukozės sintezei reikia dviejų PHA. Norint suformuoti vieną iš jo molekulių, reikia 6 ciklo apsisukimų, 6 CO 2, 12 NADPH ir 18 ATP.
C 4 fotosintezė
Pagrindiniai straipsniai: Ciklas Hatch-Slack-Karpilov, C4 fotosintezė
Esant mažai stromoje ištirpusio CO 2 koncentracijai, ribulozės bifosfato karboksilazė katalizuoja ribulozės-1,5-bifosfato oksidacijos reakciją ir jo suskaidymą į 3-fosfoglicerino rūgštį ir fosfoglikolio rūgštį, kuri yra priversta naudoti fotokvėpavimo procese. .
Norėdami padidinti CO2 koncentraciją, 4 C tipo augalai pakeitė savo lapų anatomiją. Kalvino ciklas lokalizuojasi kraujagyslinio pluošto apvalkalo ląstelėse, veikiant PEP karboksilazei, fosfoenolpiruvatas karboksilinamas ir susidaro oksaloacto rūgštis, kuri paverčiama malatu arba aspartatu ir pernešama į apvalkalo ląsteles; dekarboksilinamas, kad susidarytų piruvatas, kuris grąžinamas į mezofilo ląsteles.
Naudojant 4, fotosintezė praktiškai nėra lydima ribulozės-1,5-bifosfato nuostolių iš Kalvino ciklo, todėl ji yra efektyvesnė. Tačiau 1 gliukozės molekulės sintezei reikia ne 18, o 30 ATP. Tai pateisinama tropikuose, kur karštas klimatas reikalauja, kad stomatos būtų uždarytos, o tai neleidžia CO 2 patekti į lapą, taip pat taikant ruderalinio gyvenimo strategiją.
pati fotosintezė
Vėliau buvo nustatyta, kad be deguonies išskyrimo augalai sugeria anglies dioksidą ir, dalyvaujant vandeniui, šviesoje sintetina organines medžiagas. Remdamasis energijos tvermės dėsniu, Robertas Mayeris teigė, kad augalai saulės šviesos energiją paverčia cheminių ryšių energija. W. Pfefferis šį procesą pavadino fotosinteze.
Pirmieji chlorofilus išskyrė P. J. Peltier ir J. Caventou. M. S. Tsvet savo sukurtu chromatografijos metodu sugebėjo atskirti pigmentus ir ištirti juos atskirai. Chlorofilo sugerties spektrus tyrė K. A. Timiriazevas, kuris, plėtodamas Mayerio principus, parodė, kad būtent sugerti spinduliai leidžia padidinti sistemos energiją, sukuriant didelės energijos C-C ryšius, o ne silpnus C-O ir O-H ryšius ( Prieš tai buvo manoma, kad fotosintezėje naudojami geltoni spinduliai, kurių nesugeria lapų pigmentai). Tai buvo padaryta dėl jo sukurto fotosintezės, pagrįstos sugertu CO 2, apskaitos metodo: eksperimentuojant augalą apšviečiant skirtingo bangos ilgio (skirtingų spalvų) šviesa, paaiškėjo, kad fotosintezės intensyvumas sutampa su chlorofilo sugerties spektru. .
Fotosintezės redoksinį pobūdį (tiek deguonies, tiek anoksigeninę) postulavo Cornelis van Niel. Tai reiškė, kad deguonis fotosintezėje susidaro tik iš vandens, ką eksperimentiškai patvirtino A. P. Vinogradovas, atlikdamas eksperimentus su izotopų etikete. Robertas Hillas nustatė, kad vandens oksidacijos (ir deguonies išsiskyrimo) ir CO 2 asimiliacijos procesas gali būti atskirtas. W. D. Arnonas nustatė fotosintezės šviesos stadijų mechanizmą, o CO 2 asimiliacijos proceso esmę 1940-ųjų pabaigoje atskleidė Melvinas Calvinas, naudodamas anglies izotopus, už tai jam buvo skirta Nobelio premija.
Kiti faktai
taip pat žr
Literatūra
- D salė, Rao K. Fotosintezė: vert. iš anglų kalbos - M.: Mir, 1983 m.
- Augalų fiziologija / red. prof. Ermakova I. P. - M.: Akademija, 2007 m
- Ląstelių molekulinė biologija / Albertis B., Bray D. ir kt., 3 t. - M.: Mir, 1994 m
- Rubinas A. B. Biofizika. 2 t. - M.: Leidykla. Maskvos universitetas ir mokslas, 2004 m.
- Černavskaja N. M.,
Nechlorofilo fotosintezė
Erdvinė lokalizacija
Augalų fotosintezė vyksta chloroplastuose: izoliuotose dvimembranėse ląstelės organelėse. Chloroplastų galima rasti vaisių ir stiebų ląstelėse, tačiau pagrindinis fotosintezės organas, anatomiškai pritaikytas jo veikimui, yra lapas. Lape palisadinis parenchimos audinys yra turtingiausias chloroplastų. Kai kuriuose sukulentuose su išsigimusiais lapais (pavyzdžiui, kaktusų) pagrindinė fotosintezės veikla yra susijusi su stiebu.
Dėl plokščios lapo formos, kuri užtikrina aukštą paviršiaus ir tūrio santykį, fotosintezei reikalinga šviesa yra labiau užfiksuota. Vanduo tiekiamas iš šaknų per išvystytą kraujagyslių tinklą (lapų gyslas). Anglies dioksidas iš dalies patenka difuzijos būdu per odelę ir epidermį, tačiau didžioji jo dalis pasklinda į lapą per stomatą ir per lapą per tarpląstelinę erdvę. Augalai, vykdantys CAM fotosintezę, sukūrė specialius aktyvaus anglies dioksido asimiliacijos mechanizmus.
Vidinė chloroplasto erdvė užpildyta bespalviu turiniu (stroma) ir prasiskverbia membranomis (lamelėmis), kurios, susijungusios viena su kita, sudaro tilakoidus, kurie savo ruožtu sugrupuojami į krūvas, vadinamas grana. Intratilakoidinė erdvė yra atskirta ir nesusisiekia su likusia stromos dalimi, taip pat daroma prielaida, kad visų tilakoidų vidinė erdvė bendrauja tarpusavyje. Šviesios fotosintezės stadijos apsiriboja membranomis, autotrofiškai fiksuojamas CO 2 stromoje.
Chloroplastai turi savo DNR, RNR, ribosomas (70s tipo), vyksta baltymų sintezė (nors šis procesas valdomas iš branduolio). Jie nesintetinami iš naujo, o susidaro dalijant ankstesnius. Visa tai leido juos laikyti laisvųjų cianobakterijų palikuonimis, kurios simbiogenezės metu tapo eukariotinės ląstelės dalimi.
Fotosistema I
Šviesos surinkimo komplekse I yra apie 200 chlorofilo molekulių.
Pirmosios fotosistemos reakcijos centre yra chlorofilo a dimeras, kurio sugerties maksimumas ties 700 nm (P700). Po sužadinimo šviesos kvantu jis atkuria pirminį akceptorių – chlorofilą a, kuris atkuria antrinį akceptorių (vitaminą K 1 arba filochinoną), po to elektronas perkeliamas į ferredoksiną, kuris redukuoja NADP naudojant fermentą ferredoksino-NADP reduktazę.
Plastocianino baltymas, redukuotas b 6 f komplekse, yra pernešamas į pirmosios fotosistemos reakcijos centrą iš intratilakoidinės erdvės pusės ir perkelia elektroną į oksiduotą P700.
Ciklinis ir pseudociklinis elektronų pernešimas
Be viso neciklinio elektronų kelio, aprašyto aukščiau, buvo atrastas ciklinis ir pseudociklinis kelias.
Ciklinio kelio esmė yra ta, kad ferredoksinas, o ne NADP, sumažina plastochinoną, kuris perkelia jį atgal į b 6 f kompleksą. Dėl to gaunamas didesnis protonų gradientas ir daugiau ATP, bet nėra NADPH.
Pseudocikliniame kelyje ferredoksinas sumažina deguonies kiekį, kuris toliau virsta vandeniu ir gali būti naudojamas II fotosistemoje. Šiuo atveju NADPH taip pat nesusidaro.
Tamsi stadija
Tamsioje stadijoje, dalyvaujant ATP ir NADPH, CO 2 redukuojamas iki gliukozės (C 6 H 12 O 6). Nors šviesa šiam procesui nereikalinga, ji dalyvauja jo reguliavime.
C 3 fotosintezė, Kalvino ciklas
Trečiasis etapas apima 5 PHA molekules, kurios, susidarant 4-, 5-, 6- ir 7-anglies junginiams, sujungiamos į 3 5-anglies ribulozės-1,5-bifosfatą, kuriam reikia 3ATP.
Galiausiai, gliukozės sintezei reikia dviejų PHA. Norint suformuoti vieną iš jo molekulių, reikia 6 ciklo apsisukimų, 6 CO 2, 12 NADPH ir 18 ATP.
C 4 fotosintezė
Pagrindiniai straipsniai: Ciklas Hatch-Slack-Karpilov, C4 fotosintezė
Esant mažai stromoje ištirpusio CO 2 koncentracijai, ribulozės bifosfato karboksilazė katalizuoja ribulozės-1,5-bifosfato oksidacijos reakciją ir jo suskaidymą į 3-fosfoglicerino rūgštį ir fosfoglikolio rūgštį, kuri yra priversta naudoti fotokvėpavimo procese. .
Norėdami padidinti CO2 koncentraciją, 4 C tipo augalai pakeitė savo lapų anatomiją. Kalvino ciklas lokalizuojasi kraujagyslinio pluošto apvalkalo ląstelėse, veikiant PEP karboksilazei, fosfoenolpiruvatas karboksilinamas ir susidaro oksaloacto rūgštis, kuri paverčiama malatu arba aspartatu ir pernešama į apvalkalo ląsteles; dekarboksilinamas, kad susidarytų piruvatas, kuris grąžinamas į mezofilo ląsteles.
Naudojant 4, fotosintezė praktiškai nėra lydima ribulozės-1,5-bifosfato nuostolių iš Kalvino ciklo, todėl ji yra efektyvesnė. Tačiau 1 gliukozės molekulės sintezei reikia ne 18, o 30 ATP. Tai pateisinama tropikuose, kur karštas klimatas reikalauja, kad stomatos būtų uždarytos, o tai neleidžia CO 2 patekti į lapą, taip pat taikant ruderalinio gyvenimo strategiją.
pati fotosintezė
Vėliau buvo nustatyta, kad be deguonies išskyrimo augalai sugeria anglies dioksidą ir, dalyvaujant vandeniui, šviesoje sintetina organines medžiagas. Remdamasis energijos tvermės dėsniu, Robertas Mayeris teigė, kad augalai saulės šviesos energiją paverčia cheminių ryšių energija. W. Pfefferis šį procesą pavadino fotosinteze.
Pirmieji chlorofilus išskyrė P. J. Peltier ir J. Caventou. M. S. Tsvet savo sukurtu chromatografijos metodu sugebėjo atskirti pigmentus ir ištirti juos atskirai. Chlorofilo sugerties spektrus tyrė K. A. Timiriazevas, kuris, plėtodamas Mayerio principus, parodė, kad būtent sugerti spinduliai leidžia padidinti sistemos energiją, sukuriant didelės energijos C-C ryšius, o ne silpnus C-O ir O-H ryšius ( Prieš tai buvo manoma, kad fotosintezėje naudojami geltoni spinduliai, kurių nesugeria lapų pigmentai). Tai buvo padaryta dėl jo sukurto fotosintezės, pagrįstos sugertu CO 2, apskaitos metodo: eksperimentuojant augalą apšviečiant skirtingo bangos ilgio (skirtingų spalvų) šviesa, paaiškėjo, kad fotosintezės intensyvumas sutampa su chlorofilo sugerties spektru. .
Fotosintezės redoksinį pobūdį (tiek deguonies, tiek anoksigeninę) postulavo Cornelis van Niel. Tai reiškė, kad deguonis fotosintezėje susidaro tik iš vandens, ką eksperimentiškai patvirtino A. P. Vinogradovas, atlikdamas eksperimentus su izotopų etikete. Robertas Hillas nustatė, kad vandens oksidacijos (ir deguonies išsiskyrimo) ir CO 2 asimiliacijos procesas gali būti atskirtas. W. D. Arnonas nustatė fotosintezės šviesos stadijų mechanizmą, o CO 2 asimiliacijos proceso esmę 1940-ųjų pabaigoje atskleidė Melvinas Calvinas, naudodamas anglies izotopus, už tai jam buvo skirta Nobelio premija.
Kiti faktai
taip pat žr
Literatūra
- D salė, Rao K. Fotosintezė: vert. iš anglų kalbos - M.: Mir, 1983 m.
- Augalų fiziologija / red. prof. Ermakova I. P. - M.: Akademija, 2007 m
- Ląstelių molekulinė biologija / Albertis B., Bray D. ir kt., 3 t. - M.: Mir, 1994 m
- Rubinas A. B. Biofizika. 2 t. - M.: Leidykla. Maskvos universitetas ir mokslas, 2004 m.
- Černavskaja N. M.,
2014 m. vasario 27 d. | Vienas komentaras | Lolita Okolnova
Fotosintezė- organinių medžiagų susidarymo iš anglies dioksido ir vandens procesas šviesoje, dalyvaujant fotosintezės pigmentams.
Chemosintezė- autotrofinės mitybos metodas, kai energijos šaltinis organinių medžiagų sintezei iš CO 2 yra neorganinių junginių oksidacijos reakcijos
Paprastai visi organizmai, galintys sintetinti organines medžiagas iš neorganinių medžiagų, t.y. organizmai, galintys fotosintezė ir chemosintezė, atsižvelgti į .
Kai kurie tradiciškai klasifikuojami kaip autotrofai.
Trumpai kalbėjome apie augalo ląstelės sandarą, pažvelkime į visą procesą plačiau...
Fotosintezės esmė
(suvestinė lygtis)
Pagrindinė medžiaga, dalyvaujanti daugiapakopiame fotosintezės procese, yra chlorofilas. Būtent tai saulės energiją paverčia chemine energija.
Paveiksle pavaizduota schematiškai pavaizduota chlorofilo molekulė, beje, molekulė labai panaši į hemoglobino molekulę...
Chlorofilas yra įmontuotas chloroplasto grana:
Šviesioji fotosintezės fazė:
(atliekama ant tilakoidinių membranų)
- Šviesa, pataikyta į chlorofilo molekulę, yra absorbuojama ir perkeliama į sužadinimo būseną – molekulės dalis esantis elektronas, sugėręs šviesos energiją, pereina į aukštesnį energijos lygį ir dalyvauja sintezės procesuose;
- Šviesos įtakoje taip pat vyksta vandens skilimas (fotolizė):
Tokiu atveju deguonis pašalinamas į išorinę aplinką, o protonai kaupiasi tilakoido viduje „protonų rezervuare“.
2Н + + 2е - + NADP → NADPH 2
NADP yra specifinė medžiaga, kofermentas, t.y. katalizatorius, šiuo atveju vandenilio nešiklis.
- sintezuota (energija)
Tamsioji fotosintezės fazė
(atsiranda chloroplastų stromoje)
tikroji gliukozės sintezė
vyksta reakcijų ciklas, kurio metu susidaro C 6 H 12 O 6. Šiose reakcijose naudojama šviesos fazėje susidariusių ATP ir NADPH 2 energija; Be gliukozės, fotosintezės metu susidaro ir kiti kompleksinių organinių junginių monomerai – aminorūgštys, glicerolis ir riebalų rūgštys, nukleotidai.
Atkreipkite dėmesį: ši fazė yra tamsi jis vadinamas ne todėl, kad tai vyksta naktį - gliukozės sintezė paprastai vyksta visą parą, bet tamsiajai fazei šviesios energijos nebereikia.
„Fotosintezė yra procesas, nuo kurio galiausiai priklauso visos mūsų planetos gyvybės apraiškos.
K.A. Timiriazevas.
Dėl fotosintezės Žemėje susidaro apie 150 milijardų tonų organinių medžiagų ir per metus išsiskiria apie 200 milijardų tonų laisvo deguonies. Be to, augalai į ciklą įtraukia milijardus tonų azoto, fosforo, sieros, kalcio, magnio, kalio ir kitų elementų. Nors žalias lapas sunaudoja tik 1-2% ant jo krentančios šviesos, augalo sukurtos organinės medžiagos ir apskritai deguonies.
Chemosintezė
Chemosintezė vyksta dėl įvairių neorganinių junginių cheminių oksidacijos reakcijų metu išsiskiriančios energijos: vandenilio, sieros vandenilio, amoniako, geležies (II) oksido ir kt.
Pagal medžiagas, įtrauktas į bakterijų metabolizmą, yra:
- sieros bakterijos - vandens telkinių mikroorganizmai, kuriuose yra H 2 S - šaltiniai, turintys labai būdingą kvapą,
- geležies bakterijos,
- nitrifikuojančios bakterijos - oksiduoja amoniaką ir azoto rūgštį,
- azotą fiksuojančios bakterijos - praturtina dirvą, labai padidina produktyvumą,
- vandenilį oksiduojančios bakterijos
Tačiau esmė išlieka ta pati – tai taip pat
Fotosintezės procesas yra vienas iš svarbiausių gamtoje vykstančių biologinių procesų, nes būtent jo dėka iš anglies dvideginio ir vandens, veikiant šviesai, susidaro organinės medžiagos ir šis reiškinys vadinamas fotosinteze. Ir, svarbiausia, fotosintezės proceso metu įvyksta išsiskyrimas, kuris yra gyvybiškai svarbus gyvybės egzistavimui mūsų nuostabioje planetoje.
Fotosintezės atradimo istorija
Fotosintezės reiškinio atradimo istorija siekia keturis šimtmečius, kai 1600 m. tam tikras belgų mokslininkas Janas Van Helmontas atliko paprastą eksperimentą. Jis įdėjo gluosnio šakelę (užfiksavęs pradinį jos svorį) į maišą, kuriame taip pat buvo 80 kg žemės. Ir tada penkerius metus augalas buvo laistomas tik vandeniu. Kuo nustebino mokslininkas, kai po penkerių metų augalo svoris padidėjo 60 kg, nepaisant to, kad žemės masė sumažėjo tik 50 gramų, iš kur toks įspūdingas svorio padidėjimas liko paslaptis. mokslininkas.
Kitą svarbų ir įdomų eksperimentą, tapusį fotosintezės atradimo įžanga, 1771 m. atliko anglų mokslininkas Josephas Priestley (įdomu, kad pagal savo profesijos prigimtį P. Priestley buvo Anglikonų bažnyčios kunigas). , bet jis įėjo į istoriją kaip puikus mokslininkas). Ką padarė ponas Priestley? Jis padėjo pelę po gaubtu ir po penkių dienų ji mirė. Tada jis vėl padėjo kitą pelę po gaubtu, tačiau šį kartą po gaubtu kartu su pele buvo mėtų šakelė ir dėl to pelė liko gyva. Gautas rezultatas paskatino mokslininką suprasti, kad yra tam tikras procesas, priešingas kvėpavimui. Dar viena svarbi šio eksperimento išvada – deguonies, gyvybiškai svarbaus visoms gyvoms būtybėms, atradimas (pirmoji pelė mirė nuo jo nebuvimo, antroji išgyveno dėka mėtų šakelės, kuri fotosintezės proceso metu sukūrė deguonį).
Taip buvo nustatyta, kad žaliosios augalų dalys gali išskirti deguonį. Tada, 1782 m., Šveicarijos mokslininkas Jeanas Senebier įrodė, kad anglies dioksidas, veikiamas šviesos, suyra į žalius augalus – iš tikrųjų buvo atrasta kita fotosintezės pusė. Tada, dar po 5 metų, prancūzų mokslininkas Jacques'as Boussengo atrado, kad augalai sugeria vandenį organinių medžiagų sintezės metu.
O paskutinis eilės mokslinių atradimų, susijusių su fotosintezės fenomenu, akordas buvo vokiečių botaniko Juliaus Sachso atradimas, kuriam 1864 metais pavyko įrodyti, kad sunaudojamo anglies dvideginio tūris ir išskiriamo deguonies kiekis yra 1:1.
Fotosintezės svarba žmogaus gyvenime
Jei vaizdžiai įsivaizduojate, bet kurio augalo lapą galima palyginti su nedidele laboratorija, kurios langai atsukti į saulėtą pusę. Šioje laboratorijoje susidaro organinės medžiagos ir deguonis, o tai yra organinės gyvybės Žemėje pagrindas. Juk be deguonies ir fotosintezės gyvybės Žemėje tiesiog nebūtų.
Bet jei fotosintezė yra tokia svarbi gyvybei ir deguonies išsiskyrimui, tai kaip žmonės (ir ne tik žmonės) gyvena, pavyzdžiui, dykumoje, kur yra mažiausiai žalių augalų, ar, pavyzdžiui, pramoniniame mieste kur medžiai reti. Faktas yra tas, kad sausumos augalai sudaro tik 20% į atmosferą išleidžiamo deguonies, o likusius 80% išskiria jūros ir vandenynų dumbliai, ne veltui pasaulio vandenynai kartais vadinami „mūsų planetos plaučiais. “
Fotosintezės formulė
Bendrą fotosintezės formulę galima parašyti taip:
Vanduo + anglies dioksidas + šviesa > angliavandeniai + deguonis
Štai kaip atrodo fotosintezės cheminės reakcijos formulė:
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2
Fotosintezės svarba augalams
Dabar pabandykime atsakyti į klausimą, kodėl augalams reikalinga fotosintezė. Tiesą sakant, deguonies tiekimas mūsų planetos atmosferai yra toli gražu ne vienintelė priežastis, dėl kurios vyksta fotosintezė, šis biologinis procesas yra gyvybiškai svarbus ne tik žmonėms ir gyvūnams, bet ir patiems augalams, nes fotosintezės metu susidaro organinės medžiagos; yra augalų gyvenimo pagrindas.
Kaip vyksta fotosintezė?
Pagrindinis fotosintezės variklis yra chlorofilas – specialus pigmentas, esantis augalų ląstelėse, kuris, be kita ko, yra atsakingas už žalią medžių ir kitų augalų lapų spalvą. Chlorofilas yra sudėtingas organinis junginys, turintis ir svarbią savybę – gebėjimą sugerti saulės šviesą. Sugerdamas jį, būtent chlorofilas aktyvuoja tą nedidelę biocheminę laboratoriją, esančią kiekviename mažame lapelyje, kiekviename žolės ašmenyje ir kiekviename dumblyje. Toliau vyksta fotosintezė (žr. aukščiau pateiktą formulę), kurios metu vanduo ir anglies dioksidas virsta angliavandeniais, reikalingais augalams ir deguonimi, reikalingu visoms gyvoms būtybėms. Fotosintezės mechanizmai yra genialus gamtos kūrinys.
Fotosintezės fazės
Be to, fotosintezės procesas susideda iš dviejų etapų: šviesos ir tamsos. Ir toliau mes išsamiai parašysime apie kiekvieną iš jų.
