Plastideja on kolme tyyppiä:

• kloroplastit- vihreä, toiminto - fotosynteesi
• kromoplastit- punainen ja keltainen, ovat rappeutuneita kloroplasteja, voivat antaa terälehdille ja hedelmille kirkkaan värin.
• leukoplastit- väritön, toiminta - ainevarasto.

Kloroplastien rakenne

peitetty kahdella kalvolla. Ulompi kalvo on sileä, sisäkalvossa on uloskasvua - tylakoideja. Lyhyiden tylakoidien pinoja kutsutaan jyviä, ne lisäävät sisäkalvon pinta-alaa, jotta siihen mahtuisi mahdollisimman monta fotosynteesientsyymiä.

Kloroplastin sisäistä ympäristöä kutsutaan stromaksi. Se sisältää pyöreää DNA:ta ja ribosomeja, joiden ansiosta kloroplastit valmistavat itsenäisesti osan proteiineista itselleen, joten niitä kutsutaan puoliautonomisiksi organelleiksi. (Uskotaan, että aikaisemmat plastidit olivat vapaita bakteereita, jotka imeytyivät suureen soluun, mutta joita ei pilkottu.)

Fotosynteesi (yksinkertainen)

Vihreissä lehdissä valossa
Kloroplasteissa, joissa on klorofylliä
Hiilidioksidista ja vedestä
Glukoosi ja happi syntetisoidaan.

Fotosynteesi (keskivaikeus)

1. Kevyt vaihe.
Esiintyy valossa kloroplastien rakeissa. Valon vaikutuksesta tapahtuu veden hajoaminen (fotolyysi), saadaan happea, joka vapautuu, sekä vetyatomeja (NADP-H) ja ATP-energiaa, joita käytetään seuraavassa vaiheessa.

2. Pimeä vaihe.
Sitä esiintyy sekä valossa että pimeässä (valoa ei tarvita), kloroplastien stromassa. Ympäristöstä saadusta hiilidioksidista ja edellisessä vaiheessa saaduista vetyatomeista syntetisoidaan glukoosia edellisessä vaiheessa saadun ATP:n energian ansiosta.

1. Määritä vastaavuus fotosynteesiprosessin ja vaiheen välillä, jossa se tapahtuu: 1) vaalea, 2) tumma. Kirjoita numerot 1 ja 2 oikeassa järjestyksessä.
A) NADP-2H-molekyylien muodostuminen
B) hapen vapautuminen
C) monosakkaridin synteesi
D) ATP-molekyylien synteesi
D) hiilidioksidin lisääminen hiilihydraattiin

Vastaus

2. Määritä vastaavuus fotosynteesin ominaisuuden ja vaiheen välillä: 1) vaalea, 2) tumma. Kirjoita numerot 1 ja 2 oikeassa järjestyksessä.
A) veden fotolyysi
B) hiilidioksidin kiinnitys
C) ATP-molekyylien pilkkominen
D) klorofyllin viritys valokvanteilla
D) glukoosin synteesi

Vastaus

3. Määritä vastaavuus fotosynteesiprosessin ja vaiheen välillä, jossa se tapahtuu: 1) vaalea, 2) tumma. Kirjoita numerot 1 ja 2 oikeassa järjestyksessä.
A) NADP * 2H -molekyylien muodostuminen
B) hapen vapautuminen
B) glukoosin synteesi
D) ATP-molekyylien synteesi
D) hiilidioksidin talteenotto

Vastaus

4. Muodosta vastaavuus prosessien ja fotosynteesin vaiheen välillä: 1) vaalea, 2) tumma. Kirjoita numerot 1 ja 2 kirjaimia vastaavassa järjestyksessä.
A) glukoosin polymerointi
B) hiilidioksidin sitominen
B) ATP-synteesi
D) veden fotolyysi
E) vetyatomien muodostuminen
E) glukoosin synteesi

Vastaus

5. Määritä vastaavuus fotosynteesin vaiheiden ja niiden ominaisuuksien välille: 1) vaalea, 2) tumma. Kirjoita numerot 1 ja 2 kirjaimia vastaavassa järjestyksessä.
A) suoritetaan veden fotolyysi
B) ATP muodostuu
B) happea vapautuu ilmakehään
D) etenee ATP-energian kulutuksella
D) Reaktiot voivat tapahtua sekä valossa että pimeässä.

Vastaus

6 la. Määritä vastaavuus fotosynteesin vaiheiden ja niiden ominaisuuksien välille: 1) vaalea, 2) tumma. Kirjoita numerot 1 ja 2 kirjaimia vastaavassa järjestyksessä.
A) NADP +:n palauttaminen
B) vetyionien kuljettaminen kalvon läpi
B) tapahtuu kloroplastien rakeissa
D) hiilihydraattimolekyylejä syntetisoidaan
D) klorofyllielektronit siirtyvät korkeammalle energiatasolle
E) ATP-energiaa kuluu

Vastaus

MUOTO 7:
A) virittyneiden elektronien liike
B) NADP-2R:n muuntaminen NADP+:ksi

Analysoi taulukko. Täytä taulukon tyhjät solut käyttäen luettelossa annettuja käsitteitä ja termejä. Valitse kullekin kirjaimelliselle solulle sopiva termi toimitetusta luettelosta.
1) tylakoidikalvot
2) valovaihe
3) epäorgaanisen hiilen kiinnitys
4) veden fotosynteesi
5) tumma vaihe
6) solun sytoplasma

Vastaus

Analysoi taulukko "Fotosynteesin reaktiot". Valitse kullekin kirjaimelle sopiva termi toimitetusta luettelosta.
1) oksidatiivinen fosforylaatio
2) NADP-2H:n hapetus
3) tylakoidikalvot
4) glykolyysi
5) hiilidioksidin lisääminen pentoosiin
6) hapen muodostuminen
7) ribuloosidifosfaatin ja glukoosin muodostuminen
8) 38 ATP:n synteesi

Vastaus

Valitse kolme vaihtoehtoa. Fotosynteesin pimeälle vaiheelle on ominaista
1) prosessien kulku kloroplastien sisäkalvoilla
2) glukoosin synteesi
3) hiilidioksidin kiinnitys
4) prosessien kulku kloroplastien stroomassa
5) veden fotolyysin läsnäolo
6) ATP:n muodostuminen

Vastaus

1. Alla lueteltuja merkkejä kahta lukuun ottamatta käytetään kuvaamaan kuvatun soluorganoidin rakennetta ja toimintoja. Tunnista kaksi merkkiä, jotka "pudovat" yleisestä luettelosta, ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty.

2) kerää ATP-molekyylejä
3) tarjoaa fotosynteesin

5) on puoliautonomia

Vastaus

2. Kaikkia alla lueteltuja merkkejä kahta lukuun ottamatta voidaan käyttää kuvaamaan kuvassa näkyvää soluorganoidia. Tunnista kaksi merkkiä, jotka "pudovat" yleisestä luettelosta, ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty.
1) yksikalvoinen organoidi
2) koostuu cristaesta ja kromatiinista
3) sisältää pyöreän DNA:n
4) syntetisoi omaa proteiiniaan
5) osaa jakaa

Vastaus

Kaikkia alla olevia ominaisuuksia kahta lukuun ottamatta voidaan käyttää kuvaamaan kloroplastin rakennetta ja toimintoja. Tunnista kaksi merkkiä, jotka "pudovat" yleisestä luettelosta, ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty.
1) on kaksikalvoinen organoidi
2) sillä on oma suljettu DNA-molekyyli
3) on puoliautonominen organoidi
4) muodostaa jakokaran
5) täynnä sakkaroosia sisältävää solumehlaa

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. DNA-molekyylin sisältävä soluorganelli
1) ribosomi
2) kloroplasti
3) solukeskus
4) Golgi-kompleksi

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Minkä aineen synteesissä vetyatomit osallistuvat fotosynteesin pimeään vaiheeseen?
1) NADF-2N
2) glukoosi
3) ATP
4) vesi

Vastaus

Kaikkia alla olevia merkkejä kahta lukuun ottamatta voidaan käyttää fotosynteesin valovaiheen prosessien määrittämiseen. Tunnista kaksi merkkiä, jotka "pudovat" yleisestä luettelosta, ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty.
1) veden fotolyysi


4) molekyylihapen muodostuminen

Vastaus

Valitse viidestä kaksi oikeaa vastausta ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty. Solun fotosynteesin valossa
1) happea muodostuu vesimolekyylien hajoamisen seurauksena
2) hiilihydraatteja syntetisoidaan hiilidioksidista ja vedestä
3) glukoosimolekyylien polymeroituminen tapahtuu tärkkelyksen muodostumisen myötä
4) ATP-molekyylejä syntetisoidaan
5) ATP-molekyylien energia kuluu hiilihydraattien synteesiin

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Mikä soluorganelli sisältää DNA:ta
1) vakuoli
2) ribosomi
3) kloroplasti
4) lysosomi

Vastaus

Lisää tekstiin "Orgaanisten aineiden synteesi kasvissa" ehdotetusta luettelosta puuttuvat termit käyttämällä digitaalisia symboleja. Kirjoita valitut numerot muistiin kirjaimia vastaavassa järjestyksessä. Kasvit varastoivat selviytymiseen tarvitsemansa energian orgaanisen aineen muodossa. Nämä aineet syntetisoidaan __________ (A) aikana. Tämä prosessi tapahtuu lehtisoluissa __________ (B) - erityisissä vihreissä plastideissa. Ne sisältävät erityistä vihreää ainetta - __________ (B). Edellytys orgaanisten aineiden muodostumiselle veden ja hiilidioksidin lisäksi on __________ (D).
Luettelo termeistä:
1) hengitys
2) haihtuminen
3) leukoplasti
4) ruokaa
5) valo
6) fotosynteesi
7) kloroplasti
8) klorofylli

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Soluissa glukoosin ensisijainen synteesi tapahtuu
1) mitokondriot
2) endoplasminen verkkokalvo
3) Golgi-kompleksi
4) kloroplastit

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Happimolekyylit muodostuvat fotosynteesin prosessissa molekyylien hajoamisen seurauksena
1) hiilidioksidi
2) glukoosi
3) ATP
4) vesi

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Ovatko seuraavat väittämät fotosynteesistä oikein? A) Valofaasissa valon energia muuttuu glukoosin kemiallisten sidosten energiaksi. B) Tylakoidikalvoilla tapahtuu pimeän faasin reaktioita, joihin hiilidioksidimolekyylejä tulee.
1) vain A on totta
2) vain B on tosi
3) molemmat väitteet ovat oikein
4) molemmat tuomiot ovat vääriä

Vastaus

1. Aseta oikea fotosynteesin aikana tapahtuvien prosessien järjestys. Kirjoita muistiin numerot, joiden alla ne on merkitty taulukkoon.
1) Hiilidioksidin käyttö
2) Hapen muodostuminen
3) Hiilihydraattien synteesi
4) ATP-molekyylien synteesi
5) Klorofyllin viritys

Vastaus

2. Aseta oikea fotosynteesiprosessien järjestys.
1) aurinkoenergian muuntaminen ATP-energiaksi
2) virittyneiden klorofyllielektronien muodostuminen
3) hiilidioksidin kiinnitys
4) tärkkelyksen muodostuminen
5) ATP-energian muuntaminen glukoosienergiaksi

Vastaus

3. Aseta fotosynteesin aikana tapahtuvien prosessien järjestys. Kirjoita vastaava numerosarja muistiin.

2) ATP:n hajoaminen ja energian vapautuminen
3) glukoosin synteesi
4) ATP-molekyylien synteesi
5) klorofyllin viritys

Vastaus

Valitse kolme ominaisuutta kloroplastien rakenteesta ja toiminnasta
1) sisäkalvot muodostavat cristae
2) jyvissä tapahtuu monia reaktioita
3) niissä tapahtuu glukoosisynteesi
4) ovat lipidisynteesin paikka
5) koostuvat kahdesta eri hiukkasesta
6) kaksikalvoiset organellit

Vastaus

Tunnista kolme oikeaa väitettä yleisestä luettelosta ja kirjoita muistiin numerot, joiden alla ne on merkitty taulukkoon. Fotosynteesin valovaiheen aikana
1) veden fotolyysi
2) hiilidioksidin pelkistäminen glukoosiksi
3) ATP-molekyylien synteesi auringonvalon energian vaikutuksesta
4) vedyn yhdistelmä kantoaineen NADP+ kanssa
5) ATP-molekyylien energian käyttö hiilihydraattien synteesiin

Vastaus

Kaikkia alla lueteltuja ominaisuuksia kahta lukuun ottamatta voidaan käyttää kuvaamaan fotosynteesin valovaihetta. Tunnista kaksi merkkiä, jotka "pudovat" yleisestä luettelosta, ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty.
1) muodostuu sivutuote - happi
2) esiintyy kloroplastin stroomassa
3) hiilidioksidin sitominen
4) ATP-synteesi
5) veden fotolyysi

Vastaus

Valitse yksi, oikein vaihtoehto. Fotosynteesiprosessia on pidettävä yhtenä biosfäärin hiilikierron tärkeistä linkkeistä, koska sen aikana
1) kasvit sisältävät hiiltä elottomasta luonnosta elävään
2) kasvit vapauttavat happea ilmakehään
3) organismit vapauttavat hiilidioksidia hengityksen aikana
4) teollinen tuotanto täydentää ilmakehää hiilidioksidilla

Vastaus

Muodosta vastaavuus prosessin vaiheiden ja prosessien välille: 1) fotosynteesi, 2) proteiinien biosynteesi. Kirjoita numerot 1 ja 2 oikeassa järjestyksessä.
A) vapaan hapen vapautuminen
B) peptidisidosten muodostuminen aminohappojen välillä
C) mRNA-synteesi DNA:lla
D) käännösprosessi
D) hiilihydraattien palauttaminen
E) NADP+:n muuntaminen NADP 2H:ksi

Vastaus

Valitse fotosynteesin prosessissa mukana olevat soluorganellit ja niiden rakenteet.
1) lysosomit
2) kloroplastit
3) tylakoidit
4) jyvät
5) vakuolit
6) ribosomit

Vastaus

Alla lueteltuja termejä kahta lukuun ottamatta käytetään kuvaamaan plastideja. Tunnista kaksi termiä, jotka "pudovat pois" yleisestä luettelosta, ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty taulukkoon.
1) pigmentti
2) glykokaliksi
3) grana
4) Krista
5) tylakoidi

Vastaus

Vastaus

Kaikkia seuraavia ominaisuuksia kahta lukuun ottamatta voidaan käyttää kuvaamaan fotosynteesiprosessia. Tunnista kaksi ominaisuutta, jotka "pudoavat" yleisestä luettelosta, ja kirjoita vastaukseksi numerot, joilla ne on merkitty.
1) Prosessin suorittamiseen käytetään valoenergiaa.
2) Prosessi tapahtuu entsyymien läsnä ollessa.
3) Keskeinen rooli prosessissa on klorofyllimolekyylillä.
4) Prosessiin liittyy glukoosimolekyylin hajoaminen.
5) Prosessi ei voi tapahtua prokaryoottisoluissa.

Vastaus

Alla lueteltuja käsitteitä kahta lukuun ottamatta käytetään kuvaamaan fotosynteesin pimeää vaihetta. Tunnista kaksi käsitettä, jotka "pudovat pois" yleisestä luettelosta, ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty.
1) hiilidioksidin kiinnitys
2) fotolyysi
3) NADP 2H:n hapetus
4) grana
5) stroma

Vastaus

Alla lueteltuja merkkejä kahta lukuun ottamatta käytetään kuvaamaan kuvatun soluorganoidin rakennetta ja toimintoja. Tunnista kaksi merkkiä, jotka "pudovat" yleisestä luettelosta, ja kirjoita numerot, joiden alla ne on merkitty.
1) jakaa biopolymeerit monomeereiksi
2) kerää ATP-molekyylejä
3) tarjoaa fotosynteesin
4) viittaa kaksikalvoisiin organelleihin
5) on puoliautonomia

Vastaus

Selvitä vastaavuus prosessien ja niiden sijainnin välillä kloroplasteissa: 1) strooma, 2) tylakoidi. Kirjoita numerot 1 ja 2 kirjaimia vastaavassa järjestyksessä.
A) ATP:n käyttö
B) veden fotolyysi
B) klorofyllin viritys
D) pentoosin muodostuminen
D) elektronien siirto entsyymien ketjua pitkin

Vastaus

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

Oletko koskaan miettinyt kuinka monta elävää organismia planeetalla on?! Ja loppujen lopuksi heidän kaikkien on hengitettävä happea tuottaakseen energiaa ja hengittääkseen hiilidioksidia. Tämä on tärkein syy sellaiseen ilmiöön kuin huoneen tukkoisuus. Se tapahtuu, kun siinä on paljon ihmisiä, eikä huonetta tuuleteta pitkään aikaan. Lisäksi teollisuuslaitokset, yksityinen auto ja joukkoliikenne täyttävät ilman myrkyllisillä aineilla.

Edellä olevan valossa herää täysin looginen kysymys: kuinka emme tukehtuneet silloin, jos kaikki elävät olennot ovat myrkyllisen hiilidioksidin lähde? Kaikkien elävien olentojen pelastaja tässä tilanteessa on fotosynteesi. Mikä tämä prosessi on ja miksi se on tarpeen?

Sen tuloksena on hiilidioksiditasapainon säätö ja ilman kyllästyminen hapella. Tällainen prosessi tunnetaan vain kasviston eli kasvien maailman edustajille, koska se tapahtuu vain heidän soluissaan.

Itse fotosynteesi on erittäin monimutkainen toimenpide, joka riippuu tietyistä olosuhteista ja tapahtuu useissa vaiheissa.

Käsitteen määritelmä

Tieteellisen määritelmän mukaan in muuttuvat orgaaniseksi solutasolla autotrofisissa organismeissa auringonvalon vaikutuksesta.

Ymmärrettävämmällä kielellä fotosynteesi on prosessi, jossa tapahtuu seuraavaa:

1. Kasvi on kyllästetty kosteudella. Kosteuden lähde voi olla maasta tulevaa vettä tai kosteaa trooppista ilmaa.
2. Klorofylli (kasvin sisältämä erityinen aine) reagoi aurinkoenergian vaikutuksiin.
3. Kasviston edustajille välttämättömän ruuan muodostuminen, jota he eivät pysty saamaan heterotrofisella tavalla itse, vaan he itse ovat sen tuottaja. Toisin sanoen kasvit syövät mitä tuottavat. Tämä on fotosynteesin tulos.

Vaihe yksi

Lähes jokainen kasvi sisältää vihreää ainetta, jonka ansiosta se voi imeä valoa. Tämä aine ei ole muuta kuin klorofylliä. Sen sijainti on kloroplastit. Mutta kloroplastit sijaitsevat kasvin ja sen hedelmien varsiosassa. Mutta lehtien fotosynteesi on erityisen yleistä luonnossa. Koska jälkimmäinen on rakenteeltaan melko yksinkertainen ja sillä on suhteellisen suuri pinta-ala, mikä tarkoittaa, että pelastusprosessin etenemiseen tarvittava energiamäärä on paljon suurempi.

Kun klorofylli absorboi valoa, klorofylli on viritystilassa ja siirtää energiaviestinsä muille kasvin orgaanisille molekyyleille. Suurin määrä tällaista energiaa menee fotosynteesiprosessin osallistujille.

Vaihe kaksi

Fotosynteesin muodostuminen toisessa vaiheessa ei vaadi valon pakollista osallistumista. Se koostuu kemiallisten sidosten muodostamisesta käyttämällä myrkyllistä hiilidioksidia, joka muodostuu ilmamassoista ja vedestä. Siellä on myös monien aineiden synteesi, jotka varmistavat kasviston edustajien elintärkeän toiminnan. Näitä ovat tärkkelys ja glukoosi.

Kasveissa tällaiset orgaaniset alkuaineet toimivat ravintolähteenä kasvin yksittäisille osille, samalla kun ne varmistavat normaalin elämänprosessin. Tällaisia ​​aineita saavat myös eläimistön edustajat, jotka syövät kasveja ruokaan. Ihmiskeho on kyllästetty näillä aineilla ruoan kautta, joka sisältyy päivittäiseen ruokavalioon.

Mitä? Missä? Kun?

Jotta orgaanisista aineista tulee orgaanisia, on tarpeen luoda asianmukaiset olosuhteet fotosynteesille. Tarkasteltavaa prosessia varten tarvitaan ensinnäkin valoa. Puhumme keinotekoisesta valosta ja auringonvalosta. Luonnossa kasvien toiminnalle on yleensä ominaista voimakkuus keväällä ja kesällä, eli silloin, kun aurinkoenergiaa tarvitaan paljon. Mitä ei voi sanoa syyskaudesta, kun valoa on vähemmän ja päivä lyhenee. Tämän seurauksena lehdet muuttuvat keltaisiksi ja putoavat sitten kokonaan. Mutta heti kun ensimmäiset kevään auringonsäteet paistavat, vihreä ruoho nousee, klorofyllit jatkavat välittömästi toimintaansa ja hapen ja muiden elintärkeiden ravintoaineiden aktiivinen tuotanto alkaa.

Fotosynteesin olosuhteet eivät sisällä vain valon läsnäoloa. Myös kosteutta pitäisi olla riittävästi. Loppujen lopuksi kasvi imee ensin kosteutta, ja sitten alkaa reaktio aurinkoenergian osallistumisella. Tämän prosessin tulos on kasvien ravinto.

Fotosynteesi tapahtuu vain vihreän aineen läsnä ollessa. olemme jo maininneet edellä. Ne toimivat eräänlaisena johtimena valo- tai aurinkoenergian ja itse kasvin välillä varmistaen niiden oikeanlaisen elämän ja toiminnan. Vihreillä aineilla on kyky absorboida monia auringonsäteitä.

Myös hapella on tärkeä rooli. Jotta fotosynteesiprosessi onnistuisi, kasvit tarvitsevat sitä paljon, koska se sisältää vain 0,03 % hiilihappoa. Tämä tarkoittaa, että 6 m 3 happoa voidaan saada 20 000 m 3 ilmaa. Juuri jälkimmäinen aine on tärkein glukoosin lähdemateriaali, joka puolestaan ​​on elämälle välttämätön aine.

Fotosynteesissä on kaksi vaihetta. Ensimmäistä kutsutaan valoksi, toista pimeäksi.

Mikä on valolavan mekanismi

Fotosynteesin valovaiheella on toinen nimi - fotokemiallinen. Pääosallistujat tässä vaiheessa ovat:

• auringon energia;
• erilaisia ​​pigmenttejä.

Ensimmäisellä komponentilla kaikki on selvää, se on auringonvaloa. Mutta mitä pigmentit ovat, kaikki eivät tiedä. Ne ovat vihreitä, keltaisia, punaisia ​​tai sinisiä. Ryhmien "A" ja "B" klorofyllit kuuluvat vihreään, fykobiliinit keltaiseen ja punaiseen/siniseen vastaavasti. Prosessin tässä vaiheessa osallistujien fotokemiallinen aktiivisuus näkyy vain klorofyllillä "A". Muilla on täydentävä rooli, jonka ydin on valokvanttien kerääminen ja niiden kuljettaminen fotokemialliseen keskukseen.

Koska klorofyllillä on kyky absorboida tehokkaasti aurinkoenergiaa tietyllä aallonpituudella, seuraavat fotokemialliset järjestelmät on tunnistettu:

Fotokemiallinen keskus 1 (ryhmän "A" vihreät aineet) - koostumukseen sisältyy pigmentti 700, joka absorboi valonsäteitä, joiden pituus on noin 700 nm. Tällä pigmentillä on olennainen rooli fotosynteesin valovaiheen tuotteiden luomisessa.

Fotokemiallinen keskus 2 (ryhmän "B" vihreät aineet) - koostumus sisältää pigmenttiä 680, joka absorboi valonsäteitä, joiden pituus on 680 nm. Hän näyttelee toisen suunnitelman roolia, joka koostuu fotokemiallisen keskuksen 1 menettämien elektronien täydentämisestä. Se saavutetaan nesteen hydrolyysin ansiosta.

350-400 pigmenttimolekyylille, jotka keskittävät valovirtoja valosysteemeissä 1 ja 2, on vain yksi pigmenttimolekyyli, joka on fotokemiallisesti aktiivinen - ryhmän A klorofylli.

Mitä tapahtuu?

1. Kasvin absorboima valoenergia vaikuttaa sen sisältämään pigmenttiin 700, joka muuttuu normaalitilasta virittyneeseen tilaan. Pigmentti menettää elektronin, jolloin muodostuu niin sanottu elektroniaukko. Lisäksi pigmenttimolekyyli, joka on menettänyt elektronin, voi toimia sen vastaanottajana eli elektronin vastaanottavana puolena ja palauttaa muotonsa.

2. Nesteen hajoamisprosessi fotosysteemin 2 valoa absorboivan pigmentin 680 fotokemiallisessa keskustassa. Veden hajoamisen yhteydessä muodostuu elektroneja, jotka alun perin hyväksyy aine, kuten sytokromi C550 ja jotka merkitään kirjaimella Q. , sytokromista elektronit tulevat kantajaketjuun ja kuljetetaan fotokemialliseen keskukseen 1 elektronireiän täydentämiseksi, mikä oli seurausta valokvanttien tunkeutumisesta ja pigmentin 700 pelkistysprosessista.

On tapauksia, joissa tällainen molekyyli saa takaisin elektronin, joka on identtinen edellisen kanssa. Tämä johtaa valoenergian vapautumiseen lämmön muodossa. Mutta melkein aina negatiivisen varauksen omaava elektroni yhdistyy erityisiin rauta-rikkiproteiineihin ja siirretään yhtä ketjua pitkin pigmenttiin 700 tai siirtyy toiseen kantajaketjuun ja yhdistyy pysyvän vastaanottajan kanssa.

Ensimmäisessä versiossa on suljettu tyyppinen elektronin syklinen kuljetus, toisessa se ei ole syklistä.

Molempia prosesseja katalysoi sama elektronin kantajaketju fotosynteesin ensimmäisessä vaiheessa. Mutta on syytä huomata, että syklisen tyypin fotofosforylaation aikana kuljetuksen alku- ja samalla loppupiste on klorofylli, kun taas ei-syklinen kuljetus tarkoittaa ryhmän "B" vihreän aineen siirtymistä klorofylliksi "A" .

Syklisen liikenteen ominaisuudet

Syklistä fosforylaatiota kutsutaan myös fotosynteetiksi. Tämän prosessin seurauksena muodostuu ATP-molekyylejä. Tämä kuljetus perustuu elektronien palautumiseen viritetyssä tilassa pigmenttiin 700 useiden peräkkäisten vaiheiden kautta, minkä seurauksena vapautuu energiaa, joka osallistuu fosforyloivan entsyymijärjestelmän työhön ATP-fosfaatin lisäkertymistä varten. joukkovelkakirjat. Eli energia ei hajoa.

Syklinen fosforylaatio on fotosynteesin ensisijainen reaktio, joka perustuu teknologiaan tuottaa kemiallista energiaa kloroplastisten tylaktoidien kalvopinnoille aurinkoenergian avulla.

Ilman fotosynteettistä fosforylaatiota assimilaatioreaktiot ovat mahdottomia.

Ei-syklisen liikenteen vivahteet

Prosessi koostuu NADP+:n palauttamisesta ja NADP*H:n muodostamisesta. Mekanismi perustuu elektronin siirtoon ferredoksiiniin, sen pelkistysreaktioon ja sitä seuraavaan siirtymiseen NADP+:ksi ja edelleen pelkistämiseen NADP*H:ksi.

Tämän seurauksena pigmentin 700 menettäneet elektronit täydentyvät veden elektronien ansiosta, jotka hajoavat valonsäteiden vaikutuksesta valojärjestelmässä 2.

Elektronien ei-syklinen polku, jonka virtaus edellyttää myös valon fotosynteesiä, tapahtuu molempien fotosysteemien vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja yhdistää niiden elektroninkuljetusketjut. Valoenergia ohjaa elektronien virtaa takaisin. Kuljetessaan fotokemiallisesta keskuksesta 1 keskustaan ​​2 elektronit menettävät osan energiastaan ​​johtuen kerääntymisestä protonipotentiaalina tylaktoidien kalvopinnalle.

Fotosynteesin pimeässä vaiheessa protonityyppisen potentiaalin luominen elektronien kuljetusketjuun ja sen hyödyntäminen ATP:n muodostukseen kloroplasteissa on lähes täysin identtinen saman prosessin kanssa mitokondrioissa. Mutta ominaisuudet ovat edelleen olemassa. Tylaktoidit ovat tässä tilanteessa mitokondrioita, jotka on käännetty nurinpäin. Tämä on tärkein syy siihen, että elektronit ja protonit liikkuvat kalvon poikki vastakkaiseen suuntaan suhteessa kuljetusvirtaukseen mitokondriokalvossa. Elektronit kulkeutuvat ulos, kun taas protonit kerääntyvät tylaktisen matriisin sisäpuolelle. Jälkimmäinen hyväksyy vain positiivisen varauksen, kun taas tylaktoidin ulkokalvo on negatiivinen. Tästä seuraa, että protonityyppisen gradientin polku on päinvastainen kuin sen reitti mitokondrioissa.

Seuraavaa ominaisuutta voidaan kutsua protonipotentiaalin suureksi pH-tasoksi.

Kolmas piirre on, että tylaktoidiketjussa on vain kaksi konjugaatiokohtaa, ja sen seurauksena ATP-molekyylin suhde protoniin on 1:3.

Johtopäätös

Ensimmäisessä vaiheessa fotosynteesi on valoenergian (keinotekoinen ja ei-keinotekoinen) vuorovaikutusta kasvin kanssa. Vihreät aineet reagoivat säteisiin - klorofylleihin, joista suurin osa löytyy lehdistä.

ATP:n ja NADP*H:n muodostuminen on seurausta tällaisesta reaktiosta. Nämä tuotteet ovat välttämättömiä tummien reaktioiden esiintymiselle. Näin ollen valovaihe on pakollinen prosessi, jota ilman toista vaihetta, pimeää vaihetta, ei tapahdu.

Pimeä vaihe: olemus ja ominaisuudet

Pimeä fotosynteesi ja sen reaktiot ovat hiilidioksidin prosessia orgaanista alkuperää oleviksi aineiksi hiilihydraattien tuottamiseksi. Tällaisten reaktioiden toteutuminen tapahtuu kloroplastin stromassa, ja fotosynteesin ensimmäisen vaiheen tuotteet - valo - osallistuvat niihin aktiivisesti.

Fotosynteesin pimeän vaiheen mekanismi perustuu assimilaatioprosessiin (kutsutaan myös fotokemialliseksi karboksylaatioksi, Calvin-sykliksi), jolle on ominaista syklisyys. Koostuu kolmesta vaiheesta:

1. Karboksylaatio - CO 2:n lisääminen.
2. palautumisvaihe.
3. Ribuloosidifosfaatin regeneraatiovaihe.

Ribulofosfaatti, sokeri, jossa on viisi hiiliatomia, soveltuu ATP:n aiheuttamaan fosforylaatioprosessiin, jolloin muodostuu ribuloosidifosfaattia, joka karboksyloituu edelleen CO 2:n yhdistelmän ansiosta kuuden hiilen tuotteena, joka hajoaa välittömästi vuorovaikutuksessa. vesimolekyylin kanssa, jolloin muodostuu kaksi fosfoglyseriinihapon molekyylipartikkelia. Sitten tämä happo läpikäy täydellisen pelkistyksen entsymaattisen reaktion aikana, jota varten tarvitaan ATP:n ja NADP:n läsnäolo, jotta muodostuu sokeri, jossa on kolme hiiltä - kolmihiilisokeri, trioosi tai fosfoglyserolialdehydi. Kun kaksi tällaista trioosia tiivistyy, saadaan heksoosimolekyyli, josta voi tulla kiinteä osa tärkkelysmolekyyliä ja jota voidaan säätää varaan.

Tämä vaihe päättyy yhden CO 2 -molekyylin imeytymiseen ja kolmen ATP-molekyylin ja neljän H-atomin käyttöön fotosynteesiprosessin aikana. Heksoosifosfaatti soveltuu pentoosifosfaattikierron reaktioihin, mikä johtaa ribuloosifosfaatin regeneroitumiseen, mikä voi yhdistyä toisen hiilihappomolekyylin kanssa.

Karboksylaatio-, pelkistys- ja regeneraatioreaktioita ei voida kutsua spesifisiksi vain solulle, jossa fotosynteesi tapahtuu. Et myöskään voi sanoa, mikä on "homogeeninen" prosessien kulku, koska ero on edelleen olemassa - palautusprosessin aikana käytetään NADP * H, eikä NAD * H.

Ribuloosidifosfaatin aiheuttamaa CO 2:n lisäystä katalysoii. Reaktiotuote on 3-fosfoglyseraatti, jonka NADP*H2 ja ATP pelkistävät glyseraldehydi-3-fosfaatiksi. Pelkistysprosessia katalysoi glyseraldehydi-3-fosfaattidehydrogenaasi. Jälkimmäinen muunnetaan helposti dihydroksiasetonifosfaatiksi. muodostuu fruktoosibisfosfaattia. Osa sen molekyyleistä osallistuu ribuloosidifosfaatin regeneraatioprosessiin sulkeen kierron, ja toista osa käytetään hiilihydraattivarantojen luomiseen fotosynteesisoluissa, eli hiilihydraattien fotosynteesi tapahtuu.

Valon energiaa tarvitaan orgaanista alkuperää olevien aineiden fosforylaatioon ja synteesiin ja orgaanisten aineiden hapetusenergiaa oksidatiiviseen fosforylaatioon. Siksi kasvillisuus tarjoaa elämää eläimille ja muille heterotrofisille organismeille.

Fotosynteesi kasvisolussa tapahtuu tällä tavalla. Sen tuote on hiilihydraatit, jotka ovat välttämättömiä monien orgaanista alkuperää olevien kasviston edustajien aineiden hiilirunkojen luomiseksi.

Typpi-orgaanisen tyypin aineet assimiloituvat fotosynteettisissä organismeissa epäorgaanisten nitraattien pelkistymisen vuoksi ja rikki - johtuen sulfaattien pelkistämisestä aminohappojen sulfhydryyliryhmiksi. Tarjoaa proteiinien, nukleiinihappojen, lipidien, hiilihydraattien, kofaktorien muodostumisen, nimittäin fotosynteesin. Se, mikä on kasveille elintärkeää aineiden "lajitelmaa", on jo korostettu, mutta sekundaarisynteesin tuotteista, jotka ovat arvokkaita lääkeaineita (flavonoidit, alkaloidit, terpeenit, polyfenolit, steroidit, orgaaniset hapot ja muut) ei puhuttu sanaakaan. ). Siksi voimme liioittelematta sanoa, että fotosynteesi on avain kasvien, eläinten ja ihmisten elämään.

Fotosynteesi on sarja prosesseja valoenergian muodostamiseksi orgaanisten aineiden kemiallisten sidosten energiaksi fotosynteettisten väriaineiden kanssa.

Tämäntyyppinen ravinto on tyypillistä kasveille, prokaryooteille ja joillekin yksisoluisille eukaryooteille.

Luonnollisessa synteesissä hiili ja vesi muuttuvat vuorovaikutuksessa valon kanssa glukoosiksi ja vapaaksi hapeksi:

6CO2 + 6H2O + valoenergia → C6H12O6 + 6O2

Nykyaikainen kasvien fysiologia fotosynteesin käsitteen alla ymmärtää fotoautotrofisen toiminnan, joka on sarja valoenergiakvanttien absorptio-, muunnos- ja käyttöprosesseja erilaisissa ei-spontaaneissa reaktioissa, mukaan lukien hiilidioksidin muuttuminen orgaaniseksi aineeksi.

Vaiheet

Fotosynteesi kasveissa esiintyy lehdissä kloroplastien kautta- puoliautonomiset kaksikalvoiset organellit, jotka kuuluvat plastidiluokkaan. Levyjen tasaisella muodolla varmistetaan korkealaatuinen absorptio ja valoenergian ja hiilidioksidin täysi käyttö. Luonnolliseen synteesiin tarvittava vesi tulee juurista vettä johtavan kudoksen kautta. Kaasunvaihto tapahtuu diffuusiona stomatan ja osittain kynsinauhojen läpi.

Kloroplastit täytetään värittömällä stroomalla ja läpäisevät lamelleja, jotka toisiinsa yhdistettyinä muodostavat tylakoideja. Tässä tapahtuu fotosynteesi. Syanobakteerit itsessään ovat kloroplasteja, joten niiden luonnollisen synteesin laitteistoa ei ole eristetty erilliseksi organelliksi.

Fotosynteesi etenee pigmenttien mukana jotka ovat yleensä klorofyllejä. Jotkut organismit sisältävät toista pigmenttiä - karotenoidia tai fikobiliinia. Prokaryooteissa on pigmenttibakterioklorofylliä, eivätkä nämä organismit vapauta happea luonnollisen synteesin päätyttyä.

Fotosynteesi käy läpi kaksi vaihetta - vaalea ja tumma. Jokaiselle niistä on ominaista tietyt reaktiot ja vuorovaikutuksessa olevat aineet. Tarkastellaan tarkemmin fotosynteesin vaiheiden prosessia.

Valoisa

Fotosynteesin ensimmäinen vaihe jolle on tunnusomaista korkeaenergisten tuotteiden muodostuminen, jotka ovat ATP, solujen energialähde, ja NADP, pelkistävä aine. Vaiheen lopussa sivutuotteena muodostuu happea. Valovaihe tapahtuu välttämättä auringonvalon kanssa.

Fotosynteesiprosessi tapahtuu tylakoidikalvoissa elektronien kantajaproteiinien, ATP-syntetaasin ja klorofyllin (tai muun pigmentin) kanssa.

Sähkökemiallisten piirien toiminta, jonka kautta elektronien ja osittain vetyprotonien siirto muodostuu pigmenttien ja entsyymien muodostamissa komplekseissa komplekseissa.

Kuvaus valofaasiprosessista:

1. Kun auringonvalo osuu kasviorganismien lehtilevyihin, klorofyllielektronit kiihtyvät levyjen rakenteessa;
2. Aktiivisessa tilassa hiukkaset poistuvat pigmenttimolekyylistä ja tulevat tylakoidin ulkopuolelle, joka on negatiivisesti varautunut. Tämä tapahtuu samanaikaisesti klorofyllimolekyylien hapettumisen ja sitä seuraavan pelkistyksen kanssa, jotka ottavat seuraavat elektronit lehtiin päässeestä vedestä;
3. Sitten tapahtuu veden fotolyysi, jolloin muodostuu ioneja, jotka luovuttavat elektroneja ja muuttuvat OH-radikaaleiksi, jotka voivat osallistua reaktioihin tulevaisuudessa;
4. Nämä radikaalit sitten yhdistyvät muodostaen vesimolekyylejä ja vapaata happea, joka karkaa ilmakehään;
5. Tylakoidikalvo saa toisaalta positiivisen varauksen vetyionin ja toisaalta negatiivisen varauksen elektronien takia;
6. Kun kalvon sivujen välinen ero on 200 mV, protonit kulkevat ATP-syntetaasientsyymin läpi, mikä johtaa ADP:n muuntamiseen ATP:ksi (fosforylaatioprosessi);
7. Kun atomivetyä vapautuu vedestä, NADP + pelkistyy NADP H2:ksi;

Kun reaktioiden aikana ilmakehään vapautuu vapaata happea, ATP ja NADP H2 osallistuvat luonnollisen synteesin pimeään vaiheeseen.

Tumma

Tämän vaiheen pakollinen komponentti on hiilidioksidi., jota kasvit imevät jatkuvasti ulkoisesta ympäristöstä lehtien stomaatien kautta. Pimeän faasin prosessit tapahtuvat kloroplastin stromassa. Koska tässä vaiheessa ei tarvita paljon aurinkoenergiaa ja valovaiheessa saadaan riittävästi ATP:tä ja NADP H2:ta, voivat reaktiot organismeissa tapahtua sekä päivällä että yöllä. Tässä vaiheessa prosessit ovat nopeampia kuin edellisessä.

Kaikkien pimeässä vaiheessa tapahtuvien prosessien kokonaisuus esitetään eräänlaisena ulkoisesta ympäristöstä tulevien hiilidioksidin peräkkäisten muutosten ketjuna:

1. Ensimmäinen reaktio tällaisessa ketjussa on hiilidioksidin kiinnittyminen. RiBP-karboksylaasientsyymin läsnäolo edistää reaktion nopeaa ja tasaista virtausta, mikä johtaa kuuden hiilen yhdisteen muodostumiseen, joka hajoaa 2;
2. Sitten tapahtuu melko monimutkainen sykli, mukaan lukien tietty määrä reaktioita, jonka jälkeen fosfoglyseriinihappo muunnetaan luonnolliseksi sokeriksi - glukoosiksi. Tätä prosessia kutsutaan Calvin-sykliksi;

Yhdessä sokerin kanssa tapahtuu myös rasvahappojen, aminohappojen, glyserolin ja nukleotidien muodostumista.

Fotosynteesin ydin

Luonnollisen synteesin vaalean ja pimeän vaiheen vertailutaulukosta voidaan lyhyesti kuvata kunkin niistä olemusta. Kevyt faasi esiintyy kloroplastin rakeissa, ja valoenergian pakollinen sisällyttäminen reaktioihin. Reaktioissa on mukana sellaisia ​​komponentteja kuin elektroneja kuljettavat proteiinit, ATP-syntetaasi ja klorofylli, jotka vuorovaikutuksessa veden kanssa muodostavat vapaata happea, ATP:tä ja NADP H2:ta. Kloroplastin stromassa esiintyvälle pimeälle faasille auringonvalo ei ole välttämätöntä. Viimeisessä vaiheessa saadut ATP ja NADP H2 muodostavat vuorovaikutuksessa hiilidioksidin kanssa luonnollisen sokerin (glukoosin).

Kuten yllä olevasta voidaan nähdä, fotosynteesi näyttää olevan melko monimutkainen ja monivaiheinen ilmiö, joka sisältää monia reaktioita, joissa on mukana erilaisia ​​aineita. Luonnollisen synteesin tuloksena saadaan happea, jota tarvitaan elävien organismien hengittämiseen ja niiden suojaamiseen ultraviolettisäteilyltä otsonikerroksen muodostumisen kautta.

Prosessi, jossa auringon säteilyenergia muunnetaan kemialliseksi energiaksi, käyttämällä jälkimmäistä hiilihydraattien synteesissä hiilidioksidista. Tämä on ainoa tapa siepata aurinkoenergiaa ja käyttää sitä elämään planeetallamme.

Erilaiset fotosynteettiset organismit (fotoautotrofit) ottavat ja muuntavat aurinkoenergiaa. Näitä ovat monisoluiset eliöt (korkeammat vihreät kasvit ja niiden alemmat muodot - vihreät, ruskeat ja punalevät) ja yksisoluiset organismit (euglena, dinoflagellaatit ja piilevät). Suuri joukko fotosynteettisiä organismeja on prokaryootteja - sinileviä, vihreitä ja violetteja bakteereja. Noin puolet fotosynteesin työstä maapallolla suorittavat korkeammat vihreät kasvit ja loput puolet pääasiassa yksisoluisista levistä.

Ensimmäiset käsitykset fotosynteesistä syntyivät 1600-luvulla. Jatkossa, kun uutta tietoa ilmestyi, nämä ajatukset muuttuivat monta kertaa. [näytä] .

Ideoiden kehittäminen fotosynteesistä

Fotosynteesin tutkimus alkoi vuonna 1630, kun van Helmont osoitti, että kasvit muodostavat itse orgaanisia aineita eivätkä saa niitä maaperästä. Punnitessaan maaruukkua, jossa paju kasvoi, ja itse puun, hän osoitti, että 5 vuodessa puun massa kasvoi 74 kg, kun taas maa menetti vain 57 g. Van Helmont tuli siihen tulokseen, että kasvi sai loput ruuasta vedestä, joka kasteltiin puuhun. Nyt tiedämme, että pääasiallinen synteesin materiaali on hiilidioksidi, jonka kasvi uuttaa ilmasta.

Vuonna 1772 Joseph Priestley osoitti, että mintun verso "korjaa" palavan kynttilän "pilaamaa" ilmaa. Seitsemän vuotta myöhemmin Jan Ingenhuis havaitsi, että kasvit voivat "korjata" huonoa ilmaa vain ollessaan valossa, ja kasvien kyky "korjata" ilmaa on verrannollinen päivän kirkkauteen ja kasvien viipymäaikaan. auringossa. Pimeässä kasvit lähettävät ilmaa, joka on "haitallista eläimille".

Seuraava tärkeä askel fotosynteesiä koskevan tiedon kehittämisessä olivat Saussuren kokeet, jotka suoritettiin vuonna 1804. Punnitsemalla ilmaa ja kasveja ennen fotosynteesiä ja sen jälkeen Saussure havaitsi, että kasvin kuivamassan kasvu ylitti sen ilmasta absorboiman hiilidioksidin massan. Saussure tuli siihen tulokseen, että toinen aine, joka osallistui massan kasvuun, oli vesi. Niinpä 160 vuotta sitten fotosynteesiprosessi kuviteltiin seuraavasti:

H 2 O + CO 2 + hv -> C 6 H 12 O 6 + O 2

Vesi + hiilidioksidi + aurinkoenergia ----> orgaaninen aine + happi

Ingenhus ehdotti, että valon rooli fotosynteesissä on hiilidioksidin hajottaminen; tässä tapauksessa happea vapautuu ja vapautunutta "hiiltä" käytetään kasvikudosten rakentamiseen. Tämän perusteella elävät organismit jaettiin vihreisiin kasveihin, jotka voivat käyttää aurinkoenergiaa hiilidioksidin "assimilointiin" ja muihin klorofylliä sisältämättömiin organismeihin, jotka eivät pysty käyttämään valoenergiaa eivätkä pysty absorboimaan hiilidioksidia.

Tätä elävän maailman jakamisen periaatetta rikottiin, kun S. N. Vinogradsky vuonna 1887 löysi kemosynteettisiä bakteereja - klorofyllittomia organismeja, jotka voivat imeä (eli muuntaa orgaanisiksi yhdisteiksi) hiilidioksidia pimeässä. Sitä rikottiin myös, kun Engelman vuonna 1883 löysi purppurabakteerit, jotka suorittavat eräänlaista fotosynteesiä, johon ei liity hapen vapautumista. Tuolloin tätä tosiasiaa ei arvostettu kunnolla; sillä välin hiilidioksidia pimeässä assimiloivien kemosynteettisten bakteerien löytö osoittaa, että hiilidioksidin assimilaatiota ei voida pitää fotosynteesin erityispiirteenä.

Vuoden 1940 jälkeen leimatun hiilen käytön ansiosta havaittiin, että kaikki solut - kasvi-, bakteeri- ja eläinsolut - pystyvät imemään hiilidioksidia eli sisällyttämään sen orgaanisten aineiden molekyyleihin; vain lähteet, joista he saavat tähän tarvittavan energian, ovat erilaisia.

Toisen suuren panoksen fotosynteesiprosessin tutkimukseen antoi vuonna 1905 Blackman, joka havaitsi, että fotosynteesi koostuu kahdesta peräkkäisestä reaktiosta: nopeasta valoreaktiosta ja sarjasta hitaampia, valosta riippumattomia vaiheita, joita hän kutsui temporeaktioksi. Blackman osoitti korkean intensiteetin valolla, että fotosynteesi etenee samalla nopeudella jaksottaisessa valaistuksessa vain sekunnin murto-osan välähdyksellä ja jatkuvassa valaistuksessa huolimatta siitä, että ensimmäisessä tapauksessa fotosynteesijärjestelmä saa puolet enemmän energiaa. Fotosynteesin intensiteetti väheni vain pimeän ajanjakson lisääntyessä merkittävästi. Lisätutkimuksissa havaittiin, että pimeän reaktion nopeus kasvaa merkittävästi lämpötilan noustessa.

Seuraavan hypoteesin fotosynteesin kemiallisesta perustasta esitti van Niel, joka vuonna 1931 osoitti kokeellisesti, että fotosynteesi bakteereissa voi tapahtua anaerobisissa olosuhteissa ilman hapen vapautumista. Van Niel ehdotti, että periaatteessa fotosynteesiprosessi on samanlainen bakteereissa ja vihreissä kasveissa. Jälkimmäisessä valoenergiaa käytetään veden fotolyysiin (H 2 0), jolloin muodostuu pelkistävä aine (H), joka osallistuu tietyllä tavalla hiilidioksidin assimilaatioon, ja hapetin (OH), molekyylihapen hypoteettinen esiaste. Bakteereissa fotosynteesi etenee yleensä samalla tavalla, mutta H 2 S eli molekyylivety toimii vedyn luovuttajana, joten happea ei vapaudu.

Nykyaikaisia ​​ideoita fotosynteesistä

Nykyaikaisten käsitteiden mukaan fotosynteesin ydin on auringonvalon säteilyenergian muuntaminen kemialliseksi energiaksi ATP:n ja pelkistyneen nikotiiniam(NADP) muodossa. · N).

Tällä hetkellä on yleisesti hyväksyttyä, että fotosynteesiprosessi koostuu kahdesta vaiheesta, joissa fotosynteettiset rakenteet ovat aktiivisesti mukana. [näytä] ja valoherkät solupigmentit.

Fotosynteettiset rakenteet

Bakteereissa fotosynteettiset rakenteet esitetään solukalvon invaginaatioina, jotka muodostavat mesosomin lamellaarisia organelleja. Bakteerien tuhoamalla saatuja eristettyjä mesosomeja kutsutaan kromatoforeiksi, ne sisältävät valoherkän laitteen.

Eukaryooteissa Fotosynteesilaitteisto sijaitsee erityisissä solunsisäisissä organelleissa - kloroplasteissa, jotka sisältävät vihreää pigmenttiä klorofylliä, joka antaa kasville vihreän värin ja jolla on tärkeä rooli fotosynteesissä, sieppaamalla auringonvalon energiaa. Kloroplastit, kuten mitokondriot, sisältävät myös DNA:ta, RNA:ta ja laitteiston proteiinisynteesiin, eli niillä on potentiaalinen kyky lisääntyä. Kloroplastit ovat useita kertoja suurempia kuin mitokondriot. Kloroplastien määrä vaihtelee levien yhdestä 40 soluun korkeammissa kasveissa.

Vihreiden kasvien soluissa on kloroplastien lisäksi myös mitokondrioita, joita käytetään energian tuottamiseen yöllä hengityksen seurauksena, kuten heterotrofisissa soluissa.

Kloroplastit ovat pallomaisia ​​tai litistettyjä. Niitä ympäröi kaksi kalvoa - ulompi ja sisäinen (kuva 1). Sisäkalvo on pinottu litistettyjen kuplan muotoisten kiekkojen pinojen muodossa. Tätä pinoa kutsutaan fasetiksi.

Jokainen grana koostuu erillisistä kerroksista, jotka on järjestetty kolikkopylväiksi. Proteiinimolekyylien kerrokset vuorottelevat kerrosten kanssa, jotka sisältävät klorofylliä, karoteeneja ja muita pigmenttejä sekä erityisiä lipidien muotoja (sisältävät galaktoosia tai rikkiä, mutta vain yhtä rasvahappoa). Nämä pinta-aktiiviset lipidit näyttävät adsorboituvan yksittäisten molekyylikerrosten väliin ja stabiloivat rakennetta, joka koostuu vuorottelevista proteiini- ja pigmenttikerroksista. Tällainen kerrostettu (lamellaarinen) granarakenne helpottaa todennäköisimmin energian siirtymistä fotosynteesin aikana yhdestä molekyylistä läheiseen.

Levissä ei ole enempää kuin yksi jyvä jokaisessa kloroplastissa ja korkeammissa kasveissa - jopa 50 jyvää, jotka on yhdistetty toisiinsa kalvosilloilla. Granan välissä oleva vesipitoinen väliaine on kloroplastin stroma, joka sisältää entsyymejä, jotka suorittavat "pimeitä reaktioita"

Granan muodostavia vesikkelimäisiä rakenteita kutsutaan tylaktoideiksi. Granassa on 10-20 tylaktoidia.

Tylaktisten kalvojen fotosynteesin perusrakenteellista ja toiminnallista yksikköä, joka sisältää tarvittavat valoa vangitsevat pigmentit ja energianmuutoslaitteiston komponentit, kutsutaan kvantosomiksi, joka koostuu noin 230 klorofyllimolekyylistä. Tämän hiukkasen massa on noin 2 x 106 daltonia ja koko noin 17,5 nm.

Maakasvit imevät fotosynteesiin tarvittavan veden juuriensa kautta, kun taas vesikasvit saavat sen diffuusiona ympäristöstä. Fotosynteesiin tarvittava hiilidioksidi diffundoituu kasviin lehtien pinnalla olevien pienten reikien - stomatan - kautta. Koska fotosynteesiprosessissa kuluu hiilidioksidia, sen pitoisuus solussa on yleensä jonkin verran pienempi kuin ilmakehässä. Fotosynteesin aikana vapautuva happi diffundoituu ulos solusta ja sitten ulos kasvista stomatan kautta. Fotosynteesin aikana muodostuneet sokerit leviävät myös niihin kasvin osiin, joissa niiden pitoisuus on pienempi.

Kasvit tarvitsevat fotosynteesiä varten paljon ilmaa, koska se sisältää vain 0,03 % hiilidioksidia. Näin ollen 10 000 m 3 ilmaa voidaan saada 3 m 3 hiilidioksidia, josta fotosynteesin aikana muodostuu noin 110 g glukoosia. Kasvit kasvavat yleensä paremmin, kun ilmassa on korkeampi hiilidioksidipitoisuus. Siksi joissakin kasvihuoneissa ilman CO 2 -pitoisuus säädetään 1-5 prosenttiin.

Aurinkoenergia ja erilaiset pigmentit osallistuvat fotosynteesin fotokemiallisen toiminnan toteuttamiseen: vihreä - klorofyllit a ja b, keltainen - karotenoidit ja punainen tai sininen - fykobiliinit. Vain klorofylli a on fotokemiallisesti aktiivinen tästä pigmenttikompleksista. Jäljellä olevilla pigmenteillä on apurooli, sillä ne ovat vain valokvanttien (eräänlaisia ​​valoa kerääviä linssejä) kerääjiä ja niiden johtajia fotokemialliseen keskustaan.

Perustuen klorofyllin kykyyn absorboida tehokkaasti tietyn aallonpituuden aurinkoenergiaa, tylaktisissa kalvoissa tunnistettiin toiminnallisia fotokemiallisia keskuksia tai fotojärjestelmiä (kuva 3):

• fotosysteemi I (klorofylli a) - sisältää pigmenttiä 700 (P 700), joka absorboi valoa, jonka aallonpituus on noin 700 nm, ja sillä on tärkeä rooli fotosynteesin valovaiheen tuotteiden muodostumisessa: ATP ja NADP · H 2
• fotosysteemi II (klorofylli b) - sisältää pigmenttiä 680 (P 680), joka absorboi valoa aallonpituudella 680 nm, jolla on apurooli täydentämällä fotosysteemi I:n veden fotolyysin vuoksi menettämiä elektroneja

Valosysteemien I ja II 300-400 valoa keräävän pigmentin molekyylissä on vain yksi fotokemiallisesti aktiivisen pigmentin molekyyli - klorofylli a.

Kasvin absorboima valokvantti

• siirtää P 700 -pigmentin perustilasta viritettyyn tilaan - P * 700, jossa se menettää helposti elektronin muodostamalla positiivisen elektronireiän P 700 + muodossa kaavion mukaisesti:

  P 700 ---> P * 700 ---> P + 700 + e -

  Sen jälkeen elektronin menettänyt pigmenttimolekyyli voi toimia elektronin vastaanottajana (pystyy vastaanottamaan elektronin) ja siirtyä pelkistettyyn muotoon.

• aiheuttaa veden hajoamista (valohapettumista) fotosysteemin II fotokemiallisessa keskustassa P 680 kaavion mukaisesti

  H20 ---> 2H + + 2e - + 1/2O 2

  Veden fotolyysiä kutsutaan Hillin reaktioksi. Veden hajoamisen tuottamat elektronit hyväksyy aluksi aine, jota kutsutaan nimellä Q (jota kutsutaan joskus sytokromi C 550:ksi sen absorptiomaksimin vuoksi, vaikka se ei ole sytokromi). Sitten aineesta Q, koostumukseltaan mitokondrioiden kanssa samankaltaisen kantajaketjun kautta, elektronit syötetään fotosysteemiin I täyttämään elektronireikä, joka muodostuu järjestelmän valokvanttien absorptiosta ja palauttamaan pigmentti P + 700

Jos tällainen molekyyli yksinkertaisesti vastaanottaa takaisin saman elektronin, vapautuu valoenergiaa lämmön ja fluoresenssin muodossa (tämä on syy puhtaan klorofyllin fluoresenssiin). Kuitenkin useimmissa tapauksissa erityiset rauta-rikkiproteiinit (FeS-keskus) hyväksyvät vapautuneen negatiivisesti varautuneen elektronin.

1. tai kuljetetaan yhtä kantoketjua pitkin takaisin P + 700:aan täyttäen elektronireiän
2. tai toista kantajaketjua pitkin ferredoksiinin ja flavoproteiinin kautta pysyvään vastaanottajaan - NADP · H 2

Ensimmäisessä tapauksessa on suljettu syklinen elektronien kuljetus, ja toisessa - ei-syklinen.

Molempia prosesseja katalysoi sama elektronin kantajaketju. Kuitenkin syklisessä fotofosforylaatiossa elektronit palautetaan klorofyllistä a takaisin klorofylliin a, kun taas asyklisessä fotofosforylaatiossa elektronit siirtyvät klorofyllistä b klorofylliin a.

Siten kadonneita P 700 -elektroneja täydennetään valon vaikutuksesta hajoavilla vesielektroneilla valojärjestelmässä II.

a+ perustilaan, muodostuvat ilmeisesti klorofyllin virittyessä b. Nämä korkean energian elektronit menevät ferredoksiiniin ja sitten flavoproteiinien ja sytokromien kautta klorofylliksi a. Viimeisessä vaiheessa ADP fosforyloituu ATP:ksi (kuvio 5).

Klorofyllin palauttamiseen tarvittavat elektronit sisään sen perustila saadaan luultavasti veden dissosioituessa muodostuneista OH-ioneista. Osa vesimolekyyleistä hajoaa H+- ja OH--ioneiksi. Elektronien katoamisen seurauksena OH - ionit muuttuvat radikaaleiksi (OH), jotka myöhemmin muodostavat vesimolekyylejä ja kaasumaista happea (kuva 6).

Tämän teorian näkökohdan vahvistavat tulokset kokeista vedellä ja CO 2:lla, jotka on merkitty 18 0:lla. [näytä] .

Näiden tulosten mukaan kaikki fotosynteesin aikana vapautuva kaasumainen happi tulee vedestä, ei CO 2 :sta. Veden halkeamisreaktioita ei ole vielä tutkittu yksityiskohtaisesti. On kuitenkin selvää, että kaikki peräkkäiset ei-syklisen fotofosforylaation reaktiot (kuva 5) toteutetaan, mukaan lukien yhden klorofyllimolekyylin viritys a ja yksi klorofyllimolekyyli b, pitäisi johtaa yhden NADP-molekyylin muodostumiseen · H, kaksi tai useampi ATP-molekyyli ADP:stä ja Fn:stä ja yhden happiatomin vapautumiseen. Tämä vaatii vähintään neljä valon kvanttia - kaksi jokaista klorofyllimolekyyliä kohden.

Ei-syklinen elektronivirtaus H 2 O:sta NADP:hen · Kahden valojärjestelmän ja niitä yhdistävien elektroninkuljetusketjujen vuorovaikutuksessa esiintyvä H 2 havaitaan redox-potentiaalien arvoista huolimatta: E ° 1 / 2O 2 /H 2 O \u003d +0,81 V ja E ° NADP / NADP · H \u003d -0,32 V. Valon energia kääntää elektronien virran. On oleellista, että siirryttäessä fotosysteemistä II fotosysteemiin I osa elektronienergiasta kertyy protonipotentiaalin muodossa tylaktoidikalvolle ja sitten ATP:n energiaan.

Protonipotentiaalin muodostumismekanismi elektronin kuljetusketjussa ja sen käyttö ATP:n muodostukseen kloroplasteissa on samanlainen kuin mitokondrioissa. Valofosforylaation mekanismissa on kuitenkin joitain erityispiirteitä. Tylaktoidit ovat kuin mitokondriot, jotka on käännetty nurinpäin, joten elektronien ja protonien siirtosuunta kalvon läpi on päinvastainen kuin mitokondriokalvossa (kuva 6). Elektronit siirtyvät ulos, ja protonit keskittyvät tylaktisen matriisin sisään. Matriisi on varautunut positiivisesti ja tylaktoidin ulkokalvo on negatiivisesti varautunut, eli protonigradientin suunta on päinvastainen kuin sen suunta mitokondrioissa.

Toinen piirre on merkittävästi suurempi pH-osuus protonipotentiaalissa mitokondrioihin verrattuna. Tylaktoidimatriisi on erittäin hapan, joten Δ pH voi olla 0,1-0,2 V, kun taas Δ Ψ on noin 0,1 V. Δ μ H+:n kokonaisarvo > 0,25 V.

H+-ATP-syntetaasi, jota kloroplasteissa kutsutaan "СF 1 +F 0" -kompleksiksi, on myös suunnattu vastakkaiseen suuntaan. Sen pää (F 1) näyttää ulospäin, kohti kloroplastin stroomaa. Protonit työntyvät ulos matriisista СF 0 +F 1:n kautta ja ATP muodostuu F 1:n aktiiviseen keskustaan ​​protonipotentiaalin energian vaikutuksesta.

Toisin kuin mitokondrioketjussa, tylaktoidiketjussa on ilmeisesti vain kaksi konjugaatiokohtaa, joten yhden ATP-molekyylin synteesi vaatii kolme protonia kahden sijaan, eli suhde 3 H + / 1 mol ATP.

Joten fotosynteesin ensimmäisessä vaiheessa valoreaktioiden aikana ATP ja NADP muodostuvat kloroplastin stroomassa. · H - tuotteet, joita tarvitaan tummien reaktioiden toteuttamiseen.

Fotosynteesin pimeät reaktiot on prosessi, jossa hiilidioksidia liitetään orgaanisiin aineisiin hiilihydraattien muodostuessa (glukoosin fotosynteesi hiilidioksidista). Reaktiot tapahtuvat kloroplastin stroomassa fotosynteesin kevyen vaiheen tuotteiden - ATP ja NADP - osallistumisen kanssa · H2.

Hiilidioksidin assimilaatio (fotokemiallinen karboksylaatio) on syklinen prosessi, jota kutsutaan myös pentoosifosfaatin fotosynteesisykliksi tai Calvinin sykliksi (kuva 7). Se voidaan jakaa kolmeen päävaiheeseen:

• karboksylaatio (CO 2:n kiinnittäminen ribuloosidifosfaatilla)
• pelkistys (trioosifosfaattien muodostuminen 3-fosfoglyseraatin pelkistyksen aikana)
• Ribuloosidifosfaatin regenerointi

Ribuloosi-5-fosfaatti (5-hiilisokeri, jossa on fosfaattijäännös hiilessä 5) fosforyloituu ATP:llä, jolloin muodostuu ribuloosidifosfaattia. Tämä viimeinen aine karboksyloidaan lisäämällä CO 2:ta, ilmeisesti kuuden hiilen välituotteeksi, joka kuitenkin pilkkoutuu välittömästi lisäämällä vesimolekyyliä, jolloin muodostuu kaksi fosfoglyseriinihappomolekyyliä. Fosfoglyseriinihappo pelkistyy sitten entsymaattisessa reaktiossa, joka edellyttää ATP:n ja NADP:n läsnäoloa · H muodostuu fosfoglyseraldehydiä (kolmehiilisokeri - trioosi). Kahden tällaisen trioosin kondensoitumisen seurauksena muodostuu heksoosimolekyyli, joka voidaan sisällyttää tärkkelysmolekyyliin ja siten tallettaa varaan.

Tämän syklin vaiheen loppuun saattamiseksi fotosynteesi kuluttaa 1 CO 2 -molekyylin ja käyttää 3 ATP- ja 4 H-atomia (kiinnittyneenä 2 NAD-molekyyliin). · N). Heksoosifosfaatista tietyillä pentoosifosfaattisyklin reaktioilla (kuva 8) regeneroituu ribuloosifosfaattia, joka voi taas kiinnittää toisen hiilidioksidimolekyylin itseensä.

Mitään kuvatuista reaktioista - karboksylaatiota, pelkistystä tai regeneraatiota - ei voida pitää spesifisenä vain fotosynteettiselle solulle. Ainoa ero niiden välillä on, että NADP:tä tarvitaan pelkistysreaktioon, jonka aikana fosfoglyseriinihappo muuttuu fosfoglyseraldehydiksi. · H, ei LOPUTA · N, kuten tavallista.

CO 2:n kiinnittymistä ribuloosidifosfaatilla katalysoiientsyymi: Ribuloosidifosfaatti + CO 2 --> 3-fosfoglyseraatti Lisäksi 3-fosfoglyseraatti pelkistyy NADP:n avulla · H 2 ja ATP glyseraldehydi-3-fosfaatiksi. Tätä reaktiota katalysoi glyseraldehydi-3-fosfaattidehydrogenaasientsyymi. Glyseraldehydi-3-fosfaatti isomeroituu helposti dihydroksiasetonifosfaatiksi. Molempia trioosifosfaatteja käytetään fruktoosibisfosfaatin muodostukseen (fruktoosibisfosfaattialdolaasin katalysoima käänteinen reaktio). Osa syntyvän fruktoosibisfosfaatin molekyyleistä osallistuu trioosifosfaattien ohella ribuloosidifosfaatin regeneraatioon (ne sulkevat kierron), ja toista osaa käytetään hiilihydraattien varastoimiseen fotosynteettisiin soluihin, kuten kaaviossa näkyy.

On arvioitu, että 12 NADP:tä tarvitaan yhden glukoosimolekyylin syntetisoimiseen CO2:sta Calvinin syklissä. · H + H + ja 18 ATP (12 ATP-molekyyliä käytetään 3-fosfoglyseraatin pelkistykseen ja 6 molekyyliä ribuloosidifosfaatin regeneraatioreaktioihin). Minimisuhde - 3 ATP: 2 NADP · H2.

Voit nähdä fotosynteettisen ja oksidatiivisen fosforylaation taustalla olevien periaatteiden yhteisyyden, ja fotofosforylaatio on ikään kuin käänteistä oksidatiivista fosforylaatiota:

Valon energia on orgaanisten aineiden (S-H2) fosforylaation ja synteesin liikkeellepaneva voima fotosynteesin aikana ja päinvastoin orgaanisten aineiden hapettumisenergia - oksidatiivisen fosforylaation aikana. Siksi kasvit tarjoavat elämää eläimille ja muille heterotrofisille organismeille:

Fotosynteesin aikana muodostuneet hiilihydraatit rakentavat useiden orgaanisten kasviaineiden hiilirunkoja. Fotosynteettiset organismit assimiloivat typpiaineita pelkistämällä epäorgaanisia nitraatteja tai ilmakehän typpeä ja rikkiä pelkistämällä sulfaatit aminohappojen sulfhydryyliryhmiksi. Fotosynteesi varmistaa viime kädessä proteiinien, nukleiinihappojen, hiilihydraattien, lipidien, elämälle välttämättömien kofaktorien muodostumisen, vaan myös lukuisten sekundääristen synteesituotteiden, jotka ovat arvokkaita lääkeaineita (alkaloidit, flavonoidit, polyfenolit, terpeenit, steroidit, orgaaniset hapot jne. ..).

Klorofiilinen fotosynteesi

Klorofiilinen fotosynteesi löydettiin suolaa rakastavista bakteereista, joilla on violetti valoherkkä pigmentti. Tämä pigmentti osoittautui bakteerirodopsiiniproteiiniksi, joka, kuten verkkokalvon visuaalinen violetti - rodopsiini, sisältää A-vitamiinin johdannaista - verkkokalvoa. Bakteriorodopsiini, joka on upotettu suolaa rakastavien bakteerien kalvoon, muodostaa tälle kalvolle protonipotentiaalin vasteena verkkokalvon valon absorptiolle, joka muuttuu ATP:ksi. Siten bakteriorodopsiini on klorofylliton valoenergian muunnin.

Fotosynteesi ja ympäristö

Fotosynteesi on mahdollista vain valon, veden ja hiilidioksidin läsnä ollessa. Fotosynteesin tehokkuus on enintään 20 % viljellyissä kasvilajeissa, eikä yleensä ylitä 6-7 %. Noin 0,03 % (tilavuus) CO 2 -ilmakehässä sen pitoisuuden noustessa 0,1 %:iin fotosynteesin intensiteetti ja kasvien tuottavuus lisääntyvät, joten on suositeltavaa ruokkia kasveja hiilivedyillä. Yli 1,0 %:n CO 2 -pitoisuudella ilmassa on kuitenkin haitallinen vaikutus fotosynteesiin. Vain maakasvit imevät vuodessa 3 % maapallon ilmakehän hiilidioksidin kokonaismäärästä eli noin 20 miljardia tonnia. CO 2:sta syntetisoitujen hiilihydraattien koostumukseen kertyy jopa 4 × 10 18 kJ valoenergiaa. Tämä vastaa 40 miljardin kW:n voimalaitoksen kapasiteettia. Fotosynteesin sivutuote - happi - on elintärkeä korkeammille organismeille ja aerobisille mikro-organismeille. Kasvillisuuden säilyttäminen tarkoittaa elämän säilyttämistä maan päällä.

Fotosynteesin tehokkuus

Fotosynteesin tehokkuutta biomassan tuotannossa voidaan arvioida sen perusteella, kuinka suuren osuuden auringon kokonaissäteilystä tietyssä ajassa tietylle alueelle laskeutuu sadon orgaaniseen aineeseen. Järjestelmän tuottavuutta voidaan arvioida pinta-alayksikköä kohden vuodessa saadun orgaanisen kuiva-aineen määrällä, joka ilmaistaan ​​hehtaaria kohden vuodessa saadun tuotannon massayksiköinä (kg) tai energiana (MJ).

Biomassasaanto riippuu siis vuoden aikana toimivan aurinkoenergian kerääjän (lehtien) pinta-alasta ja päivien lukumäärästä vuodessa sellaisilla valo-olosuhteilla, jolloin fotosynteesi on mahdollista maksiminopeudella, mikä määrää koko prosessin tehokkuuden. . Kasvien käytettävissä olevan auringon säteilyn osuuden (prosentteina) määrittämisen tulokset (fotosynteettisesti aktiivinen säteily, PAR) sekä tärkeimpien fotokemiallisten ja biokemiallisten prosessien ja niiden termodynaamisen tehokkuuden tuntemus mahdollistavat todennäköisten rajallisten muodostumisnopeuksien laskemisen. orgaaniset aineet hiilihydraattien suhteen.

Kasvit käyttävät valoa, jonka aallonpituus on 400-700 nm, eli fotosynteettisesti aktiivinen säteily muodostaa 50 % kaikesta auringonvalosta. Tämä vastaa intensiteettiä maan pinnalla 800-1000 W / m 2 tyypillisenä aurinkoisena päivänä (keskimäärin). Energian muuntamisen keskimääräinen hyötysuhde fotosynteesin aikana on käytännössä 5-6 %. Nämä arviot perustuvat tutkimukseen CO 2:n sitoutumisprosessista sekä siihen liittyvistä fysiologisista ja fyysisistä menetyksistä. Yksi mooli sitoutunutta CO 2:ta hiilihydraatin muodossa vastaa 0,47 MJ:n energiaa ja punaisen valokvantin moolin energia, jonka aallonpituus on 680 nm (energiahuonoin fotosynteesissä käytetty valo) on 0,176 MJ. . Siten 1 mooli CO 2:n sitomiseen vaadittavien punaisten valokvanttien moolien vähimmäismäärä on 0,47:0,176 = 2,7. Koska neljän elektronin siirto vedestä yhden CO 2 -molekyylin kiinnittämiseksi vaatii kuitenkin vähintään kahdeksan fotonia valoa, teoreettinen sitoutumistehokkuus on 2,7:8 = 33 %. Nämä laskelmat on tehty punaiselle valolle; on selvää, että valkoiselle valolle tämä arvo on vastaavasti pienempi.

Parhaissa pelto-olosuhteissa kiinnitystehokkuus kasveissa saavuttaa 3 %, mutta tämä on mahdollista vain lyhyillä kasvujaksoilla ja koko vuodelle laskettuna se on jossain 1-3 %.

Käytännössä keskimäärin vuodessa fotosynteettisen energian muuntamisen tehokkuus lauhkeilla vyöhykkeillä on yleensä 0,5-1,3% ja subtrooppisilla viljelykasveilla - 0,5-2,5%. Tuotteen tuotto, joka voidaan odottaa tietyllä auringonvalon intensiteetillä ja erilaisella fotosynteesin tehokkuudella, voidaan helposti arvioida kuvan 2 kaavioista. yhdeksän.

Fotosynteesin merkitys

• Fotosynteesiprosessi on kaikkien elävien olentojen ravinnon perusta, ja se myös toimittaa ihmiskunnalle polttoainetta, kuituja ja lukemattomia hyödyllisiä kemiallisia yhdisteitä.
• Ilmasta fotosynteesin aikana sitoutuneesta hiilidioksidista ja vedestä muodostuu noin 90-95 % sadon kuivapainosta.
• Ihminen käyttää noin 7 % fotosynteesin tuotteista ruokaan, rehuun, polttoaineeseen ja rakennusmateriaaleihin.

Kuten nimestä voi päätellä, fotosynteesi on pohjimmiltaan luonnollinen orgaanisten aineiden synteesi, joka muuttaa ilmakehästä ja vedestä tulevan CO2:n glukoosiksi ja vapaaksi hapeksi.

Tämä edellyttää aurinkoenergian läsnäoloa.

Fotosynteesiprosessin kemiallinen yhtälö voidaan yleensä esittää seuraavasti:

Fotosynteesissä on kaksi vaihetta: tumma ja vaalea. Fotosynteesin pimeän vaiheen kemialliset reaktiot eroavat merkittävästi valofaasin reaktioista, mutta fotosynteesin pimeä ja vaalea faasi riippuvat toisistaan.

Kevyt vaihe voi tapahtua kasvien lehdissä yksinomaan auringonvalossa. Tummalle hiilidioksidin läsnäolo on välttämätöntä, minkä vuoksi kasvin on imettävä sitä ilmakehästä koko ajan. Kaikki fotosynteesin pimeän ja vaalean vaiheen vertailuominaisuudet esitetään alla. Tätä varten luotiin vertaileva taulukko "Fotosynteesin vaiheet".

Fotosynteesin kevyt vaihe

Tärkeimmät prosessit fotosynteesin valovaiheessa tapahtuvat tylakoidikalvoissa. Se sisältää klorofylliä, elektroneja kantavia proteiineja, ATP-syntetaasia (entsyymi, joka nopeuttaa reaktiota) ja auringonvaloa.

Edelleen reaktiomekanismia voidaan kuvata seuraavasti: kun auringonvalo osuu kasvien vihreisiin lehtiin, niiden rakenteessa kiihottuu klorofyllielektroneja (negatiivinen varaus), jotka siirtyessään aktiiviseen tilaan poistuvat pigmenttimolekyylistä ja päätyvät kasvien pinnalle. Tylakoidin ulkopuoli, jonka kalvo on myös negatiivisesti varautunut. Samalla klorofyllimolekyylit hapetetaan ja jo hapettuneena ne palautuvat, mikä vie elektroneja pois lehtirakenteessa olevasta vedestä.

Tämä prosessi johtaa siihen, että vesimolekyylit hajoavat ja veden fotolyysin seurauksena syntyneet ionit luovuttavat elektronejaan ja muuttuvat sellaisiksi OH-radikaaleiksi, jotka pystyvät suorittamaan lisäreaktioita. Lisäksi nämä reaktiiviset OH-radikaalit yhdistetään, jolloin syntyy täysimittaisia ​​vesimolekyylejä ja happea. Tässä tapauksessa vapaata happea vapautuu ulkoiseen ympäristöön.

Kaikkien näiden reaktioiden ja muutosten seurauksena lehtien tylakoidikalvo on toisaalta positiivisesti varautunut (H + -ionin vuoksi) ja toisaalta negatiivisesti (elektronien vuoksi). Kun näiden varausten välinen ero kalvon molemmilla puolilla saavuttaa yli 200 mV, protonit kulkevat ATP-syntetaasientsyymin erityisten kanavien läpi ja tämän seurauksena ADP muuttuu ATP:ksi (fosforylaatioprosessin seurauksena). Ja vedestä vapautuva atomivety palauttaa tietyn kantajan NADP +:ksi NADP H2:ksi. Kuten näet, fotosynteesin valovaiheen seurauksena tapahtuu kolme pääprosessia:

1. ATP-synteesi;
2. NADP H2:n luominen;
3. vapaan hapen muodostuminen.

Jälkimmäinen vapautuu ilmakehään, ja NADP H2 ja ATP osallistuvat fotosynteesin pimeään vaiheeseen.

Fotosynteesin pimeä vaihe

Fotosynteesin pimeälle ja vaalealle vaiheelle on ominaista suuri energiankulutus kasvin puolelta, mutta pimeä vaihe etenee nopeammin ja vaatii vähemmän energiaa. Pimeän faasin reaktiot eivät vaadi auringonvaloa, joten ne voivat tapahtua päivällä tai yöllä.

Kaikki tämän vaiheen pääprosessit tapahtuvat kasvin kloroplastin stromassa ja edustavat eräänlaista ilmakehän hiilidioksidin peräkkäisten muutosten ketjua. Ensimmäinen reaktio tällaisessa ketjussa on hiilidioksidin kiinnittyminen. Jotta se toimisi sujuvammin ja nopeammin, luonto tarjosi RiBP-karboksylaasientsyymiä, joka katalysoi CO2:n kiinnittymistä.

Sitten tapahtuu kokonainen reaktiosykli, jonka loppuun saattaminen on fosfoglyseriinihapon muuttuminen glukoosiksi (luonnollinen sokeri). Kaikki nämä reaktiot käyttävät ATP:n ja NADP H2:n energiaa, jotka syntyivät fotosynteesin valovaiheessa. Glukoosin lisäksi fotosynteesin seurauksena muodostuu myös muita aineita. Niiden joukossa ovat erilaiset aminohapot, rasvahapot, glyseroli sekä nukleotidit.

Fotosynteesin vaiheet: vertailutaulukko

Fotosynteesi - video