Jeste li se ikada zapitali koliko živih organizama postoji na planeti?! I nakon svega, svi oni trebaju udisati kisik kako bi generirali energiju i izdisali ugljični dioksid. Upravo je ugljični dioksid glavni uzrok takvog fenomena kao što je začepljenost u sobi. Održava se kada je u njemu puno ljudi, a prostorija se dugo ne ventilira. Osim toga, industrijski objekti, privatni automobili i javni prijevoz pune zrak otrovnim tvarima.
S obzirom na navedeno, nameće se sasvim logično pitanje: kako se onda nismo ugušili, ako je sav život izvor otrovnog ugljičnog dioksida? Spasitelj svih živih bića u ovoj situaciji je fotosinteza. Što je to proces i zašto je potreban?
Njegov rezultat je podešavanje ravnoteže ugljičnog dioksida i zasićenja zraka kisikom. Takav proces poznat je samo predstavnicima svijeta flore, odnosno biljaka, budući da se događa samo u njihovim stanicama.
Sama fotosinteza je izuzetno složen postupak, ovisno o određenim uvjetima i koji se javlja u nekolikofaze.
Definicija pojma
Prema znanstvenoj definiciji, organske tvari se pretvaraju u organske tvari tijekom fotosinteze na staničnoj razini kod autotrofnih organizama zbog izlaganja sunčevoj svjetlosti.
Jednostavnije rečeno, fotosinteza je proces kojim se događa sljedeće:
- Biljka je zasićena vlagom. Izvor vlage može biti voda iz zemlje ili vlažni tropski zrak.
- Klorofil (posebna tvar koja se nalazi u biljkama) reagira na sunčevu energiju.
- Formiranje hrane neophodne predstavnicima flore, koju sami ne mogu dobiti na heterotrofni način, ali su sami njen proizvođač. Drugim riječima, biljke jedu ono što proizvode. Ovo je rezultat fotosinteze.
prva faza
Praktično svaka biljka sadrži zelenu tvar, zahvaljujući kojoj može apsorbirati svjetlost. Ova tvar nije ništa drugo do klorofil. Njegovo mjesto su kloroplasti. Ali kloroplasti se nalaze u dijelu stabljike biljke i njezinih plodova. Ali fotosinteza lišća je posebno česta u prirodi. Budući da je potonji prilično jednostavan u svojoj strukturi i ima relativno veliku površinu, što znači da će količina energije potrebna za nastavak procesa spašavanja biti puno veća.
Kada svjetlost apsorbira klorofil, potonji je u stanju uzbuđenja iprenosi energetske poruke drugim organskim molekulama biljke. Najveća količina takve energije odlazi sudionicima u procesu fotosinteze.
Druga faza
Formiranje fotosinteze u drugoj fazi ne zahtijeva obvezno sudjelovanje svjetlosti. Sastoji se od stvaranja kemijskih veza pomoću otrovnog ugljičnog dioksida koji nastaje iz zračnih masa i vode. Također postoji sinteza mnogih tvari koje osiguravaju vitalnu aktivnost predstavnika flore. To su škrob, glukoza.
U biljkama takvi organski elementi djeluju kao izvor prehrane za pojedine dijelove biljke, osiguravajući pritom normalan tijek životnih procesa. Takve tvari dobivaju i predstavnici faune koji jedu biljke za hranu. Ljudsko tijelo je zasićeno ovim tvarima putem hrane, koja je uključena u svakodnevnu prehranu.
Što? Gdje? Kada?
Da bi organske tvari postale organske, potrebno je osigurati odgovarajuće uvjete za fotosintezu. Za proces koji se razmatra, prije svega, potrebno je svjetlo. Govorimo o umjetnoj i sunčevoj svjetlosti. U prirodi je aktivnost biljaka obično karakterizirana intenzitetom u proljeće i ljeto, odnosno kada postoji potreba za velikom količinom sunčeve energije. Što se ne može reći za jesensko doba, kada je sve manje svjetla, dan je sve kraći. Kao rezultat, lišće postaje žuto, a zatim potpuno otpada. Ali čim zasjaju prve proljetne zrake sunca, zelena će trava ustati, oni će odmah nastaviti sa svojim aktivnostima.klorofila, te će započeti aktivna proizvodnja kisika i drugih vitalnih hranjivih tvari.
Uvjeti za fotosintezu uključuju više od svjetlosti. Vlaga bi također trebala biti dovoljna. Uostalom, biljka prvo apsorbira vlagu, a zatim počinje reakcija uz sudjelovanje sunčeve energije. Biljna hrana je rezultat ovog procesa.
Samo u prisutnosti zelene tvari dolazi do fotosinteze. Što su klorofili, već smo rekli gore. Djeluju kao svojevrsni dirigent između svjetlosti ili sunčeve energije i same biljke, osiguravajući pravilan tijek njihova života i djelovanja. Zelene tvari imaju sposobnost apsorbirati mnoge sunčeve zrake.
Kisik također igra značajnu ulogu. Da bi proces fotosinteze bio uspješan, biljkama je potrebno dosta, budući da sadrži samo 0,03% ugljične kiseline. Dakle, od 20.000 m3 zraka, možete dobiti 6 m3 kiseline. Upravo je potonja tvar glavni izvorni materijal za glukozu, koja je pak tvar neophodna za život.
Postoje dvije faze fotosinteze. Prvo se zove svjetlo, drugo je tamno.
Koji je mehanizam toka svjetlosnog stupnja
Svjetlosna faza fotosinteze ima drugi naziv - fotokemijski. Glavni sudionici u ovoj fazi su:
- solarna energija;
- različiti pigmenti.
S prvom komponentom sve je jasno, to je sunčeva svjetlost. ALIto su pigmenti, ne znaju svi. Zelene su, žute, crvene ili plave. Klorofili skupine "A" i "B" pripadaju zelenoj, fikobilini žutoj i crveno-plavoj. Fotokemijsku aktivnost među sudionicima u ovoj fazi procesa pokazuju samo klorofili "A". Ostali igraju komplementarnu ulogu, čija je bit prikupljanje svjetlosnih kvanta i njihov transport do fotokemijskog centra.
Budući da je klorofil obdaren sposobnošću da učinkovito apsorbira sunčevu energiju na određenoj valnoj duljini, identificirani su sljedeći fotokemijski sustavi:
- Fotokemijski centar 1 (zelene tvari grupe "A") - pigment 700 je uključen u sastav koji apsorbira svjetlosne zrake, čija je duljina približno 700 nm. Ovaj pigment igra temeljnu ulogu u stvaranju proizvoda svjetlosne faze fotosinteze.
- Fotokemijski centar 2 (zelene tvari grupe "B") - sastav uključuje pigment 680, koji apsorbira svjetlosne zrake, čija je duljina 680 nm. On ima sporednu ulogu, koja se sastoji u funkciji nadopunjavanja elektrona izgubljenih fotokemijskim središtem 1. Postiže se hidrolizom tekućine.
Za 350-400 molekula pigmenta koje koncentriraju svjetlosne tokove u fotosustavima 1 i 2, postoji samo jedna molekula pigmenta, koja je fotokemijski aktivna - klorofil grupe "A".
Što se događa?
1. Svjetlosna energija koju apsorbira biljka utječe na pigment 700 koji se u njoj nalazi, a koji prelazi iz normalnog u pobuđeno stanje. Pigment gubielektrona, što rezultira stvaranjem takozvane elektronske rupe. Nadalje, molekula pigmenta koja je izgubila elektron može djelovati kao njegov akceptor, odnosno strana koja prima elektron, i vratiti se u svoj oblik.
2. Proces razgradnje tekućine u fotokemijskom središtu pigmenta koji apsorbira svjetlost 680 fotosustava 2. Tijekom razgradnje vode nastaju elektroni koje u početku prihvaća tvar kao što je citokrom C550 i označavaju se slovom Q. Zatim, iz citokroma, elektroni ulaze u lanac nosača i transportiraju se do fotokemijskog centra 1 kako bi nadoknadili elektronsku rupu, što je rezultat prodora svjetlosnih kvanta i procesa redukcije pigmenta 700.
Postoje slučajevi kada takva molekula dobije natrag elektron identičan prethodnoj. To će rezultirati oslobađanjem svjetlosne energije u obliku topline. Ali gotovo uvijek, elektron s negativnim nabojem kombinira se s posebnim proteinima željezo-sumpor i prenosi se duž jednog od lanaca do pigmenta 700, ili ulazi u drugi lanac nositelja i ponovno se sjedinjuje s trajnim akceptorom.
U prvoj varijanti postoji ciklički transport elektrona zatvorenog tipa, u drugoj - neciklički.
Oba procesa katalizira isti lanac nositelja elektrona u prvoj fazi fotosinteze. No treba napomenuti da je tijekom fotofosforilacije cikličkog tipa početna i ujedno krajnja točka transporta klorofil, dok neciklički transport podrazumijeva prijelaz zelene tvari skupine "B" uklorofil "A".
Značajke cikličkog prijevoza
Ciklička fosforilacija se također naziva fotosintetskom. Kao rezultat ovog procesa nastaju molekule ATP-a. Taj se transport temelji na povratku elektrona u pobuđenom stanju pigmentu 700 kroz nekoliko uzastopnih faza, uslijed čega se oslobađa energija koja sudjeluje u radu fosforilacijskog enzimskog sustava u svrhu daljnjeg nakupljanja u ATP fosfatu. obveznice. To jest, energija se ne rasipa.
Ciklička fosforilacija je primarna reakcija fotosinteze, koja se temelji na tehnologiji generiranja kemijske energije na membranskim površinama tilaktoida kloroplasta pomoću energije sunčeve svjetlosti.
Bez fotosintetske fosforilacije, reakcije asimilacije u tamnoj fazi fotosinteze su nemoguće.
Njanse prijevoza necikličkog tipa
Proces se sastoji u obnavljanju NADP+ i formiranju NADPH. Mehanizam se temelji na prijenosu elektrona na feredoksin, njegovoj redukcijskoj reakciji i naknadnom prijelazu na NADP+ uz daljnju redukciju u NADPH.
Kao rezultat toga, elektroni koji su izgubili pigment 700 obnavljaju se zahvaljujući elektronima vode, koja se razgrađuje pod svjetlosnim zrakama u fotosustavu 2.
Neciklički put elektrona, čiji tok također podrazumijeva svjetlosnu fotosintezu, odvija se međusobnom interakcijom oba fotosustava, povezuje njihove lance prijenosa elektrona. Svjetlećienergija usmjerava tok elektrona natrag. Prilikom transporta od fotokemijskog centra 1 do centra 2, elektroni gube dio svoje energije zbog akumulacije kao protonskog potencijala na površini membrane tilaktoida.
U mračnoj fazi fotosinteze, proces stvaranja potencijala protonskog tipa u lancu prijenosa elektrona i njegovo iskorištavanje za stvaranje ATP-a u kloroplastima gotovo je potpuno identičan istom procesu u mitohondrijima. Ali značajke su još uvijek prisutne. Tilaktoidi u ovoj situaciji su mitohondriji okrenuti naopačke. To je glavni razlog što se elektroni i protoni kreću kroz membranu u suprotnom smjeru u odnosu na transportni tok u mitohondrijskoj membrani. Elektroni se transportiraju prema van, dok se protoni akumuliraju u unutrašnjosti tilaktičkog matriksa. Potonji prihvaća samo pozitivan naboj, a vanjska membrana tilaktoida je negativna. Iz toga slijedi da je put gradijenta protonskog tipa suprotan njegovom putu u mitohondrijima.
Sljedeća značajka može se nazvati velikom pH razinom u potencijalu protona.
Treća karakteristika je prisutnost samo dva mjesta konjugacije u tilaktoidnom lancu i, kao rezultat, omjer molekule ATP-a i protona je 1:3.
Zaključak
U prvoj fazi, fotosinteza je interakcija svjetlosne energije (umjetne i neumjetne) s biljkom. Zelene tvari reagiraju na zrake - klorofili, kojih se većina nalazi u lišću.
Tvorba ATP-a i NADPH rezultat je takve reakcije. Ovi proizvodi su neophodni za pojavu tamnih reakcija. Stoga je svjetlosni stadij obavezan proces, bez kojeg se drugi stupanj - tamni stupanj - neće dogoditi.
Tamna faza: suština i značajke
Tamna fotosinteza i njezine reakcije su postupak pretvaranja ugljičnog dioksida u tvari organskog porijekla uz proizvodnju ugljikohidrata. Provedba takvih reakcija događa se u stromi kloroplasta i produktima prve faze fotosinteze - u njima aktivno sudjeluje svjetlost.
Mehanizam tamne faze fotosinteze temelji se na procesu asimilacije ugljičnog dioksida (koji se naziva i fotokemijska karboksilacija, Calvinov ciklus), koji je karakteriziran cikličnosti. Sastoji se od tri faze:
- Karboksilacija - dodavanje CO2.
- Faza oporavka.
- Faza regeneracije ribuloznog difosfata.
Ribulofosfat, šećer s pet atoma ugljika, fosforilira se ATP-om, što rezultira ribuloza difosfatom, koji se dalje karboksilira spajanjem s CO2 proizvodom sa šest ugljika, koji odmah razgrađuju se pri interakciji s molekulom vode, stvarajući dvije molekularne čestice fosfoglicerinske kiseline. Zatim ova kiselina prolazi kroz tijek potpune redukcije u provedbi enzimske reakcije, za koju je potrebna prisutnost ATP-a i NADP-a za stvaranje šećera s tri ugljika - šećera s tri ugljika, trioze ili aldehida.fosfoglicerol. Kada se dvije takve trioze kondenziraju, dobiva se molekula heksoze, koja može postati sastavni dio molekule škroba i biti otklonjena u rezervi.
Ova faza završava apsorpcijom jedne molekule CO tijekom procesa fotosinteze2 i korištenjem tri molekule ATP-a i četiri atoma H. Heksoza fosfat je pogodan za reakcije ciklusa pentoza fosfata, rezultirajući ribuloza fosfat se regenerira, koji se može rekombinirati s drugom molekulom ugljične kiseline.
Reakcije karboksilacije, obnove, regeneracije ne mogu se nazvati specifičnim isključivo za stanicu u kojoj se odvija fotosinteza. Ne možete reći ni kakav je "homogen" tijek procesa, jer razlika još uvijek postoji - tijekom procesa oporavka koristi se NADPH, a ne OVERH.
Dodavanje CO2 ribuloza difosfata katalizira ribuloza difosfat karboksilaza. Reakcijski produkt je 3-fosfoglicerat, koji se reducira pomoću NADPH2 i ATP-a u gliceraldehid-3-fosfat. Proces redukcije katalizira gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza. Potonji se lako pretvara u dihidroksiaceton fosfat. nastaje fruktoza bisfosfat. Neke od njegovih molekula sudjeluju u procesu regeneracije ribuloza difosfata, zatvarajući ciklus, a drugi dio se koristi za stvaranje rezervi ugljikohidrata u stanicama fotosinteze, odnosno odvija se fotosinteza ugljikohidrata.
Svjetlosna energija je neophodna za fosforilaciju i sintezu organskih tvariporijekla, a energija oksidacije organskih tvari neophodna je za oksidativnu fosforilaciju. Zato vegetacija osigurava život životinjama i drugim organizmima koji su heterotrofni.
Fotosinteza u biljnoj stanici odvija se na ovaj način. Njegov proizvod su ugljikohidrati, neophodni za stvaranje ugljičnih kostura mnogih tvari predstavnika svijeta flore, koje su organskog porijekla.
Tvari dušično-organskog tipa asimiliraju se u fotosintetskim organizmima zbog redukcije anorganskih nitrata, a sumpor - zbog redukcije sulfata na sulfhidrilne skupine aminokiselina. Osigurava stvaranje proteina, nukleinskih kiselina, lipida, ugljikohidrata, kofaktora, odnosno fotosintezu. Već je naglašeno što je "asortiman" supstanci od vitalnog značaja za biljke, ali nije rečeno ni riječi o proizvodima sekundarne sinteze, a to su vrijedne ljekovite tvari (flavonoidi, alkaloidi, terpeni, polifenoli, steroidi, organske kiseline i dr.). Stoga, bez pretjerivanja, možemo reći da je fotosinteza ključ života biljaka, životinja i ljudi.
