Fotosintezni o'rganish tarixi. Qisqacha. Fotosintez nima? Fotosintezning qo'llanilishi Fotosintez nima
Xlorofillsiz fotosintez
Fazoviy lokalizatsiya
O'simlik fotosintezi xloroplastlarda amalga oshiriladi: izolyatsiya qilingan ikki membranali hujayra organellalari. Xloroplastlar mevalarning hujayralarida, poyalarida bo'lishi mumkin, ammo anatomik ravishda uni boshqarish uchun moslashtirilgan fotosintezning asosiy organi bargdir. Bargda palizad parenximasining to'qimasi xloroplastlarga eng boy. Barglari buzilgan ba'zi sukkulentlarda (masalan, kaktuslar) asosiy fotosintetik faollik poya bilan bog'liq.
Fotosintez uchun yorug'lik bargning tekis shakli tufayli to'liqroq ushlanib, katta sirt va hajm nisbatini ta'minlaydi. Suv ildizdan rivojlangan tomirlar tarmog'i (barg tomirlari) orqali etkazib beriladi. Karbonat angidrid qisman kesikula va epidermis orqali diffuziya yo'li bilan kiradi, lekin uning katta qismi bargga stomata orqali va barg orqali hujayralararo bo'shliq orqali tarqaladi. CAM fotosintezini amalga oshiradigan o'simliklar karbonat angidridni faol assimilyatsiya qilish uchun maxsus mexanizmlarni shakllantirgan.
Xloroplastning ichki bo'shlig'i rangsiz tarkib (stroma) bilan to'ldirilgan va membranalar (lamellar) bilan o'tgan bo'lib, ular bir-biri bilan birlashganda tilakoidlarni hosil qiladi, ular o'z navbatida grana deb ataladigan qatlamlarga birlashadi. Intratilakoid bo'shliq ajratilgan va stromaning qolgan qismi bilan aloqa qilmaydi, shuningdek, barcha tilakoidlarning ichki bo'shlig'i bir-biri bilan aloqa qiladi deb taxmin qilinadi. Fotosintezning engil bosqichlari membranalar bilan chegaralangan, stromada CO 2 ning avtotrofik fiksatsiyasi sodir bo'ladi.
Xloroplastlarning o'z DNKsi, RNKsi, ribosomalari (70-lar turi), oqsil sintezi davom etmoqda (garchi bu jarayon yadrodan boshqarilsa ham). Ular yana sintezlanmaydi, balki oldingilarini bo'lish natijasida hosil bo'ladi. Bularning barchasi ularni simbiogenez jarayonida eukaryotik hujayra tarkibiga kiritilgan erkin siyanobakteriyalarning avlodlari deb hisoblash imkonini berdi.
Fototizim I
Yorug'lik yig'ish kompleksi I taxminan 200 ta xlorofill molekulasini o'z ichiga oladi.
Birinchi fototizimning reaksiya markazi 700 nm (P700) da maksimal yutilishga ega bo'lgan xlorofil dimerni o'z ichiga oladi. Yorug'lik kvantidan qo'zg'algach, u birlamchi akseptorni - xlorofil ani tiklaydi, bu ikkilamchi (K 1 vitamini yoki filloquinon), shundan so'ng elektron ferredoksinga o'tadi, bu ferredoksin-NADP-reduktaza fermenti yordamida NADPni tiklaydi.
b 6 f kompleksida qaytarilgan plastosiyanin oqsili intratilakoid bo'shliq tomonidan birinchi fototizimning reaksiya markaziga ko'chiriladi va elektronni oksidlangan P700 ga o'tkazadi.
Siklik va psevdotsiklik elektron tashish
Yuqorida tavsiflangan to'liq siklik bo'lmagan elektron yo'liga qo'shimcha ravishda siklik va psevdotsiklik yo'llar topildi.
Tsiklik yo'lning mohiyati shundan iboratki, NADP o'rniga ferredoksin plastokinonni tiklaydi, bu esa uni yana b 6 f kompleksiga o'tkazadi. Natijada kattaroq proton gradienti va ko'proq ATP, lekin NADPH yo'q.
Psevdotsiklik yo'lda ferredoksin kislorodni kamaytiradi, u keyinchalik suvga aylanadi va II fototizimda ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, u NADPH ishlab chiqarmaydi.
qorong'u bosqich
Qorong'i bosqichda ATP va NADPH ishtirokida CO 2 glyukozaga (C 6 H 12 O 6) kamayadi. Bu jarayon uchun yorug'lik kerak bo'lmasa-da, uni tartibga solishda ishtirok etadi.
C 3 -fotosintez, Kalvin sikli
Uchinchi bosqichda 5 ta PHA molekulasi ishtirok etadi, ular 4-, 5-, 6- va 7-uglerod birikmalarini hosil qilish orqali 3 ta 5-karbonli ribuloza-1,5-bifosfatga birlashadi, bu esa 3ATP ni talab qiladi. .
Va nihoyat, glyukoza sintezi uchun ikkita PHA talab qilinadi. Uning molekulalaridan birini hosil qilish uchun tsiklning 6 ta aylanishi, 6 ta CO 2, 12 NADPH va 18 ATP talab qilinadi.
C 4 - fotosintez
Asosiy maqolalar: Hatch-Slack-Karpilov sikli, C4 fotosintezi
Stromada erigan CO 2 ning past konsentratsiyasida ribuloza bisfosfat karboksilaza ribuloza-1,5-bifosfatning oksidlanish reaktsiyasini katalizlaydi va uning 3-fosfogliserik kislota va fosfoglikolik kislotaga parchalanishini ta'minlaydi, bu fotorespiratsiya jarayonida majburiy ishlatiladi.
CO 2 C konsentratsiyasini oshirish uchun 4 o'simliklar bargning anatomiyasini o'zgartirdi. Ulardagi Kalvin tsikli o'tkazuvchi to'plamning qobig'i hujayralarida lokalizatsiya qilinadi, mezofill hujayralarida esa PEP-karboksilaza ta'sirida fosfoenolpiruvat karboksillanib, malat yoki aspartatga aylanadigan oksalosirka kislotasini hosil qiladi. g'ilof hujayralariga ko'chiriladi, u erda piruvat hosil bo'lishi bilan dekarboksillanadi, mezofil hujayralariga qaytadi.
4 ta fotosintezda Calvin siklidan ribuloza-1,5-bisfosfatning yo'qolishi deyarli kuzatilmaydi, shuning uchun u samaraliroq bo'ladi. Biroq, 1 glyukoza molekulasini sintez qilish uchun 18 emas, balki 30 ATP kerak. Bu issiq iqlim stomatani yopiq holda saqlashni, CO2 ning bargga kirishiga yo'l qo'ymaslikni talab qiladigan tropiklarda, shuningdek, qo'pol hayot strategiyasida o'z samarasini beradi.
CAM fotosintezi
Keyinchalik ma'lum bo'lishicha, o'simliklar kislorodni chiqarishdan tashqari, karbonat angidridni o'zlashtiradi va suv ishtirokida yorug'likda organik moddalarni sintez qiladi. Robert Mayer energiyaning saqlanish qonuniga asoslanib, u o'simliklar quyosh nuri energiyasini kimyoviy bog'lanish energiyasiga aylantiradi, deb taxmin qildi. V.Pfeffer bu jarayonni fotosintez deb atagan.
Xlorofillar birinchi marta P.J.Peltier va J.Kaventda ajratilgan. MS Tsvet o'zi yaratgan xromatografiya usuli yordamida pigmentlarni ajratib, ularni alohida o'rganishga muvaffaq bo'ldi. Xlorofillning yutilish spektrlarini K. A. Timiryazev o'rganib chiqdi, u Mayerning qoidalarini ishlab chiqib, zaif SO va O-H aloqalari o'rniga yuqori energiyali C-C hosil qilish orqali tizimning energiyasini oshirishga imkon beradigan yutilgan nurlar ekanligini ko'rsatdi. (bundan oldin fotosintezda barg pigmentlari tomonidan so'rilmaydigan sariq nurlardan foydalaniladi, deb ishonilgan). Bu so'rilgan CO 2 tomonidan fotosintezni hisobga olish uchun u yaratgan usul tufayli amalga oshirildi: o'simlikni turli to'lqin uzunlikdagi (turli rangdagi) yorug'lik bilan yoritish bo'yicha tajribalar jarayonida fotosintez intensivligi fotosintezning intensivligi bilan mos kelishi ma'lum bo'ldi. xlorofillning yutilish spektri.
Fotosintezning oksidlanish-qaytarilish mohiyati (ham kislorodli, ham kislorodli) Kornelis van Niel tomonidan ilgari surilgan. Bu fotosintezdagi kislorod butunlay suvdan hosil bo'lishini anglatardi, bu A.P.Vinogradov tomonidan izotopik belgilar bilan tajribalarda tasdiqlangan. Janob Robert Hill suv oksidlanish jarayoni (va kislorod ozod), shuningdek, CO 2 assimilyatsiya decouple mumkin, deb topildi. V-D.Arnon fotosintezning yorugʻlik bosqichlari mexanizmini oʻrnatdi va CO 2 assimilyatsiya jarayonining mohiyatini Melvin Kalvin 1940-yillarning oxirida uglerod izotoplari yordamida ochib berdi, bu ishi uchun u Nobel mukofotiga sazovor boʻldi.
Boshqa faktlar
Shuningdek qarang
Adabiyot
- Hall D., Rao K. Fotosintez: Per. ingliz tilidan. - M.: Mir, 1983 yil.
- O'simliklar fiziologiyasi / ed. prof. Ermakova I. P. - M .: Akademiya, 2007 yil
- Hujayraning molekulyar biologiyasi / Albertis B., Bray D. va boshqalar 3 jildda. - M.: Mir, 1994 yil
- Rubin A.B. Biofizika. 2 jildda. - M .: Ed. Moskva universiteti va fan, 2004 yil.
- Chernavskaya N. M.,
TA'RIFI: Fotosintez - bu karbonat angidrid va suvdan, yorug'likda, kislorod ajralib chiqishi bilan organik moddalar hosil bo'lish jarayoni.
Fotosintez haqida qisqacha tushuntirishFotosintez jarayonida quyidagilar ishtirok etadi:
1) xloroplastlar;
3) karbonat angidrid,
5) harorat.
Yuqori o'simliklarda fotosintez xloroplastlarda - xlorofill pigmentini o'z ichiga olgan oval shaklidagi plastidalarda (yarim avtonom organellalar) sodir bo'ladi, bu yashil rang tufayli o'simlikning qismlari ham yashil rangga ega.
Suv o'tlarida xlorofil xromatoforlarda (pigmentli va yorug'likni aks ettiruvchi hujayralar) mavjud. Quyosh nurlari yaxshi tushmaydigan sezilarli chuqurlikda yashaydigan jigarrang va qizil yosunlarda boshqa pigmentlar mavjud.
Agar siz barcha tirik mavjudotlarning oziq-ovqat piramidasiga qarasangiz, fotosintetik organizmlar avtotroflarning (noorganik moddalardan organik moddalarni sintez qiladigan organizmlar) bir qismi sifatida eng quyida joylashgan. Shuning uchun ular sayyoradagi barcha hayot uchun oziq-ovqat manbai hisoblanadi.
Fotosintez jarayonida kislorod atmosferaga chiqariladi. Undan atmosferaning yuqori qismida ozon hosil bo'ladi. Ozon qalqoni Yer yuzasini qattiq ultrabinafsha nurlanishidan himoya qiladi, buning natijasida hayot dengizdan quruqlikka o'tishga muvaffaq bo'ldi.
Kislorod o'simliklar va hayvonlarning nafas olishi uchun zarurdir. Glyukoza kislorod ishtirokida oksidlanganda, mitoxondriyalar unsizga qaraganda deyarli 20 baravar ko'proq energiya saqlaydi. Bu oziq-ovqatdan foydalanishni ancha samarali qiladi, bu esa qushlar va sutemizuvchilarning yuqori metabolizm tezligiga olib keldi.
O'simlik fotosintezi jarayonining batafsil tavsifi
Fotosintez jarayoni:
Fotosintez jarayoni xloroplastlarning yorug'lik bilan urishi bilan boshlanadi - yashil pigmentni o'z ichiga olgan hujayra ichidagi yarim avtonom organellalar. Yorug'lik ta'sirida xloroplastlar tuproqdan suv iste'mol qila boshlaydi, uni vodorod va kislorodga bo'linadi.
Kislorodning bir qismi atmosferaga chiqariladi, boshqa qismi o'simlikdagi oksidlanish jarayonlariga ketadi.
Shakar tuproqdan keladigan azot, oltingugurt va fosfor bilan qo'shilib, shu tarzda yashil o'simliklar kraxmal, yog'lar, oqsillar, vitaminlar va hayoti uchun zarur bo'lgan boshqa murakkab birikmalarni hosil qiladi.
Fotosintez eng yaxshi quyosh nuri ta'sirida amalga oshiriladi, ammo ba'zi o'simliklar sun'iy yorug'lik bilan qoniqishlari mumkin.
Ilg'or o'quvchi uchun fotosintez mexanizmlarining kompleks tavsifi
20-asrning 60-yillarigacha olimlar karbonat angidridni biriktirishning faqat bitta mexanizmini bilishgan - C3-pentoza fosfat yo'li bo'ylab. Biroq, yaqinda bir guruh avstraliyalik olimlar ba'zi o'simliklarda karbonat angidridning kamayishi C4 dikarboksilik kislotalarning aylanishi orqali sodir bo'lishini isbotlay oldilar.
C3 reaktsiyasi bo'lgan o'simliklarda fotosintez o'rtacha harorat va yorug'lik sharoitida, asosan o'rmonlarda va qorong'i joylarda eng faol sodir bo'ladi. Bu o'simliklar deyarli barcha madaniy o'simliklar va ko'pchilik sabzavotlarni o'z ichiga oladi. Ular inson ovqatlanishining asosini tashkil qiladi.
C4 reaktsiyasi bo'lgan o'simliklarda fotosintez yuqori harorat va yorug'lik sharoitida eng faol sodir bo'ladi. Bunday o'simliklarga, masalan, issiq va tropik iqlim sharoitida o'sadigan makkajo'xori, jo'xori va shakarqamish kiradi.
O'simlik metabolizmining o'zi yaqinda, suvni saqlash uchun maxsus to'qimalarga ega bo'lgan ba'zi o'simliklarda karbonat angidrid organik kislotalar shaklida to'planib, faqat bir kundan keyin uglevodlarda fiksatsiyalanishini aniqlash mumkin bo'lganida aniqlangan. Bu mexanizm o'simliklarga suvni tejashga yordam beradi.
Fotosintez jarayoni qanday sodir bo'ladi
O'simliklar yorug'likni xlorofill deb ataladigan yashil modda bilan yutadi. Xlorofil poya yoki mevalarda joylashgan xloroplastlarda mavjud. Barglarda ularning soni juda ko'p, chunki ularning juda tekis tuzilishi tufayli barg juda ko'p yorug'likni jalb qilishi mumkin, mos ravishda fotosintez jarayoni uchun ko'proq energiya oladi.
Xlorofill so'rilgach, hayajonlangan holatda bo'ladi va energiyani o'simlik organizmining boshqa molekulalariga, ayniqsa fotosintezda bevosita ishtirok etadigan molekulalarga o'tkazadi. Fotosintez jarayonining ikkinchi bosqichi yorug'likning majburiy ishtirokisiz sodir bo'ladi va havo va suvdan olingan karbonat angidrid ishtirokida kimyoviy bog'lanishni olishdan iborat. Bu bosqichda kraxmal va glyukoza kabi hayot uchun juda foydali bo'lgan turli moddalar sintezlanadi.
Ushbu organik moddalar o'simliklarning o'zlari tomonidan uning turli qismlarini oziqlantirish, shuningdek, normal hayotni saqlab qolish uchun ishlatiladi. Bundan tashqari, bu moddalar hayvonlar tomonidan ham olinadi, o'simliklarni iste'mol qiladi. Odamlar bu moddalarni hayvonot va o'simlik mahsulotlarini iste'mol qilish orqali ham oladi.
fotosintez uchun sharoitlar
Fotosintez sun'iy yorug'lik va quyosh nuri ta'sirida ham sodir bo'lishi mumkin. Qoida tariqasida, tabiatda o'simliklar bahor-yoz davrida, zarur quyosh nuri ko'p bo'lganda intensiv ravishda "ishlaydi". Kuzda yorug'lik kamroq bo'ladi, kun qisqaradi, barglar avval sarg'ayadi, keyin esa tushadi. Ammo iliq bahor quyoshi paydo bo'lishi bilanoq, yashil barglar yana paydo bo'ladi va yashil "zavodlar" hayot uchun zarur bo'lgan kislorod va boshqa ko'plab oziq moddalar bilan ta'minlash uchun yana o'z ishini davom ettiradilar.
Fotosintezning muqobil ta'rifi
Fotosintez (boshqa yunoncha phot — yorugʻlik va sintez — bogʻlanish, buklanish, bogʻlanish, sintez) — fotosintez qiluvchi pigmentlar (oʻsimliklardagi xlorofill) ishtirokida fotoavtotroflar tomonidan yorugʻlik energiyasini yorugʻlikdagi organik moddalarning kimyoviy bogʻlanish energiyasiga aylantirish jarayoni. , bakteriyalarda bakterioxlorofil va bakteriorhodopsin ). Zamonaviy o'simliklar fiziologiyasida fotosintez ko'pincha fotoavtotrofik funktsiya - yorug'lik kvantlarining energiyasini turli endergonik reaktsiyalarda, shu jumladan karbonat angidridni organik moddalarga aylantirishda yutilish, o'zgartirish va ishlatish jarayonlari to'plami sifatida tushuniladi.
Fotosintez fazalari
Fotosintez juda murakkab jarayon bo'lib, ikki bosqichni o'z ichiga oladi: yorug'lik, har doim faqat yorug'likda va qorong'ida sodir bo'ladi. Barcha jarayonlar xloroplastlar ichida maxsus kichik organlarda - tilakodiyada sodir bo'ladi. Yorug'lik fazasida yorug'lik kvanti xlorofill tomonidan so'riladi, natijada ATP va NADPH molekulalari hosil bo'ladi. Suv parchalanib, vodorod ionlarini hosil qiladi va kislorod molekulasini chiqaradi. Savol tug'iladi, bu tushunarsiz sirli moddalar nima: ATP va NADH?
ATP barcha tirik organizmlarda mavjud bo'lgan maxsus organik molekula bo'lib, ko'pincha "energiya" valyutasi deb ataladi. Aynan shu molekulalar yuqori energiyali aloqalarni o'z ichiga oladi va organizmdagi har qanday organik sintez va kimyoviy jarayonlar uchun energiya manbai hisoblanadi. Xo'sh, NADPH aslida vodorod manbai bo'lib, u to'g'ridan-to'g'ri yuqori molekulyar organik moddalar - uglevodlar sintezida ishlatiladi, bu karbonat angidrid yordamida fotosintezning ikkinchi, qorong'i bosqichida sodir bo'ladi.
Fotosintezning yorug'lik bosqichi
Xloroplastlarda juda ko'p xlorofill molekulalari mavjud va ularning barchasi quyosh nurini o'zlashtiradi. Shu bilan birga, yorug'lik boshqa pigmentlar tomonidan so'riladi, lekin ular fotosintezni qanday amalga oshirishni bilishmaydi. Jarayonning o'zi faqat ba'zi xlorofill molekulalarida sodir bo'ladi, ular juda oz. Xlorofil, karotinoidlar va boshqa moddalarning boshqa molekulalari maxsus antenna va yorug'lik yig'ish komplekslarini (SSC) hosil qiladi. Ular, antennalar kabi, yorug'lik kvantlarini o'zlashtiradi va qo'zg'alishni maxsus reaktsiya markazlariga yoki tuzoqlarga uzatadi. Bu markazlar fototizimlarda joylashgan bo'lib, ulardan ikkitasi o'simliklarda: II fototizim va I fototizim. Ularda maxsus xlorofill molekulalari mavjud: mos ravishda II fotosistemada - P680 va I fototizimda - P700. Ular aynan shu to'lqin uzunligidagi (680 va 700 nm) yorug'likni o'zlashtiradilar.
Sxema fotosintezning yorug'lik bosqichida hamma narsa qanday ko'rinishini va sodir bo'lishini aniqroq qiladi.
Rasmda biz P680 va P700 xlorofillari bo'lgan ikkita fototizimni ko'ramiz. Rasmda elektronlar tashiladigan tashuvchilar ham ko'rsatilgan.
Shunday qilib: ikkita fototizimning ikkala xlorofill molekulasi yorug'lik kvantini yutadi va hayajonlanadi. Elektron (rasmdagi qizil) yuqori energiya darajasiga o'tadi.
Qo'zg'atilgan elektronlar juda yuqori energiyaga ega bo'lib, ular ajralib chiqadi va tilakoidlarning membranalarida - xloroplastlarning ichki tuzilmalarida joylashgan maxsus tashuvchilar zanjiriga kiradi. Rasmda ko'rinib turibdiki, II fototizimdan, P680 xlorofilidan elektron plastokinonga, I fototizimdan xlorofil P700 dan ferredoksinga o'tadi. Xlorofill molekulalarining o'zida elektronlar o'rniga ular ajratilgandan so'ng musbat zaryadli ko'k teshiklar hosil bo'ladi. Nima qilish kerak?
Elektron etishmasligini qoplash uchun II fotosistemaning xlorofill P680 molekulasi suvdan elektronlarni qabul qiladi va vodorod ionlari hosil bo'ladi. Bundan tashqari, aynan suvning parchalanishi tufayli atmosferaga kislorod chiqariladi. Xlorofil P700 molekulasi, rasmdan ko'rinib turibdiki, II fototizimning tashuvchilari tizimi orqali elektronlarning etishmasligini qoplaydi.
Umuman olganda, qanchalik qiyin bo'lmasin, fotosintezning yorug'lik bosqichi shunday davom etadi, uning asosiy mohiyati elektronlarni uzatishda yotadi. Rasmdan shuni ham ko'rish mumkinki, elektronlar tashish bilan parallel ravishda vodorod ionlari H+ membrana orqali harakat qiladi va ular tilakoid ichida to'planadi. Ularning soni juda ko'p bo'lganligi sababli, ular o'ng tomonda ko'rsatilgan va qo'ziqorin kabi ko'rinadigan to'q sariq rangli maxsus konjugatsiya omili yordamida tashqariga harakat qilishadi.
Nihoyat, biz elektron tashishning yakuniy bosqichini ko'ramiz, buning natijasida yuqorida aytib o'tilgan NADH birikmasi hosil bo'ladi. Va H + ionlarining o'tkazilishi tufayli energiya valyutasi - ATP sintezlanadi (rasmda o'ngda ko'rsatilgan).
Shunday qilib, fotosintezning yorug'lik bosqichi tugadi, kislorod atmosferaga chiqariladi, ATP va NADH hosil bo'ladi. Va keyin nima? Va'da qilingan organik qayerda? Va keyin qorong'u bosqich keladi, bu asosan kimyoviy jarayonlardan iborat.
Fotosintezning qorong'u bosqichi
Fotosintezning qorong'u bosqichi uchun majburiy komponent karbonat angidrid - CO2 hisoblanadi. Shuning uchun o'simlik uni doimiy ravishda atmosferadan so'rib olishi kerak. Shu maqsadda barg yuzasida maxsus tuzilmalar - stomata mavjud. Ular ochilganda, CO2 aniq barg ichiga kiradi, suvda eriydi va fotosintezning yorug'lik bosqichi bilan reaksiyaga kirishadi.
Engil fazada ko'pchilik o'simliklarda CO2 besh uglerodli organik birikma (bu besh uglerod molekulasi zanjiri) bilan bog'lanadi, natijada uch uglerodli birikmaning ikkita molekulasi (3-fosfogliserin kislotasi) hosil bo'ladi. Chunki bu uch uglerodli birikmalar asosiy natijadir, bu turdagi fotosintezga ega o'simliklar C3-o'simliklar deb ataladi.
Xloroplastlarda keyingi sintez juda qiyin. Oxir-oqibat oltita uglerodli birikma hosil qiladi, undan keyin glyukoza, saxaroza yoki kraxmal sintezlanishi mumkin. Ushbu organik moddalar shaklida o'simlik energiyani saqlaydi. Shu bilan birga, ularning ozgina qismi bargda qoladi, u o'z ehtiyojlari uchun ishlatiladi, qolgan uglevodlar esa o'simlik bo'ylab tarqalib, energiya eng zarur bo'lgan joyga - masalan, o'sish nuqtalariga kiradi.
Fotosintez kabi murakkab jarayonni qisqacha va aniq qanday tushuntirish mumkin? O'simliklar o'z oziq-ovqat mahsulotlarini ishlab chiqaradigan yagona tirik organizmdir. Ular buni qanday qilishadi? O'sish uchun ular atrof-muhitdan barcha kerakli moddalarni oladilar: karbonat angidrid - havodan, suvdan va - tuproqdan. Ular quyosh nuridan ham energiyaga muhtoj. Bu energiya karbonat angidrid va suv glyukozaga (oziqlanish) aylanadigan va fotosintez sodir bo'lgan ba'zi kimyoviy reaktsiyalarni keltirib chiqaradi. Qisqa va aniq, jarayonning mohiyatini hatto maktab yoshidagi bolalarga ham tushuntirish mumkin.
"Nur bilan birga"
"Fotosintez" so'zi yunoncha ikkita so'zdan - "foto" va "sintez" dan kelib chiqqan bo'lib, tarjimada "yorug'lik bilan birga" degan ma'noni anglatadi. Quyosh energiyasi kimyoviy energiyaga aylanadi. Fotosintezning kimyoviy tenglamasi:
6CO 2 + 12H 2 O + yorug'lik \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.
Bu shuni anglatadiki, 6 ta karbonat angidrid molekulasi va o'n ikkita suv molekulasi (quyosh nuri bilan birga) glyukoza ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, natijada oltita kislorod molekulasi va oltita suv molekulasi hosil bo'ladi. Agar biz buni og'zaki tenglama shaklida ifodalasak, biz quyidagilarni olamiz:
Suv + quyosh => glyukoza + kislorod + suv.
Quyosh juda kuchli energiya manbai. Odamlar doimo elektr energiyasini ishlab chiqarish, uylarni izolyatsiya qilish, suvni isitish va hokazolar uchun foydalanishga harakat qilishadi. O'simliklar million yillar oldin quyosh energiyasidan qanday foydalanishni "o'ylab topdilar", chunki bu ularning yashashi uchun zarur edi. Fotosintezni qisqacha va aniq quyidagicha tushuntirish mumkin: o‘simliklar quyosh nurining yorug‘lik energiyasidan foydalanadi va uni kimyoviy energiyaga aylantiradi, buning natijasida shakar (glyukoza) hosil bo‘ladi, uning ortiqcha qismi kraxmal sifatida barglarda, ildizlarda, poyada saqlanadi. va o'simlik urug'lari. Quyosh energiyasi o'simliklarga, shuningdek, bu o'simliklar ovqatlanadigan hayvonlarga o'tkaziladi. O'simlik o'sishi va boshqa hayotiy jarayonlar uchun ozuqa moddalariga muhtoj bo'lsa, bu zahiralar juda foydali.
O'simliklar quyosh energiyasini qanday o'zlashtiradi?
Fotosintez haqida qisqacha va aniq gapirganda, o'simliklar quyosh energiyasini qanday o'zlashtirishi haqidagi savolga to'xtalib o'tishga arziydi. Bu yashil hujayralar - xloroplastlarni o'z ichiga olgan barglarning maxsus tuzilishi bilan bog'liq bo'lib, ular tarkibida xlorofill deb ataladigan maxsus modda mavjud. Bu barglarga yashil rang beradi va quyosh nuri energiyasini o'zlashtirish uchun javobgardir.
Nima uchun barglarning ko'pchiligi keng va tekis?
Fotosintez o'simliklarning barglarida sodir bo'ladi. Ajablanarlisi shundaki, o'simliklar quyosh nurini ushlab turish va karbonat angidridni o'zlashtirish uchun juda yaxshi moslashgan. Keng sirt tufayli ko'proq yorug'lik olinadi. Aynan shuning uchun ham ba'zan uylarning tomlariga o'rnatiladigan quyosh panellari ham keng va tekis bo'ladi. Sirt qanchalik katta bo'lsa, absorbsiya shunchalik yaxshi bo'ladi.
O'simliklar uchun yana nima muhim?
Odamlar singari, o'simliklar ham sog'lom bo'lishlari, o'sishi va yaxshi ishlashi uchun ozuqa va ozuqa moddalariga muhtoj. Ular suvda erigan mineral moddalarni ildizlari orqali tuproqdan oladi. Agar tuproqda mineral ozuqalar etishmasa, o'simlik normal rivojlanmaydi. Fermerlar ko'pincha tuproqni ekin o'sishi uchun etarli miqdorda ozuqa moddalariga ega ekanligiga ishonch hosil qilish uchun sinovdan o'tkazadilar. Aks holda o'simliklarning oziqlanishi va o'sishi uchun muhim minerallarni o'z ichiga olgan o'g'itlardan foydalanishga murojaat qiling.
Nima uchun fotosintez juda muhim?
Fotosintezni bolalar uchun qisqa va tushunarli qilib tushuntirar ekanmiz, bu jarayon dunyodagi eng muhim kimyoviy reaksiyalardan biri ekanligini ta’kidlash joiz. Bunday balandparvoz bayonotning sabablari nimada? Birinchidan, fotosintez o'simliklarni oziqlantiradi, ular o'z navbatida sayyoradagi barcha tirik mavjudotlarni, jumladan hayvonlar va odamlarni oziqlantiradi. Ikkinchidan, fotosintez natijasida nafas olish uchun zarur bo'lgan kislorod atmosferaga chiqariladi. Barcha tirik mavjudotlar kislorod bilan nafas oladi va karbonat angidridni chiqaradi. Yaxshiyamki, o'simliklar buning aksini qiladi, shuning uchun ular odamlar va hayvonlar uchun nafas olishlari uchun juda muhimdir.
Ajoyib jarayon
Ma'lum bo'lishicha, o'simliklar nafas olishni ham bilishadi, lekin odamlar va hayvonlardan farqli o'laroq, ular kislorod emas, balki havodan karbonat angidridni o'zlashtiradi. O'simliklar ham ichishadi. Shuning uchun siz ularni sug'orishingiz kerak, aks holda ular o'lishadi. Ildiz tizimi yordamida suv va ozuqa moddalari o'simlik tanasining barcha qismlariga olib boriladi va karbonat angidrid barglardagi kichik teshiklar orqali so'riladi. Kimyoviy reaktsiyani boshlash uchun tetik quyosh nuridir. Olingan barcha metabolik mahsulotlar o'simliklar tomonidan ovqatlanish uchun ishlatiladi, kislorod atmosferaga chiqariladi. Shunday qilib, siz fotosintez jarayoni qanday sodir bo'lishini qisqacha va aniq tushuntirishingiz mumkin.
Fotosintez: fotosintezning yorug'lik va qorong'i fazalari
Ko'rib chiqilayotgan jarayon ikkita asosiy qismdan iborat. Fotosintezning ikki bosqichi mavjud (tavsif va jadval - quyida). Birinchisi yorug'lik fazasi deb ataladi. U faqat xlorofill, elektron tashuvchi oqsillar va ATP sintetaza fermenti ishtirokida tilakoid membranalarda yorug'lik mavjud bo'lganda paydo bo'ladi. Fotosintez yana nimani yashiradi? Yoritib turing va bir-birini kunduz va tunga almashtiring (Kalvin tsikllari). Qorong'i fazada o'simliklar uchun oziq-ovqat bo'lgan xuddi shu glyukoza ishlab chiqariladi. Bu jarayon yorug'likdan mustaqil reaktsiya deb ham ataladi.
| yorug'lik fazasi | qorong'u faza |
1. Xloroplastlarda sodir bo'ladigan reaksiyalar faqat yorug'lik mavjudligida mumkin. Bu reaktsiyalar yorug'lik energiyasini kimyoviy energiyaga aylantiradi. 2. Xlorofil va boshqa pigmentlar quyosh nuridan energiya oladi. Bu energiya fotosintez uchun mas'ul bo'lgan fototizimlarga o'tkaziladi. 3. Suv elektronlar va vodorod ionlari uchun ishlatiladi, shuningdek, kislorod ishlab chiqarishda ishtirok etadi 4. Elektronlar va vodorod ionlari fotosintezning keyingi bosqichida zarur bo'lgan ATP (energiya saqlash molekulasi) ni yaratish uchun ishlatiladi. | 1. Xloroplastlar stromasida yorug'likdan mahrum bo'lgan tsiklning reaktsiyalari sodir bo'ladi 2. Karbonat angidrid va ATPdan energiya glyukoza shaklida ishlatiladi |
Xulosa
Yuqorida aytilganlarning barchasidan quyidagi xulosalar chiqarish mumkin:
- Fotosintez - bu quyoshdan energiya olish imkonini beradigan jarayon.
- Quyoshning yorug'lik energiyasi xlorofill tomonidan kimyoviy energiyaga aylanadi.
- Xlorofil o'simliklarga yashil rang beradi.
- Fotosintez o'simlik barglarining xloroplastlarida sodir bo'ladi.
- Karbonat angidrid va suv fotosintez uchun zarurdir.
- Karbonat angidrid o'simlikka mayda teshiklar, stomalar orqali kiradi va ular orqali kislorod chiqadi.
- Suv o'simlikka ildizlari orqali so'riladi.
- Fotosintezsiz dunyoda oziq-ovqat bo'lmaydi.
fotosintez yorug'lik energiyasidan foydalangan holda noorganik moddalardan organik moddalarni sintez qilish jarayonidir. Aksariyat hollarda fotosintez hujayra organellalari yordamida o'simliklar tomonidan amalga oshiriladi xloroplastlar tarkibida yashil pigment mavjud xlorofill.
Agar o'simliklar organik moddalarni sintez qilishga qodir bo'lmasa, unda Yerdagi deyarli barcha boshqa organizmlar ovqat eyishi mumkin emas edi, chunki hayvonlar, zamburug'lar va ko'plab bakteriyalar noorganik moddalardan organik moddalarni sintez qila olmaydi. Ular faqat tayyor narsalarni o'zlashtiradilar, ularni oddiyroqlarga bo'lishadi, ulardan yana murakkablarini yig'adilar, lekin allaqachon o'z tanasiga xosdir.
Agar biz fotosintez va uning roli haqida qisqacha gapiradigan bo'lsak, bu shunday bo'ladi. Fotosintezni tushunish uchun siz ko'proq gapirishingiz kerak: qanday o'ziga xos noorganik moddalar ishlatiladi, sintez qanday sodir bo'ladi?
Fotosintez uchun ikkita noorganik moddalar - karbonat angidrid (CO 2) va suv (H 2 O) kerak. Birinchisi havodan o'simliklarning havo qismlari tomonidan asosan stomata orqali so'riladi. Suv - tuproqdan, u erdan o'simliklarning o'tkazuvchi tizimi tomonidan fotosintetik hujayralarga etkaziladi. Fotosintez fotonlarning energiyasini ham talab qiladi (hn), lekin ularni materiyaga bog'lab bo'lmaydi.
Hammasi bo'lib, fotosintez natijasida organik moddalar va kislorod (O 2) hosil bo'ladi. Odatda, organik moddalar ostida glyukoza (C 6 H 12 O 6) ko'pincha nazarda tutiladi.
Organik birikmalar asosan uglerod, vodorod va kislorod atomlaridan iborat. Ular karbonat angidrid va suvda mavjud. Biroq, fotosintez kislorodni chiqaradi. Uning atomlari suvdan kelib chiqadi.
Qisqacha va umuman olganda, fotosintez reaktsiyasi tenglamasi odatda quyidagicha yoziladi:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Ammo bu tenglama fotosintezning mohiyatini aks ettirmaydi, uni tushunarli qilmaydi. Qarang, tenglama muvozanatli bo'lsa-da, erkin kislorodda jami 12 ta atom bor.Lekin biz ular suvdan kelib chiqqanligini aytdik va ulardan atigi 6 tasi bor.
Aslida, fotosintez ikki bosqichda sodir bo'ladi. Birinchisi deyiladi yorug'lik, ikkinchi - qorong'i. Bunday nomlar yorug'lik faqat uchun kerakligi bilan bog'liq yorug'lik fazasi , qorong'u faza uning mavjudligidan mustaqil, lekin bu uning qorong'ida yurganini anglatmaydi. Yorug'lik fazasi tilakoid membranalarda davom etadi xloroplast, qorong'i - xloroplastning stromasida.
Yorug'lik fazasida CO 2 bog'lanishi sodir bo'lmaydi. Quyosh energiyasini faqat xlorofill komplekslari tomonidan ushlash, uni saqlash mavjud ATP, NADP ni NADP*H 2 ga qaytarish uchun energiyadan foydalanish. Yorug'lik bilan qo'zg'atilgan xlorofilldan energiya oqimi tilakoid membranalarga o'rnatilgan fermentlarning elektron tashish zanjiri orqali uzatiladigan elektronlar tomonidan ta'minlanadi.
NADP uchun vodorod suvdan olinadi, u quyosh nuri ta'sirida kislorod atomlariga, vodorod protonlariga va elektronlarga parchalanadi. Bu jarayon deyiladi fotoliz. Fotosintez uchun suvdan kislorod kerak emas. Ikki suv molekulasidagi kislorod atomlari molekulyar kislorod hosil qilish uchun birlashadi. Fotosintezning yorug'lik fazasi uchun reaktsiya tenglamasi qisqacha quyidagicha ko'rinadi:
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2
Shunday qilib, kislorodning chiqishi fotosintezning yorug'lik bosqichida sodir bo'ladi. Bir suv molekulasining fotolizi uchun ADP va fosfor kislotasidan sintez qilingan ATP molekulalari soni har xil bo'lishi mumkin: bitta yoki ikkita.
Shunday qilib, ATP va NADP * H 2 yorug'lik fazasidan qorong'i fazaga keladi. Bu erda birinchisining energiyasi va ikkinchisining tiklovchi kuchi karbonat angidridni bog'lashga sarflanadi. Fotosintezning bu bosqichini oddiy va qisqacha tushuntirish mumkin emas, chunki u oltita CO 2 molekulasi NADP * H 2 molekulalaridan ajralib chiqadigan vodorod bilan birikadigan va glyukoza hosil bo'ladigan tarzda davom etmaydi:
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reaktsiya ADP va fosfor kislotasiga parchalanadigan ATP dan energiya sarflanishi bilan sodir bo'ladi).
Yuqoridagi reaktsiya tushunish qulayligi uchun soddalashtirilgan. Aslida, karbonat angidrid molekulalari birma-bir bog'lanib, allaqachon tayyorlangan besh uglerodli organik moddalarga qo'shiladi. Beqaror olti uglerodli organik modda hosil bo'lib, u uch karbonli uglevod molekulalariga parchalanadi. Ushbu molekulalarning ba'zilari CO 2 bilan bog'lanish uchun dastlabki besh uglerodli moddani qayta sintez qilish uchun ishlatiladi. Ushbu resintez ta'minlanadi Kalvin tsikli. Uchta uglerod atomini o'z ichiga olgan uglevod molekulalarining kichikroq qismi tsiklni tark etadi. Ulardan va boshqa moddalardan boshqa barcha organik moddalar (uglevodlar, yog'lar, oqsillar) sintezlanadi.
Ya'ni, aslida, fotosintezning qorong'u bosqichidan glyukoza emas, balki uch uglerodli shakar chiqadi.