Ფოტოსინთეზი - რა არის ეს? ეტაპი photosynthesis. წესები ფოტოსინთეზის

ოდესმე გაინტერესებთ რამდენი ცოცხალი ორგანიზმები პლანეტაზე? ყოველივე ამის შემდეგ, მათ უნდა სუნთქვა ჟანგბადი ენერგიის გენერირებისთვის და ნახშირორჟანგის სუნთქვა. ეს არის ნახშირორჟანგი - მთავარი ფენომენის ძირითადი მიზეზი, როგორც ოთახში. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ბევრი ადამიანია და ოთახში დიდი ხნის განმავლობაში არ არის სავენტილაციო. გარდა ამისა, შხამიანი ნივთიერებები სავსეა ჰაერის წარმოების საშუალებებით, კერძო გზებით და საზოგადოებრივი ტრანსპორტით.

ზემოხსენებული თვალსაზრისით საკმაოდ ლოგიკური კითხვა იჩენს: როგორ მოვახერხეთ ჩვენ ჯერ კიდევ არ დავკარგოთ, თუ ყველაფერი ცოცხალი ტოქსიკური ნახშირორჟანგის წყაროა? ყველა ცოცხალი არსება ამ სიტუაციაში არის ფოტოსინთეზი. რა არის ეს პროცესი და რა არის მისი აუცილებლობა?

მისი შედეგია ნახშირორჟანგის ბალანსის კორექტირება და ჟანგბადის ჰაერის გაჯერება. ასეთი პროცესი ცნობილია მხოლოდ ფლორის სამყაროს წარმომადგენლებთან, ანუ მცენარეთა სამყაროში, რადგან ეს ხდება მხოლოდ მათ საკნებში.

თავისთავად, ფოტოინთეზი არის ძალიან რთული პროცედურა, რაც დამოკიდებულია გარკვეულ პირობებზე და რამდენიმე ეტაპზე.

კონცეფციის განმარტება

სამეცნიერო განმარტებების მიხედვით, ფოტომენთეზის პროცესში ორგანული ნივთიერებები შემოიფარგლება ორგანულ დონეზე, რომელიც ახასიათებს აუტოტროფულ ორგანიზმებში მზის მოქმედებას.

უფრო გასაგებ ენაზე, ფოტოინთეზია არის პროცესი, რომელშიც ხდება შემდეგი:

1. ქარხანა გაჯერებულია ტენიანობით. ტენიანობის წყარო შეიძლება იყოს წყლის მიწაზე ან ტენიანი ტროპიკული ჰაერიდან.
2. არსებობს ქლოროფილის რეაქცია (სპეციალურ ნივთიერება, რომელიც შეიცავს მცენარეში) მზის ენერგიის ეფექტს.
3. სურსათის ფორმირება ფლორის წარმომადგენლებისათვის, რომლებსაც დამოუკიდებლად ვერ აწარმოებენ, ჰეტეროტროფიულია და ისინი თავად არიან მისი პროდიუსერი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მცენარეები ჭამენ საკუთარ თავს. ეს არის ფოტოინთეზის შედეგი.

ეტაპი ერთი

პრაქტიკულად ყველა ქარხანა შეიცავს მწვანე ნივთიერებას, რომლის საშუალებითაც იგი შთანთქავს სინათლეს. ეს ნივთიერება არის არაუმეტეს ქლოროფილი. მისი ადგილსამყოფელი ქლოროპლასტებია. მაგრამ ქლოროპლასტები განლაგებულია ქარხნის ღეროვან ნაწილში და მისი ხილი. მაგრამ ფოთლოვანი ფოტოინთეზი განსაკუთრებით ხასიათდება ბუნებაში. მას შემდეგ, რაც ეს უკანასკნელი საკმაოდ მარტივია, მისი სტრუქტურა და შედარებით დიდი ზედაპირია, რაც იმას ნიშნავს, რომ მხსნელი პროცესისთვის საჭირო ენერგეტიკული მოცულობა გაცილებით მაღალი იქნება.

როდესაც შუქის ქლოროფილით შუქი შეიწოვება, ეს უკანასკნელი აღგზრის მდგომარეობაშია და მისი ენერგეტიკული შეტყობინებები მცენარეთა სხვა ორგანულ მოლეკულებს გადასცემს. ამ ენერგიის ყველაზე დიდი ნაწილი მიდის ფოტოინთეზის პროცესში მონაწილეებს.

ეტაპი ორი

ფოტოუნთეზის მეორე ეტაპზე ფორმირება არ საჭიროებს განათების სავალდებულო მონაწილეობას. იგი შედგება ქიმიური ობლიგაციების ფორმირებაში შხამიანი ნახშირბადის დიოქსიდის გამოყენებით, რომელიც წარმოიქმნება ჰაერის მასა და წყალი. ასევე, მთელი რიგი ნივთიერებები სინთეზირებულია, რომლებიც უზრუნველყოფენ ფლორის წარმომადგენლების სასიცოცხლო საქმიანობას. ასეთია სახამებელი, გლუკოზა.

მცენარეებში ასეთი ორგანული ელემენტები წარმოადგენენ მცენარის ინდივიდუალური ნაწილების კვების წყაროს, ხოლო ცხოვრებისეული პროცესების ნორმალურ კურსს. ასეთი ნივთიერებები მიიღება და ფაუნის წარმომადგენლები, რომლებიც საჭმელს სვამენ. ადამიანის სხეული გაჯერებულია ამ ნივთიერებებით საკვებით, რომელიც შედის ყოველდღიურ დიეტაში.

რა? სად? როდის?

ორგანულ ნივთიერებებს, რომლებიც ორგანულად გადაიქცევიან, აუცილებელია ფოტოინთეზის შესაბამისი პირობები. პროცესის გათვალისწინებით, სინათლის საჭიროა პირველი. ეს დაახლოებით ხელოვნური და მზის სინათლეა. ბუნებაში, როგორც წესი, მცენარეთა საქმიანობა ხასიათდება გაზაფხულზე და ზაფხულში ინტენსივობით, ანუ, როდესაც არსებობს დიდი რაოდენობით მზის ენერგია. რა შეიძლება ითქვას შემოდგომაზე სეზონზე, როცა ნაკლებია სინათლე, დღე მოკლეა. შედეგად, ფოთლები ყვითელია და შემდეგ მთლიანად იცვლება. მაგრამ, როგორც კი მზის პირველი გაზაფხული სხივები, მწვანე ბალახი გაიზრდება, ქლოროფილი განაახლებს საქმიანობას და აქტიური წარმოება ჟანგბადის და სხვა საკვებ ნივთიერებების აქტიურ წარმოებას დაიწყებს.

ფოტოინთეზის პირობები მოიცავს არა მხოლოდ განათების არსებობას. ტენიანობაც უნდა იყოს საკმარისი. ყოველივე ამის შემდეგ, მცენარეთა პირველი შთანთქავს ტენიანობას და შემდეგ რეაქცია იწყება მზის ენერგიის მონაწილეობით. ამ პროცესის შედეგია მცენარეთა კვების პროდუქტები.

მწვანე ნივთიერების თანდასწრებით, ფოტოინთეზირება ხდება. რა არის chlorophyll, ჩვენ უკვე განუცხადა ზემოთ. ისინი იმოქმედებენ, როგორც ერთგვარი დირიჟორი მსუბუქი ან მზის ენერგიისა და მცენარეთა შორის, მათი სიცოცხლისა და საქმიანობის სათანადო ნაკადი. მწვანე ნივთიერებებს გააჩნიათ ბევრი მზის შთანთქმის უნარი.

ჟანგბადის მნიშვნელოვან როლს თამაშობს. ფოტოსინთეზის წარმატების პროცესისთვის მცენარეები ძალიან ბევრია საჭირო, ვინაიდან ის შეიცავს მხოლოდ 0.03% ნახშირბადის მჟავას. აქედან გამომდინარე, 6000 მ ³ ჰადან, 6 მ ³ მჟავა მიიღება. ეს უკანასკნელი ნივთიერებაა - გლუკოზის ძირითადი წყარო მასალა, რომელიც, თავის მხრივ, ცხოვრებისათვის აუცილებელი ნივთიერებებია.

ფოტოსინთეზის ორი ეტაპია. პირველი სინათლეა, მეორე კი მუქი.

რა არის მექანიზმები სინათლის სცენაზე

ფოტოინთეზის სინათლის ეტაპი სხვა სახელია - ფოტოქიმიური. ამ ეტაპზე ძირითადი მონაწილეები არიან:

• მზის ენერგია;
• მრავალფეროვანი პიგმენტები.

პირველი კომპონენტისთვის ყველაფერი ნათელია, ეს მზის სინათლეა. და ის, რაც პიგმენტებია, ყველამ არ იცის. ისინი მწვანე, ყვითელი, წითელი ან ლურჯი. მწვანე ქლორფოლის ჯგუფები "ა" და "ბ", ყვითელი და წითელი / ლურჯი ფიქობილინებისთვის. პროცესის ამ ეტაპზე მონაწილეებს შორის ფოტოქიმიური აქტივობა მხოლოდ ქლორფოლების "ა". დანარჩენი ეკუთვნის დამატებით როლს, რომლის არსი არის მსუბუქი კვანტური კოლექცია და მათი ტრანსპორტირება ფოტოქიმიური ცენტრიდან.

ვინაიდან ქლოროფილი მიენიჭება მზის ენერგიის გარკვეულ სიბრტყეზე ეფექტურად წახალისებას, გამოვლენილია შემდეგი ფოტომექანიკური სისტემები:

- ფოტოქიმიური ცენტრი 1 (ჯგუფი "A" - ის მწვანე ნივთიერებები) - შემადგენლობაში შედის პიგმენტი 700, შთამნთქმელი სინათლის სხივები, რომლის სიგრძე დაახლოებით 700 ნმ. ამ პიგმენტს აქვს ფუნდამენტური როლი ფოტოსინთეზის სინათლის ეტაპზე.

- ფოტოქიმიური ცენტრი 2 (ჯგუფის "ბ" მწვანე ნივთიერებები) - შემადგენლობაში შედის პიგმენტი 680, შთამნთქმელი სინათლის სხივები, რომლის ხანგრძლივობაა 680 ნმ. იგი ფლობს მეორე გეგმას, რომელიც შედგება ფოტოქიმიური ცენტრის მიერ დაკარგული ელექტრონების შევსების ფუნქციაში. ეს მიიღწევა თხევადი ჰიდროლიზის გამო.

პიგმენტების 350-400 მოლეკულას, რომლებიც ფოტოსიუმს 1 და 2-ში სინათლის ნაკადების კონცენტრაციისთვის გამოიყენება პიგმენტის მხოლოდ ერთი მოლეკულა, რომელიც აქტიური ფოტოკემისკენ - ჯგუფი "A" -ს ქლოროფილია.

რა ხდება?

1. მცენარეთა მიერ მოწონილი სინათლის ენერგია გავლენას ახდენს პიგმენტი 700 შეიცავს მასში, რომელიც ნორმალურ მდგომარეობას გადიან სახელმწიფოში. პიგმენტი კარგავს ელექტრონს, რის შედეგადაც ე.წ. ელექტრული ხვრელების ფორმირება ხდება. მაშინ პიგმენტური მოლეკულა, რომელმაც ელექტრონს დაკარგა, შეუძლია იმოქმედოს, როგორც მისი მიმღები, ანუ ის პარტია, რომელიც იღებს ელექტრონს და დააბრუნებს მის ფორმას.

2. ფოთლის გამჟღავნების პროცესი ფოტოკოაგულაციის 680 სინათლის შთამნთქმელი პიგმენტის 680-ის ფოტოკომეტრულ ცენტრში. როდესაც წყალი დაიშლება, იწყება ელექტრონები, რომლებიც თავდაპირველად მიღებულია ნივთიერებით, როგორიცაა ციტოქრომი C550 და აღნიშნულია ასო Q. შემდეგ კი ციტოქრომიდან, ელექტრონები შედიან ვექტორული ჯაჭვში და გადაჰყავთ ფოტოქიმიური ცენტრი 1-ისთვის ელექტრული ხვრელების აღდგენა, რომელიც იყო სინათლის კვანტის შეღწევისა და პიგმენტის 700 პროცენტის რეკონსტრუქციის შედეგად.

არსებობს შემთხვევები, როდესაც ასეთი მოლეკულა უკან დაიბრუნებს ყოფილი იდენტურია. ეს გამოიწვევს სინათლის ენერგიის გათავისუფლებას სითბოს სახით. მაგრამ თითქმის ყოველთვის ელექტროენერგიის უარყოფითი ბრალი უკავშირდება სპეციალურ რკინის გოგირდოვან პროტეინებს და იკვრება ერთი ჯაჭვების გასწვრივ პიგმენტებში 700 ან იყოფა ვექტორების სხვა ჯაჭვში და უკავშირდება მუდმივი მიმღები.

პირველ ვარიანტში ხდება დახურული ტიპის ელექტრონების ციკლური ტრანსპორტირება, მეორე შემთხვევაში კი არალეკალურ ტრანსპორტი ხდება.

ორივე პროცესები ფოთლოვანი სინთეზის პირველი ეტაპზევე ხდება ელექტრონულ მატარებელთა იმავე ჯაჭვის მიერ. თუმცა აღსანიშნავია, რომ ციკლური ტიპის ციკლოფოსფრილაციით, თავდაპირველი და ამავე დროს ტრანსპორტირების საბოლოო პუნქტი არის ქლოფი, ხოლო არასამთავრობო ციკლური ტრანსპორტირება გლუვი ჯგუფის "B" - ს მწვანე ნივთიერებების ქლოროფილი "A" - ს გადასვლას გულისხმობს.

ციკლური ტრანსპორტირების თავისებურებები

ციკლური ფოსფორილაცია ასევე ფოტოინთეტიკაა. ამ პროცესის შედეგად შეიქმნა ATP მოლეკულები. ეს ტრანსპორტირება ეფუძნება ელექტრონულების რამდენიმე წარმატებულ ეტაპზე გამრეკავებელ მდგომარეობაში 700-მდე პიგმენტს, რითაც გაათავისუფლებს ენერგიას, რომელიც მონაწილეობს Phosphorylating ფერმენტების სისტემაში შემდგომი დაგროვების ATP- ის ფოსფატის ობლიგაციებში. ანუ, ენერგია არ იშლება.

Phosphorylation ციკლური არის ფოტოთითის ძირითადი რეაქცია, რომელიც ეფუძნება ქიმიური ენერგიის ფორმირების ტექნოლოგიას მზის ენერგიის გამოყენების გამო, ქლოროპლასტის ტალუკოტოდის გარსის ზედაპირებზე.

ფოტოინთეზური ფოსფორილაციის გარეშე შეუძლებელია ფოტოსითის სინათლის ფაზაში ასიმილაციის რეაქციები.

არაციკლური ტიპის ტრანსპორტირების ნიუანსი

პროცესი შედგება NADP + და NADP * H. მექანიზმი ეფუძნება ფეროდროქსინის ელექტრონულ გადაცემას, მისი შემცირების რეაქციას და შემდგომში გადასვლამდე NADP + შემდგომი შემცირებით NADP * H.

შედეგად, ელექტრონები, რომლებიც დაკარგა პიგმენტი 700 შევსება ელექტრონები წყლის, რომელიც decomposes ქვეშ სინათლის სხივების photosystem 2.

ელექტრონების არაციკლური გზა, რომლის ნაკადის ასევე გულისხმობს სინათლის photosynthesis, ხორციელდება მეშვეობით ურთიერთქმედების ორივე photosystems ერთმანეთთან და მათი ელექტრონული სატრანსპორტო ჯაჭვების აკავშირებს მათ. სინათლის ენერგია ხელმძღვანელობს ელექტრონების ნაკადს. ფოტოქიმიური ცენტრის 1-დან 2-მდე ტრანსპორტირების დროს ელექტრონები კარგავს ზოგიერთ ენერგიას, რადგან აკუმულაცია, როგორც tilaktoid- ის მემბრანის ზედაპირის პროტონული პოტენციალი.

ფოტოსინთეზის სინათლის ფაზაში, ელექტრონულ სატრანსპორტო ჯაჭვში პროტონული ტიპის პოტენციალის შექმნის პროცესი და მისი ფუნქციონირება ATP- ის ქლოროპლასტების ფორმირებისთვის თითქმის სრულიად იდენტურია მიტოქონდრიაში იგივე პროცესი. მაგრამ თვისებები დღემდე არსებობს. ტილოქტოიდები ამ სიტუაციაში მიტოქონდრია აღმოჩნდა არასწორი მხრიდან. ეს არის მთავარი მიზეზი ის ფაქტი, რომ ელექტრონები და პროტონები გადაადგილდებიან მემბრანის საპირისპირო მიმართულებით მიტოქონდრიულ მემბრანაში სატრანსპორტო ნაკადის მიმართ. ელეტრონები გარედან გადაჰყავთ და პროტონები აგროვებენ თილოქოიდის მატრიცის შიდა ნაწილში. ეს უკანასკნელი მხოლოდ დადებითი ბრალდებაა, ხოლო ტილაკლოიდის გარე მემბრანა უარყოფითია. აქედან გამომდინარეობს, რომ პროტონული ტიპის გრადიენტის გზა მიტოქონდრიაში მის გზას საპირისპიროა.

შემდეგი ფუნქციაა დიდი pH დონის პროტონების პოტენციალი.

მესამე ფუნქცია არის მხოლოდ ორი კონიუგირების ტილოქტოიდის ჯაჭვის არსებობა, რის შედეგადაც ATP მოლეკულის თანაფარდობა პროტონების მიმართ არის 1: 3.

დასკვნა

პირველ ეტაპზე ფოტოინთეზი არის სინათლის ენერგიის (ხელოვნური და არა ხელოვნური) ურთიერთქმედება ქარხანაში. რეაქცია მწვანე ნივთიერებების სხივებზე - ქლოროფილი, რომელთა უმრავლესობა შეიცავს ფოთლებში.

ATP და NADP * H ფორმირება ამ რეაქციის შედეგია. ეს პროდუქტები აუცილებელია ბნელი რეაქციების გავლისთვის. აქედან გამომდინარე, სინათლის ეტაპი არის სავალდებულო პროცესი, რომლის გარეშეც მეორე ეტაპი არ შედგება - ბნელი.

მუქი სცენა: არსი და თვისებები

მუქი ფოტოსინთეზი და მისი რეაქციები ორგანული წარმოშობის ნივთიერებებში ნახშირორჟანგის პროცედურაა ნახშირწყლების წარმოება. ასეთ რეაქციებში ხდება ქლოროპლასტის და ფსონური სინთეზის პირველი ეტაპის პროდუქცია, სინათლე, მათში აქტიური მონაწილეობა.

ნახშირორჟანგის მუქი სხივების მექანიზმი ეფუძნება ნახშირორჟანგის ასიმილაციის პროცესს (ასევე ეწოდება photochemical carboxylation, კალვინ ციკლი), რომელიც ახასიათებს ციკლური თვისებით. შედგება სამი ფაზისგან:

1. კარბოქსილაცია არის CO _{2- ის დამატება} .
2. აღდგენის ფაზა.
3. Ribulosodiphosphate რეგენერაციის ფაზა.

რიბულოფოსფატი, რომელიც ხუთი ნახშირბადის ატომის შაქრით არის მორგებული, ATP- ის ფოსფორილაციისთვის ემორჩილებიან, რის შედეგადაც ribulosodiphosphate- ის ფორმირება, რომელიც შემდგომში ექვემდებარება კარბოქსილაციას CO ₂ პროდუქტთან კომბინაციით ექვსი კარბონისგან, რომელიც დაუყოვნებლივ იწვევენ წყლის მოლეკულთან რეაგირებას, რომელიც ქმნის ფოსფოგლიცეროლის ორი მოლეკულური მჟავა ნაწილაკებს . ამის შემდეგ მჟავა განიცდის ფერმენტული რეაქციის დროს სრულ შემცირებას, რისთვისაც ATP და NADPH- ის არსებობა აუცილებელია შაქრის წარმოქმნით სამი კარბონისგან - სამი ნახშირბადის შაქარი, ტრიოზი ან ალდეჰიდი ფოსფოგლიცეროლის. როდესაც ორი ასეთი ტრიოზი ამოიწურება, ის მიიღება ჰექსოზის მოლეკულას, რომელიც შეიძლება გახდეს სახამებლის მოლეკულის განუყოფელი ნაწილი და დაიბლოკოს რეზერვში.

ეს ფაზა დასრულებულია იმით, რომ ფსონური სინთეზის დროს ერთი CO ₂ მოლეკულა შეიწოვება და სამი ATP მოლეკულა და ოთხი N ატომი გამოიყენება, ჰექსოზის ფოსფატი რეაქცია ხდება პენსიოს ფოსფატის ციკლის რეაქციებში, რის შედეგადაც ribulose ფოსფატის რეგენერაცია ხდება, რამაც კვლავ გააგრძელოს ნახშირბადის მჟავას სხვა მოლეკულა.

კარბოქსილირების, შემცირების, რეგენერაციის რეაქცია არ შეიძლება კონკრეტულად მხოლოდ უჯრედისთვის, რომელიც ფოტოინთეზის ჩატარებას მოითხოვს. რა არის "უნიფორმის" პროცესი, არ შეიძლება ითქვას, რადგან განსხვავება კვლავ არსებობს - აღდგენის პროცესში, NADP * H გამოიყენება და არა NAD * N.

Ribulosodiphosphate- ის _მიერ CO2- ის დამატებით გლუკოზის დიფაფაფატის კარბოქსილაზით წარმოქმნილი კატალიზის გადიან. რეაქციის პროდუქტი 3-ფოსფოლგლიცერატია, რომელიც მცირდება NADP * H2 და ATP- ით გლიცერალდიჰიდის -3-ფოსფატზე. შემცირების პროცესი გლიცერალდიჰიდი -3-ფოსფატის დეჰიდრაგენეზით არის კატალიზირებული. ამ უკანასკნელს ადვილად მოაქვს დიჰიდროქსიაქნეტოფონ ფოსფატი. ჩამოყალიბებულია ფრუქტოზა-ბიფოსფატი. ზოგიერთი მისი მოლეკულები მონაწილეობენ ribulosodiphosphate- ის რეგენერაციის პროცესში, ციკლის დახურვაზე, ხოლო მეორე ნაწილი გამოიყენება ნახშირწყალბადების მაღაზიებში ფოტოსინთეზურ უჯრედებში, ანუ ნახშირწყლების ფოტოსინთეზირება ხდება.

სინათლის ენერგია აუცილებელია ორგანული ნივთიერებების ნივთიერებების ფოსფორილაციისა და სინთეზისთვის და ორგანული ნივთიერებების ჟანგვის ენერგია აუცილებელია ჟანგვითი ფოსფორილაციით. ამიტომ მცენარეულობა უზრუნველყოფს ცხოველებს და სხვა ორგანიზმებს, რომლებიც ჰეტეროტროფიულია.

მცენარეთა უჯრედში ფოტოსინთეზირება ხდება ამ გზით. მისი პროდუქტი არის ნახშირწყლები, რომლებიც აუცილებელია ნახშირბადის ჩონჩხის შექმნისთვის ფლორის სამყაროს წარმომადგენლების მრავალი ნივთიერების შექმნისთვის, რომლებიც ორგანული წარმოშობისაა.

ორგანული აზოტის ნივთიერებები შეიწოვება ტიპის photosynthetic ორგანიზმების შემცირება არაორგანული ნიტრატი და გოგირდის - შემცირების გამო არ შეიცავს სულფატებს, რომ sulfhydryl ჯგუფების ამინომჟავების. უზრუნველყოფს ფორმირების ცილები, ნუკლეინის მჟავები, ცხიმებს, ნახშირწყლებს, cofactors არის ფოტოსინთეზი. რა არის "platter" ნივთიერებების სასიცოცხლო მცენარეთა უკვე აღინიშნა, მაგრამ მეორად სინთეზის პროდუქცია, რომელიც ძვირფასი სამკურნალო ნივთიერებების (ფლავონოიდებს, ალკალოიდებს, terpenes, პოლიფენოლები, სტეროიდების, orgkisloty და სხვები), არ არის სიტყვა ითქვა. აქედან გამომდინარე, თუ ვიტყვით, რომ ფოტოსინთეზის - გასაღები ცხოვრებაში მცენარეები, ცხოველები და ადამიანები.