Da li ste se ikada zapitali koliko živih organizama postoji na planeti?! I na kraju krajeva, svi oni trebaju udisati kisik kako bi generirali energiju i izdahnuli ugljični dioksid. Upravo je ugljični dioksid glavni uzrok takve pojave kao što je zagušljivost u prostoriji. To se dešava kada je u njemu puno ljudi, a prostorija se dugo ne provetrava. Pored toga, industrijski objekti, privatni automobili i javni prevoz pune vazduh otrovnim supstancama.
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. Šta je ovo 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, jer se odvija samo u njihovim ćelijama.
Sama fotosinteza je izuzetno složen postupak, koji zavisi od određenih uslova i dešava se u nekolikofaze.
Definicija koncepta
Prema naučnoj definiciji, organske supstance se pretvaraju u organske supstance tokom fotosinteze na ćelijskom nivou kod autotrofnih organizama usled izlaganja sunčevoj svetlosti.
Jednostavnije rečeno, fotosinteza je proces kojim se događa sljedeće:
- Biljka je zasićena vlagom. Izvor vlage može biti voda iz zemlje ili vlažni tropski zrak.
- Hlorofil (specijalna supstanca koja se nalazi u biljkama) reaguje na sunčevu energiju.
- Formiranje hrane neophodne predstavnicima flore, koju ne mogu sami 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 supstanca nije ništa drugo do hlorofil. Njegova lokacija su hloroplasti. Ali hloroplasti se nalaze u dijelu stabljike biljke i njenim plodovima. Ali fotosinteza listova je posebno česta u prirodi. Budući da je potonji prilično jednostavan po svojoj strukturi i ima relativno veliku površinu, što znači da će količina energije potrebna za nastavak procesa spašavanja biti mnogo veća.
Kada svjetlost apsorbira hlorofil, potonji je u stanju uzbuđenja iprenosi energetske poruke drugim organskim molekulima biljke. Najveća količina takve energije odlazi učesnicima u procesu fotosinteze.
Druga faza
Formiranje fotosinteze u drugoj fazi ne zahtijeva obavezno učešće svjetlosti. Sastoji se od stvaranja kemijskih veza pomoću otrovnog ugljičnog dioksida koji nastaje iz zračnih masa i vode. Postoji i sinteza mnogih tvari koje osiguravaju vitalnu aktivnost predstavnika flore. Ovo su skrob, glukoza.
U biljkama takvi organski elementi djeluju kao izvor ishrane za pojedine dijelove biljke, istovremeno osiguravajući normalan tok životnih procesa. Takve tvari dobivaju i predstavnici faune koji jedu biljke za hranu. Ljudsko tijelo je zasićeno ovim supstancama putem hrane, koja je uključena u svakodnevnu prehranu.
Šta? Gdje? Kada?
Da bi organske supstance postale organske, potrebno je obezbediti odgovarajuće uslove za fotosintezu. Za proces koji se razmatra, prije svega, potrebna je svjetlost. Govorimo o veštačkoj i sunčevoj svetlosti. U prirodi se aktivnost biljaka obično karakteriše intenzitetom u proljeće i ljeto, odnosno kada postoji potreba za velikom količinom sunčeve energije. Ono što se ne može reći za jesenju sezonu, kada je sve manje svjetla, dan je sve kraći. Kao rezultat, lišće postaje žuto, a zatim potpuno otpada. Ali čim zasjaju prvi proljetni zraci sunca, podići će se zelena trava, oni će odmah nastaviti sa svojim aktivnostima.hlorofila, i aktivna proizvodnja kiseonika i drugih vitalnih nutrijenata će početi.
Uvjeti za fotosintezu uključuju više od svjetlosti. Vlaga takođe treba da bude dovoljna. Uostalom, biljka prvo apsorbira vlagu, a zatim počinje reakcija uz sudjelovanje sunčeve energije. Biljna hrana je rezultat ovog procesa.
Samo u prisustvu zelene materije dolazi do fotosinteze. Šta su hlorofili, već smo rekli gore. Oni djeluju kao neka vrsta provodnika između svjetlosti ili sunčeve energije i same biljke, osiguravajući pravilan tijek njihovog života i aktivnosti. Zelene supstance imaju sposobnost da apsorbuju mnoge sunčeve zrake.
Kiseonik takođe igra značajnu ulogu. Da bi proces fotosinteze bio uspješan, biljkama je potrebno dosta toga, jer sadrži samo 0,03% ugljične kiseline. Dakle, od 20.000 m3 zraka, možete dobiti 6 m3 kiseline. To je potonja supstanca koja je glavni izvorni materijal za glukozu, koja je zauzvrat supstanca neophodna za život.
Postoje dvije faze fotosinteze. Prvo se zove svjetlo, drugo je tamno.
Koji je mehanizam toka svjetlosne pozornice
Svjetlosna faza fotosinteze ima još jedno ime - fotohemijska. Glavni učesnici u ovoj fazi su:
- solarna energija;
- različiti pigmenti.
Sa prvom komponentom sve je jasno, to je sunčeva svjetlost. ALIto su pigmenti, ne znaju svi. One su zelene, žute, crvene ili plave. Klorofili grupa "A" i "B" pripadaju zelenoj, fikobilini žutoj i crveno/plavoj. Fotohemijsku aktivnost među učesnicima u ovoj fazi procesa pokazuju samo hlorofili "A". Ostali igraju komplementarnu ulogu, čija je suština prikupljanje svjetlosnih kvanta i njihov transport do fotohemijskog centra.
Budući da je hlorofil obdaren sposobnošću da efikasno apsorbuje sunčevu energiju na određenoj talasnoj dužini, identifikovani su sledeći fotohemijski sistemi:
- Fotohemijski centar 1 (zelene supstance grupe "A") - pigment 700 je uključen u sastav koji apsorbuje svetlosne zrake, čija je dužina približno 700 nm. Ovaj pigment igra osnovnu ulogu u stvaranju proizvoda svjetlosne faze fotosinteze.
- Fotohemijski centar 2 (zelene supstance grupe "B") - sastav uključuje pigment 680, koji apsorbuje svetlosne zrake, čija je dužina 680 nm. On ima sporednu ulogu, koja se sastoji u funkciji nadopunjavanja elektrona izgubljenih od strane fotohemijskog centra 1. Ona se postiže hidrolizom tečnosti.
Za 350-400 molekula pigmenta koji koncentrišu svetlosne tokove u fotosistemima 1 i 2, postoji samo jedan molekul pigmenta, koji je fotohemijski aktivan - hlorofil grupe "A".
Šta se događa?
1. Svetlosna energija koju apsorbuje biljka utiče na pigment 700 koji se nalazi u njoj, koji prelazi iz normalnog u pobuđeno stanje. Pigment gubielektrona, što rezultira formiranjem takozvane elektronske rupe. Nadalje, molekul pigmenta koji je izgubio elektron može djelovati kao njegov akceptor, odnosno strana koja prima elektron, i vratiti se u svoj oblik.
2. Proces razgradnje tečnosti u fotohemijskom centru pigmenta koji apsorbuje svetlost 680 fotosistema 2. Tokom razgradnje vode nastaju elektroni koje u početku prihvata supstanca kao što je citokrom C550 i označavaju se slovom Q., iz citokroma, elektroni ulaze u lanac nosača i transportuju se do fotohemijskog centra 1 kako bi popunili elektronsku rupu, što je rezultat prodora svjetlosnih kvanta i procesa redukcije pigmenta 700.
Postoje slučajevi kada takav molekul dobije nazad elektron identičan prethodnom. To će rezultirati oslobađanjem svjetlosne energije u obliku topline. Ali skoro uvek, elektron sa negativnim nabojem kombinuje se sa specijalnim proteinima gvožđe-sumpor i prenosi se duž jednog od lanaca do pigmenta 700, ili ulazi u drugi lanac nosača i ponovo se sjedinjuje sa trajnim akceptorom.
U prvoj varijanti postoji ciklični transport elektrona zatvorenog tipa, u drugoj - neciklički.
Oba procesa katalizira isti lanac nosilaca elektrona u prvoj fazi fotosinteze. Ali treba napomenuti da je prilikom fotofosforilacije cikličnog tipa početna i istovremeno krajnja tačka transporta hlorofil, dok neciklički transport podrazumeva prelazak zelene supstance grupe "B" uhlorofil "A".
Karakteristike cikličkog transporta
Ciklična fosforilacija se takođe naziva fotosintetičkom. Kao rezultat ovog procesa formiraju se ATP molekuli. Ovaj transport se zasniva na povratku elektrona u pobuđenom stanju pigmentu 700 kroz nekoliko uzastopnih faza, usled čega se oslobađa energija koja učestvuje u radu fosforilacionog enzimskog sistema u cilju dalje akumulacije u ATP fosfatu. obveznice. To jest, energija se ne rasipa.
Ciklična fosforilacija je primarna reakcija fotosinteze, koja se zasniva na tehnologiji generisanja hemijske energije na membranskim površinama tilaktoida hloroplasta koristeći energiju sunčeve svetlosti.
Bez fotosintetske fosforilacije, reakcije asimilacije u tamnoj fazi fotosinteze su nemoguće.
Njanse transporta necikličkog tipa
Proces se sastoji u obnavljanju NADP+ i formiranju NADPH. Mehanizam se zasniva na transferu elektrona na feredoksin, njegovoj redukcijskoj reakciji i naknadnom prelasku na NADP+ uz daljnju redukciju u NADPH.
Kao rezultat toga, elektroni koji su izgubili pigment 700 se obnavljaju zahvaljujući elektronima vode, koja se razlaže pod svjetlosnim zracima u fotosistemu 2.
Neciklični put elektrona, čiji tok takođe podrazumeva fotosintezu svetlosti, odvija se kroz interakciju oba fotosistema jedan sa drugim, povezuje njihove lance transporta elektrona. Svetlećeenergija usmjerava tok elektrona nazad. Prilikom transporta od fotohemijskog 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 transporta elektrona i njegova eksploatacija za stvaranje ATP-a u hloroplastima je skoro potpuno identičan istom procesu u mitohondrijima. Ali karakteristike su i dalje prisutne. Tilaktoidi u ovoj situaciji su mitohondrije okrenute naopačke. Ovo je glavni razlog što se elektroni i protoni kreću kroz membranu u suprotnom smjeru u odnosu na transportni tok u mitohondrijalnoj membrani. Elektroni se transportuju napolje, dok se protoni akumuliraju u unutrašnjosti tilaktičkog matriksa. Potonji prihvata samo pozitivan naboj, a vanjska membrana tilaktoida je negativna. Iz toga slijedi da je put gradijenta protonskog tipa suprotan njegovom putu u mitohondrijima.
Sljedeća karakteristika se može nazvati velikim pH nivoom u potencijalu protona.
Treća karakteristika je prisustvo samo dva mesta konjugacije u tilaktoidnom lancu i, kao rezultat, odnos molekula ATP-a i protona je 1:3.
Zaključak
U prvoj fazi, fotosinteza je interakcija svjetlosne energije (vještačke i nevještačke) sa biljkom. Zelene supstance reaguju na zrake - hlorofil, od kojih se većina nalazi u listovima.
Formiranje ATP-a i NADPH je rezultat takve reakcije. Ovi proizvodi su neophodni za pojavu tamnih reakcija. Dakle, svjetlosni stadij je obavezan proces, bez kojeg se druga faza - tamna faza - neće odvijati.
Mračna faza: suština i karakteristike
Tamna fotosinteza i njene reakcije su postupak pretvaranja ugljičnog dioksida u tvari organskog porijekla uz proizvodnju ugljikohidrata. Sprovođenje ovakvih reakcija događa se u stromi hloroplasta i produktima prve faze fotosinteze - svjetlost u njima aktivno učestvuje.
Mehanizam tamne faze fotosinteze zasniva se na procesu asimilacije ugljičnog dioksida (koji se naziva i fotohemijska karboksilacija, Calvinov ciklus), koju karakterizira cikličnost. Sastoji se od tri faze:
- Karboksilacija - dodavanje CO2.
- Faza oporavka.
- Faza regeneracije ribuloze difosfata.
Ribulofosfat, šećer sa pet atoma ugljika, fosforiliran je ATP-om, što rezultira ribuloza difosfatom, koji se dalje karboksilira kombinovanjem sa CO2 proizvodom sa šest ugljenika, koji odmah razgrađuju se pri interakciji s molekulom vode, stvarajući dvije molekularne čestice fosfoglicerinske kiseline. Zatim ova kiselina prolazi kroz potpunu redukciju u provedbi enzimske reakcije, za koju je potrebno prisustvo ATP-a i NADP-a da bi se formirao šećer s tri ugljika - šećer sa tri ugljika, triozu ili aldehid.fosfoglicerol. Kada se dvije takve trioze kondenzuju, dobija se molekul heksoze, koji može postati sastavni dio molekule škroba i biti otklonjen u rezervi.
Ova faza se završava apsorpcijom jednog molekula CO tokom procesa fotosinteze2 i upotrebom tri ATP molekula i četiri atoma H. Heksoza fosfat je pogodan za reakcije ciklusa pentoza fosfata, rezultirajući ribuloza fosfat se regeneriše, koji se može rekombinovati sa drugim molekulom ugljene kiseline.
Reakcije karboksilacije, restauracije, regeneracije ne mogu se nazvati specifičnim isključivo za ćeliju u kojoj se odvija fotosinteza. Ne možete reći ni šta je "homogen" tok procesa, jer razlika i dalje postoji - tokom procesa oporavka koristi se NADPH, a ne PREKOH.
Dodavanje CO2 ribuloz difosfatom katalizira ribuloza difosfat karboksilaza. Produkt reakcije 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. Neki od njegovih molekula učestvuju u procesu regeneracije ribuloza difosfata, zatvarajući ciklus, a drugi dio se koristi za stvaranje rezervi ugljikohidrata u ćelijama fotosinteze, odnosno odvija se fotosinteza ugljikohidrata.
Svjetlosna energija je neophodna za fosforilaciju i sintezu organskih supstanciporijekla, a energija oksidacije organskih tvari neophodna je za oksidativnu fosforilaciju. Zato vegetacija daje život životinjama i drugim organizmima koji su heterotrofni.
Fotosinteza u biljnoj ćeliji odvija se na ovaj način. Njegov proizvod su ugljikohidrati, neophodni za stvaranje karbonskih skeleta mnogih supstanci predstavnika svijeta flore, koje su organskog porijekla.
Supstance azotno-organskog tipa asimiliraju se u fotosintetskim organizmima zbog redukcije neorganskih nitrata, a sumpor - zbog redukcije sulfata na sulfhidrilne grupe aminokiselina. Osigurava stvaranje proteina, nukleinskih kiselina, lipida, ugljikohidrata, kofaktora, odnosno fotosintezu. Već je naglašeno šta je "asortiman" supstanci od vitalnog značaja za biljke, ali nije rečeno ni riječi o proizvodima sekundarne sinteze, a to su vrijedne ljekovite supstance (flavonoidi, alkaloidi, terpeni, polifenoli, steroidi, organske kiseline i dr.). Stoga, bez pretjerivanja, možemo reći da je fotosinteza ključ za život biljaka, životinja i ljudi.
