Har du nogensinde spekuleret på, hvor mange levende organismer der er på planeten?! Og når alt kommer til alt, skal de alle sammen indånde ilt for at kunne generere energi og udånde kuldioxid. Det er kuldioxid, der er hovedårsagen til et sådant fænomen som indelukket i rummet. Det foregår, når der er mange mennesker i det, og rummet ikke er ventileret i lang tid. Derudover fylder industrifaciliteter, privat bil og offentlig transport luften med giftige stoffer.
I lyset af ovenstående opstår et fuldstændig logisk spørgsmål: hvordan blev vi ikke kv alt, hvis alt liv er en kilde til giftig kuldioxid? Frelseren for alle levende væsener i denne situation er fotosyntese. Hvad er denne proces, og hvorfor er den nødvendig?
Dens resultat er justering af balancen mellem kuldioxid og mætning af luften med ilt. En sådan proces er kun kendt af repræsentanter for floraens verden, det vil sige planter, da den kun forekommer i deres celler.
Fotosyntese i sig selv er en ekstremt kompleks procedure, afhængig af visse forhold og forekommer i flereetaper.
Definition af begreb
Ifølge den videnskabelige definition omdannes organiske stoffer til organiske stoffer under fotosyntese på celleniveau i autotrofe organismer på grund af udsættelse for sollys.
For at sige det mere enkelt er fotosyntese den proces, hvorved følgende sker:
- Planten er mættet med fugt. Kilden til fugt kan være vand fra jorden eller fugtig tropisk luft.
- Klorofyl (et særligt stof, der findes i planter) reagerer på solenergi.
- Dannelsen af den mad, der er nødvendig for repræsentanter for floraen, som de ikke er i stand til at få på egen hånd på en heterotrof måde, men de selv er dens producent. Med andre ord spiser planter, hvad de producerer. Dette er resultatet af fotosyntese.
Etape
Praktisk t alt hver plante indeholder et grønt stof, takket være hvilket den kan absorbere lys. Dette stof er intet andet end klorofyl. Dens placering er kloroplaster. Men kloroplaster er placeret i stængeldelen af planten og dens frugter. Men bladfotosyntese er især almindelig i naturen. Da sidstnævnte er ret enkel i sin opbygning og har en forholdsvis stor overflade, hvilket betyder, at mængden af energi, der kræves for at redningsprocessen kan forløbe, vil være meget større.
Når lys absorberes af klorofyl, er sidstnævnte i en tilstand af ophidselse og denssender energibeskeder til andre organiske molekyler i planten. Den største mængde af sådan energi går til deltagerne i fotosynteseprocessen.
fase to
Dannelsen af fotosyntese i anden fase kræver ikke obligatorisk deltagelse af lys. Det består i dannelsen af kemiske bindinger ved hjælp af giftig kuldioxid dannet fra luftmasser og vand. Der er også en syntese af mange stoffer, der sikrer den vitale aktivitet af repræsentanter for floraen. Disse er stivelse, glukose.
I planter fungerer sådanne organiske elementer som en kilde til ernæring for individuelle dele af planten, samtidig med at de sikrer det normale forløb af livsprocesser. Sådanne stoffer opnås også af repræsentanter for faunaen, der spiser planter til mad. Menneskekroppen er mættet med disse stoffer gennem mad, som indgår i den daglige kost.
Hvad? Hvor? Hvornår?
For at organiske stoffer kan blive organiske, er det nødvendigt at sørge for passende betingelser for fotosyntese. Til den undersøgte proces er der først og fremmest brug for lys. Vi taler om kunstigt og sollys. I naturen er planteaktivitet norm alt præget af intensitet om foråret og sommeren, det vil sige når der er behov for en stor mængde solenergi. Hvad kan man ikke sige om efterårssæsonen, hvor der er mindre og mindre lys, dagen bliver kortere. Som et resultat bliver løvet gult og falder derefter helt af. Men så snart de første forårsstråler fra solen skinner, vil grønt græs stige, de vil straks genoptage deres aktiviteter.klorofyler, og den aktive produktion af ilt og andre vitale næringsstoffer vil begynde.
Betingelserne for fotosyntese omfatter mere end blot lys. Fugt skal også være tilstrækkeligt. Når alt kommer til alt, absorberer planten først fugt, og derefter begynder en reaktion med deltagelse af solenergi. Planteføde er resultatet af denne proces.
Kun i nærværelse af grønt stof forekommer fotosyntese. Hvad er klorofyler, har vi allerede fort alt ovenfor. De fungerer som en slags leder mellem lys eller solenergi og selve planten, hvilket sikrer det rette forløb af deres liv og aktivitet. Grønne stoffer har evnen til at absorbere mange af solens stråler.
Oxygen spiller også en væsentlig rolle. For at fotosynteseprocessen skal lykkes, har planter brug for meget af det, da det kun indeholder 0,03% kulsyre. Så fra 20.000 m3 luft kan du få 6 m3 syre. Det er sidstnævnte stof, der er hovedkilden til glukose, som igen er et stof, der er nødvendigt for livet.
Der er to stadier af fotosyntese. Den første hedder lys, den anden er mørk.
Hvad er mekanismen for lysscenens flow
Lysstadiet i fotosyntesen har et andet navn - fotokemisk. Hoveddeltagerne på dette stadie er:
- solenergi;
- udvalg af pigmenter.
Med den første komponent er alt klart, det er sollys. MENdet er hvad pigmenter er, ikke alle ved. De er grønne, gule, røde eller blå. Klorofyler af gruppe "A" og "B" tilhører henholdsvis grøn, phycobiliner til gul og rød/blå. Fotokemisk aktivitet blandt deltagerne i denne fase af processen vises kun af klorofyl "A". Resten spiller en komplementær rolle, hvis essens er indsamlingen af lyskvanter og deres transport til det fotokemiske center.
Fordi klorofyl er udstyret med evnen til effektivt at absorbere solenergi ved en bestemt bølgelængde, er følgende fotokemiske systemer blevet identificeret:
- Fotokemisk center 1 (grønne stoffer i gruppe "A") - pigment 700 er inkluderet i sammensætningen, der absorberer lysstråler, hvis længde er cirka 700 nm. Dette pigment spiller en grundlæggende rolle i at skabe produkter fra fotosyntesens lysfase.
- Fotokemisk center 2 (grønne stoffer i gruppe "B") - sammensætningen inkluderer pigment 680, som absorberer lysstråler, hvis længde er 680 nm. Han har en sekundær rolle, som består i funktionen at genopbygge elektronerne tabt af det fotokemiske center 1. Det opnås på grund af væskens hydrolyse.
For 350–400 pigmentmolekyler, der koncentrerer lysstrømme i fotosystem 1 og 2, er der kun ét pigmentmolekyle, som er fotokemisk aktivt - klorofyl af gruppe "A".
Hvad sker der?
1. Lysenergien absorberet af planten påvirker pigmentet 700 indeholdt deri, som skifter fra normal tilstand til exciteret tilstand. Pigment taberelektron, hvilket resulterer i dannelsen af det såkaldte elektronhul. Ydermere kan pigmentmolekylet, der har mistet en elektron, fungere som dets acceptor, det vil sige den side, der modtager elektronen, og vende tilbage til sin form.
2. Processen med væskenedbrydning i det fotokemiske centrum af det lysabsorberende pigment 680 i fotosystem 2. Under nedbrydningen af vand dannes elektroner, som i første omgang accepteres af et stof som cytokrom C550 og betegnes med bogstavet Q. Så, fra cytochromet, kommer elektronerne ind i bærerkæden og transporteres til fotokemisk center 1 for at genopbygge elektronhullet, som var resultatet af indtrængning af lyskvanter og reduktionsprocessen af pigment 700.
Der er tilfælde, hvor et sådant molekyle får tilbage en elektron, der er identisk med den forrige. Dette vil resultere i frigivelse af lysenergi i form af varme. Men næsten altid kombinerer en elektron med en negativ ladning sig med specielle jern-svovlproteiner og overføres langs en af kæderne til pigment 700 eller går ind i en anden bærerkæde og genforenes med en permanent acceptor.
I den første variant er der en cyklisk lukket-type elektrontransport, i den anden - ikke-cyklisk.
Begge processer katalyseres af den samme kæde af elektronbærere i det første trin af fotosyntesen. Men det skal bemærkes, at under fotofosforylering af den cykliske type er det indledende og samtidig slutpunktet for transport klorofyl, mens ikke-cyklisk transport indebærer overgangen af det grønne stof i gruppe "B" tilklorofyl "A".
Funktioner ved cyklisk transport
Cyklisk fosforylering kaldes også fotosyntetisk. Som et resultat af denne proces dannes ATP-molekyler. Denne transport er baseret på tilbagevenden af elektroner i exciteret tilstand til pigment 700 gennem flere på hinanden følgende stadier, hvorved der frigives energi, som deltager i arbejdet i det fosforylerende enzymsystem med henblik på yderligere akkumulering i ATP-fosfat obligationer. Det vil sige, energi spredes ikke.
Cyklisk fosforylering er den primære reaktion af fotosyntese, som er baseret på teknologien til at generere kemisk energi på membranoverfladerne af chloroplast-thylactoider ved hjælp af sollysets energi.
Uden fotosyntetisk fosforylering er assimileringsreaktioner i den mørke fase af fotosyntesen umulige.
Nuancerne ved transport af ikke-cyklisk type
Processen består i restaurering af NADP+ og dannelse af NADPH. Mekanismen er baseret på overførslen af en elektron til ferredoxin, dens reduktionsreaktion og den efterfølgende overgang til NADP+ med yderligere reduktion til NADPH.
Som et resultat genopfyldes de elektroner, der mistede pigment 700, takket være vandets elektroner, som nedbrydes under lysstråler i fotosystemet 2.
Den ikke-cykliske bane for elektroner, hvis strømning også indebærer lysfotosyntese, udføres gennem vekselvirkningen mellem begge fotosystemer med hinanden og forbinder deres elektrontransportkæder. Lysendeenergi leder strømmen af elektroner tilbage. Ved transport fra fotokemisk center 1 til center 2 mister elektroner en del af deres energi på grund af akkumulering som et protonpotentiale på thylactoiders membranoverflade.
I den mørke fase af fotosyntesen er processen med at skabe et proton-type potentiale i elektrontransportkæden og dens udnyttelse til dannelsen af ATP i kloroplaster næsten fuldstændig identisk med den samme proces i mitokondrier. Men funktioner er stadig til stede. Thylactoider i denne situation er mitokondrier vendt vrangen ud. Dette er hovedårsagen til, at elektroner og protoner bevæger sig hen over membranen i den modsatte retning i forhold til transportstrømmen i mitokondriemembranen. Elektroner transporteres til ydersiden, mens protoner akkumuleres i det indre af den thylaktiske matrix. Sidstnævnte accepterer kun en positiv ladning, og den ydre membran af thylactoidet er negativ. Det følger heraf, at banen for protontypens gradient er modsat dens vej i mitokondrier.
Den næste funktion kan kaldes et højt pH-niveau i protonernes potentiale.
Den tredje egenskab er tilstedeværelsen af kun to konjugationssteder i thyaktoidkæden, og som et resultat er forholdet mellem ATP-molekylet og protoner 1:3.
Konklusion
I den første fase er fotosyntese interaktionen mellem lysenergi (kunstig og ikke-kunstig) med en plante. Grønne stoffer reagerer på strålerne - klorofyler, hvoraf de fleste findes i blade
Dannelsen af ATP og NADPH er resultatet af en sådan reaktion. Disse produkter er afgørende for, at mørkereaktioner kan opstå. Derfor er lysstadiet en obligatorisk proces, uden hvilken anden fase – mørkestadiet – ikke vil finde sted.
Mørk scene: essens og funktioner
Mørk fotosyntese og dens reaktioner er proceduren for kuldioxid til stoffer af organisk oprindelse med produktion af kulhydrater. Implementeringen af sådanne reaktioner sker i kloroplastens stroma og produkterne fra det første trin af fotosyntesen - lys tager en aktiv del i dem.
Mekanismen for det mørke stadie af fotosyntesen er baseret på processen med kuldioxidassimilering (også kaldet fotokemisk carboxylering, Calvin-cyklussen), som er karakteriseret ved cyklicitet. Består af tre faser:
- Carboxylering - tilsætning af CO2.
- Recovery phase.
- Ribulosediphosphat-regenereringsfase.
Ribulophosphat, et sukker med fem carbonatomer, phosphoryleres af ATP, hvilket resulterer i ribulosediphosphat, som carboxyleres yderligere ved at kombinere med CO2 produkt med seks carbonatomer, som øjeblikkeligt nedbrydes, når de interagerer med et vandmolekyle, hvilket skaber to molekylære partikler af phosphoglycerinsyre. Derefter gennemgår denne syre et forløb med fuldstændig reduktion i implementeringen af en enzymatisk reaktion, for hvilken tilstedeværelsen af ATP og NADP er påkrævet for at danne et sukker med tre kulstoffer - et trekulstofsukker, triose eller aldehydphosphoglycerol. Når to sådanne trioser kondenserer, opnås et hexosemolekyle, som kan blive en integreret del af stivelsesmolekylet og debugges i reserve.
Denne fase slutter med absorptionen af et CO-molekyle under fotosynteseprocessen2 og brugen af tre ATP-molekyler og fire H-atomer. Hexosephosphat egner sig til reaktionerne af pentosephosphatcyklussen regenereres resulterende ribulosephosphat, som kan rekombinere med et andet kulsyremolekyle.
Reaktioner af carboxylering, restaurering, regenerering kan ikke kaldes specifikke udelukkende for den celle, hvori fotosyntesen finder sted. Du kan heller ikke sige, hvad et "homogent" forløb af processer er, da forskellen stadig eksisterer - under gendannelsesprocessen bruges NADPH og ikke OVERH.
Tilsætningen af CO2 af ribulosediphosphat katalyseres af ribulosediphosphatcarboxylase. Reaktionsproduktet er 3-phosphoglycerat, som reduceres med NADPH2 og ATP til glyceraldehyd-3-phosphat. Reduktionsprocessen katalyseres af glyceraldehyd-3-phosphatdehydrogenase. Sidstnævnte omdannes let til dihydroxyacetonephosphat. fructosebisfosfat dannes. Nogle af dets molekyler deltager i regenereringsprocessen af ribulosediphosphat, der lukker kredsløbet, og den anden del bruges til at skabe kulhydratreserver i fotosynteseceller, det vil sige, at kulhydratfotosyntesen finder sted.
Lysenergi er nødvendig for fosforylering og syntese af organiske stofferoprindelse, og oxidationsenergien af organiske stoffer er nødvendig for oxidativ phosphorylering. Det er derfor, vegetation giver liv til dyr og andre organismer, der er heterotrofe.
Fotosyntese i en plantecelle foregår på denne måde. Dets produkt er kulhydrater, der er nødvendige for at skabe kulstofskeletter af mange stoffer fra repræsentanter for floraens verden, som er af organisk oprindelse.
Stoffer af den nitrogen-organiske type assimileres i fotosyntetiske organismer på grund af reduktionen af uorganiske nitrater, og svovl - på grund af reduktionen af sulfater til sulfhydrylgrupper i aminosyrer. Giver dannelsen af proteiner, nukleinsyrer, lipider, kulhydrater, cofaktorer, nemlig fotosyntese. Hvad der er et "sortiment" af stoffer, der er afgørende for planter, er allerede blevet understreget, men der blev ikke sagt et ord om produkterne fra sekundær syntese, som er værdifulde medicinske stoffer (flavonoider, alkaloider, terpener, polyphenoler, steroider, organiske syrer og andre). Derfor kan vi uden at overdrive sige, at fotosyntese er nøglen til livet for planter, dyr og mennesker.
