Planetdə nə qədər canlı orqanizmin olduğunu heç düşünmüsünüzmü?! Və bütün bunlardan sonra, enerji yaratmaq və karbon qazını çıxarmaq üçün hamısı oksigeni nəfəs almalıdır. Otaqda tıxanma kimi bir fenomenin əsas səbəbi karbon qazıdır. İçərisində çoxlu insan olduqda baş verir və otaq uzun müddət havalandırılmır. Bundan əlavə, sənaye obyektləri, şəxsi avtomobil və ictimai nəqliyyat havanı zəhərli maddələrlə doldurur.
Yuxarıda deyilənləri nəzərə alaraq, tamamilə məntiqli sual yaranır: əgər bütün həyat zəhərli karbon qazının mənbəyidirsə, o zaman biz necə boğulmadıq? Bu vəziyyətdə bütün canlıların xilaskarı fotosintezdir. Bu proses nədir və nə üçün lazımdır?
Onun nəticəsi karbon qazı balansının tənzimlənməsi və havanın oksigenlə doymasıdır. Belə bir proses yalnız flora aləminin nümayəndələrinə, yəni bitkilərə məlumdur, çünki bu, yalnız onların hüceyrələrində baş verir.
Fotosintezin özü müəyyən şərtlərdən asılı olaraq son dərəcə mürəkkəb prosedurdur və bir neçə yerdə baş verir.mərhələlər.
Konseptin tərifi
Elmi tərifə görə avtotrof orqanizmlərdə günəş işığına məruz qalması nəticəsində hüceyrə səviyyəsində fotosintez zamanı üzvi maddələr üzvi maddələrə çevrilir.
Daha sadə desək, fotosintez aşağıdakıların baş verdiyi prosesdir:
- Bitki nəmlə doymuşdur. Rütubət mənbəyi yerdən gələn su və ya nəmli tropik hava ola bilər.
- Xlorofil (bitkilərdə olan xüsusi maddə) günəş enerjisinə reaksiya verir.
- Flora nümayəndələri üçün lazım olan qidanın formalaşması, heterotrof şəkildə tək başına ala bilmədiyi, lakin istehsalçısı özləridir. Başqa sözlə, bitkilər istehsal etdiklərini yeyirlər. Bu, fotosintezin nəticəsidir.
Birinci mərhələ
Praktiki olaraq hər bir bitki yaşıl maddə ehtiva edir, onun sayəsində işığı qəbul edə bilir. Bu maddə xlorofildən başqa bir şey deyil. Onun yeri xloroplastlardır. Lakin xloroplastlar bitkinin gövdə hissəsində və meyvələrində yerləşir. Lakin yarpaq fotosintezi təbiətdə xüsusilə geniş yayılmışdır. Sonuncu quruluşuna görə olduqca sadə olduğundan və nisbətən böyük səthə malik olduğundan, bu o deməkdir ki, xilasetmə prosesinin davam etməsi üçün tələb olunan enerji miqdarı daha çox olacaq.
İşıq xlorofil tərəfindən udulmuş zaman, sonuncu həyəcan vəziyyətindədir və onunenerji mesajlarını bitkinin digər üzvi molekullarına ötürür. Belə enerjinin ən böyük miqdarı fotosintez prosesinin iştirakçılarına gedir.
İkinci Mərhələ
İkinci mərhələdə fotosintezin əmələ gəlməsi işığın məcburi iştirakını tələb etmir. Hava kütlələrindən və sudan əmələ gələn zəhərli karbon qazından istifadə edərək kimyəvi bağların əmələ gəlməsindən ibarətdir. Flora nümayəndələrinin həyati fəaliyyətini təmin edən bir çox maddələrin sintezi də var. Bunlar nişasta, qlükoza.
Bitkilərdə belə üzvi elementlər həyat proseslərinin normal gedişini təmin etməklə yanaşı, bitkinin ayrı-ayrı hissələri üçün qida mənbəyi kimi çıxış edir. Bu cür maddələr yemək üçün bitkiləri yeyən faunanın nümayəndələri tərəfindən də əldə edilir. İnsan orqanizmi bu maddələrlə gündəlik qida rasionuna daxil olan qida vasitəsilə doyurulur.
Nə? Harada? Nə vaxt?
Üzvi maddələrin üzvi hala gəlməsi üçün fotosintez üçün müvafiq şəraitin təmin edilməsi lazımdır. Baxılan proses üçün ilk növbədə işıq lazımdır. Söhbət süni və günəş işığından gedir. Təbiətdə bitki fəaliyyəti adətən yaz və yay aylarında, yəni çoxlu miqdarda günəş enerjisinə ehtiyac olduqda intensivliklə xarakterizə olunur. İşığın getdikcə azaldığı payız fəsli haqqında nə demək olmaz ki, gün qısalır. Nəticədə, yarpaqlar sarıya çevrilir və sonra tamamilə düşür. Amma günəşin ilk bahar şüaları düşən kimi yaşıl otlar qalxacaq, dərhal öz fəaliyyətlərinə davam edəcəklər.xlorofillər və oksigen və digər həyati vacib qidaların aktiv istehsalı başlayacaq.
Fotosintez üçün şərait yalnız işıqdan daha çoxunu əhatə edir. Nəmlik də kifayət qədər olmalıdır. Axı, bitki əvvəlcə nəm udur, sonra günəş enerjisinin iştirakı ilə reaksiya başlayır. Bitki qidası bu prosesin nəticəsidir.
Yalnız yaşıl maddənin iştirakı ilə fotosintez baş verir. Xlorofillər nədir, yuxarıda dedik. Onlar işıq və ya günəş enerjisi ilə bitkinin özü arasında bir növ keçirici rolunu oynayır, həyat və fəaliyyətlərinin düzgün gedişatını təmin edir. Yaşıl maddələr günəş şüalarının çoxunu udmaq qabiliyyətinə malikdir.
Oksigen də mühüm rol oynayır. Fotosintez prosesinin uğurlu olması üçün bitkilərin buna çox ehtiyacı var, çünki tərkibində yalnız 0,03% karbon turşusu var. Beləliklə, 20.000 m3 havadan siz 6 m3 turşu əldə edə bilərsiniz. Qlükoza üçün əsas mənbə materialı olan sonuncu maddədir ki, bu da öz növbəsində həyat üçün zəruri olan bir maddədir.
Fotosintezin iki mərhələsi var. Birincisi işıq adlanır, ikincisi qaranlıqdır.
İşıq mərhələsi axınının mexanizmi nədir
Fotosintezin işıq mərhələsinin başqa adı var - fotokimyəvi. Bu mərhələdə əsas iştirakçılar bunlardır:
- günəş enerjisi;
- müxtəlif piqmentlər.
Birinci komponentlə hər şey aydındır, günəş işığıdır. AMMApiqmentlərin nə olduğunu hamı bilmir. Onlar yaşıl, sarı, qırmızı və ya mavidir. "A" və "B" qruplarının xlorofilləri müvafiq olaraq yaşıl, fikobilinlər sarı və qırmızı/mavi rənglərə aiddir. Prosesin bu mərhələsində iştirakçılar arasında fotokimyəvi aktivlik yalnız "A" xlorofilləri ilə göstərilir. Qalanları tamamlayıcı rol oynayır, onun mahiyyəti işıq kvantlarının toplanması və onların fotokimyəvi mərkəzə daşınmasıdır.
Xlorofil günəş enerjisini müəyyən dalğa uzunluğunda effektiv şəkildə udmaq qabiliyyətinə malik olduğundan, aşağıdakı fotokimyəvi sistemlər müəyyən edilmişdir:
- Fotokimyəvi mərkəz 1 ("A" qrupunun yaşıl maddələri) - uzunluğu təxminən 700 nm olan işıq şüalarını udan tərkibə 700 piqmenti daxildir. Bu piqment fotosintezin işıq mərhələsinin məhsullarının yaradılmasında əsas rol oynayır.
- Fotokimyəvi mərkəz 2 ("B" qrupunun yaşıl maddələri) - tərkibinə uzunluğu 680 nm olan işıq şüalarını udan piqment 680 daxildir. O, ikinci dərəcəli rola malikdir, bu, fotokimyəvi mərkəzin itirdiyi elektronları doldurmaq funksiyasından ibarətdir 1. Bu, mayenin hidrolizi sayəsində əldə edilir.
1 və 2-ci fotosistemlərdə işıq axınlarını cəmləşdirən 350–400 piqment molekulu üçün fotokimyəvi cəhətdən aktiv olan yalnız bir piqment molekulu var - "A" qrupunun xlorofili.
Nə baş verir?
1. Bitki tərəfindən udulmuş işıq enerjisi onun tərkibindəki piqment 700-ə təsir edir və bu, normal vəziyyətdən həyəcanlı vəziyyətə keçir. Piqment itirelektron, sözdə elektron dəliyinin əmələ gəlməsi ilə nəticələnir. Bundan əlavə, elektron itirmiş piqment molekulu onun qəbuledicisi, yəni elektronu qəbul edən tərəf kimi çıxış edərək öz formasına qayıda bilər.
2. Fotosistem 2-nin işığı udan piqment 680-nin fotokimyəvi mərkəzində maye parçalanma prosesi. Suyun parçalanması zamanı elektronlar əmələ gəlir ki, onlar ilkin olaraq sitoxrom C550 kimi maddə tərəfindən qəbul edilir və Q hərfi ilə işarələnir., sitoxromdan elektronlar daşıyıcı zəncirinə daxil olur və işıq kvantlarının nüfuz etməsi və 700 piqmentinin reduksiya prosesinin nəticəsi olan elektron dəliyini doldurmaq üçün fotokimyəvi mərkəz 1-ə daşınır.
Belə bir molekulun əvvəlki ilə eyni elektronu geri aldığı hallar var. Bu, işıq enerjisinin istilik şəklində sərbəst buraxılması ilə nəticələnəcəkdir. Amma demək olar ki, həmişə mənfi yüklü elektron xüsusi dəmir-kükürd zülalları ilə birləşir və zəncirlərdən biri boyunca piqment 700-ə keçir və ya başqa daşıyıcı zəncirinə daxil olur və daimi qəbuledici ilə yenidən birləşir.
Birinci variantda siklik qapalı tipli elektron nəqli, ikincisində qeyri-tsiklik var.
Hər iki proses fotosintezin birinci mərhələsində eyni elektron daşıyıcıları zənciri ilə katalizlənir. Ancaq qeyd etmək lazımdır ki, siklik tipli fotofosforlaşma zamanı ilkin və eyni zamanda nəqliyyatın son nöqtəsi xlorofildir, qeyri-tsiklik daşınma isə "B" qrupunun yaşıl maddəsinin keçidini nəzərdə tutur.xlorofil "A".
Siklik daşımanın xüsusiyyətləri
Tsiklik fosforlaşmaya fotosintetik də deyilir. Bu proses nəticəsində ATP molekulları əmələ gəlir. Bu daşınma elektronların bir neçə ardıcıl mərhələdən keçərək həyəcanlanmış vəziyyətdə olan 700 piqmentinə qayıtmasına əsaslanır, bunun nəticəsində ATP fosfatında daha da yığılması üçün fosforlaşdırıcı ferment sisteminin işində iştirak edən enerji ayrılır. istiqrazlar. Yəni enerji dağılmır.
Tsiklik fosforlaşma fotosintezin əsas reaksiyasıdır və günəş işığının enerjisindən istifadə edərək xloroplast tilaktoidlərin membran səthlərində kimyəvi enerjinin yaradılması texnologiyasına əsaslanır.
Fotosintetik fosforlaşma olmadan fotosintezin qaranlıq fazasında assimilyasiya reaksiyaları qeyri-mümkündür.
Qeyri-tsiklik tipli daşımaların nüansları
Proses NADP+-nın bərpasından və NADPH-nin əmələ gəlməsindən ibarətdir. Mexanizm elektronun ferredoksinə ötürülməsinə, onun reduksiya reaksiyasına və daha sonra NADPH-yə endirilməsi ilə NADP+-a keçidə əsaslanır.
Nəticədə 700 piqmentini itirən elektronlar fotosistem 2-də işıq şüaları altında parçalanan suyun elektronları sayəsində yenilənir.
Axışı həm də yüngül fotosintezi nəzərdə tutan elektronların qeyri-dövrlü yolu hər iki fotosistemin bir-biri ilə qarşılıqlı təsiri ilə həyata keçirilir, onların elektron daşıma zəncirlərini birləşdirir. İşıqlıenerji elektron axınını geri yönləndirir. Fotokimyəvi mərkəz 1-dən mərkəz 2-yə daşınarkən elektronlar tilaktoidlərin membran səthində proton potensialı kimi toplanması səbəbindən enerjilərinin bir hissəsini itirirlər.
Fotosintezin qaranlıq fazasında elektron nəqli zəncirində proton tipli potensialın yaradılması prosesi və onun xloroplastlarda ATP əmələ gəlməsi üçün istismarı mitoxondriyadakı eyni proseslə demək olar ki, tamamilə eynidir. Ancaq xüsusiyyətlər hələ də mövcuddur. Bu vəziyyətdə tilaktoidlər içəriyə çevrilmiş mitokondriyalardır. Bu, elektronların və protonların mitoxondrial membrandakı nəqliyyat axınına nisbətən əks istiqamətdə membran boyunca hərəkət etməsinin əsas səbəbidir. Elektronlar xaricə daşınır, protonlar isə tilaktik matrisin daxili hissəsində toplanır. Sonuncu yalnız müsbət yükü qəbul edir və tilaktoidin xarici membranı mənfidir. Buradan belə nəticə çıxır ki, proton tipli qradientin yolu onun mitoxondriyadakı yoluna əksdir.
Növbəti xüsusiyyəti protonların potensialında böyük pH səviyyəsi adlandırmaq olar.
Üçüncü xüsusiyyət tilaktoid zəncirində yalnız iki konyuqasiya yerinin olmasıdır və nəticədə ATP molekulunun protonlara nisbəti 1:3-dür.
Nəticə
Birinci mərhələdə fotosintez işıq enerjisinin (süni və qeyri-süni) bitki ilə qarşılıqlı təsiridir. Yaşıl maddələr şüalara reaksiya verir - xlorofillər, onların əksəriyyəti yarpaqlarda olur.
ATP və NADPH əmələ gəlməsi belə reaksiyanın nəticəsidir. Bu məhsullar qaranlıq reaksiyaların baş verməsi üçün vacibdir. Buna görə də, işıq mərhələsi məcburi prosesdir, bunsuz ikinci mərhələ - qaranlıq mərhələ baş tutmayacaq.
Qaranlıq mərhələ: mahiyyət və xüsusiyyətlər
Qaranlıq fotosintez və onun reaksiyaları karbohidratların istehsalı ilə karbon qazının üzvi mənşəli maddələrə çevrilməsi prosedurudur. Belə reaksiyaların həyata keçirilməsi xloroplastın stromasında və fotosintezin birinci mərhələsinin məhsullarında baş verir - işıq onlarda fəal iştirak edir.
Fotosintezin qaranlıq mərhələsinin mexanizmi tsiklikliyi ilə xarakterizə olunan karbon qazının assimilyasiyası prosesinə (fotokimyəvi karboksilləşmə, Kalvin dövrü də deyilir) əsaslanır. Üç mərhələdən ibarətdir:
- Karboksilləşmə - CO2 əlavəsi.
- Bərpa mərhələsi.
- Ribuloza difosfat regenerasiya mərhələsi.
Ribulofosfat, beş karbon atomlu şəkər, ATP ilə fosforilləşir, nəticədə ribuloza difosfat, CO2 məhsulu ilə altı karbonlu birləşərək daha da karboksilləşir, bu da dərhal su molekulu ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda parçalanır, fosfogliserik turşunun iki molekulyar hissəciyi yaradır. Sonra bu turşu bir enzimatik reaksiyanın həyata keçirilməsində tam azalma kursundan keçir, bunun üçün üç karbonlu bir şəkər - üç karbonlu şəkər, trioz və ya aldehid yaratmaq üçün ATP və NADP-nin olması tələb olunur.fosfogliserin. İki belə trioz kondensasiya edildikdə, nişasta molekulunun ayrılmaz hissəsinə çevrilə bilən və ehtiyatda düzəldilə bilən heksoza molekulu əldə edilir.
Bu faza fotosintez prosesi zamanı bir CO molekulunun udulması ilə başa çatır2 və üç ATP molekulunun və dörd H atomunun istifadəsi. Heksoza fosfat reaksiyalara öz töhfəsini verir. pentoza fosfat siklinin təsiri altında, nəticədə başqa karbon turşusu molekulu ilə rekombinasiya oluna bilən ribuloza fosfat regenerasiya olunur.
Karboksilləşmə, bərpa, regenerasiya reaksiyalarını yalnız fotosintezin baş verdiyi hüceyrə üçün xüsusi adlandırmaq olmaz. Proseslərin "homogen" gedişatının nə olduğunu da deyə bilməzsiniz, çünki fərq hələ də mövcuddur - bərpa prosesində OVERH deyil, NADPH istifadə olunur.
CO2-nin ribuloza difosfatla əlavə edilməsi ribuloza difosfat karboksilaza tərəfindən kataliz edilir. Reaksiya məhsulu NADPH2 və ATP ilə qliseraldehid-3-fosfata qədər reduksiya edilən 3-fosfogliseratdır. Reduksiya prosesi qliseraldehid-3-fosfat dehidrogenaz tərəfindən kataliz edilir. Sonuncu asanlıqla dihidroksiaseton fosfata çevrilir. fruktoza bifosfat əmələ gəlir. Onun bəzi molekulları ribuloza difosfatın bərpası prosesində iştirak edərək dövranı bağlayır, ikinci hissəsi isə fotosintez hüceyrələrində karbohidrat ehtiyatı yaratmaq üçün istifadə olunur, yəni karbohidrat fotosintezi baş verir.
İşıq enerjisi üzvi maddələrin fosforlaşması və sintezi üçün lazımdır.mənşəlidir və üzvi maddələrin oksidləşmə enerjisi oksidləşdirici fosforlaşma üçün lazımdır. Buna görə də bitki örtüyü heyvanlar və heterotrof olan digər orqanizmlər üçün həyat təmin edir.
Bitki hüceyrəsində fotosintez bu şəkildə baş verir. Onun məhsulu, üzvi mənşəli flora dünyasının nümayəndələrinin bir çox maddələrinin karbon skeletini yaratmaq üçün lazım olan karbohidratlardır.
Azot-üzvi tipli maddələr fotosintetik orqanizmlərdə qeyri-üzvi nitratların, kükürd isə sulfatların amin turşularının sulfhidril qruplarına qədər azalması hesabına mənimsənilir. Zülalların, nuklein turşularının, lipidlərin, karbohidratların, kofaktorların, yəni fotosintezin əmələ gəlməsini təmin edir. Bitkilər üçün həyati əhəmiyyət kəsb edən maddələrin "çeşidliyi" artıq vurğulanmışdır, lakin qiymətli dərman maddələri (flavonoidlər, alkaloidlər, terpenlər, polifenollar, steroidlər, üzvi turşular və s.) olan ikincili sintez məhsulları haqqında bir kəlmə də deyilmir.). Buna görə də mübaliğəsiz deyə bilərik ki, fotosintez bitkilərin, heyvanların və insanların həyatının açarıdır.
