Дэлхий дээр хичнээн амьд организм байдгийг та бодож үзсэн үү?! Эцсийн эцэст тэд эрчим хүч гаргаж, нүүрстөрөгчийн давхар ислийг гадагшлуулахын тулд хүчилтөрөгчөөр амьсгалах хэрэгтэй. Өрөөнд бөглөрөх зэрэг үзэгдлийн гол шалтгаан нь нүүрстөрөгчийн давхар исэл юм. Энэ нь олон хүн байгаа, өрөөнд удаан хугацаагаар агааржуулалтгүй үед явагддаг. Түүнчлэн аж үйлдвэрийн байгууламж, хувийн автомашин, нийтийн тээврийн хэрэгсэл агаарыг хорт бодисоор дүүргэдэг.
Дээрхээс харахад бүх амьдрал хортой нүүрстөрөгчийн давхар ислийн эх үүсвэр юм бол тэр үед бид яаж амьсгал хураахгүй байсан юм бэ гэсэн бүрэн логик асуулт гарч ирнэ. Ийм нөхцөлд байгаа бүх амьд биетүүдийн аврагч нь фотосинтез юм. Энэ процесс гэж юу вэ, яагаад шаардлагатай вэ?
Үүний үр дүн нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийн тэнцвэрт байдал, агаарыг хүчилтөрөгчөөр ханасан байдлыг тохируулах явдал юм. Ийм үйл явцыг зөвхөн ургамлын ертөнцийн төлөөлөгчид мэддэг, учир нь энэ нь зөвхөн тэдний эсэд тохиолддог.
Фотосинтез нь өөрөө маш нарийн төвөгтэй үйл явц бөгөөд тодорхой нөхцөл байдлаас шалтгаалж, хэд хэдэн тохиолдолд тохиолддог.үе шатууд.
Үзэл баримтлалын тодорхойлолт
Шинжлэх ухааны тодорхойлолтоор автотроф организмд нарны гэрлийн нөлөөгөөр органик бодисууд эсийн түвшинд фотосинтезийн явцад органик бодис болж хувирдаг.
Илүү энгийнээр тайлбарлавал фотосинтез нь дараах үйл явц явагддаг:
- Ургамал чийгээр ханасан байна. Чийгийн эх үүсвэр нь газрын ус эсвэл халуун орны чийглэг агаар байж болно.
- Хлорофилл (ургамалд байдаг тусгай бодис) нарны энергид хариу үйлдэл үзүүлдэг.
- Ургамлын төлөөлөгчдөд шаардлагатай хоол хүнс үүсэх нь гетеротроф хэлбэрээр бие даан авах боломжгүй боловч өөрсдөө үйлдвэрлэгч юм. Өөрөөр хэлбэл, ургамал үйлдвэрлэсэн зүйлээ иддэг. Энэ бол фотосинтезийн үр дүн юм.
Нэгдүгээр шат
Бараг бүх ургамал ногоон өнгөтэй бодис агуулдаг ба үүний ачаар гэрлийг шингээж чаддаг. Энэ бодис нь хлорофиллээс өөр зүйл биш юм. Түүний байршил нь хлоропласт юм. Гэхдээ хлоропласт нь ургамлын ишний хэсэг, түүний жимсэнд байрладаг. Гэхдээ навчны фотосинтез нь байгальд ялангуяа түгээмэл байдаг. Сүүлийнх нь бүтцийн хувьд нэлээд энгийн бөгөөд харьцангуй том гадаргуутай тул аврах ажиллагааг үргэлжлүүлэхэд шаардагдах эрчим хүчний хэмжээ илүү их байх болно гэсэн үг юм.
Гэрлийг хлорофилл шингээх үед сүүлийнх нь сэтгэлийн хөөрөлд автдаг ба түүнийургамлын бусад органик молекулуудад энергийн мессежийг дамжуулдаг. Ийм энергийн хамгийн их хэмжээ нь фотосинтезийн үйл явцад оролцогчдод очдог.
Хоёрдугаар шат
Хоёр дахь шатанд фотосинтез үүсэхэд гэрлийн заавал оролцох шаардлагагүй. Энэ нь агаарын масс, уснаас үүссэн хортой нүүрстөрөгчийн давхар ислийг ашиглан химийн холбоо үүсэхээс бүрдэнэ. Мөн ургамлын төлөөлөгчдийн амин чухал үйл ажиллагааг хангадаг олон бодисын нийлэгжилт байдаг. Эдгээр нь цардуул, глюкоз юм.
Ургамлын хувьд ийм органик элементүүд нь ургамлын бие даасан хэсгүүдийн тэжээлийн эх үүсвэр болж, амьдралын үйл явцын хэвийн явцыг хангадаг. Ийм бодисыг ургамал иддэг амьтны аймгийн төлөөлөгчид мөн олж авдаг. Хүний бие эдгээр бодисоор өдөр тутмын хоолны дэглэмд ордог хоол хүнсээр хангагддаг.
Юу? Хаана? Хэзээ?
Органик бодисыг органик болгохын тулд фотосинтезийн зохих нөхцлийг бүрдүүлэх шаардлагатай. Харж байгаа үйл явцын хувьд юуны түрүүнд гэрэл хэрэгтэй. Бид хиймэл болон нарны гэрлийн тухай ярьж байна. Байгалийн хувьд ургамлын үйл ажиллагаа нь ихэвчлэн хавар, зуны улиралд, өөрөөр хэлбэл их хэмжээний нарны эрчим хүч шаардлагатай үед эрчимтэй байдаг. Намрын улиралд гэрэл багасах тусам өдөр богиносч байгаа талаар юу хэлэхийн аргагүй. Үүний үр дүнд навч шар болж, дараа нь бүрэн унадаг. Гэвч хаврын анхны нарны туяа тусч, ногоон зүлэг ургамагц тэд тэр даруй үйл ажиллагаагаа үргэлжлүүлнэ.хлорофилл, хүчилтөрөгч болон бусад амин чухал шим тэжээлийн идэвхтэй үйлдвэрлэл эхэлнэ.
Фотосинтезийн нөхцөл нь зөвхөн гэрлээс илүү их зүйлийг агуулдаг. Мөн чийг хангалттай байх ёстой. Эцсийн эцэст, ургамал эхлээд чийгийг шингээдэг бөгөөд дараа нь нарны энергийн оролцоотойгоор урвал эхэлдэг. Ургамлын гаралтай хоол бол энэ үйл явцын үр дүн юм.
Зөвхөн ногоон бодис байгаа үед фотосинтез явагдана. Хлорофилл гэж юу вэ, бид дээр дурдсан. Тэд гэрэл эсвэл нарны эрчим хүч болон ургамлын хооронд нэг төрлийн дамжуулагч болж, тэдний амьдрал, үйл ажиллагааны зохистой явцыг баталгаажуулдаг. Ногоон бодис нь нарны олон туяаг шингээх чадвартай.
Хүчилтөрөгч бас чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Фотосинтезийн үйл явц амжилттай болохын тулд ургамалд маш их хэрэгтэй, учир нь энэ нь зөвхөн 0.03% нүүрстөрөгчийн хүчил агуулдаг. Тэгэхээр 20,000 м3 агаараас та 6 м3 хүчил авах боломжтой. Энэ нь глюкозын үндсэн эх үүсвэр болох сүүлчийн бодис бөгөөд энэ нь эргээд амьдралд шаардлагатай бодис юм.
Фотосинтезийн хоёр үе шат байдаг. Эхнийх нь гэрэл, хоёр дахь нь харанхуй.
Гэрлийн шатны урсгалын механизм юу вэ
Фотосинтезийн гэрлийн үе шат нь өөр нэртэй байдаг - фотохимийн. Энэ үе шатны гол оролцогчид нь:
- нарны эрчим хүч;
- төрөл бүрийн пигмент.
Эхний бүрэлдэхүүнтэй бол бүх зүйл тодорхой, нарны гэрэл. ГЭХДЭЭЭнэ бол пигмент гэж юу болохыг хүн бүр мэддэггүй. Тэдгээр нь ногоон, шар, улаан эсвэл цэнхэр өнгөтэй. "А" ба "В" бүлгийн хлорофиллууд нь ногоон өнгөтэй, фикобилин нь шар, улаан / цэнхэр өнгөтэй байна. Үйл явцын энэ үе шатанд оролцогчдын фотохимийн үйл ажиллагааг зөвхөн "А" хлорофиллоор харуулдаг. Үлдсэн хэсэг нь нэмэлт үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд түүний мөн чанар нь гэрлийн квантуудыг цуглуулж, фотохимийн төв рүү тээвэрлэх явдал юм.
Хлорофилл нь тодорхой долгионы уртад нарны энергийг үр дүнтэй шингээх чадвартай тул дараах фотохимийн системийг тогтоосон:
- Фотохимийн төв 1 ("А" бүлгийн ногоон бодисууд) - 700 нм урттай гэрлийн цацрагийг шингээдэг найрлагад пигмент 700 орсон. Энэхүү пигмент нь фотосинтезийн гэрлийн үе шатны бүтээгдэхүүнийг бий болгоход үндсэн үүрэг гүйцэтгэдэг.
- Фотохимийн төв 2 ("В" бүлгийн ногоон бодисууд) - найрлага нь 680 нм урттай гэрлийн цацрагийг шингээдэг пигмент 680 агуулдаг. Тэрээр хоёрдогч үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь фотохимийн төвөөс алдагдсан электронуудыг нөхөх үүрэгтэй 1. Энэ нь шингэний гидролизийн үр дүнд бий болдог.
1 ба 2-р фотосистемд гэрлийн урсгалыг төвлөрүүлдэг 350–400 пигмент молекулын хувьд фотохимийн идэвхтэй пигментийн зөвхөн нэг молекул байдаг - "А" бүлгийн хлорофилл.
Юу болоод байна аа?
1. Ургамлын шингээсэн гэрлийн энерги нь түүнд агуулагдах пигмент 700-д нөлөөлдөг бөгөөд энэ нь хэвийн төлөвөөс өдөөлтөд шилждэг. Пигмент алдагддагэлектрон, үүний үр дүнд электрон нүх гэж нэрлэгддэг үүсдэг. Цаашлаад электроноо алдсан пигмент молекул түүнийг хүлээн авагч, өөрөөр хэлбэл электрон хүлээн авч буй тал болж хувирч хэлбэрээ олж авах боломжтой.
2. Фотосистемийн гэрэл шингээгч пигмент 680-ийн фотохимийн төвд шингэний задралын үйл явц 2. Ус задрах явцад электронууд үүсэх ба тэдгээрийг анх цитохром С550 зэрэг бодис хүлээн авч Q үсгээр тэмдэглэнэ., цитохромоос электронууд зөөгч гинжин хэлхээнд орж, электрон нүхийг дүүргэхийн тулд фотохимийн төв 1 рүү зөөгддөг бөгөөд энэ нь гэрлийн квантууд нэвтрэн орж, пигмент 700-ийг багасгах үйл явцын үр дүнд бий болсон.
Тийм молекул өмнөхтэй ижил электроныг эргүүлэн авах тохиолдол байдаг. Үүний үр дүнд гэрлийн энерги дулаан хэлбэрээр ялгарах болно. Гэхдээ бараг үргэлж сөрөг цэнэгтэй электрон нь төмөр хүхрийн тусгай уурагтай нэгдэж, нэг гинжний дагуу пигмент 700 руу шилждэг, эсвэл өөр зөөгч гинжин хэлхээнд орж байнгын хүлээн авагчтай дахин нэгддэг.
Эхний хувилбарт циклийн битүү төрлийн электрон тээвэрлэлт, хоёр дахь хувилбарт - циклгүй.
Хоёр үйл явц нь фотосинтезийн эхний үе шатанд электрон тээвэрлэгчдийн ижил гинжин хэлхээгээр катализатор болдог. Гэхдээ циклик хэлбэрийн фотофосфоржилтын үед эхний ба нэгэн зэрэг тээвэрлэлтийн төгсгөл нь хлорофилл байдаг бол мөчлөгийн бус тээвэрлэлт нь "В" бүлгийн ногоон бодис руу шилждэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.хлорофилл "А".
Циклийн тээврийн онцлог
Цикл фосфоржилтыг мөн фотосинтез гэж нэрлэдэг. Энэ үйл явцын үр дүнд ATP молекулууд үүсдэг. Энэхүү тээвэрлэлт нь хэд хэдэн дараалсан үе шатыг дамжсан электронуудыг өдөөгдсөн төлөвт 700 пигмент болгон буцааж өгөхөд суурилдаг бөгөөд үүний үр дүнд ATP фосфат дахь цаашдын хуримтлалыг бий болгохын тулд фосфоржуулах ферментийн системийн ажилд оролцдог энерги ялгардаг. бонд. Энэ нь эрчим хүч гадагшилдаггүй.
Цикл фосфоржилт нь нарны гэрлийн энергийг ашиглан хлоропластын тилактоидын мембран гадаргуу дээр химийн энерги үүсгэх технологид суурилдаг фотосинтезийн анхдагч урвал юм.
Фотосинтезийн фосфоржилтгүйгээр фотосинтезийн харанхуй үе шатанд шингээх урвал явагдах боломжгүй.
Цикл бус төрлийн тээвэрлэлтийн нюансууд
Үйл явц нь NADP+-ийг сэргээж, NADPH үүсэхээс бүрдэнэ. Механизм нь электроныг ферредоксин руу шилжүүлэх, түүнийг багасгах урвал, дараа нь NADP+ руу шилжих, цаашлаад NADPH хүртэл бууруулахад суурилдаг.
Үр дүнд нь 700 пигментээ алдсан электронууд 2-р фотосистемд гэрлийн туяанд задардаг усны электронуудын ачаар нөхөн сэргээгддэг.
Электронуудын мөчлөгийн бус зам нь гэрэл фотосинтезийг илэрхийлдэг бөгөөд энэ нь хоёр фотосистемийн харилцан үйлчлэлээр явагддаг бөгөөд тэдгээрийн электрон тээвэрлэх гинжийг холбодог. Гэрэлтдэгэнерги нь электронуудын урсгалыг буцааж чиглүүлдэг. Фотохимийн төвөөс 1-р төвөөс 2-р төв рүү зөөвөрлөхөд электронууд thylactoids мембраны гадаргуу дээр протоны потенциал хэлбэрээр хуримтлагдсанаас болж эрчим хүчнийхээ тодорхой хэсгийг алддаг.
Фотосинтезийн харанхуй үе шатанд электрон зөөвөрлөх гинжин хэлхээнд протоны төрлийн потенциал үүсгэх үйл явц, хлоропласт дахь ATP үүсэхэд ашиглах үйл явц нь митохондри дахь ижил үйл явцтай бараг бүрэн ижил байдаг. Гэхдээ онцлог шинж чанарууд хэвээр байна. Энэ тохиолдолд thylactoids нь дотор талд нь хувирсан митохондри юм. Энэ нь электрон ба протонууд нь митохондрийн мембран дахь тээврийн урсгалтай харьцуулахад эсрэг чиглэлд мембранаар дамждаг гол шалтгаан юм. Электронууд гадагшаа зөөгддөг бол протонууд нь thylactic матрицын дотоод хэсэгт хуримтлагддаг. Сүүлийнх нь зөвхөн эерэг цэнэгийг хүлээн авдаг бөгөөд thylaktoide-ийн гаднах мембран нь сөрөг байна. Үүнээс үзэхэд протон төрлийн градиентийн зам нь митохондри дахь замынхаа эсрэг байна.
Дараагийн шинж чанарыг протоны потенциал дахь рН-ийн өндөр түвшин гэж нэрлэж болно.
Гурав дахь онцлог нь тилактоидын гинжин хэлхээнд зөвхөн хоёр коньюгацийн цэг байдаг ба үүний үр дүнд ATP молекул ба протоны харьцаа 1:3 байна.
Дүгнэлт
Эхний шатанд гэрлийн энерги (хиймэл ба хиймэл бус) ургамалтай харилцан үйлчлэхийг фотосинтез гэнэ. Ногоон бодис нь туяанд хариу үйлдэл үзүүлдэг - хлорофилл, тэдгээрийн ихэнх нь навчинд байдаг.
ATP болон NADPH үүсэх нь ийм урвалын үр дүн юм. Эдгээр бүтээгдэхүүн нь бараан урвал үүсэхэд зайлшгүй шаардлагатай. Тиймээс гэрлийн үе шат нь зайлшгүй үйл явц бөгөөд үүнгүйгээр хоёр дахь шат буюу харанхуй үе шат болохгүй.
Харанхуй үе шат: мөн чанар, онцлог
Харанхуй фотосинтез ба түүний урвалууд нь нүүрс ус үйлдвэрлэх замаар нүүрстөрөгчийн давхар ислийг органик гаралтай бодис болгон хувиргах үйл явц юм. Ийм урвалын хэрэгжилт нь хлоропластын стром ба фотосинтезийн эхний шатны бүтээгдэхүүнд тохиолддог - гэрэл тэдгээрт идэвхтэй оролцдог.
Фотосинтезийн харанхуй үе шатны механизм нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шингээх процесс (мөн фотохимийн карбоксилжилт, Калвины мөчлөг гэж нэрлэдэг) дээр суурилдаг бөгөөд энэ нь мөчлөгт тодорхойлогддог. Гурван үе шатаас бүрдэнэ:
- Карбоксилжилт - CO2 нэмэх.
- Сэргээх үе шат.
- Рибулоз дифосфатын нөхөн төлжилтийн үе шат.
Рибулофосфат, таван нүүрстөрөгчийн атомтай элсэн чихэр нь ATP-ээр фосфоржиж, улмаар рибулоз дифосфат нь CO2 бүтээгдэхүүнтэй зургаан нүүрстөрөгчтэй нэгдэж цааш карбоксилжих ба тэр даруй усны молекултай харилцан үйлчлэлцэх үед задарч, фосфоглицерины хүчлийн хоёр молекул хэсгүүдийг үүсгэдэг. Дараа нь энэ хүчил нь ферментийн урвалыг бүрэн бууруулах курст ордог бөгөөд үүний тулд ATP ба NADP-ийн оролцоотойгоор гурван нүүрстөрөгчтэй сахар - гурван нүүрстөрөгчийн сахар, триоз эсвэл альдегид үүсэх шаардлагатай.фосфоглицерин. Ийм хоёр триоз конденсацлахад цардуулын молекулын салшгүй хэсэг болж, нөөцөд дибаг хийх боломжтой гексоз молекул үүсдэг.
Энэ үе шат нь фотосинтезийн явцад нэг СО молекулыг шингээж авах замаар төгсдөг2 гурван ATP молекул, дөрвөн H атомыг ашигласнаар. Гексоз фосфат нь урвалд оролцдог. пентоз фосфатын мөчлөгийн үед үүссэн рибулоз фосфатыг нөхөн төлжүүлж, нүүрстөрөгчийн хүчлийн өөр молекултай дахин нэгдэх боломжтой.
Карбоксилжих, нөхөн сэргээх, нөхөн төлжих урвалыг зөвхөн фотосинтез явагддаг эсэд зориулагдсан гэж нэрлэх боломжгүй. Ялгаа нь хэвээр байгаа тул "нэг төрлийн" үйл явц гэж юу болохыг та хэлж чадахгүй - сэргээх явцад NADPH-г ашигладаг ба OVERH биш.
Рибулоз дифосфатаар CO2 нэмсэн нь рибулоз дифосфатын карбоксилазаар катализ болдог. Урвалын бүтээгдэхүүн нь 3-фосфоглицерат бөгөөд үүнийг NADPH2 ба ATP-ээр багасгаж, глицеральдегид-3-фосфат болгон хувиргадаг. Бууруулах үйл явц нь глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназаар явагддаг. Сүүлийнх нь дигидроксиацетоны фосфат болж амархан хувирдаг. фруктоз бисфосфат үүсдэг. Түүний зарим молекулууд нь рибулоз дифосфатын нөхөн төлжих процесст оролцож, мөчлөгийг хааж, хоёр дахь хэсэг нь фотосинтезийн эсүүдэд нүүрс усны нөөцийг бий болгоход ашиглагддаг, өөрөөр хэлбэл нүүрс усны фотосинтез явагддаг.
Гэрлийн энерги нь органик бодисыг фосфоржуулах, нийлэгжүүлэхэд зайлшгүй шаардлагатай.гарал үүсэл, органик бодисын исэлдэлтийн энерги нь исэлдэлтийн фосфоржилтод шаардлагатай байдаг. Ийм учраас ургамал нь гетеротроф шинж чанартай амьтад болон бусад организмын амьдралыг хангадаг.
Ургамлын эс дэх фотосинтез ийм байдлаар явагддаг. Түүний бүтээгдэхүүн нь органик гаралтай ургамлын ертөнцийн төлөөлөгчдийн олон төрлийн бодисын нүүрстөрөгчийн араг ясыг бий болгоход шаардлагатай нүүрс ус юм.
Азот-органик төрлийн бодисууд нь органик бус нитрат, хүхэр нь сульфатыг амин хүчлүүдийн сульфгидрил бүлэг болгон бууруулснаар фотосинтезийн организмд шингэдэг. Уураг, нуклейн хүчил, липид, нүүрс ус, кофактор, тухайлбал фотосинтез үүсэхийг хангадаг. Ургамлын хувьд амин чухал бодис болох "төрөл бүрийн" бодисыг аль хэдийн онцолсон боловч үнэ цэнэтэй эмийн бодис (флавоноид, алкалоид, терпен, полифенол, стероид, органик хүчил болон бусад) болох хоёрдогч синтезийн бүтээгдэхүүний талаар нэг ч үг хэлээгүй.). Тиймээс бид хэтрүүлэлгүйгээр фотосинтез нь ургамал, амьтан, хүмүүсийн амьдралын түлхүүр гэж хэлж болно.
