Šviesioji fotosintezės fazė. Fotosintezės procesas: glaustas ir vaikams suprantamas. Fotosintezė: šviesioji ir tamsioji fazės Kokiu paros metu būna tamsioji fazė

Pagrindinės sąvokos ir pagrindiniai terminai: fotosintezė. Chlorofilas. šviesos fazė. tamsi fazė.

Prisiminti! Kas yra plastiko mainai?

Pagalvok!

Žalia spalva gana dažnai minima poetų eilėse. Taigi, Bogdanas-Igoris Anto-nichas turi eilutes: „... poezija verda ir išmintinga, kaip žalumynai“, „... žalių pūga, žalumynų ugnis“,

"...augalinės upės pakyla žalias potvynis." Žalia – atsinaujinimo spalva, jaunystės, ramybės simbolis, gamtos spalva.

Kodėl augalai žali?

Kokios yra fotosintezės sąlygos?

Fotosintezė (iš graikų nuotraukos – šviesa, sintezė – derinys) yra itin sudėtingas plastinių mainų procesų rinkinys. Mokslininkai išskiria tris fotosintezės tipus: deguonies (su molekulinio deguonies išskyrimu augaluose ir cianobakterijose), anoksinę (dalyvaujant bakteriochlorofilui anaerobinėmis sąlygomis, be deguonies išsiskyrimo fotobakterijose) ir be chlorofilo (archėjose dalyvaujant bakteriorodopsinams). . 2,4 km gylyje aptiktos žaliosios sieros bakterijos GSB1, kurios vietoj saulės šviesos naudoja silpnus juodųjų rūkalių spindulius. Tačiau, kaip rašė K. Swensonas monografijoje apie ląsteles: „Pirminis laukinės gamtos energijos šaltinis yra matomos šviesos energija“.

Gyvojoje gamtoje labiausiai paplitusi deguonies fotosintezė, kuriai reikalinga šviesos energija, anglies dioksidas, vanduo, fermentai ir chlorofilas. Šviesą fotosintezei sugeria chlorofilas, per ląstelės sienelės poras į ląsteles tiekiamas vanduo, difuzijos būdu į ląsteles patenka anglies dioksidas.

Pagrindiniai fotosintezės pigmentai yra chlorofilai. Chlorofilai (iš graikų kalbos chloros - žalias ir filonas - lapas) yra žali augalų pigmentai, kuriems dalyvaujant vyksta fotosintezė. Žalia chlorofilo spalva yra prietaisas, sugeriantis mėlynus ir iš dalies raudonus spindulius. O žalieji spinduliai atsispindi nuo augalų kūno, krenta ant žmogaus akies tinklainės, dirgina spurgus ir sukelia spalvinius regėjimo pojūčius. Štai kodėl augalai yra žali!

Be chlorofilų, augalai turi pagalbinių karotinoidų, cianobakterijos ir raudondumbliai – fikobilinų. Žalias

o violetinėse bakterijose yra bakteriochlorofilų, kurie sugeria mėlynus, violetinius ir net infraraudonuosius spindulius.

Fotosintezė vyksta aukštesniuosiuose augaluose, dumbliuose, cianobakterijose, kai kuriose archejose, tai yra organizmuose, žinomuose kaip fotoautotrofai. Fotosintezė augaluose vyksta chloroplastuose, cianobakterijose ir fotobakterijose - ant vidinių membranų invaginacijų su fotopigmentais.

Taigi, FOTOSINTEZĖ yra organinių junginių susidarymo iš neorganinių, naudojant šviesos energiją ir dalyvaujant fotosintetiniams pigmentams, procesas.

Kokios yra šviesiosios ir tamsiosios fotosintezės fazių ypatybės?

Fotosintezės procese išskiriamos dvi stadijos – šviesioji ir tamsioji (49 pav.).

Šviesioji fotosintezės fazė vyksta chloroplastų granulėse dalyvaujant šviesai. Šis etapas prasideda nuo to momento, kai chlorofilo molekulė sugeria šviesos kvantus. Tokiu atveju magnio atomo elektronai chlorofilo molekulėje pereina į aukštesnį energijos lygį, kaupdami potencialią energiją. Didelė dalis sužadintų elektronų perduoda jį kitiems cheminiams junginiams ATP susidarymui ir NADP (nikotinamido adenino dinukleotido fosfato) redukavimui. Šis junginys tokiu ilgu pavadinimu yra universalus biologinis vandenilio nešiklis ląstelėje. Šviesos įtakoje vyksta vandens skilimo procesas – fotolizė. Taip susidaro elektronai (e“), protonai (H +) ir, kaip šalutinis produktas, molekulinis deguonis. Vandenilio protonai H+, prijungdami aukšto energijos lygio elektronus, virsta atominiu vandeniliu, kuris naudojamas redukuoti NADP+ į NADP. N. Taigi pagrindiniai šviesos fazės procesai yra: 1) vandens fotolizė (vandens skilimas veikiant šviesai, susidarant deguoniui); 2) NADP redukcija (vandenilio atomo pridėjimas prie NADP); 3) fotofosforilinimas (ATP susidarymas iš ADP).

Taigi, šviesos fazė yra procesų rinkinys, užtikrinantis molekulinio deguonies, atominio vandenilio ir ATP susidarymą dėl šviesos energijos.

Tamsioji fotosintezės fazė vyksta chloroplastų stromoje. Jo procesai nepriklauso nuo šviesos ir gali vykti tiek šviesoje, tiek tamsoje, priklausomai nuo ląstelės gliukozės poreikio. Tamsiosios fazės pagrindas yra ciklinė reakcija, vadinama anglies dioksido fiksavimo ciklu arba Kalvino ciklu. Šį procesą pirmasis ištyrė amerikiečių biochemikas Melvinas Calvinas (1911–1997), Nobelio chemijos premijos laureatas (1961). Tamsiojoje fazėje gliukozė sintetinama iš anglies dioksido, vandenilis iš NADP ir ATP energijos. CO2 fiksavimo reakcijas katalizuoja ribulozės bisfosfato karboksilazė (Rubisco), labiausiai paplitęs fermentas Žemėje.

Taigi, tamsioji fazė yra ciklinių reakcijų rinkinys, kuris dėl cheminės ATP energijos užtikrina gliukozės susidarymą naudojant anglies dioksidą, kuris yra anglies šaltinis, ir vandenį, vandenilio šaltinį.

Koks yra fotosintezės planetinis vaidmuo?

Negalima pervertinti fotosintezės svarbos biosferai. Būtent šio proceso metu saulės šviesos energiją fotoautotrofai paverčia chemine angliavandenių energija, kuri paprastai suteikia pirminę organinę medžiagą. Nuo jo prasideda maisto grandinės, kuriomis energija perduodama heterotrofiniams organizmams. Augalai tarnauja kaip maistas žolėdžiams, kurie per tai gauna reikiamas maistines medžiagas. Tada žolėdžiai tampa maistu plėšrūnams, jiems taip pat reikia energijos, be kurios neįmanoma gyventi.

Tik nedidelę Saulės energijos dalį sugauna augalai ir panaudoja fotosintezei. Saulės energija daugiausia naudojama išgaruoti ir palaikyti žemės paviršiaus temperatūros režimą. Taigi į biosferą prasiskverbia tik apie 40-50% saulės energijos, o tik 1-2% saulės energijos paverčiama susintetinta organine medžiaga.

Žalieji augalai ir cianobakterijos veikia atmosferos dujų sudėtį. Visas deguonis šiuolaikinėje atmosferoje yra fotosintezės produktas. Atmosferos susidarymas visiškai pakeitė žemės paviršiaus būklę, leido atsirasti aerobiniam kvėpavimui. Vėliau evoliucijos procese, susidarius ozono sluoksniui, gyvi organizmai pasiekė sausumą. Be to, fotosintezė neleidžia kauptis CO 2 ir apsaugo planetą nuo perkaitimo.

Taigi fotosintezė yra planetinės reikšmės, užtikrinanti gyvosios Žemės planetos gamtos egzistavimą.

VEIKLA Suderinkite užduotį

Naudodamiesi lentele palyginkite fotosintezę su aerobiniu kvėpavimu ir padarykite išvadą apie plastiko ir energijos apykaitos ryšį.

FOTOSINTEZĖS IR AEROBINĖS KVĖPOS PALYGINAMOSIOS CHARAKTERISTIKOS

Žinių taikymo užduotis

Atpažinti ir įvardyti augalų fotosintezės proceso organizavimo lygius. Įvardykite augalo organizmo prisitaikymus fotosintezei įvairiuose jo organizavimo lygiuose.

POŽIŪRIS Biologija + literatūra

Vienas žymiausių fotosintezės tyrinėtojų K. A. Timirjazevas (1843 - 1920) rašė: „Mikroskopinis žalias chlorofilo grūdelis yra židinys, taškas pasaulio erdvėje, į kurį iš vieno galo teka Saulės energija, visos gyvybės apraiškos kyla iš kito žemėje. Tai tikrasis Prometėjas, pavogęs ugnį iš dangaus. Jo pavogtas saulės spindulys dega ir tviskančioje bedugnėje, ir akinančioje elektros kibirkštyje. Saulės spindulys paleidžia milžiniško garo mašinos smagratį ir menininko teptuką, ir poeto rašiklį. Taikykite savo žinias ir įrodykite teiginį, kad Saulės spindulys paleidžia poeto plunksną.

Tai vadovėlio medžiaga.

Fotosintezė yra šviesos energijos pavertimas cheminių ryšių energija. organiniai junginiai.

Fotosintezė būdinga augalams, įskaitant visus dumblius, daugybę prokariotų, įskaitant cianobakterijas, ir kai kuriuos vienaląsčius eukariotus.

Daugeliu atvejų fotosintezės metu kaip šalutinis produktas gamina deguonį (O2). Tačiau taip yra ne visada, nes yra keli skirtingi fotosintezės būdai. Deguonies išsiskyrimo atveju jo šaltinis yra vanduo, iš kurio fotosintezės reikmėms atskiriami vandenilio atomai.

Fotosintezė susideda iš daugybės reakcijų, kuriose dalyvauja įvairūs pigmentai, fermentai, kofermentai ir kt.. Pagrindiniai pigmentai yra chlorofilai, be jų, karotinoidai ir fikobilinai.

Gamtoje paplitę du augalų fotosintezės būdai: C 3 ir C 4. Kiti organizmai turi savo specifines reakcijas. Šiuos skirtingus procesus „fotosintezės“ terminu vienija tai, kad visuose juose fotonų energija paverčiama chemine jungtimi. Palyginimui: chemosintezės metu vienų junginių (neorganinių) cheminio ryšio energija paverčiama kitų – organine.

Yra dvi fotosintezės fazės – šviesioji ir tamsioji. Pirmasis priklauso nuo šviesos spinduliuotės (hν), kurios reikia reakcijoms vykti. Tamsioji fazė nepriklauso nuo šviesos.

Augaluose fotosintezė vyksta chloroplastuose. Visų reakcijų rezultate susidaro pirminės organinės medžiagos, iš kurių vėliau sintetinami angliavandeniai, aminorūgštys, riebalų rūgštys ir kt.. Dažniausiai bendra fotosintezės reakcija rašoma santykyje su gliukozė – labiausiai paplitęs fotosintezės produktas:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Deguonies atomai, sudarantys O 2 molekulę, yra paimti ne iš anglies dioksido, o iš vandens. Anglies dioksidas yra anglies šaltinis kas svarbiau. Dėl jo surišimo augalai turi galimybę sintetinti organines medžiagas.

Aukščiau pateikta cheminė reakcija yra apibendrinta ir visuminė. Tai toli nuo proceso esmės. Taigi gliukozė nesusidaro iš šešių atskirų anglies dioksido molekulių. CO 2 surišimas vyksta vienoje molekulėje, kuri pirmiausia prisijungia prie jau esančio penkių anglies cukraus.

Prokariotai turi savo fotosintezės ypatybes. Taigi bakterijose pagrindinis pigmentas yra bakteriochlorofilas, o deguonis neišsiskiria, nes vandenilis paimamas ne iš vandens, o dažnai iš sieros vandenilio ar kitų medžiagų. Melsvadumbliuose pagrindinis pigmentas yra chlorofilas, o fotosintezės metu išsiskiria deguonis.

Šviesioji fotosintezės fazė

Šviesiojoje fotosintezės fazėje ATP ir NADP·H 2 sintetinami dėl spinduliavimo energijos. Taip atsitinka ant chloroplastų tilakoidų, kur pigmentai ir fermentai sudaro kompleksinius kompleksus elektrocheminių grandinių funkcionavimui, per kuriuos perduodami elektronai ir iš dalies vandenilio protonai.

Elektronai patenka į kofermentą NADP, kuris, būdamas neigiamai įkrautas, pritraukia dalį protonų ir virsta NADP H 2 . Taip pat vienoje tilakoidinės membranos pusėje susikaupus protonams, o kitoje – elektronams, susidaro elektrocheminis gradientas, kurio potencialą išnaudoja fermentas ATP sintetazė sintetindamas ATP iš ADP ir fosforo rūgšties.

Pagrindiniai fotosintezės pigmentai yra įvairūs chlorofilai. Jų molekulės fiksuoja tam tikrų, iš dalies skirtingų šviesos spektrų spinduliuotę. Tokiu atveju kai kurie chlorofilo molekulių elektronai pereina į aukštesnį energijos lygį. Tai nestabili būsena, ir teoriškai elektronai, naudojant tą pačią spinduliuotę, turėtų perduoti iš išorės gautą energiją į erdvę ir grįžti į ankstesnį lygį. Tačiau fotosintezės ląstelėse sužadintus elektronus fiksuoja akceptoriai ir, palaipsniui mažėjant jų energijai, perkeliami išilgai nešėjų grandinės.

Ant tilakoidinių membranų yra dviejų tipų fotosistemos, kurios skleidžia elektronus veikiant šviesai. Fotosistemos yra sudėtingas daugiausia chlorofilo pigmentų kompleksas su reakcijos centru, iš kurio atplėšiami elektronai. Fotosistemoje saulės šviesa sugauna daug molekulių, tačiau visa energija surenkama reakcijos centre.

I fotosistemos elektronai, praėję per nešėjų grandinę, atkuria NADP.

Nuo II fotosistemos atsiskyrusių elektronų energija naudojama ATP sintezei. O fotosistemos II elektronai užpildo I fotosistemos elektronų skyles.

Antrosios fotosistemos skylės užpildytos elektronais, susidariusiais dėl vandens fotolizė. Fotolizė taip pat vyksta dalyvaujant šviesai ir susideda iš H 2 O skaidymo į protonus, elektronus ir deguonį. Dėl vandens fotolizės susidaro laisvas deguonis. Protonai dalyvauja kuriant elektrocheminį gradientą ir mažinant NADP. Elektronus priima II fotosistemos chlorofilas.

Apytikslė apibendrinta fotosintezės šviesos fazės lygtis:

H 2 O + NADP + 2ADP + 2P → ½O 2 + NADP H 2 + 2ATP

Ciklinis elektronų pernešimas

Taip vadinamas neciklinė šviesos fotosintezės fazė. Ar yra daugiau ciklinis elektronų pernešimas, kai nevyksta NADP redukcija. Šiuo atveju elektronai iš fotosistemos I patenka į nešiklio grandinę, kur sintetinamas ATP. Tai yra, ši elektronų transportavimo grandinė gauna elektronus iš I fotosistemos, o ne iš II. Pirmoji fotosistema tarsi įgyvendina ciklą: į ją grįžta išspinduliuoti elektronai. Pakeliui dalį energijos jie išleidžia ATP sintezei.

Fotofosforilinimas ir oksidacinis fosforilinimas

Šviesiąją fotosintezės fazę galima palyginti su ląstelių kvėpavimo stadija – oksidaciniu fosforilinimą, kuris vyksta ant mitochondrijų krištolos. Ten taip pat ATP sintezė vyksta dėl elektronų ir protonų pernešimo išilgai nešiklio grandinės. Tačiau fotosintezės atveju energija ATP kaupiama ne ląstelės, o daugiausia tamsiosios fotosintezės fazės reikmėms. Ir jei kvėpuojant organinės medžiagos yra pradinis energijos šaltinis, tai fotosintezės metu tai yra saulės šviesa. ATP sintezė fotosintezės metu vadinama fotofosforilinimas o ne oksidacinis fosforilinimas.

Tamsioji fotosintezės fazė

Pirmą kartą tamsiąją fotosintezės fazę išsamiai ištyrė Calvin, Benson, Bassem. Jų atrastas reakcijų ciklas vėliau buvo pavadintas Kalvino ciklu arba C 3 -fotosinteze. Tam tikrose augalų grupėse stebimas modifikuotas fotosintezės kelias – C 4, dar vadinamas Hatch-Slack ciklu.

Tamsiose fotosintezės reakcijose CO 2 fiksuojamas. Tamsioji fazė vyksta chloroplasto stromoje.

CO 2 atkūrimas vyksta dėl ATP energijos ir NADP·H 2 redukcinės galios, susidarančios šviesos reakcijose. Be jų anglies fiksacija nevyksta. Todėl, nors tamsioji fazė tiesiogiai nuo šviesos nepriklauso, ji dažniausiai taip pat vyksta šviesoje.

Kalvino ciklas

Pirmoji tamsiosios fazės reakcija yra CO 2 ( karboksilinimase) iki 1,5-ribulozės bifosfato ( ribulozės 1,5-difosfatas) – RiBF. Pastaroji yra dvigubai fosforilinta ribozė. Šią reakciją katalizuoja fermentas ribulozės-1,5-difosfato karboksilazė, dar vadinama rubisco.

Dėl karboksilinimo susidaro nestabilus šešių anglies junginys, kuris dėl hidrolizės suyra į dvi trijų anglies molekules. fosfoglicerino rūgštis (PGA) yra pirmasis fotosintezės produktas. FHA taip pat vadinamas fosfogliceratu.

RiBP + CO 2 + H 2 O → 2FGK

FHA yra trys anglies atomai, iš kurių vienas yra rūgštinės karboksilo grupės (-COOH) dalis:

FHA paverčiama trijų anglių cukrumi (gliceraldehido fosfatu) triozės fosfatas (TF), kurioje jau yra aldehido grupė (-CHO):

FHA (3 rūgštys) → TF (3 cukrus)

Šiai reakcijai sunaudojama ATP energija ir NADP · H 2 redukcinė galia. TF yra pirmasis fotosintezės angliavandenis.

Po to didžioji dalis triozės fosfato išleidžiama ribulozės bisfosfato (RiBP) regeneravimui, kuris vėl naudojamas CO 2 surišimui. Regeneracija apima daugybę ATP suvartojančių reakcijų, susijusių su cukraus fosfatais, turinčiais 3–7 anglies atomus.

Būtent šiame RiBF cikle baigiamas Calvin ciklas.

Mažesnė dalis jame susidariusio TF išeina iš Kalvino ciklo. Kalbant apie 6 surištas anglies dioksido molekules, išeiga yra 2 triozės fosfato molekulės. Bendra ciklo reakcija su įvesties ir išvesties produktais:

6CO 2 + 6H 2 O → 2TF

Tuo pačiu metu surišime dalyvauja 6 RiBP molekulės ir susidaro 12 FHA molekulių, kurios virsta 12 TF, iš kurių 10 molekulių lieka cikle ir virsta 6 RiBP molekulėmis. Kadangi TF yra trijų anglies cukrus, o RiBP yra penkių anglies atomų, anglies atomų atžvilgiu turime: 10 * 3 = 6 * 5. Anglies atomų skaičius, užtikrinantis ciklą, nesikeičia, viskas, ko reikia RiBP yra regeneruojamas. Ir šešios anglies dioksido molekulės, įtrauktos į ciklą, išleidžiamos formuojant dvi triozės fosfato molekules, paliekančias ciklą.

Kalvino ciklas, pagrįstas 6 surištomis CO 2 molekulėmis, sunaudoja 18 ATP molekulių ir 12 NADP · H 2 molekulių, kurios susintetino fotosintezės šviesos fazės reakcijose.

Skaičiavimas atliekamas dviem triozės fosfato molekulėms, išeinančioms iš ciklo, nes vėliau susidariusioje gliukozės molekulėje yra 6 anglies atomai.

Triozės fosfatas (TF) yra galutinis Kalvino ciklo produktas, tačiau vargu ar jį galima pavadinti galutiniu fotosintezės produktu, nes jis beveik nesikaupia, o, reaguodamas su kitomis medžiagomis, virsta gliukoze, sacharoze, krakmolu, riebalais, riebalų rūgštys, amino rūgštys. Be TF, FHA vaidina svarbų vaidmenį. Tačiau tokios reakcijos vyksta ne tik fotosintetiniuose organizmuose. Šia prasme tamsioji fotosintezės fazė yra tokia pati kaip Kalvino ciklas.

PHA paverčiama šešių anglies cukrumi laipsniškai fermentine katalize. fruktozė-6-fosfatas, kuris virsta gliukozė. Augaluose gliukozė gali būti polimerizuota į krakmolą ir celiuliozę. Angliavandenių sintezė yra panaši į atvirkštinį glikolizės procesą.

fotokvėpavimas

Deguonis slopina fotosintezę. Kuo daugiau O 2 aplinkoje, tuo mažiau efektyvus CO 2 sekvestracijos procesas. Faktas yra tas, kad fermentas ribulozės bisfosfato karboksilazė (rubisco) gali reaguoti ne tik su anglies dioksidu, bet ir su deguonimi. Šiuo atveju tamsiosios reakcijos šiek tiek skiriasi.

Fosfoglikolatas yra fosfoglikolio rūgštis. Fosfatų grupė iš karto pašalinama iš jo ir virsta glikolio rūgštimi (glikolatu). Jam „panaudoti“ vėl reikia deguonies. Todėl kuo daugiau deguonies atmosferoje, tuo labiau jis skatins fotokvėpavimą ir tuo daugiau deguonies augalui reikės, kad atsikratytų reakcijos produktų.

Fotokvėpavimas yra nuo šviesos priklausomas deguonies suvartojimas ir anglies dioksido išsiskyrimas. Tai yra, dujų mainai vyksta kaip kvėpuojant, bet vyksta chloroplastuose ir priklauso nuo šviesos spinduliuotės. Fotokvėpavimas priklauso nuo šviesos tik todėl, kad ribulozės bifosfatas susidaro tik fotosintezės metu.

Fotorespiracijos metu anglies atomai grąžinami iš glikolato į Kalvino ciklą fosfoglicerino rūgšties (fosfoglicerato) pavidalu.

2 glikolatas (C 2) → 2 glioksilatas (C 2) → 2 glicinas (C 2) - CO 2 → serinas (C 3) → hidroksipiruvatas (C 3) → gliceratas (C 3) → FGK (C 3)

Kaip matote, grįžimas nėra baigtas, nes vienas anglies atomas prarandamas, kai dvi glicino molekulės paverčiamos viena aminorūgšties serino molekule, o išsiskiria anglies dioksidas.

Deguonis reikalingas glikolato virsmo glioksilatu ir glicino serinu etapuose.

Glikolatas virsta glioksilatu, o vėliau – glicinu peroksisomose, o serinas sintetinamas mitochondrijose. Serinas vėl patenka į peroksisomas, kur iš pradžių gamina hidroksipiruvatą, o paskui gliceratą. Gliceratas jau patenka į chloroplastus, kur iš jo sintetinamas FHA.

Fotokvėpavimas būdingas daugiausia augalams, turintiems C3 tipo fotosintezę. Tai gali būti laikoma kenksminga, nes energija eikvojama glikolatui paversti FHA. Matyt, fotokvėpavimas atsirado dėl to, kad senovės augalai nebuvo pasiruošę dideliam deguonies kiekiui atmosferoje. Iš pradžių jų evoliucija vyko atmosferoje, kurioje gausu anglies dioksido, ir būtent jis daugiausia užfiksavo rubisko fermento reakcijos centrą.

C 4 -fotosintezė arba Hatch-Slack ciklas

Jei C 3 fotosintezėje pirmasis tamsiosios fazės produktas yra fosfoglicerino rūgštis, kurioje yra trys anglies atomai, tai C 4 kelyje pirmieji produktai yra rūgštys, turinčios keturis anglies atomus: obuolių, oksaloacto, asparto.

C 4 fotosintezė stebima daugelyje atogrąžų augalų, pavyzdžiui, cukranendrių, kukurūzų.

C 4 -augalai efektyviau sugeria anglies monoksidą, jie beveik neturi fotokvėpavimo.

Augalai, kuriuose tamsioji fotosintezės fazė vyksta C 4 keliu, turi ypatingą lapų struktūrą. Jame laidūs pluoštai yra apsupti dvigubu ląstelių sluoksniu. Vidinis sluoksnis yra laidžiojo pluošto pamušalas. Išorinis sluoksnis yra mezofilo ląstelės. Chloroplastų ląstelių sluoksniai skiriasi vienas nuo kito.

Mezofiliniams chloroplastams būdingi dideli grūdeliai, didelis fotosistemų aktyvumas, fermento RiBP karboksilazės (rubisko) ir krakmolo nebuvimas. Tai yra, šių ląstelių chloroplastai yra pritaikyti daugiausia šviesos fotosintezės fazei.

Laidžio pluošto ląstelių chloroplastuose grana beveik neišsivysčiusi, tačiau RiBP karboksilazės koncentracija yra didelė. Šie chloroplastai yra pritaikyti tamsiajai fotosintezės fazei.

Anglies dioksidas pirmiausia patenka į mezofilo ląsteles, jungiasi su organinėmis rūgštimis, tokia forma transportuojamas į apvalkalo ląsteles, išsiskiria, o vėliau jungiasi taip pat, kaip ir C3 augaluose. Tai yra, C 4 kelias papildo, o ne pakeičia C 3 .

Mezofile CO 2 pridedama prie fosfoenolpiruvato (PEP), kad susidarytų oksaloacetatas (rūgštis), kurį sudaro keturi anglies atomai:

Reakcija vyksta dalyvaujant fermentui PEP-karboksilazei, kuris turi didesnį afinitetą CO 2 nei rubisco. Be to, PEP-karboksilazė nesąveikauja su deguonimi, todėl nenaudojama fotokvėpavimui. Taigi C4 fotosintezės privalumas yra efektyvesnė anglies dioksido fiksacija, jo koncentracijos padidėjimas apvalkalo ląstelėse, taigi, efektyvesnis RiBP karboksilazės, kuri beveik nenaudojama fotokvėpavimui, veikimas.

Oksaloacetatas paverčiamas 4 anglies dikarboksirūgštimi (malatu arba aspartatu), kuri pernešama į kraujagyslių ryšulius išklojančių ląstelių chloroplastus. Čia rūgštis dekarboksilinama (pašalinama CO2), oksiduojama (pašalinama vandenilis) ir paverčiama piruvatu. Vandenilis atkuria NADP. Piruvatas grįžta į mezofilą, kur naudojant ATP, iš jo regeneruojamas PEP.

Atplėštas CO 2 pamušalo ląstelių chloroplastuose eina į įprastą tamsiosios fotosintezės fazės C 3 kelią, t.y. į Kalvino ciklą.

Fotosintezei Hatch-Slack keliu reikia daugiau energijos.

Manoma, kad C 4 kelias išsivystė vėliau nei C 3 kelias ir daugeliu atžvilgių yra prisitaikymas prieš fotokvėpavimą.

Kiekvienam planetos gyvūnui išgyventi reikia maisto ar energijos. Kai kurie organizmai minta kitais tvariniais, o kiti gali pasigaminti savo maistines medžiagas. Jie patys gamina maistą, gliukozę, procese, vadinamame fotosinteze.

Fotosintezė ir kvėpavimas yra tarpusavyje susiję. Fotosintezės rezultatas – gliukozė, kuri organizme kaupiama kaip cheminė energija. Ši sukaupta cheminė energija gaunama neorganinę anglį (anglies dioksidą) paverčiant organine anglimi. Kvėpavimo procesas išskiria sukauptą cheminę energiją.

Be gaminamų produktų, augalams išgyventi taip pat reikia anglies, vandenilio ir deguonies. Iš dirvožemio absorbuojamas vanduo aprūpina vandenilį ir deguonį. Fotosintezės metu anglis ir vanduo naudojami maistui sintetinti. Augalams taip pat reikia nitratų, kad susidarytų aminorūgštys (aminorūgštis yra baltymų gamybos sudedamoji dalis). Be to, jiems reikia magnio, kad susidarytų chlorofilas.

Pastaba: Gyvi daiktai, kurie priklauso nuo kito maisto, vadinami. Heterotrofų pavyzdžiai yra žolėdžiai gyvūnai, pavyzdžiui, karvės, taip pat vabzdžiais mintantys augalai. Gyvi daiktai, kurie patys gamina maistą, vadinami. Žalieji augalai ir dumbliai yra autotrofų pavyzdžiai.

Šiame straipsnyje sužinosite daugiau apie tai, kaip augaluose vyksta fotosintezė ir kokias sąlygas būtina atlikti šiam procesui.

Fotosintezės apibrėžimas

Fotosintezė yra cheminis procesas, kurio metu augalai, kai kurie dumbliai ir dumbliai gamina gliukozę ir deguonį iš anglies dioksido ir vandens, kaip energijos šaltinį naudodami tik šviesą.

Šis procesas itin svarbus gyvybei Žemėje, nes išsiskiria deguonis, nuo kurio priklauso visa gyvybė.

Kodėl augalams reikia gliukozės (maisto)?

Kaip ir žmonėms ir kitiems gyviems daiktams, augalams taip pat reikia maisto, kad jie išliktų gyvi. Gliukozės vertė augalams yra tokia:

• Gliukozė, gauta fotosintezės metu, naudojama kvėpuojant, kad išskirtų energiją, reikalingą augalui kitiems gyvybiniams procesams.
• Augalų ląstelės dalį gliukozės taip pat paverčia krakmolu, kuris naudojamas pagal poreikį. Dėl šios priežasties negyvi augalai naudojami kaip biomasė, nes kaupia cheminę energiją.
• Gliukozė taip pat reikalinga gaminant kitas chemines medžiagas, tokias kaip baltymai, riebalai ir augalinis cukrus, reikalingas augimui ir kitiems esminiams procesams.

Fotosintezės fazės

Fotosintezės procesas skirstomas į dvi fazes: šviesiąją ir tamsiąją.

Šviesioji fotosintezės fazė

Kaip rodo pavadinimas, šviesos fazėms reikia saulės šviesos. Vykstant nuo šviesos priklausančioms reakcijoms, saulės šviesos energiją sugeria chlorofilas ir paverčia sukaupta chemine energija elektronų nešiklio molekulės NADPH (nikotinamido adenino dinukleotido fosfato) ir energijos molekulės ATP (adenozintrifosfato) pavidalu. Chloroplasto tilaoidinėse membranose atsiranda šviesos fazės.

Tamsioji fotosintezės fazė arba Kalvino ciklas

Tamsiojoje fazėje arba Kalvino cikle sužadinti elektronai iš šviesiosios fazės suteikia energijos angliavandenių susidarymui iš anglies dioksido molekulių. Nuo šviesos nepriklausomos fazės kartais vadinamos Kalvino ciklu dėl proceso cikliškumo.

Nors tamsiosios fazės nenaudoja šviesos kaip reagento (ir dėl to gali atsirasti dieną ar naktį), joms veikti reikia nuo šviesos priklausančių reakcijų produktų. Nuo šviesos nepriklausomos molekulės priklauso nuo energijos nešiklio molekulių ATP ir NADPH, kad sukurtų naujas angliavandenių molekules. Po energijos perdavimo molekulėms energijos nešėjai grįžta į šviesos fazes, kad gautų energingesnius elektronus. Be to, šviesa aktyvuoja keletą tamsiosios fazės fermentų.

Fotosintezės fazių diagrama

Pastaba: Tai reiškia, kad tamsiosios fazės nesitęs, jei augalams per ilgai neteks šviesos, nes jie naudoja šviesiosios fazės produktus.

Augalų lapų struktūra

Negalime visiškai suprasti fotosintezės, nežinodami daugiau apie lapų struktūrą. Lapas yra pritaikytas atlikti gyvybiškai svarbų vaidmenį fotosintezės procese.

Išorinė lapų struktūra

• Kvadratas

Viena iš svarbiausių augalų savybių yra didelis lapų paviršiaus plotas. Dauguma žalių augalų turi plačius, plokščius ir atvirus lapus, kurie gali sugauti tiek saulės energijos (saulės šviesos), kiek reikia fotosintezei.

• Centrinė vena ir lapkočiai

Vidurinė juostelė ir lapkočiai susijungia ir sudaro lapo pagrindą. Lapkočiai lapą išdėsto taip, kad jis gautų kuo daugiau šviesos.

• lapo mentė

Paprasti lapai turi vieną lapą, o sudėtiniai - kelis. Lapo ašmenys yra vienas iš svarbiausių lapo komponentų, kuris tiesiogiai dalyvauja fotosintezės procese.

• venos

Lapų gyslų tinklas perneša vandenį iš stiebų į lapus. Išsiskyrusi gliukozė iš lapų gyslomis siunčiama ir į kitas augalo dalis. Be to, šios lapo dalys palaiko ir laiko lapo plokštę plokščią, kad būtų galima geriau užfiksuoti saulės šviesą. Gyslų išsidėstymas (ventacija) priklauso nuo augalo rūšies.

• lapų pagrindas

Lapo pagrindas yra žemiausia jo dalis, kuri yra sujungta su stiebu. Dažnai lapo apačioje yra stipulių pora.

• lapo kraštas

Priklausomai nuo augalo rūšies, lapų kraštas gali būti įvairių formų, įskaitant: vientisą, dantytą, dantytą, dantytą, smailėjantį ir kt.

• Lapo galiukas

Kaip ir lapo kraštas, viršūnė būna įvairių formų, įskaitant: aštrią, apvalią, buku, pailgą, įtrauktą ir kt.

Lapų vidinė struktūra

Žemiau pateikiama artima lapų audinių vidinės struktūros diagrama:

• Odelė

Odelė veikia kaip pagrindinis, apsauginis sluoksnis augalo paviršiuje. Paprastai jis yra storesnis lapo viršuje. Odelė padengta į vašką panašia medžiaga, kuri apsaugo augalą nuo vandens.

• Epidermis

Epidermis yra ląstelių sluoksnis, kuris yra lapo vidinis audinys. Pagrindinė jo funkcija – apsaugoti vidinius lapo audinius nuo išsausėjimo, mechaninių pažeidimų ir infekcijų. Jis taip pat reguliuoja dujų mainų ir transpiracijos procesą.

• Mezofilas

Mezofilas yra pagrindinis augalo audinys. Čia vyksta fotosintezės procesas. Daugumoje augalų mezofilas yra padalintas į du sluoksnius: viršutinis – palisadinis, o apatinis – kempinis.

• Apsauginės ląstelės

Apsaugos ląstelės yra specializuotos lapų epidermio ląstelės, naudojamos dujų mainams kontroliuoti. Jie atlieka apsauginę stomos funkciją. Stomatinės poros pasidaro didelės, kai laisvai pasiekiamas vanduo, antraip apsauginės ląstelės tampa vangios.

• Stoma

Fotosintezė priklauso nuo anglies dioksido (CO2) prasiskverbimo iš oro per stomatą į mezofilo audinius. Deguonis (O2), gaunamas kaip šalutinis fotosintezės produktas, iš augalo išeina per stomatą. Kai stomos yra atviros, vanduo prarandamas dėl garavimo ir turi būti papildytas vandeniu, kurį pasisavina šaknys. Augalai yra priversti subalansuoti iš oro absorbuoto CO2 kiekį ir vandens praradimą per stomato poras.

Fotosintezei reikalingos sąlygos

Toliau pateikiamos sąlygos, kurių augalai turi vykdyti fotosintezės procesui:

• Anglies dioksidas. Bespalvės, bekvapės gamtinės dujos, randamos ore ir turinčios mokslinį CO2 pavadinimą. Jis susidaro degant anglies ir organiniams junginiams, taip pat atsiranda kvėpuojant.
• Vanduo. Skaidri skysta cheminė medžiaga, bekvapė ir beskonė (normaliomis sąlygomis).
• Šviesa. Nors augalams tinka ir dirbtinė šviesa, natūrali saulės šviesa paprastai sudaro geriausias sąlygas fotosintezei, nes joje yra natūralios ultravioletinės spinduliuotės, kuri teigiamai veikia augalus.
• Chlorofilas. Tai žalias pigmentas, randamas augalų lapuose.
• Maistinės medžiagos ir mineralai. Chemikalai ir organiniai junginiai, kuriuos augalų šaknys pasisavina iš dirvožemio.

Kas susidaro vykstant fotosintezei?

• gliukozė;
• Deguonis.

(Šviesos energija rodoma skliausteliuose, nes tai nėra medžiaga)

Pastaba: Augalai CO2 pasiima iš oro per lapus, o vandenį iš dirvožemio – per šaknis. Šviesos energija ateina iš Saulės. Gautas deguonis iš lapų patenka į orą. Gauta gliukozė gali būti paversta kitomis medžiagomis, pavyzdžiui, krakmolu, kuris naudojamas kaip energijos saugykla.

Jei fotosintezę skatinančių veiksnių nėra arba jų yra nepakankamai, tai gali neigiamai paveikti augalą. Pavyzdžiui, mažiau šviesos sukuria palankias sąlygas vabzdžiams, mintantiems augalo lapus, o vandens trūkumas jį lėtina.

Kur vyksta fotosintezė?

Fotosintezė vyksta augalų ląstelėse, mažuose plastiduose, vadinamuose chloroplastais. Chloroplastai (daugiausia randami mezofilo sluoksnyje) turi žalios medžiagos, vadinamos chlorofilu. Žemiau yra kitos ląstelės dalys, kurios veikia su chloroplastu, kad atliktų fotosintezę.

Augalų ląstelės sandara

Augalų ląstelių dalių funkcijos

• : suteikia struktūrinę ir mechaninę atramą, apsaugo ląsteles nuo bakterijų, fiksuoja ir apibrėžia ląstelės formą, kontroliuoja augimo greitį ir kryptį, suteikia augalams formą.
• : suteikia platformą daugumai cheminių procesų, kuriuos kontroliuoja fermentai.
• : veikia kaip barjeras, kontroliuojantis medžiagų judėjimą į ląstelę ir iš jos.
• : kaip aprašyta aukščiau, juose yra chlorofilo – žalios medžiagos, kuri fotosintezės metu sugeria šviesos energiją.
• : ląstelės citoplazmoje esanti ertmė, kurioje kaupiamas vanduo.
• : yra genetinis ženklas (DNR), kuris kontroliuoja ląstelės veiklą.

Chlorofilas sugeria šviesos energiją, reikalingą fotosintezei. Svarbu pažymėti, kad ne visi šviesos bangos ilgiai yra sugeriami. Augalai daugiausia sugeria raudonos ir mėlynos spalvos bangų ilgius – jie nesugeria šviesos žalios spalvos diapazone.

Anglies dioksidas fotosintezės metu

Augalai anglies dioksidą pasiima iš oro per lapus. Anglies dioksidas prasiskverbia pro nedidelę skylutę lapo apačioje – stomatą.

Apatinėje lapo pusėje yra laisvai išdėstytos ląstelės, kad anglies dioksidas pasiektų kitas lapo ląsteles. Tai taip pat leidžia fotosintezės metu pagamintam deguoniui lengvai palikti lapą.

Anglies dioksido yra ore, kuriuo kvėpuojame, labai mažos koncentracijos ir yra būtinas tamsiosios fotosintezės fazės veiksnys.

Šviesa fotosintezės procese

Paprastai lakštas turi didelį paviršiaus plotą, todėl gali sugerti daug šviesos. Viršutinį jos paviršių nuo vandens praradimo, ligų ir oro sąlygų apsaugo vaškinis sluoksnis (odelė). Lapo viršuje yra ta vieta, kur krenta šviesa. Šis mezofilo sluoksnis vadinamas palisade. Jis pritaikytas sugerti didelį kiekį šviesos, nes jame yra daug chloroplastų.

Šviesos fazėse fotosintezės procesas suaktyvėja esant daugiau šviesos. Daugiau chlorofilo molekulių yra jonizuojama ir daugiau ATP ir NADPH susidaro, jei šviesos fotonai yra sutelkti į žalią lapą. Nors šviesa itin svarbi šviesos fazėse, reikia atkreipti dėmesį, kad per didelis jos kiekis gali pažeisti chlorofilą ir sumažinti fotosintezės procesą.

Šviesos fazės nėra per daug priklausomos nuo temperatūros, vandens ar anglies dioksido, nors visos jos reikalingos fotosintezės procesui užbaigti.

Vanduo fotosintezės metu

Fotosintezei reikalingą vandenį augalai gauna per savo šaknis. Jie turi šaknų plaukelius, kurie auga dirvoje. Šaknims būdingas didelis paviršiaus plotas ir plonos sienelės, pro kurias lengvai prasiskverbia vanduo.

Paveikslėlyje pavaizduoti augalai ir jų ląstelės, turintys pakankamai vandens (kairėje) ir jo trūkumas (dešinėje).

Pastaba:Šaknų ląstelėse chloroplastų nėra, nes jos dažniausiai būna tamsoje ir negali fotosintezuoti.

Jei augalas nesugeria pakankamai vandens, jis nuvys. Be vandens augalas nespės pakankamai greitai fotosintezuoti ir gali net mirti.

Kuo vanduo svarbus augalams?

• Suteikia ištirpusių mineralų, kurie palaiko augalų sveikatą;
• yra transportavimo priemonė;
• Palaiko stabilumą ir staigumą;
• Vėsina ir prisotina drėgmės;
• Tai leidžia augalų ląstelėse vykdyti įvairias chemines reakcijas.

Fotosintezės svarba gamtoje

Biocheminis fotosintezės procesas naudoja saulės šviesos energiją vandeniui ir anglies dioksidui paversti deguonimi ir gliukoze. Gliukozė naudojama kaip statybinė medžiaga augaluose audinių augimui. Taigi fotosintezė yra šaknų, stiebų, lapų, žiedų ir vaisių formavimosi būdas. Be fotosintezės proceso augalai negali augti ar daugintis.

• Prodiuseriai

Dėl savo fotosintezės gebėjimo augalai yra žinomi kaip gamintojai ir yra beveik kiekvienos Žemės maisto grandinės pagrindas. (Dumbliai yra augalo atitikmuo). Visas maistas, kurį valgome, gaunamas iš organizmų, kurie yra fotosintetiniai. Mes valgome šiuos augalus tiesiogiai arba valgome gyvūnus, pavyzdžiui, karves ar kiaules, kurie valgo augalinį maistą.

• Maisto grandinės pagrindas

Vandens sistemose augalai ir dumbliai taip pat sudaro mitybos grandinės pagrindą. Dumbliai tarnauja kaip maistas, o tai savo ruožtu yra maisto šaltinis didesniems organizmams. Be fotosintezės vandens aplinkoje gyvybė būtų neįmanoma.

• Anglies dioksido pašalinimas

Fotosintezė paverčia anglies dioksidą deguonimi. Fotosintezės metu anglies dioksidas iš atmosferos patenka į augalą, o vėliau išsiskiria kaip deguonis. Šiuolaikiniame pasaulyje, kuriame anglies dioksido lygis didėja nerimą keliančiu greičiu, bet koks anglies dioksido pašalinimo iš atmosferos procesas yra svarbus aplinkai.

• Maistinių medžiagų dviratis

Augalai ir kiti fotosintetiniai organizmai atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį maistinių medžiagų cikle. Ore esantis azotas fiksuojamas augalų audiniuose ir tampa prieinamas baltymams gaminti. Mikroelementai, esantys dirvožemyje, taip pat gali būti įtraukti į augalų audinius ir padaryti prieinami žolėdžiams, esantiems toliau maisto grandinėje.

• priklausomybė nuo fotosintezės

Fotosintezė priklauso nuo šviesos intensyvumo ir kokybės. Prie pusiaujo, kur saulės spindulių gausu ištisus metus, o vanduo nėra ribojantis veiksnys, augalai greitai auga ir gali tapti gana dideli. Ir atvirkščiai, gilesnėse vandenyno vietose fotosintezė vyksta rečiau, nes šviesa į šiuos sluoksnius neprasiskverbia, todėl ši ekosistema yra nevaisingesnė.

Su šviesos energija arba be jos. Tai būdinga augalams. Panagrinėkime toliau, kas yra tamsioji ir šviesioji fotosintezės fazės.

Bendra informacija

Aukštesniųjų augalų fotosintezės organas yra lapas. Chloroplastai veikia kaip organelės. Jų tilakoidų membranose yra fotosintetinių pigmentų. Jie yra karotinoidai ir chlorofilai. Pastarosios egzistuoja keliomis formomis (a, c, b, d). Pagrindinis yra a-chlorofilas. Jo molekulėje yra porfirino „galva“ su magnio atomu, esančiu centre, taip pat fitolio „uodega“. Pirmasis elementas pateikiamas kaip plokščia konstrukcija. „Galva“ yra hidrofilinė, todėl yra toje membranos dalyje, kuri yra nukreipta į vandens aplinką. Fitolio „uodega“ yra hidrofobinė. Dėl šios priežasties jis išlaiko chlorofilo molekulę membranoje. Chlorofilas sugeria mėlynai violetinę ir raudoną šviesą. Jie taip pat atspindi žalią spalvą, suteikdami augalams būdingą spalvą. Tilaktinėse membranose chlorofilo molekulės yra suskirstytos į fotosistemas. Melsvadumbliams ir augalams būdingos 1 ir 2 sistemos. Fotosintetinės bakterijos turi tik pirmąją. Antroji sistema gali skaidyti H 2 O ir išleisti deguonį.

Šviesioji fotosintezės fazė

Augaluose vykstantys procesai yra sudėtingi ir daugiapakopiai. Visų pirma išskiriamos dvi reakcijų grupės. Tai yra tamsioji ir šviesioji fotosintezės fazės. Pastarasis vyksta dalyvaujant ATP fermentui, elektronus pernešantiems baltymams ir chlorofilui. Šviesioji fotosintezės fazė vyksta tilaktoidų membranose. Chlorofilo elektronai sužadinami ir palieka molekulę. Po to jie patenka ant išorinio tilaktinės membranos paviršiaus. Ji, savo ruožtu, yra įkrauta neigiamai. Po oksidacijos prasideda chlorofilo molekulių atstatymas. Jie paima elektronus iš vandens, esančio intralakoidinėje erdvėje. Taigi, fotosintezės šviesos fazė vyksta membranoje irimo (fotolizės) metu: H 2 O + Q šviesa → H + + OH -

Hidroksilo jonai paverčiami reaktyviais radikalais, atiduodant savo elektronus:

OH - → .OH + e -

OH radikalai susijungia ir sudaro laisvą deguonį ir vandenį:

4NE. → 2H 2 O + O 2.

Tokiu atveju deguonis pašalinamas į aplinkinę (išorinę) terpę, o protonai kaupiasi tilaktoido viduje specialiame „rezervuare“. Dėl to ten, kur vyksta šviesi fotosintezės fazė, tilaktinė membrana gauna teigiamą krūvį dėl H +, viena vertus. Tuo pačiu metu dėl elektronų jis įkraunamas neigiamai.

ADP fosforilinimas

Ten, kur vyksta šviesi fotosintezės fazė, yra potencialų skirtumas tarp vidinio ir išorinio membranos paviršių. Kai ji pasiekia 200 mV, protonai stumiami ATP sintetazės kanalais. Taigi, membranoje vyksta šviesi fotosintezės fazė, kai ADP fosforilinamas į ATP. Šiuo atveju atominis vandenilis nukreipiamas į specialaus nikotinamido adenino dinukleotido fosfato NADP+ nešiklio redukavimą į NADP.H2:

2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2

Taigi šviesos fotosintezės fazė apima vandens fotolizę. Tai savo ruožtu lydi trys pagrindinės reakcijos:

1. ATP sintezė.
2. Išsilavinimas NADP.H 2 .
3. Deguonies susidarymas.

Šviesiąją fotosintezės fazę lydi pastarųjų išmetimas į atmosferą. NADP.H2 ir ATP persikelia į chloroplasto stromą. Tai užbaigia šviesos fotosintezės fazę.

Kita reakcijų grupė

Tamsioji fotosintezės fazė nereikalauja šviesos energijos. Jis patenka į chloroplasto stromą. Reakcijos pateikiamos kaip nuoseklių anglies dioksido virsmų iš oro grandinė. Dėl to susidaro gliukozė ir kitos organinės medžiagos. Pirmoji reakcija yra fiksacija. RiBF veikia kaip anglies dioksido akceptorius. Reakcijos katalizatorius yra ribulozės bisfosfato karboksilazė (fermentas). Dėl RiBP karboksilinimo susidaro šešių anglies nestabilus junginys. Jis beveik akimirksniu skyla į dvi FHA (fosfoglicerino rūgšties) molekules. Po to seka reakcijų ciklas, kai per kelis tarpinius produktus ji virsta gliukoze. Jie naudoja NADP.H 2 ir ATP energijas, kurios buvo konvertuojamos vykstant šviesiajai fotosintezės fazei. Šių reakcijų ciklas vadinamas „Kalvino ciklu“. Jis gali būti pavaizduotas taip:

6CO2 + 24H+ + ATP → C6H12O6 + 6H2O

Be gliukozės, fotosintezės metu susidaro ir kiti organinių (sudėtingų) junginių monomerai. Tai visų pirma riebalų rūgštys, glicerolis, aminorūgštys, nukleotidai.

C3 reakcijos

Tai yra fotosintezės rūšis, kurios metu kaip pirmasis produktas susidaro trijų anglies junginiai. Būtent jis aukščiau apibūdintas kaip Kalvino ciklas. Būdingos C3 fotosintezės ypatybės yra šios:

1. RiBP yra anglies dioksido akceptorius.
2. Karboksilinimo reakciją katalizuoja RiBP karboksilazė.
3. Susidaro šešių anglies junginių medžiaga, kuri vėliau suyra į 2 FHA.

Fosfoglicerino rūgštis redukuojama iki TF (triozės fosfatų). Kai kurie iš jų siunčiami riboliozės bifosfato regeneracijai, o likusi dalis paverčiama gliukoze.

C4 reakcijos

Šio tipo fotosintezei būdingas keturių anglies junginių atsiradimas kaip pirmasis produktas. 1965 m. buvo nustatyta, kad kai kuriuose augaluose pirmiausia atsiranda C4 medžiagų. Pavyzdžiui, tai nustatyta soroms, sorgai, cukranendriems, kukurūzams. Šios kultūros tapo žinomos kaip C4 augalai. Kitais, 1966 m., metais Slackas ir Hatchas (Australijos mokslininkai) išsiaiškino, kad jiems beveik visiškai trūksta fotokvėpavimo. Taip pat buvo nustatyta, kad tokie C4 augalai daug efektyviau sugeria anglies dvideginį. Dėl to anglies transformacijos kelias tokiose kultūrose buvo vadinamas Hatch-Slack keliu.

Išvada

Fotosintezės svarba yra labai didelė. Jo dėka anglies dioksidas iš atmosferos kasmet absorbuojamas didžiuliais kiekiais (milijardais tonų). Vietoj to, išsiskiria mažiau deguonies. Fotosintezė yra pagrindinis organinių junginių susidarymo šaltinis. Deguonis dalyvauja formuojant ozono sluoksnį, kuris apsaugo gyvus organizmus nuo trumpųjų bangų UV spindulių poveikio. Fotosintezės metu lapas sugeria tik 1% visos ant jo krentančios šviesos energijos. Jo produktyvumas yra 1 g organinio junginio 1 kv. m paviršiaus per valandą.

Kaip saulės šviesos energija šviesiojoje ir tamsiojoje fotosintezės fazėse paverčiama cheminių gliukozės jungčių energija? Paaiškinkite atsakymą.

Atsakymas

Šviesos fotosintezės fazėje saulės šviesos energija paverčiama sužadintų elektronų energija, o vėliau sužadintų elektronų energija paverčiama ATP ir NADP-H2 energija. Tamsiojoje fotosintezės fazėje ATP ir NADP-H2 energija paverčiama gliukozės cheminių jungčių energija.

Kas nutinka šviesiosios fotosintezės fazės metu?

Atsakymas

Šviesos energijos sužadinti chlorofilo elektronai eina elektronų transportavimo grandinėmis, jų energija kaupiama ATP ir NADP-H2. Vyksta vandens fotolizė, išsiskiria deguonis.

Kokie yra pagrindiniai procesai, vykstantys tamsiojoje fotosintezės fazėje?

Atsakymas

Iš atmosferoje gaunamo anglies dioksido ir šviesiojoje fazėje gaunamo vandenilio dėl šviesos fazėje gaunamos ATP energijos susidaro gliukozė.

Kokia yra chlorofilo funkcija augalo ląstelėje?

Atsakymas

Chlorofilas dalyvauja fotosintezės procese: šviesos fazėje chlorofilas sugeria šviesą, chlorofilo elektronas gauna šviesos energiją, atitrūksta ir eina elektronų transportavimo grandine.

Kokį vaidmenį fotosintezėje vaidina chlorofilo elektronai?

Atsakymas

Chlorofilo elektronai, sužadinti saulės šviesos, praeina per elektronų pernešimo grandines ir atiduoda savo energiją ATP ir NADP-H2 susidarymui.

Kuriame fotosintezės etape susidaro laisvas deguonis?

Atsakymas

Šviesioje fazėje, vandens fotolizės metu.

Kurioje fotosintezės fazėje vyksta ATP sintezė?

Atsakymas

šviesos fazė.

Kas yra deguonies šaltinis fotosintezės metu?

Atsakymas

Vanduo (vandens fotolizės metu išsiskiria deguonis).

Fotosintezės greitis priklauso nuo ribojančių (ribojančių) veiksnių, tarp kurių yra šviesa, anglies dioksido koncentracija, temperatūra. Kodėl šie veiksniai riboja fotosintezės reakcijas?

Atsakymas

Šviesa reikalinga chlorofilo sužadinimui, ji aprūpina energiją fotosintezės procesui. Anglies dioksidas reikalingas tamsiojoje fotosintezės fazėje, iš jo sintetinama gliukozė. Temperatūros pokytis veda prie fermentų denatūravimo, fotosintezės reakcijos sulėtėja.

Kokiose medžiagų apykaitos reakcijose augaluose anglies dioksidas yra pradinė angliavandenių sintezės medžiaga?

Atsakymas

fotosintezės reakcijose.

Augalų lapuose fotosintezės procesas vyksta intensyviai. Ar tai pasitaiko subrendusiems ir neprinokusiems vaisiams? Paaiškinkite atsakymą.

Atsakymas

Fotosintezė vyksta žaliose augalų dalyse, kurias veikia šviesa. Taigi žalių vaisių odoje vyksta fotosintezė. Vaisiaus viduje ir prinokusių (ne žalių) vaisių odoje fotosintezė nevyksta.