Fotosintezin işıq mərhələsi. Fotosintez prosesi: uşaqlar üçün qısa və başa düşülən. Fotosintez: işıq və qaranlıq fazalar Qaranlıq faza günün hansı vaxtında baş verir

Əsas anlayışlar və əsas terminlər: fotosintez. Xlorofil. işıq mərhələsi. qaranlıq faza.

Unutma! Plastik mübadiləsi nədir?

Düşün!

Yaşıl rəng şairlərin misralarında kifayət qədər tez-tez xatırlanır. Beləliklə, Boqdan-İqor Anto-niçin sətirləri var: "... poeziya qaynayan və müdrik, yaşıllıqlar kimi", "... yaşıllıq çovğunu, yaşıllıq atəşi",

"...tərəvəz çayları yüksəlir yaşıl sel." Yaşıl yenilənmənin rəngidir, gəncliyin, əmin-amanlığın simvolu, təbiətin rəngidir.

Bitkilər niyə yaşıldır?

Fotosintez üçün hansı şərtlər var?

Fotosintez (yunan dilindən foto - işıq, sintez - birləşmə) plastik mübadiləsi proseslərinin son dərəcə mürəkkəb dəstidir. Alimlər fotosintezin üç növünü ayırd edirlər: oksigenli (bitkilərdə və siyanobakteriyalarda molekulyar oksigenin sərbəst buraxılması ilə), anoksik (fotobakteriyalarda oksigen buraxmadan anaerob şəraitdə bakterioxlorofilin iştirakı ilə) və xlorofilsiz (bakteriyalarda arxodopların iştirakı ilə) . 2,4 km dərinlikdə günəş işığı əvəzinə qara siqaret çəkənlərin zəif şüalarından istifadə edən yaşıl kükürdlü GSB1 bakteriyası aşkar edilib. Lakin K.Svensonun hüceyrələr haqqında monoqrafiyasında yazdığı kimi: “Vəhşi təbiət üçün ilkin enerji mənbəyi görünən işığın enerjisidir”.

Canlı təbiətdə ən çox rast gəlinən oksigen fotosintezidir ki, bunun üçün işıq enerjisi, karbon qazı, su, fermentlər və xlorofil tələb olunur. Fotosintez üçün işıq xlorofil tərəfindən udulur, su hüceyrə divarının məsamələri vasitəsilə hüceyrələrə çatdırılır, karbon qazı diffuziya yolu ilə hüceyrələrə daxil olur.

Əsas fotosintetik piqmentlər xlorofillərdir. Xlorofillər (yunan dilindən chloros - yaşıl və phylon - yarpaq) iştirakı ilə fotosintez baş verən bitkilərin yaşıl piqmentləridir. Xlorofilin yaşıl rəngi mavi və qismən qırmızı şüaları udmaq üçün bir cihazdır. Və yaşıl şüalar bitkilərin bədənindən əks olunur, insan gözünün retinasına düşür, konusları qıcıqlandırır və rəngli vizual hisslərə səbəb olur. Buna görə bitkilər yaşıldır!

Xlorofillərdən başqa bitkilərdə köməkçi karotenoidlər, siyanobakteriyalar və qırmızı yosunlarda fikobilinlər var. Yaşıl

bənövşəyi bakteriyalarda isə mavi, bənövşəyi və hətta infraqırmızı şüaları udan bakterioklorofillər var.

Fotosintez ali bitkilərdə, yosunlarda, siyanobakteriyalarda, bəzi arxelərdə, yəni foto-avtotroflar kimi tanınan orqanizmlərdə baş verir. Bitkilərdə fotosintez xloroplastlarda, siyanobakteriyalarda və fotobakteriyalarda - fotopiqmentlərlə membranların daxili invaginasiyalarında həyata keçirilir.

Beləliklə, FOTOSİNTEZ işıq enerjisindən istifadə edərək və fotosintetik piqmentlərin iştirakı ilə qeyri-üzvi birləşmələrdən üzvi birləşmələrin əmələ gəlməsi prosesidir.

Fotosintezin işıqlı və qaranlıq fazalarının xüsusiyyətləri hansılardır?

Fotosintez prosesində iki mərhələ - işıqlı və qaranlıq fazalar fərqləndirilir (şək. 49).

Fotosintezin işıq mərhələsi işığın iştirakı ilə xloroplastların qranada baş verir. Bu mərhələ işıq kvantlarının xlorofil molekulu tərəfindən udulduğu andan başlayır. Bu zaman xlorofil molekulundakı maqnezium atomunun elektronları potensial enerjini toplayaraq daha yüksək enerji səviyyəsinə keçir. Həyəcanlanan elektronların əhəmiyyətli bir hissəsi ATP əmələ gəlməsi və NADP-nin (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) azalması üçün onu digər kimyəvi birləşmələrə ötürür. Belə uzun adı olan bu birləşmə hüceyrədə hidrogenin universal bioloji daşıyıcısıdır. İşığın təsiri altında suyun parçalanması prosesi - fotoliz baş verir. Bu, elektronlar (e“), protonlar (H +) və əlavə məhsul olaraq molekulyar oksigen istehsal edir. Hidrogen protonları H+, yüksək enerji səviyyəsinə malik elektronları birləşdirərək, NADP+-nı NADP-yə endirmək üçün istifadə olunan atom hidrogeninə çevrilir. N. Beləliklə, işıq fazasının əsas prosesləri aşağıdakılardır: 1) suyun fotolizi (oksigenin əmələ gəlməsi ilə işığın təsiri altında suyun parçalanması); 2) NADP-nin azaldılması (NADP-yə hidrogen atomunun əlavə edilməsi); 3) fotofosforlaşma (ADP-dən ATP əmələ gəlməsi).

Beləliklə, işıq fazası işıq enerjisi hesabına molekulyar oksigen, atom hidrogen və ATP əmələ gəlməsini təmin edən proseslər toplusudur.

Fotosintezin qaranlıq mərhələsi xloroplastların stromasında baş verir. Onun prosesləri işıqdan asılı deyil və hüceyrənin qlükoza ehtiyacından asılı olaraq həm işıqda, həm də qaranlıqda gedə bilər. Qaranlıq fazanın əsasını karbon qazının fiksasiya dövrü və ya Kalvin dövrü adlanan tsiklik reaksiya təşkil edir. Bu prosesi ilk dəfə kimya üzrə Nobel mükafatı laureatı (1961) amerikalı biokimyaçı Melvin Kalvin (1911 - 1997) öyrənmişdir. Qaranlıq fazada karbon qazından qlükoza, NADP-dən hidrogen və ATP enerjisindən sintez olunur. CO2 fiksasiya reaksiyaları yer üzündə ən çox yayılmış ferment olan ribuloza bifosfat karboksilaza (Rubisco) tərəfindən kataliz edilir.

Beləliklə, qaranlıq faza ATP-nin kimyəvi enerjisi sayəsində karbon mənbəyi olan karbon qazı və hidrogen mənbəyi olan sudan istifadə edərək qlükoza əmələ gəlməsini təmin edən tsiklik reaksiyalar toplusudur.

Fotosintezin planetar rolu nədir?

Fotosintezin biosfer üçün əhəmiyyətini qiymətləndirmək olmaz. Məhz bu proses vasitəsilə Günəşin işıq enerjisi foto-avtotroflar tərəfindən ümumiyyətlə ilkin üzvi maddələr verən karbohidratların kimyəvi enerjisinə çevrilir. Qida zəncirləri onunla başlayır, enerji heterotrof orqanizmlərə ötürülür. Bitkilər otyeyənlər üçün qida rolunu oynayır və bununla da lazımi qidaları alırlar. Sonra otyeyənlər yırtıcılar üçün qida olur, onlar da enerjiyə ehtiyac duyurlar, onsuz həyat mümkün deyil.

Günəş enerjisinin yalnız kiçik bir hissəsi bitkilər tərəfindən tutulur və fotosintez üçün istifadə olunur. Günəşin enerjisi əsasən buxarlanmaq və yer səthinin temperatur rejimini saxlamaq üçün istifadə olunur. Belə ki, günəş enerjisinin yalnız 40-50%-i biosferə nüfuz edir və günəş enerjisinin yalnız 1-2%-i sintez edilmiş üzvi maddələrə çevrilir.

Yaşıl bitkilər və siyanobakteriyalar atmosferin qaz tərkibinə təsir göstərir. Müasir atmosferdəki bütün oksigen fotosintezin məhsuludur. Atmosferin əmələ gəlməsi yer səthinin vəziyyətini tamamilə dəyişdirdi, aerob tənəffüsün meydana gəlməsini mümkün etdi. Daha sonra təkamül prosesində ozon təbəqəsi əmələ gəldikdən sonra canlı orqanizmlər quruya çıxdılar. Bundan əlavə, fotosintez CO 2-nin yığılmasının qarşısını alır və planeti həddindən artıq istidən qoruyur.

Beləliklə, fotosintez Yer planetinin canlı təbiətinin mövcudluğunu təmin edən planetar əhəmiyyət kəsb edir.

FƏALİYYƏT Uyğun tapşırığı

Cədvəldən istifadə edərək, fotosintezi aerob tənəffüslə müqayisə edin və plastik və enerji mübadiləsi arasındakı əlaqə haqqında nəticə çıxarın.

FOTOSİNTEZ VƏ AEROB TƏHƏFƏNİN MÜQAYISƏLİ XARAKTERİSTİKASI

Bilik tətbiqi tapşırığı

Bitkilərdə fotosintez prosesinin təşkili səviyyələrini tanıyın və adlandırın. Bitki orqanizminin təşkilinin müxtəlif səviyyələrində fotosintez üçün uyğunlaşmalarını adlandırın.

MÜNASİBƏT Biologiya + Ədəbiyyat

Fotosintezin ən məşhur tədqiqatçılarından biri olan K. A. Timiryazev (1843 - 1920) yazırdı: "Xlorofilin mikroskopik yaşıl dənəsi Günəşin enerjisinin bir ucundan axdığı dünya məkanında bir fokus, nöqtədir və həyatın bütün təzahürləri yerdəki digərindən qaynaqlanır. Göydən od oğurlayan əsl Prometeydir. Onun oğurladığı günəş şüası həm parıldayan uçurumda, həm də göz qamaşdıran elektrik qığılcımında yanır. Günəşin şüası nəhəng buxar maşınının volanını, rəssamın fırçasını, şairin qələmini hərəkətə gətirir. Biliklərinizi tətbiq edin və Günəş şüasının şairin qələmini hərəkətə gətirdiyi ifadəsini sübut edin.

Bu dərslik materialıdır.

Fotosintez işıq enerjisinin kimyəvi bağ enerjisinə çevrilməsidir.üzvi birləşmələr.

Fotosintez bitkilər, o cümlədən bütün yosunlar, bir sıra prokaryotlar, o cümlədən siyanobakteriyalar və bəzi birhüceyrəli eukariotlar üçün xarakterikdir.

Əksər hallarda fotosintez əlavə məhsul kimi oksigen (O2) əmələ gətirir. Ancaq bu həmişə belə deyil, çünki fotosintez üçün bir neçə fərqli yol var. Oksigenin sərbəst buraxılması halında, onun mənbəyi fotosintez ehtiyacları üçün hidrogen atomlarının ayrıldığı sudur.

Fotosintez müxtəlif piqmentlərin, fermentlərin, kofermentlərin və s.-nin iştirak etdiyi bir çox reaksiyalardan ibarətdir.Əsas piqmentlər xlorofillər, onlardan əlavə karotenoidlər və fikobilinlərdir.

Təbiətdə bitki fotosintezinin iki yolu geniş yayılmışdır: C 3 və C 4. Digər orqanizmlərin öz spesifik reaksiyaları var. Bu müxtəlif prosesləri “fotosintez” termini altında birləşdirən odur ki, onların hamısında ümumilikdə foton enerjisinin kimyəvi bağa çevrilməsi baş verir. Müqayisə üçün: kemosintez zamanı bəzi birləşmələrin kimyəvi bağının enerjisi (qeyri-üzvi) digərlərinə - üzviyə çevrilir.

Fotosintezin iki mərhələsi var - işıqlı və qaranlıq. Birincisi, reaksiyaların davam etməsi üçün zəruri olan işıq şüalanmasından (hν) asılıdır. Qaranlıq faza işıqdan müstəqildir.

Bitkilərdə fotosintez xloroplastlarda baş verir. Bütün reaksiyalar nəticəsində ilkin üzvi maddələr əmələ gəlir ki, onlardan sonra karbohidratlar, amin turşuları, yağ turşuları və s. sintez olunur.Adətən, fotosintezin ümumi reaksiyası aşağıdakılara nisbətdə yazılır. qlükoza - fotosintezin ən çox yayılmış məhsulu:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

O 2 molekulunu təşkil edən oksigen atomları karbon dioksiddən deyil, sudan alınır. Karbon qazı karbon mənbəyidir hansı daha vacibdir. Bağlandığına görə bitkilər üzvi maddələri sintez etmək imkanı əldə edirlər.

Yuxarıda göstərilən kimyəvi reaksiya ümumiləşdirilmiş və ümumidir. Bu, prosesin mahiyyətindən uzaqdır. Beləliklə, qlükoza altı fərdi karbon dioksid molekulundan əmələ gəlmir. CO 2-nin bağlanması əvvəlcə mövcud olan beş karbonlu şəkərə bağlanan bir molekulda baş verir.

Prokaryotların öz fotosintez xüsusiyyətləri var. Beləliklə, bakteriyalarda əsas piqment bakterioklorofildir və oksigen buraxılmır, çünki hidrogen sudan deyil, çox vaxt hidrogen sulfiddən və ya digər maddələrdən alınır. Mavi-yaşıl yosunlarda əsas piqment xlorofildir və fotosintez zamanı oksigen ayrılır.

Fotosintezin işıq mərhələsi

Fotosintezin işıq fazasında radiasiya enerjisi hesabına ATP və NADP·H 2 sintez olunur. Baş verir xloroplastların tilakoidləri üzərində, burada piqmentlər və fermentlər elektronların və qismən hidrogen protonlarının ötürüldüyü elektrokimyəvi dövrələrin işləməsi üçün mürəkkəb komplekslər əmələ gətirir.

Elektronlar mənfi yüklü olaraq protonların bir hissəsini özünə cəlb edən və NADP H 2-yə çevrilən NADP koenzimində sona çatır. Həmçinin, tilakoid membranın bir tərəfində protonların, digər tərəfində isə elektronların yığılması elektrokimyəvi qradiyenti yaradır, onun potensialından ATP sintetaza fermenti ADP və fosfor turşusundan ATP sintez etmək üçün istifadə edir.

Fotosintezin əsas piqmentləri müxtəlif xlorofillərdir. Onların molekulları müəyyən, qismən fərqli işıq spektrlərinin radiasiyasını tutur. Bu zaman xlorofil molekullarının bəzi elektronları daha yüksək enerji səviyyəsinə keçir. Bu qeyri-sabit vəziyyətdir və nəzəri olaraq elektronlar eyni şüalanma vasitəsi ilə xaricdən alınan enerjini kosmosa verməli və əvvəlki səviyyəyə qayıtmalıdırlar. Bununla belə, fotosintetik hüceyrələrdə həyəcanlanmış elektronlar qəbuledicilər tərəfindən tutulur və enerjilərinin tədricən azalması ilə daşıyıcılar zənciri boyunca köçürülür.

Tilakoid membranlarda işığa məruz qaldıqda elektronlar yayan iki növ fotosistem var. Fotosistemlər elektronların qopduğu reaksiya mərkəzi olan, əsasən xlorofil piqmentlərindən ibarət mürəkkəb kompleksdir. Fotosistemdə günəş işığı çoxlu molekulları tutur, lakin bütün enerji reaksiya mərkəzində toplanır.

Fotosistem I elektronları daşıyıcı zəncirindən keçərək NADP-ni bərpa edir.

Fotosistem II-dən ayrılan elektronların enerjisi ATP sintez etmək üçün istifadə olunur. Fotosistem II elektronları isə I fotosisteminin elektron dəliklərini doldurur.

İkinci fotosistemin dəlikləri nəticəsində əmələ gələn elektronlarla doldurulur su fotolizi. Fotoliz də işığın iştirakı ilə baş verir və H 2 O-nun protonlara, elektronlara və oksigenə parçalanmasından ibarətdir. Məhz suyun fotolizi nəticəsində sərbəst oksigen əmələ gəlir. Protonlar elektrokimyəvi qradiyentin yaradılmasında və NADP-nin azaldılmasında iştirak edirlər. Elektronlar II fotosistem xlorofili tərəfindən qəbul edilir.

Fotosintezin işıq fazasının təxmini xülasə tənliyi:

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

Siklik elektron nəqli

Sözdə fotosintezin tsiklik olmayan işıq mərhələsi. Daha varmı NADP reduksiyası baş vermədikdə siklik elektron nəqli. Bu zaman I fotosistemdən elektronlar ATP-nin sintez olunduğu daşıyıcı zəncirinə keçir. Yəni bu elektron daşıma zənciri elektronları II deyil, I fotosistemdən alır. İlk fotosistem, sanki, bir dövrü həyata keçirir: buraxılan elektronlar ona qayıdır. Yolda enerjilərinin bir hissəsini ATP sintezinə sərf edirlər.

Fotofosforlaşma və oksidləşdirici fosforlaşma

Fotosintezin işıq mərhələsini hüceyrə tənəffüsünün mərhələsi ilə müqayisə etmək olar - mitoxondrial kristallarda baş verən oksidləşdirici fosforlaşma. Orada da ATP sintezi elektronların və protonların daşıyıcı zəncir boyunca köçürülməsi hesabına baş verir. Lakin fotosintez zamanı enerji ATP-də hüceyrənin ehtiyacları üçün deyil, əsasən fotosintezin qaranlıq fazasının ehtiyacları üçün saxlanılır. Əgər tənəffüs zamanı üzvi maddələr ilkin enerji mənbəyi kimi xidmət edirsə, fotosintez zamanı günəş işığıdır. Fotosintez zamanı ATP sintezi adlanır fotofosforlaşma oksidləşdirici fosforlaşmadan daha çox.

Fotosintezin qaranlıq mərhələsi

Fotosintezin qaranlıq fazası ilk dəfə Kalvin, Benson, Bassem tərəfindən ətraflı tədqiq edilmişdir. Onların kəşf etdiyi reaksiyalar dövrü sonralar Kalvin dövrü və ya C 3 -fotosintez adlandırıldı. Bəzi bitki qruplarında dəyişdirilmiş fotosintez yolu müşahidə olunur - C 4, həmçinin Hatch-Slack dövrü adlanır.

Fotosintezin qaranlıq reaksiyalarında CO 2 sabitləşir. Qaranlıq faza xloroplastın stromasında baş verir.

CO 2-nin bərpası ATP-nin enerjisi və işıq reaksiyalarında əmələ gələn NADP·H 2-nin azaldıcı gücü hesabına baş verir. Onlar olmadan karbon fiksasiyası baş vermir. Buna görə də, qaranlıq faza birbaşa işıqdan asılı olmasa da, adətən işıqda da davam edir.

Kalvin dövrü

Qaranlıq fazanın ilk reaksiyası CO 2 əlavə edilməsidir ( karboksilləşməe) 1,5-ribuloz bifosfata ( ribuloza 1,5-difosfat) – RiBF. Sonuncu ikiqat fosforlanmış ribozadır. Bu reaksiya ribuloza-1,5-difosfat karboksilaza fermenti tərəfindən kataliz edilir. rubisko.

Karboksilləşmə nəticəsində hidroliz nəticəsində iki üç karbonlu molekula parçalanan qeyri-sabit altı karbonlu birləşmə əmələ gəlir. fosfogliserik turşusu (PGA) fotosintezin ilk məhsuludur. FHA-ya fosfogliserat da deyilir.

RiBP + CO 2 + H 2 O → 2FGK

FHA üç karbon atomunu ehtiva edir, onlardan biri turşu karboksil qrupunun (-COOH) bir hissəsidir:

FHA üç karbonlu şəkərə (gliseraldehid fosfat) çevrilir. trioz fosfat (TF), artıq aldehid qrupunu (-CHO) ehtiva edir:

FHA (3-turşu) → TF (3-şəkər)

Bu reaksiya ATP enerjisini və NADP · H 2 azaldıcı gücünü sərf edir. TF fotosintezin ilk karbohidratıdır.

Bundan sonra trioz fosfatın çox hissəsi yenidən CO 2-ni bağlamaq üçün istifadə olunan ribuloza bisfosfatın (RiBP) bərpasına sərf olunur. Regenerasiya 3-7 karbon atomu olan şəkər fosfatları ilə ATP istehlak edən bir sıra reaksiyaları əhatə edir.

RiBF-nin bu dövründə Kalvin dövrü başa çatır.

Onda əmələ gələn TF-nin daha kiçik bir hissəsi Kalvin siklini tərk edir. Karbon dioksidin 6 bağlı molekulu baxımından məhsuldarlıq 2 molekul trioz fosfatdır. Dövrün giriş və çıxış məhsulları ilə ümumi reaksiyası:

6CO 2 + 6H 2 O → 2TF

Eyni zamanda bağlanmada 6 RiBP molekulu iştirak edir və 12 FHA molekulu əmələ gəlir ki, bunlar 12 TF-yə çevrilir, onlardan 10 molekul dövrədə qalır və 6 RiBP molekuluna çevrilir. TF üç karbonlu şəkər, RiBP isə beş karbonlu olduğundan, karbon atomlarına münasibətdə bizdə: 10 * 3 = 6 * 5. Dövrü təmin edən karbon atomlarının sayı dəyişmir, bütün zəruri RiBP bərpa olunur. Dövrə daxil olan altı karbon dioksid molekulu, dövrü tərk edərək iki trioz fosfat molekulunun meydana gəlməsinə sərf olunur.

6 bağlı CO 2 molekuluna əsaslanan Kalvin dövrü fotosintezin işıq fazasının reaksiyalarında sintez edilmiş 18 ATP molekulunu və 12 NADP · H 2 molekulunu istehlak edir.

Hesablama dövrü tərk edən iki trioz fosfat molekulu üçün aparılır, çünki sonradan əmələ gələn qlükoza molekuluna 6 karbon atomu daxildir.

Trioz fosfat (TF) Kalvin dövrünün son məhsuludur, lakin onu fotosintezin son məhsulu adlandırmaq çətindir, çünki o, demək olar ki, yığılmır, lakin digər maddələrlə reaksiya verərək qlükoza, saxaroza, nişasta, yağlara çevrilir. yağ turşuları, amin turşuları. TF ilə yanaşı, FHA mühüm rol oynayır. Lakin belə reaksiyalar təkcə fotosintetik orqanizmlərdə baş vermir. Bu mənada fotosintezin qaranlıq mərhələsi Kalvin dövrü ilə eynidir.

PHA mərhələli enzimatik kataliz yolu ilə altı karbonlu şəkərə çevrilir. fruktoza-6-fosfat, çevrilir qlükoza. Bitkilərdə qlükoza polimerləşərək nişasta və sellülozaya çevrilə bilər. Karbohidratların sintezi qlikolizin əks prosesinə bənzəyir.

fototənəffüs

Oksigen fotosintezi maneə törədir. Ətraf mühitdə O 2 nə qədər çox olarsa, CO 2 sekvestr prosesi bir o qədər az səmərəli olar. Fakt budur ki, ribuloza bisfosfat karboksilaza fermenti (rubisko) təkcə karbon qazı ilə deyil, həm də oksigenlə reaksiya verə bilər. Bu vəziyyətdə qaranlıq reaksiyalar bir qədər fərqlidir.

Fosfoqlikolat fosfoqlikolik turşudur. Fosfat qrupu dərhal ondan ayrılır və qlikolik turşuya (qlikolata) çevrilir. Onun "istifadəsi" üçün yenidən oksigen lazımdır. Buna görə də, atmosferdə oksigen nə qədər çox olarsa, o, fototənəffüsü bir o qədər stimullaşdıracaq və bitkinin reaksiya məhsullarından qurtulması üçün daha çox oksigenə ehtiyacı olacaq.

Fotonəfəs oksigenin işıqdan asılı istehlakı və karbon qazının sərbəst buraxılmasıdır. Yəni qazların mübadiləsi tənəffüs zamanı olduğu kimi baş verir, lakin xloroplastlarda baş verir və işıq şüalanmasından asılıdır. Fotonəfəs işığa bağlıdır, çünki ribuloza bifosfat yalnız fotosintez zamanı əmələ gəlir.

Fototənəffüs zamanı karbon atomları fosfogliserin turşusu (fosfogliserat) şəklində qlikolatdan Kalvin dövrünə qaytarılır.

2 Glikolat (C 2) → 2 Qlioksilat (C 2) → 2 Qlisin (C 2) - CO 2 → Serin (C 3) → Hidroksipiruvat (C 3) → Qliserat (C 3) → FGK (C 3)

Gördüyünüz kimi, qayıdış tam deyil, çünki iki molekul qlisin amin turşusu serinin bir molekuluna çevrildikdə bir karbon atomu itir, karbon qazı isə sərbəst buraxılır.

Oksigen glikolatın qlikoksilata və qlisinin serinə çevrilməsi mərhələlərində lazımdır.

Qlikolatın qlikoksilata, sonra isə qlisinə çevrilməsi peroksisomlarda, serin isə mitoxondriyada sintez olunur. Serin yenidən peroksizomlara daxil olur, burada əvvəlcə hidroksipiruvat, sonra isə qliserat əmələ gətirir. Gliserat artıq FHA-nın ondan sintez olunduğu xloroplastlara daxil olur.

Fototənəffüs əsasən C3 tipli fotosintezi olan bitkilər üçün xarakterikdir. Zərərli hesab edilə bilər, çünki enerji glikolatın FHA-ya çevrilməsinə sərf olunur. Görünür, fototənəffüs qədim bitkilərin atmosferdə çoxlu miqdarda oksigenə hazır olmaması səbəbindən yaranıb. Əvvəlcə onların təkamülü karbon qazı ilə zəngin bir atmosferdə baş verdi və əsasən rubisko fermentinin reaksiya mərkəzini ələ keçirdi.

C 4 -fotosintez və ya Hatch-Slack dövrü

Əgər C 3 fotosintezində qaranlıq fazanın ilk məhsulu üç karbon atomunu ehtiva edən fosfogliserin turşusudursa, C 4 yolunda ilk məhsullar dörd karbon atomu olan turşulardır: malik, oksaloasetik, aspartik.

C 4 -fotosintez bir çox tropik bitkilərdə, məsələn, şəkər qamışında, qarğıdalıda müşahidə olunur.

C 4 -bitkilər dəm qazını daha səmərəli udur, onların fototənəffüsü demək olar ki, yoxdur.

Fotosintezin qaranlıq fazasının C 4 yolu ilə davam etdiyi bitkilər xüsusi yarpaq quruluşuna malikdirlər. Onda keçirici bağlamalar ikiqat hüceyrə təbəqəsi ilə əhatə olunmuşdur. Daxili təbəqə keçirici şüanın astarıdır. Xarici təbəqə mezofil hüceyrələridir. Xloroplast hüceyrə təbəqələri bir-birindən fərqlənir.

Mezofilik xloroplastlar iri taxıllar, fotosistemlərin yüksək aktivliyi, RiBP karboksilaza fermentinin (rubisko) və nişastanın olmaması ilə xarakterizə olunur. Yəni bu hüceyrələrin xloroplastları əsasən fotosintezin yüngül fazasına uyğunlaşdırılmışdır.

Keçirici dəstənin hüceyrələrinin xloroplastlarında qrana demək olar ki, inkişaf etməmişdir, lakin RiBP karboksilazasının konsentrasiyası yüksəkdir. Bu xloroplastlar fotosintezin qaranlıq fazasına uyğunlaşdırılmışdır.

Karbon dioksid əvvəlcə mezofil hüceyrələrinə daxil olur, üzvi turşularla birləşir, bu formada qabıq hüceyrələrinə daşınır, ayrılır və sonra C3 bitkilərində olduğu kimi bağlanır. Yəni, C 4 yolu C 3-ü əvəz etmək əvəzinə tamamlayır.

Mezofildə CO 2 dörd karbon atomunu ehtiva edən oksaloasetat (turşu) əmələ gətirmək üçün fosfoenolpiruvata (PEP) əlavə edilir:

Reaksiya CO 2 üçün rubisko ilə müqayisədə daha yüksək yaxınlığa malik olan PEP-karboksilaza fermentinin iştirakı ilə baş verir. Bundan əlavə, PEP-karboksilaza oksigenlə qarşılıqlı təsir göstərmir və buna görə də fotonəfəsə sərf edilmir. Beləliklə, C4 fotosintezinin üstünlüyü karbon qazının daha səmərəli fiksasiyası, qabıq hüceyrələrində konsentrasiyasının artması və nəticədə fototənəffüs üçün demək olar ki, istehlak edilməyən RiBP karboksilazasının daha səmərəli işləməsidir.

Oksaloasetat 4-karbon dikarboksilik turşuya (malat və ya aspartat) çevrilir, bu da damar bağlamalarını əhatə edən hüceyrələrin xloroplastlarına daşınır. Burada turşu dekarboksillənir (CO2-nin çıxarılması), oksidləşir (hidrogenin çıxarılması) və piruvata çevrilir. Hidrogen NADP-ni bərpa edir. Piruvat mezofillə qayıdır, burada ATP istehlakı ilə PEP ondan regenerasiya olunur.

Astarlı hüceyrələrin xloroplastlarında qopan CO 2 fotosintezin qaranlıq fazasının adi C 3 yoluna, yəni Kalvin dövrünə keçir.

Hatch-Slack yolu boyunca fotosintez daha çox enerji tələb edir.

Hesab olunur ki, C 4 yolu C 3 yolundan daha gec inkişaf edib və bir çox cəhətdən fotonəfəs almaya qarşı uyğunlaşmadır.

Planetdəki hər bir canlının yaşaması üçün qidaya və ya enerjiyə ehtiyacı var. Bəzi orqanizmlər digər canlılarla qidalanır, bəziləri isə öz qida maddələrini istehsal edə bilir. Fotosintez adlanan prosesdə öz qidalarını, qlükozanı hazırlayırlar.

Fotosintez və tənəffüs bir-biri ilə əlaqəlidir. Fotosintezin nəticəsi bədəndə kimyəvi enerji kimi saxlanılan qlükozadır. Bu saxlanan kimyəvi enerji qeyri-üzvi karbonun (karbon dioksidin) üzvi karbona çevrilməsindən əldə edilir. Nəfəs alma prosesi yığılmış kimyəvi enerjini buraxır.

Bitkilər istehsal etdikləri məhsullarla yanaşı, yaşamaq üçün karbon, hidrogen və oksigenə də ehtiyac duyurlar. Torpaqdan udulan su hidrogen və oksigen verir. Fotosintez zamanı qida sintezi üçün karbon və su istifadə olunur. Bitkilərin amin turşuları hazırlamaq üçün də nitratlara ehtiyacı var (amin turşusu zülal hazırlamaq üçün tərkib hissəsidir). Bundan əlavə, xlorofil istehsal etmək üçün maqneziuma ehtiyac duyurlar.

Qeyd: Digər qidalardan asılı olan canlılar deyilir. İnək kimi ot yeyənlər, həmçinin həşərat yeyən bitkilər heterotroflara misal ola bilər. Öz qidasını istehsal edən canlılara deyilir. Yaşıl bitkilər və yosunlar avtotroflara misaldır.

Bu yazıda siz bitkilərdə fotosintezin necə baş verdiyini və bu proses üçün lazım olan şərtləri öyrənəcəksiniz.

Fotosintezin tərifi

Fotosintez bitkilərin, bəzilərinin və yosunların enerji mənbəyi kimi yalnız işıqdan istifadə edərək karbon qazı və sudan qlükoza və oksigen istehsal etdiyi kimyəvi prosesdir.

Bu proses Yerdəki həyat üçün son dərəcə vacibdir, çünki bütün həyatın asılı olduğu oksigeni buraxır.

Bitkilər nə üçün qlükoza (qida) lazımdır?

İnsanlar və digər canlılar kimi bitkilərin də yaşaması üçün qidaya ehtiyacı var. Bitkilər üçün qlükoza dəyəri aşağıdakı kimidir:

• Fotosintez nəticəsində əldə edilən qlükoza tənəffüs zamanı bitkinin digər həyati proseslər üçün ehtiyac duyduğu enerjini buraxmaq üçün istifadə olunur.
• Bitki hüceyrələri də qlükozanın bir hissəsini nişastaya çevirir və lazım olduqda istifadə olunur. Bu səbəbdən ölü bitkilər kimyəvi enerji saxladıqları üçün biokütlə kimi istifadə edilir.
• Qlükoza böyümə və digər vacib proseslər üçün lazım olan zülallar, yağlar və bitki şəkərləri kimi digər kimyəvi maddələrin istehsalı üçün də lazımdır.

Fotosintezin fazaları

Fotosintez prosesi iki mərhələyə bölünür: işıqlı və qaranlıq.

Fotosintezin işıq mərhələsi

Adından da göründüyü kimi, işıq fazaları günəş işığına ehtiyac duyur. İşığa bağlı reaksiyalarda günəş işığının enerjisi xlorofil tərəfindən udulur və elektron daşıyıcı molekul NADPH (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) və enerji molekulu ATP (adenozin trifosfat) şəklində yığılmış kimyəvi enerjiyə çevrilir. Xloroplast daxilində tilakoid membranlarda işıq fazaları baş verir.

Fotosintezin qaranlıq mərhələsi və ya Kalvin dövrü

Qaranlıq fazada və ya Kalvin dövründə, işıq fazasından həyəcanlanan elektronlar karbon dioksid molekullarından karbohidratların əmələ gəlməsi üçün enerji verir. İşıqdan asılı olmayan fazalar prosesin siklik xarakterinə görə bəzən Kalvin dövrü adlanır.

Qaranlıq fazalar işıqdan reaktiv kimi istifadə etməsələr də (və nəticədə gündüz və ya gecə baş verə bilər), işləmək üçün işıqdan asılı reaksiyaların məhsullarını tələb edirlər. İşıqdan asılı olmayan molekullar yeni karbohidrat molekulları yaratmaq üçün enerji daşıyıcısı olan ATP və NADPH molekullarından asılıdır. Enerjinin molekullara ötürülməsindən sonra enerji daşıyıcıları daha enerjili elektronlar əldə etmək üçün işıq fazalarına qayıdırlar. Bundan əlavə, bir neçə qaranlıq faza fermenti işıqla aktivləşdirilir.

Fotosintezin fazalarının diaqramı

Qeyd: Bu o deməkdir ki, bitkilər işıq fazalarının məhsullarından istifadə etdikləri üçün çox uzun müddət işıqdan məhrum olarsa, qaranlıq fazalar davam etməyəcək.

Bitki yarpaqlarının quruluşu

Biz yarpaq quruluşunu bilmədən fotosintezi tam başa düşə bilmərik. Yarpaq fotosintez prosesində mühüm rol oynamağa uyğunlaşdırılmışdır.

Yarpaqların xarici quruluşu

• Kvadrat

Bitkilərin ən vacib xüsusiyyətlərindən biri yarpaqların geniş səth sahəsidir. Yaşıl bitkilərin əksəriyyəti fotosintez üçün lazım olan qədər günəş enerjisini (günəş işığı) tuta bilən geniş, düz və açıq yarpaqlara malikdir.

• Mərkəzi damar və petiole

Orta damar və petiole birləşərək yarpağın əsasını təşkil edir. Petiole yarpağı elə yerləşdirir ki, mümkün qədər çox işıq alsın.

• yarpaq bıçağı

Sadə yarpaqlarda bir, mürəkkəb yarpaqlarda isə bir neçə var. Yarpaq yarpağı fotosintez prosesində birbaşa iştirak edən yarpağın ən vacib komponentlərindən biridir.

• damarlar

Yarpaqlardakı damarlar şəbəkəsi suyu gövdələrdən yarpaqlara aparır. Buraxılan qlükoza da damarlar vasitəsilə yarpaqlardan bitkinin digər hissələrinə göndərilir. Bundan əlavə, yarpağın bu hissələri daha çox günəş işığını tutmaq üçün yarpaq boşqabını dəstəkləyir və düz tutur. Damarların düzülüşü (venasiya) bitki növündən asılıdır.

• yarpaq bazası

Yarpağın əsası onun gövdəsi ilə birgə olan ən aşağı hissəsidir. Çox vaxt yarpağın dibində bir cüt stipul var.

• yarpaq kənarı

Bitki növündən asılı olaraq, yarpaq kənarı müxtəlif formalı ola bilər, o cümlədən: bütöv, dişli, dişli, çentikli, çəngəl və s.

• Yarpaq ucu

Yarpağın kənarı kimi, zirvə də müxtəlif formalarda olur, o cümlədən: iti, yuvarlaq, küt, uzanmış, geri çəkilmiş və s.

Yarpaqların daxili quruluşu

Aşağıda yarpaq toxumalarının daxili quruluşunun yaxın diaqramı verilmişdir:

• Kütikül

Kütikül bitkinin səthində əsas, qoruyucu təbəqə rolunu oynayır. Bir qayda olaraq, təbəqənin yuxarı hissəsində daha qalındır. Kütikül bitkini sudan qoruyan muma bənzər bir maddə ilə örtülmüşdür.

• Epidermis

Epidermis yarpağın integumentar toxuması olan hüceyrə təbəqəsidir. Onun əsas funksiyası yarpağın daxili toxumalarını susuzlaşdırmadan, mexaniki zədələrdən və infeksiyalardan qorumaqdır. O, həmçinin qaz mübadiləsi və transpirasiya prosesini tənzimləyir.

• Mezofil

Mezofil bitkinin əsas toxumasıdır. Burada fotosintez prosesi baş verir. Əksər bitkilərdə mezofil iki təbəqəyə bölünür: üst təbəqə palizad, aşağı təbəqə süngərdir.

• Qoruyucu hüceyrələr

Qoruyucu hüceyrələr qaz mübadiləsini idarə etmək üçün istifadə olunan yarpaq epidermisində ixtisaslaşmış hüceyrələrdir. Onlar stomata qoruyucu funksiyanı yerinə yetirirlər. Su sərbəst mövcud olduqda stoma məsamələri genişlənir, əks halda qoruyucu hüceyrələr letargik olur.

• Stoma

Fotosintez havadan karbon qazının (CO2) stomata vasitəsilə mezofil toxumalarına nüfuz etməsindən asılıdır. Fotosintezin əlavə məhsulu kimi əldə edilən oksigen (O2) stoma vasitəsilə bitkidən çıxır. Stomatalar açıq olduqda, su buxarlanma yolu ilə itirilir və köklər tərəfindən alınan su ilə transpirasiya axını ilə doldurulmalıdır. Bitkilər havadan udulan CO2 miqdarını və stoma məsamələri vasitəsilə su itkisini balanslaşdırmağa məcbur olurlar.

Fotosintez üçün lazım olan şərtlər

Bitkilərin fotosintez prosesini həyata keçirməsi üçün aşağıdakı şərtlər lazımdır:

• Karbon qazı. Havada olan rəngsiz, qoxusuz təbii qaz və CO2 elmi təyinatına malikdir. Karbon və üzvi birləşmələrin yanması zamanı əmələ gəlir, həmçinin tənəffüs zamanı baş verir.
• Su. Şəffaf maye kimyəvi, qoxusuz və dadsız (normal şəraitdə).
• İşıq. Süni işıqlandırma bitkilər üçün də uyğun olsa da, təbii günəş işığı ümumiyyətlə bitkilərə müsbət təsir göstərən təbii ultrabənövşəyi şüaları ehtiva etdiyi üçün fotosintez üçün ən yaxşı şərait yaradır.
• Xlorofil. Bitkilərin yarpaqlarında olan yaşıl piqmentdir.
• Qida və minerallar. Bitki kökləri torpaqdan hopduran kimyəvi maddələr və üzvi birləşmələr.

Fotosintez nəticəsində nə əmələ gəlir?

• qlükoza;
• oksigen.

(İşıq enerjisi maddə olmadığı üçün mötərizədə göstərilir)

Qeyd: Bitkilər CO2-ni yarpaqları vasitəsilə havadan, suyu isə kökləri vasitəsilə torpaqdan alırlar. İşıq enerjisi Günəşdən gəlir. Yaranan oksigen yarpaqlardan havaya buraxılır. Yaranan qlükoza digər maddələrə, məsələn, enerji anbarı kimi istifadə edilən nişastaya çevrilə bilər.

Fotosintezi təşviq edən amillər yoxdursa və ya qeyri-kafi miqdarda olarsa, bu, bitkiyə mənfi təsir göstərə bilər. Məsələn, az işıq bitkinin yarpaqlarını yeyən həşəratlar üçün əlverişli şərait yaradır, suyun olmaması isə onu ləngidir.

Fotosintez harada baş verir?

Fotosintez bitki hüceyrələrində, xloroplast adlanan kiçik plastidlərdə baş verir. Xloroplastlar (əsasən mezofil təbəqəsində olur) xlorofil adlı yaşıl maddədən ibarətdir. Aşağıda fotosintezi həyata keçirmək üçün xloroplastla işləyən hüceyrənin digər hissələri verilmişdir.

Bitki hüceyrəsinin quruluşu

Bitki hüceyrə hissələrinin funksiyaları

• : struktur və mexaniki dəstək verir, hüceyrələri bakteriyalardan qoruyur, hüceyrənin formasını sabitləşdirir və müəyyən edir, böyümə sürətini və istiqamətini idarə edir, bitkilərə forma verir.
• : fermentlər tərəfindən idarə olunan kimyəvi proseslərin əksəriyyəti üçün bir platforma təmin edir.
• : maddələrin hüceyrəyə daxil və xaricə hərəkətinə nəzarət edən maneə rolunu oynayır.
• : yuxarıda təsvir edildiyi kimi, onların tərkibində fotosintez zamanı işıq enerjisini udan yaşıl maddə olan xlorofil var.
• : hüceyrə sitoplazmasında su saxlayan boşluq.
• : hüceyrənin fəaliyyətinə nəzarət edən genetik nişanı (DNT) ehtiva edir.

Xlorofil fotosintez üçün lazım olan işıq enerjisini udur. Qeyd etmək lazımdır ki, işığın bütün rəng dalğa uzunluqları udulmur. Bitkilər əsasən qırmızı və mavi dalğa uzunluqlarını udurlar - yaşıl diapazonda işığı qəbul etmirlər.

Fotosintez zamanı karbon qazı

Bitkilər yarpaqları vasitəsilə havadan karbon qazını qəbul edirlər. Karbon qazı yarpağın altındakı kiçik bir çuxurdan - stomata sızır.

Yarpağın alt tərəfində karbon qazının yarpaqdakı digər hüceyrələrə çatmasını təmin etmək üçün boş yerləşdirilmiş hüceyrələr var. Həmçinin fotosintez nəticəsində yaranan oksigenin yarpaqdan asanlıqla çıxmasına imkan verir.

Karbon qazı nəfəs aldığımız havada çox aşağı konsentrasiyalarda mövcuddur və fotosintezin qaranlıq fazasında zəruri amildir.

Fotosintez prosesində işıq

Vərəq adətən böyük bir səth sahəsinə malikdir, buna görə də çoxlu işığı qəbul edə bilər. Onun üst səthi mum təbəqəsi (kutikula) ilə su itkisindən, xəstəlikdən və hava şəraitindən qorunur. Vərəqin yuxarı hissəsi işığın düşdüyü yerdir. Bu mezofil təbəqəsi palizad adlanır. Çox sayda xloroplast ehtiva etdiyi üçün çox miqdarda işığı udmaq üçün uyğunlaşdırılmışdır.

İşıq fazalarında fotosintez prosesi daha çox işıqla artır. Daha çox xlorofil molekulu ionlaşır və işıq fotonları yaşıl yarpağa yönəldilirsə, daha çox ATP və NADPH əmələ gəlir. İşıq fazalarında işıq son dərəcə vacib olsa da, qeyd etmək lazımdır ki, onun çoxluğu xlorofillə zərər verə bilər və fotosintez prosesini azalda bilər.

İşıq fazaları temperaturdan, sudan və ya karbon dioksiddən çox asılı deyil, baxmayaraq ki, onların hamısı fotosintez prosesini tamamlamaq üçün lazımdır.

Fotosintez zamanı su

Bitkilər fotosintez üçün lazım olan suyu kökləri vasitəsilə alırlar. Onların torpaqda bitən kök tükləri var. Köklər böyük bir səth sahəsi və nazik divarları ilə xarakterizə olunur ki, bu da suyun onlardan asanlıqla keçməsinə imkan verir.

Şəkildə kifayət qədər su (solda) və çatışmazlığı (sağda) olan bitkilər və onların hüceyrələri göstərilir.

Qeyd: Kök hüceyrələrində xloroplastlar yoxdur, çünki onlar adətən qaranlıqda olurlar və fotosintez edə bilmirlər.

Bitki kifayət qədər su qəbul etməzsə, quruyacaq. Su olmadan bitki kifayət qədər sürətli fotosintez edə bilməyəcək və hətta ölə bilər.

Suyun bitkilər üçün əhəmiyyəti nədir?

• Bitki sağlamlığını dəstəkləyən həll edilmiş minerallarla təmin edir;
• Nəqliyyat vasitəsidir;
• Sabitliyi və düzgünlüyünü dəstəkləyir;
• Soyuyur və nəmlə doyurur;
• Bitki hüceyrələrində müxtəlif kimyəvi reaksiyaların aparılmasına imkan verir.

Fotosintezin təbiətdəki əhəmiyyəti

Fotosintezin biokimyəvi prosesi günəş işığının enerjisindən su və karbon qazını oksigen və qlükoza çevirmək üçün istifadə edir. Qlükoza bitkilərdə toxuma inkişafı üçün tikinti materialı kimi istifadə olunur. Beləliklə, fotosintez köklərin, gövdələrin, yarpaqların, çiçəklərin və meyvələrin əmələ gəlməsi üsuludur. Fotosintez prosesi olmadan bitkilər böyüyə və çoxala bilməz.

• İstehsalçılar

Fotosintez qabiliyyətinə görə bitkilər istehsalçı kimi tanınır və Yer üzündəki demək olar ki, hər qida zəncirinin əsasını təşkil edir. (Yosunlar bitkinin ekvivalentidir). Yediyimiz bütün qidalar fotosintez edən orqanizmlərdən gəlir. Biz bu bitkiləri birbaşa yeyirik və ya bitki qidalarından istifadə edən inək və ya donuz kimi heyvanları yeyirik.

• Qida zəncirinin əsası

Su sistemləri daxilində bitkilər və yosunlar da qida zəncirinin əsasını təşkil edir. Yosunlar qida kimi xidmət edir, bu da öz növbəsində daha böyük orqanizmlər üçün qida mənbəyi kimi çıxış edir. Su mühitində fotosintez olmasaydı, həyat qeyri-mümkün olardı.

• Karbon qazının çıxarılması

Fotosintez karbon qazını oksigenə çevirir. Fotosintez zamanı atmosferdən karbon qazı bitkiyə daxil olur və sonra oksigen kimi buraxılır. Karbon dioksid səviyyəsinin həyəcan verici sürətlə artdığı müasir dünyada karbon qazını atmosferdən çıxaran istənilən proses ekoloji cəhətdən vacibdir.

• Qidalanma velosipedi

Bitkilər və digər fotosintetik orqanizmlər qida maddələrinin dövriyyəsində mühüm rol oynayır. Havadakı azot bitki toxumalarında sabitləşir və zülalların istehsalı üçün əlçatan olur. Torpaqda tapılan iz elementləri də bitki toxumasına daxil edilə və qida zəncirinin daha yuxarı hissəsindəki ot yeyənlərə təqdim edilə bilər.

• fotosintetik asılılıq

Fotosintez işığın intensivliyindən və keyfiyyətindən asılıdır. Bütün il boyu günəş işığının bol olduğu və suyun məhdudlaşdırıcı faktor olmadığı ekvatorda bitkilər yüksək inkişaf sürətinə malikdir və kifayət qədər böyük ola bilər. Əksinə, okeanın dərin hissələrində fotosintez daha az baş verir, çünki işıq bu təbəqələrə nüfuz etmir və nəticədə bu ekosistem daha qısırdır.

İşıq enerjisi ilə və ya enerjisiz. Bitkilər üçün xarakterikdir. Fotosintezin qaranlıq və işıqlı fazalarının nə olduğunu daha ətraflı nəzərdən keçirək.

Ümumi məlumat

Ali bitkilərdə fotosintez orqanı yarpaqdır. Xloroplastlar orqanoid rolunu oynayır. Onların tilakoidlərinin membranlarında fotosintetik piqmentlər var. Bunlar karotenoidlər və xlorofillərdir. Sonuncular bir neçə formada mövcuddur (a, c, b, d). Əsas a-xlorofildir. Onun molekulunda mərkəzdə yerləşən maqnezium atomu olan porfirin "başı", həmçinin fitol "quyruğu" var. Birinci element düz bir quruluş kimi təqdim olunur. "Baş" hidrofilikdir, buna görə də membranın su mühitinə yönəlmiş hissəsində yerləşir. Fitol "quyruğu" hidrofobikdir. Bunun sayəsində xlorofil molekulunu membranda saxlayır. Xlorofil mavi-bənövşəyi və qırmızı işığı udur. Onlar həmçinin yaşıl rəngi əks etdirərək bitkilərə xarakterik rəng verirlər. Tilaktik membranlarda xlorofil molekulları fotosistemlərdə təşkil olunur. Mavi-yaşıl yosunlar və bitkilər sistem 1 və 2 ilə xarakterizə olunur. Fotosintetik bakteriyalar yalnız birinciyə malikdir. İkinci sistem H 2 O-nu parçalaya və oksigeni buraxa bilər.

Fotosintezin işıq mərhələsi

Bitkilərdə baş verən proseslər mürəkkəb və çoxmərhələlidir. Xüsusilə, iki qrup reaksiyalar fərqləndirilir. Bunlar fotosintezin qaranlıq və işıqlı fazalarıdır. Sonuncu ATP fermentinin, elektron daşıyıcı zülalların və xlorofilin iştirakı ilə davam edir. Fotosintezin işıq mərhələsi tilaktoidlərin membranlarında baş verir. Xlorofil elektronları həyəcanlanır və molekulu tərk edir. Bundan sonra onlar tilaktik membranın xarici səthinə düşürlər. O, öz növbəsində, mənfi ittiham olunur. Oksidləşmədən sonra xlorofil molekullarının bərpası başlayır. Onlar intralakoid məkanında mövcud olan sudan elektron alırlar. Beləliklə, fotosintezin işıq fazası parçalanma (fotoliz) zamanı membranda davam edir: H 2 O + Q işıq → H + + OH -

Hidroksil ionları elektronlarını verərək reaktiv radikallara çevrilir:

OH - → .OH + e -

OH radikalları birləşərək sərbəst oksigen və suyu əmələ gətirir:

4NO. → 2H 2 O + O 2.

Bu zaman oksigen ətrafdakı (xarici) mühitə çıxarılır və protonlar tilaktoidin daxilində xüsusi "rezervuarda" toplanır. Nəticədə, fotosintezin işıq mərhələsinin davam etdiyi yerdə, tilaktik membran bir tərəfdən H + hesabına müsbət yük alır. Eyni zamanda, elektronlar sayəsində mənfi yüklənir.

ADP-nin fosforilasiyası

Fotosintezin işıq mərhələsinin davam etdiyi yerdə membranın daxili və xarici səthləri arasında potensial fərq var. 200 mV-ə çatdıqda, protonlar ATP sintetazasının kanalları vasitəsilə itələnir. Beləliklə, fotosintezin işıq mərhələsi ADP-nin ATP-yə fosforlaşdığı zaman membranda baş verir. Bu zaman atom hidrogeni nikotinamid adenin dinukleotid fosfat NADP+-nın xüsusi daşıyıcısının NADP.H2-yə reduksiyasına yönəldilir:

2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2

Beləliklə, fotosintezin işıq mərhələsi suyun fotolizini əhatə edir. Bu, öz növbəsində, üç əsas reaksiya ilə müşayiət olunur:

1. ATP sintezi.
2. Təhsil NADP.H 2.
3. Oksigenin əmələ gəlməsi.

Fotosintezin işıq mərhələsi sonuncunun atmosferə buraxılması ilə müşayiət olunur. NADP.H2 və ATP xloroplastın stromasına keçir. Bu, fotosintezin işıq mərhələsini tamamlayır.

Başqa bir qrup reaksiyalar

Fotosintezin qaranlıq fazası işıq enerjisi tələb etmir. Xloroplastın stromasına daxil olur. Reaksiyalar havadan gələn karbon qazının ardıcıl çevrilmə zənciri kimi təqdim olunur. Nəticədə qlükoza və digər üzvi maddələr əmələ gəlir. İlk reaksiya fiksasiyadır. RiBF karbon qazının qəbuledicisi kimi çıxış edir. Reaksiyada katalizator ribuloza bisfosfat karboksilazadır (ferment). RiBP-nin karboksilləşməsi nəticəsində altı karbonlu qeyri-sabit birləşmə əmələ gəlir. Demək olar ki, dərhal iki FHA molekuluna (fosfogliserik turşu) parçalanır. Bunun ardınca bir neçə ara məhsul vasitəsilə qlükoza çevrildiyi reaksiyalar dövrü gəlir. Onlar fotosintezin işıq mərhələsi davam edərkən çevrilmiş NADP.H 2 və ATP enerjilərindən istifadə edirlər. Bu reaksiyaların dövrü "Kalvin dövrü" adlanır. Aşağıdakı kimi təmsil oluna bilər:

6CO 2 + 24H+ + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O

Fotosintez zamanı qlükozadan başqa üzvi (mürəkkəb) birləşmələrin digər monomerləri əmələ gəlir. Bunlara, xüsusən də yağ turşuları, qliserin, amin turşuları, nukleotidlər daxildir.

C3 reaksiyaları

Onlar ilk məhsul kimi üç karbonlu birləşmələrin əmələ gəldiyi bir fotosintez növüdür. Yuxarıda Calvin dövrü kimi təsvir olunan odur. C3 fotosintezinin xarakterik xüsusiyyətləri bunlardır:

1. RiBP karbon qazı üçün qəbuledicidir.
2. Karboksilləşmə reaksiyası RiBP karboksilaza tərəfindən katalizlənir.
3. Altı karbonlu bir maddə əmələ gəlir ki, bu da sonradan 2 FHA-ya parçalanır.

Fosfogliserik turşusu TF-yə (trioz fosfatlara) qədər azaldılır. Onların bəziləri ribuloz bifosfatın bərpasına göndərilir, qalanları isə qlükoza çevrilir.

C4 reaksiyaları

Bu fotosintez növü dörd karbonlu birləşmələrin ilk məhsul kimi görünməsi ilə xarakterizə olunur. 1965-ci ildə bəzi bitkilərdə ilk olaraq C4 maddələrinin meydana gəldiyi aşkar edilmişdir. Məsələn, bu darı, sorqo, şəkər qamışı, qarğıdalı üçün müəyyən edilmişdir. Bu mədəniyyətlər C4 bitkiləri kimi tanındı. Növbəti il, 1966-cı ildə Slack and Hatch (Avstraliya alimləri) onların demək olar ki, tamamilə fotonəfəs almadığını aşkar etdilər. Belə C4 bitkilərinin karbon qazını udmaqda daha səmərəli olduğu da aşkar edilmişdir. Nəticədə, belə mədəniyyətlərdə karbon çevrilmə yolu Hatch-Slack yolu kimi istinad edilmişdir.

Nəticə

Fotosintezin əhəmiyyəti çox böyükdür. Onun sayəsində karbon qazı hər il böyük həcmdə (milyardlarla ton) atmosferdən udulur. Bunun əvəzinə daha az oksigen ayrılır. Fotosintez üzvi birləşmələrin əmələ gəlməsinin əsas mənbəyi kimi çıxış edir. Oksigen canlı orqanizmləri qısa dalğalı ultrabənövşəyi şüaların təsirindən qoruyan ozon təbəqəsinin əmələ gəlməsində iştirak edir. Fotosintez zamanı yarpaq üzərinə düşən işığın bütün enerjisinin yalnız 1%-ni udur. Onun məhsuldarlığı 1 kv.m-ə 1 q üzvi birləşmə daxilindədir. saatda m səth.

Fotosintezin işıqlı və qaranlıq fazalarında günəş işığının enerjisi qlükoza kimyəvi bağlarının enerjisinə necə çevrilir? Cavabı izah edin.

Cavab verin

Fotosintezin işıq fazasında günəş işığının enerjisi həyəcanlanmış elektronların enerjisinə, sonra isə həyəcanlanmış elektronların enerjisi ATP və NADP-H2 enerjisinə çevrilir. Fotosintezin qaranlıq fazasında ATP və NADP-H2 enerjisi qlükoza kimyəvi bağlarının enerjisinə çevrilir.

Fotosintezin işıq mərhələsində nə baş verir?

Cavab verin

İşıq enerjisi ilə həyəcanlanan xlorofil elektronları elektron daşıma zəncirləri boyunca gedir, onların enerjisi ATP və NADP-H2-də saxlanılır. Suyun fotolizi baş verir, oksigen ayrılır.

Fotosintezin qaranlıq fazasında baş verən əsas proseslər hansılardır?

Cavab verin

Atmosferdən alınan karbon qazından və işıq fazasında alınan hidrogendən işıq fazasında alınan ATP enerjisi hesabına qlükoza əmələ gəlir.

Bitki hüceyrəsində xlorofilin funksiyası nədir?

Cavab verin

Xlorofil fotosintez prosesində iştirak edir: işıq fazasında xlorofil işığı udur, xlorofil elektronu işıq enerjisini alır, parçalanır və elektron daşıma zənciri boyunca gedir.

Xlorofil elektronları fotosintezdə hansı rol oynayır?

Cavab verin

Günəş işığı ilə həyəcanlanan xlorofil elektronları elektron daşıma zəncirlərindən keçir və enerjilərini ATP və NADP-H2 əmələ gəlməsinə verirlər.

Fotosintezin hansı mərhələsində sərbəst oksigen əmələ gəlir?

Cavab verin

İşıq fazasında, suyun fotolizi zamanı.

ATP sintezi fotosintezin hansı mərhələsində baş verir?

Cavab verin

işıq mərhələsi.

Fotosintez zamanı oksigen mənbəyi nədir?

Cavab verin

Su (suyun fotolizi zamanı oksigen ayrılır).

Fotosintezin sürəti məhdudlaşdırıcı (məhdudlaşdıran) amillərdən asılıdır, o cümlədən işıq, karbon qazının konsentrasiyası, temperatur. Niyə bu amillər fotosintez reaksiyalarını məhdudlaşdırır?

Cavab verin

İşıq xlorofilin həyəcanlanması üçün lazımdır, fotosintez prosesi üçün enerji verir. Fotosintezin qaranlıq mərhələsində karbon qazı lazımdır, ondan qlükoza sintez olunur. Temperaturun dəyişməsi fermentlərin denaturasiyasına gətirib çıxarır, fotosintez reaksiyaları yavaşlayır.

Bitkilərdə hansı metabolik reaksiyalarda karbon dioksid karbohidratların sintezi üçün ilkin maddədir?

Cavab verin

fotosintez reaksiyalarında.

Bitkilərin yarpaqlarında fotosintez prosesi intensiv şəkildə gedir. Yetişmiş və yetişməmiş meyvələrdə olurmu? Cavabı izah edin.

Cavab verin

Fotosintez işığa məruz qalan bitkilərin yaşıl hissələrində baş verir. Beləliklə, yaşıl meyvələrin qabığında fotosintez baş verir. Meyvənin içərisində və yetişmiş (yaşıl olmayan) meyvələrin qabığında fotosintez baş vermir.