Fotosynteesin kevyt vaihe. Fotosynteesiprosessi: ytimekäs ja lapsille ymmärrettävä. Fotosynteesi: vaalea ja pimeä vaihe Mihin aikaan vuorokaudesta pimeä vaihe esiintyy

Peruskäsitteet ja keskeiset termit: fotosynteesi. Klorofylli. kevyt vaihe. tumma vaihe.

Muistaa! Mikä on muovivaihto?

Ajatella!

Vihreä väri mainitaan melko usein runoilijoiden säkeissä. Joten, Bogdan-Igor Anto-nichillä on rivit: "... runous kuohuu ja viisas, kuin vihreät", "... vihreiden lumimyrsky, vihreiden tuli",

"...kasvisjoet nousevat vihreä tulva." Vihreä on uudistumisen väri, nuoruuden, rauhallisuuden, luonnon värin symboli.

Miksi kasvit ovat vihreitä?

Mitkä ovat fotosynteesin ehdot?

Fotosynteesi (kreikkalaisesta valokuvasta - valo, synteesi - yhdistelmä) on erittäin monimutkainen joukko muovinvaihtoprosesseja. Tiedemiehet erottavat kolme fotosynteesin tyyppiä: happipitoinen (jossa vapautuu molekyylistä happea kasveissa ja syanobakteereissa), anoksinen (johon osallistuu bakterioklorofylliä anaerobisissa olosuhteissa ilman hapen vapautumista fotobakteereissa) ja klorofyllitön (jossa bakteerirodopsiinit osallistuvat arkeissa) . 2,4 kilometrin syvyydestä löydettiin vihreitä rikkibakteereja GSB1, jotka käyttävät mustien tupakoitsijoiden heikkoja säteitä auringonvalon sijaan. Mutta kuten K. Swenson kirjoitti monografiassa soluista: "Villieläinten ensisijainen energialähde on näkyvän valon energia."

Elävässä luonnossa yleisin on hapen fotosynteesi, joka vaatii valoenergiaa, hiilidioksidia, vettä, entsyymejä ja klorofylliä. Klorofylli absorboi valoa fotosynteesiin, vettä toimitetaan soluihin soluseinän huokosten kautta, hiilidioksidi pääsee soluihin diffuusion kautta.

Tärkeimmät fotosynteettiset pigmentit ovat klorofyllit. Klorofiilit (kreikan sanasta chloros - vihreä ja phylon - lehti) ovat kasvien vihreitä pigmenttejä, joiden mukana tapahtuu fotosynteesi. Klorofyllin vihreä väri on laite, joka imee sinisiä ja osittain punaisia ​​säteitä. Ja vihreät säteet heijastuvat kasvien kehosta, putoavat ihmissilmän verkkokalvolle, ärsyttävät käpyjä ja aiheuttavat värillisiä visuaalisia tuntemuksia. Siksi kasvit ovat vihreitä!

Kasveissa on klorofyllien lisäksi apukarotenoideja, syanobakteereissa ja punalevissä fykobiliineja. Vihreä

ja violetit bakteerit sisältävät bakterioklorofyllejä, jotka imevät sinisiä, violetteja ja jopa infrapunasäteitä.

Fotosynteesi tapahtuu korkeammissa kasveissa, levissä, syanobakteereissa, joissakin arkeissa eli fotoautotrofeina tunnetuissa organismeissa. Fotosynteesi kasveissa tapahtuu kloroplasteissa, syanobakteereissa ja valobakteereissa - kalvojen sisäisissä invaginaatioissa valopigmenteillä.

Joten FOTOSYNTEESI on prosessi, jossa orgaanisia yhdisteitä muodostetaan epäorgaanisista valoenergialla ja fotosynteettisten pigmenttien osallistuessa.

Mitkä ovat fotosynteesin vaalean ja pimeän vaiheen piirteet?

Fotosynteesin prosessissa erotetaan kaksi vaihetta - vaalea ja tumma vaihe (kuva 49).

Fotosynteesin valofaasi tapahtuu kloroplastien granassa valon mukana. Tämä vaihe alkaa hetkestä, jolloin klorofyllimolekyyli absorboi valon kvantit. Tässä tapauksessa klorofyllimolekyylin magnesiumatomin elektronit siirtyvät korkeammalle energiatasolle ja keräävät potentiaalienergiaa. Merkittävä osa virittyneistä elektroneista siirtää sen muille kemiallisille yhdisteille ATP:n muodostamiseksi ja NADP:n (nikotiiniamidiadeniinidinukleotidifosfaatti) pelkistämiseksi. Tämä yhdiste, jolla on niin pitkä nimi, on universaali biologinen vedyn kantaja solussa. Valon vaikutuksesta tapahtuu veden hajoamisprosessi - fotolyysi. Tämä tuottaa elektroneja (e“), protoneja (H +) ja sivutuotteena molekyylistä happea. H+ vetyprotonit, kiinnittämällä elektroneja, joilla on korkea energiataso, muuttuvat atomivedyksi, jota käytetään pelkistämään NADP+ NADP:ksi. N. Näin ollen valofaasin pääprosessit ovat: 1) veden fotolyysi (veden halkeaminen valon vaikutuksesta hapen muodostuessa); 2) NADP:n pelkistys (vetyatomin lisääminen NADP:hen); 3) fotofosforylaatio (ATP:n muodostuminen ADP:stä).

Joten kevyt faasi on joukko prosesseja, jotka varmistavat molekyylihapen, atomivedyn ja ATP:n muodostumisen valoenergian vuoksi.

Fotosynteesin tumma vaihe tapahtuu kloroplastien stroomassa. Sen prosessit eivät ole riippuvaisia ​​valosta ja voivat edetä sekä valossa että pimeässä riippuen solun glukoositarpeista. Pimeän faasin perusta on syklinen reaktio, jota kutsutaan hiilidioksidin kiinnityssykliksi tai Calvin-sykliksi. Tätä prosessia tutki ensimmäisenä amerikkalainen biokemisti Melvin Calvin (1911 - 1997), kemian Nobelin (1961) voittaja. Pimeässä faasissa glukoosia syntetisoidaan hiilidioksidista, vetyä NADP:stä ja ATP:n energiasta. CO2:n kiinnitysreaktioita katalysoi ri(Rubisco), joka on maan yleisin entsyymi.

Joten tumma faasi on joukko syklisiä reaktioita, jotka ATP:n kemiallisen energian ansiosta muodostavat glukoosia käyttämällä hiilidioksidia, joka on hiilen lähde, ja vettä, vedyn lähdettä.

Mikä on fotosynteesin planetaarinen rooli?

Fotosynteesin merkitystä biosfäärille ei voi yliarvioida. Tämän prosessin kautta auringon valoenergia muunnetaan fotoautotrofien toimesta hiilihydraattien kemialliseksi energiaksi, jotka yleensä antavat primääristä orgaanista ainetta. Siitä alkavat ravintoketjut, joita pitkin energia siirtyy heterotrofisiin organismeihin. Kasvit toimivat ravinnoksi kasvinsyöjille, jotka saavat sitä kautta tarvittavat ravintoaineet. Sitten kasvinsyöjistä tulee ravintoa petoeläimille, he tarvitsevat myös energiaa, jota ilman elämä on mahdotonta.

Kasvit sieppaavat vain pienen osan Auringon energiasta ja käyttävät sitä fotosynteesiin. Auringon energiaa käytetään pääasiassa haihduttamiseen ja maanpinnan lämpötilajärjestelmän ylläpitämiseen. Joten vain noin 40-50% aurinkoenergiasta tunkeutuu biosfääriin ja vain 1-2% aurinkoenergiasta muunnetaan syntetisoiduksi orgaaniseksi aineeksi.

Vihreät kasvit ja syanobakteerit vaikuttavat ilmakehän kaasukoostumukseen. Kaikki happi nykyaikaisessa ilmakehässä on fotosynteesin tuotetta. Ilmakehän muodostuminen muutti täysin maan pinnan tilan, mahdollisti aerobisen hengityksen syntymisen. Myöhemmin evoluutioprosessissa, otsonikerroksen muodostumisen jälkeen, elävät organismit saapuivat rantaan. Lisäksi fotosynteesi estää hiilidioksidin kertymistä ja suojaa planeettaa ylikuumenemiselta.

Joten fotosynteesi on planetaarisesti tärkeä, koska se varmistaa maapallon elävän luonnon olemassaolon.

AKTIIVISUUS Yhdistä tehtävä

Vertaa taulukon avulla fotosynteesiä aerobiseen hengitykseen ja tee johtopäätös muovin ja energian aineenvaihdunnan suhteesta.

VALOSSYNTEESIIN JA AEROBISEEN HENGEEN VERTAILLEVAT OMINAISUUDET

Tiedon sovellustehtävä

Tunnista ja nimeä kasvien fotosynteesiprosessin organisoitumistasot. Nimeä kasviorganismin sopeutumiset fotosynteesiin sen organisaation eri tasoilla.

ASENNE Biologia + kirjallisuus

K. A. Timiryazev (1843 - 1920), yksi tunnetuimmista fotosynteesin tutkijoista, kirjoitti: "Mikroskopinen vihreä klorofyllin rake on fokus, piste maailmanavaruudessa, johon Auringon energia virtaa toisesta päästä, ja kaikki elämän ilmenemismuodot ovat peräisin toisesta maassa. Se on todellinen Prometheus, joka varasti tulen taivaalta. Hänen varastama auringonsäde palaa sekä hohtavassa syvyydessä että häikäisevässä sähkökipinässä. Auringon säde saa liikkeelle jättimäisen höyrykoneen vauhtipyörän ja taiteilijan siveltimen ja runoilijan kynän. Käytä tietosi ja todista väite, että auringonsäde laittaa runoilijan kynän liikkeelle.

Tämä on oppikirjamateriaalia.

Fotosynteesi on valoenergian muuntamista kemialliseksi sidosenergiaksi. orgaaniset yhdisteet.

Fotosynteesi on ominaista kasveille, mukaan lukien kaikki levit, useat prokaryootit, mukaan lukien sinilevät, ja eräät yksisoluiset eukaryootit.

Useimmissa tapauksissa fotosynteesi tuottaa happea (O2) sivutuotteena. Tämä ei kuitenkaan aina pidä paikkaansa, koska fotosynteesiin on useita erilaisia ​​reittejä. Hapen vapautuessa sen lähde on vesi, josta vetyatomit irrotetaan fotosynteesin tarpeita varten.

Fotosynteesi koostuu monista reaktioista, joihin osallistuu erilaisia ​​pigmenttejä, entsyymejä, koentsyymejä jne. Pääpigmenttejä ovat klorofyllit, niiden lisäksi karotenoidit ja fikobiliinit.

Luonnossa kasvien fotosynteesin kaksi tapaa ovat yleisiä: C 3 ja C 4. Muilla organismeilla on omat erityiset reaktiot. Nämä erilaiset prosessit "fotosynteesi"-termin alle yhdistävät se, että niissä kaikissa tapahtuu yhteensä fotonienergian muuntuminen kemialliseksi sidokseksi. Vertailun vuoksi: kemosynteesin aikana joidenkin yhdisteiden kemiallisen sidoksen energia (epäorgaaninen) muunnetaan toisiksi - orgaaniseksi.

Fotosynteesissä on kaksi vaihetta - vaalea ja tumma. Ensimmäinen riippuu valosäteilystä (hν), joka on välttämätöntä reaktioiden edetmiseksi. Pimeä vaihe on valosta riippumaton.

Kasveissa fotosynteesi tapahtuu kloroplasteissa. Kaikkien reaktioiden seurauksena muodostuu primäärisiä orgaanisia aineita, joista sitten syntetisoidaan hiilihydraatteja, aminohappoja, rasvahappoja jne. Yleensä fotosynteesin kokonaisreaktio kirjoitetaan suhteessa glukoosi - yleisin fotosynteesin tuote:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Happiatomit, jotka muodostavat O 2 -molekyylin, eivät ole peräisin hiilidioksidista, vaan vedestä. Hiilidioksidi on hiilen lähde mikä on tärkeämpää. Sitoutumisensa ansiosta kasveilla on mahdollisuus syntetisoida orgaanista ainesta.

Yllä esitetty kemiallinen reaktio on yleistetty ja kokonaisvaltainen. Se on kaukana prosessin olemuksesta. Joten glukoosi ei muodostu kuudesta yksittäisestä hiilidioksidimolekyylistä. CO 2:n sitoutuminen tapahtuu yhdessä molekyylissä, joka ensin kiinnittyy jo olemassa olevaan viisihiiliseen sokeriin.

Prokaryooteilla on omat fotosynteesin ominaispiirteensä. Joten bakteereissa pääpigmentti on bakterioklorofylli, eikä happea vapaudu, koska vetyä ei oteta vedestä, vaan usein vetysulfidista tai muista aineista. Sinilevässä pääpigmentti on klorofylli ja fotosynteesin aikana vapautuu happea.

Fotosynteesin kevyt vaihe

Fotosynteesin valovaiheessa ATP ja NADP·H2 syntetisoituvat säteilyenergian ansiosta. Se tapahtuu kloroplastien tylakoideihin, jossa pigmentit ja entsyymit muodostavat monimutkaisia ​​komplekseja sähkökemiallisten piirien toimintaa varten, joiden kautta elektroneja ja osittain vetyprotoneja siirretään.

Elektronit päätyvät koentsyymiin NADP, joka negatiivisesti varautuneena vetää osan protoneista itseensä ja muuttuu NADP H 2:ksi. Myös protonien kerääntyminen tylakoidikalvon toiselle puolelle ja elektronien kertyminen toiselle puolelle luo sähkökemiallisen gradientin, jonka potentiaalia ATP-syntetaasi-entsyymi käyttää hyväksi ATP:n syntetisoimiseksi ADP:stä ja fosforihaposta.

Fotosynteesin pääpigmentit ovat erilaiset klorofyllit. Niiden molekyylit vangitsevat tiettyjen, osittain erilaisten valospektrien säteilyn. Tässä tapauksessa jotkut klorofyllimolekyylien elektronit siirtyvät korkeammalle energiatasolle. Tämä on epävakaa tila, ja teoriassa elektronien pitäisi saman säteilyn avulla viedä ulkopuolelta vastaanotettu energia avaruuteen ja palata edelliselle tasolle. Kuitenkin fotosynteettisissä soluissa akseptorit vangitsevat viritetyt elektronit ja siirretään niiden energian asteittaisen vähenemisen myötä kantajaketjua pitkin.

Tylakoidikalvoilla on kahden tyyppisiä valojärjestelmiä, jotka lähettävät elektroneja joutuessaan alttiiksi valolle. Valosysteemit ovat enimmäkseen klorofyllipigmenttien monimutkainen kompleksi, jossa on reaktiokeskus, josta elektronit irrotetaan. Valosysteemissä auringonvalo kerää paljon molekyylejä, mutta kaikki energia kerätään reaktiokeskukseen.

Valosysteemin I elektronit, jotka ovat kulkeneet kantoaaltoketjun läpi, palauttavat NADP:n.

Fotosysteemistä II irtautuneiden elektronien energiaa käytetään ATP:n syntetisoimiseen. Ja fotosysteemin II elektronit täyttävät fotosysteemin I elektronireiät.

Toisen valojärjestelmän reiät täyttyvät sen seurauksena muodostuneilla elektroneilla veden fotolyysi. Fotolyysi tapahtuu myös valon mukana, ja se koostuu H 2 O:n hajoamisesta protoneiksi, elektroneiksi ja hapeksi. Veden fotolyysin seurauksena muodostuu vapaata happea. Protonit osallistuvat sähkökemiallisen gradientin luomiseen ja NADP:n pelkistykseen. Fotosysteemi II:n klorofylli vastaanottaa elektronit.

Likimääräinen yhteenvetoyhtälö fotosynteesin valovaiheesta:

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

Syklinen elektronien kuljetus

Niin kutsuttu fotosynteesin ei-syklinen valovaihe. Onko muutakin syklinen elektronien kuljetus, kun NADP-pelkistystä ei tapahdu. Tässä tapauksessa elektronit fotosysteemistä I menevät kantajaketjuun, jossa ATP syntetisoidaan. Toisin sanoen tämä elektronien kuljetusketju vastaanottaa elektroneja fotosysteemistä I, ei II. Ensimmäinen fotojärjestelmä ikään kuin toteuttaa syklin: emittoidut elektronit palaavat siihen. Matkalla he käyttävät osan energiastaan ​​ATP:n synteesiin.

Fotofosforylaatio ja oksidatiivinen fosforylaatio

Fotosynteesin valovaihetta voidaan verrata soluhengityksen vaiheeseen - oksidatiiviseen fosforylaatioon, joka tapahtuu mitokondrioiden kristoissa. Sielläkin tapahtuu ATP-synteesi johtuen elektronien ja protonien siirtymisestä kantajaketjua pitkin. Kuitenkin fotosynteesin tapauksessa energiaa varastoituu ATP:hen ei solun tarpeisiin, vaan pääasiassa fotosynteesin pimeän vaiheen tarpeisiin. Ja jos hengityksen aikana orgaaniset aineet toimivat alkuperäisenä energialähteenä, niin fotosynteesin aikana se on auringonvaloa. ATP:n synteesiä fotosynteesin aikana kutsutaan fotofosforylaatio oksidatiivisen fosforylaation sijaan.

Fotosynteesin pimeä vaihe

Ensimmäistä kertaa fotosynteesin pimeää vaihetta tutkivat yksityiskohtaisesti Calvin, Benson, Bassem. Heidän löytämiensä reaktioiden kiertokulkua kutsuttiin myöhemmin Calvin-sykliksi tai C3-fotosynteesiksi. Tietyissä kasviryhmissä havaitaan muunneltu fotosynteesireitti - C 4, jota kutsutaan myös Hatch-Slackin sykliksi.

Fotosynteesin pimeissä reaktioissa CO 2 kiinnittyy. Pimeä faasi tapahtuu kloroplastin stroomassa.

CO 2:n talteenotto tapahtuu valoreaktioissa muodostuneen ATP:n energian ja NADP·H2:n pelkistysvoiman ansiosta. Ilman niitä hiilen sitoutumista ei tapahdu. Siksi, vaikka tumma faasi ei ole suoraan riippuvainen valosta, se yleensä etenee myös valossa.

Calvinin sykli

Pimeän faasin ensimmäinen reaktio on CO 2:n lisääminen ( karboksylaatioe) 1,5-ribuloosibifosfaatiksi ( Ribuloosi-1,5-difosfaatti) – RiBF. Jälkimmäinen on kaksinkertaisesti fosforyloitunut riboosi. Tätä reaktiota katalysoi entsyymi ribuloosi-1,5-difosfaattikarboksylaasi, jota kutsutaan myös nimellä rubisco.

Karboksylaation seurauksena muodostuu epästabiili kuuden hiilen yhdiste, joka hajoaa hydrolyysin seurauksena kahdeksi kolmihiiliseksi molekyyliksi. fosfoglyseriinihappo (PGA) on ensimmäinen fotosynteesin tuote. FHA:ta kutsutaan myös fosfoglyseraatiksi.

RiBP + C02 + H20 → 2FGK

FHA sisältää kolme hiiliatomia, joista yksi on osa hapanta karboksyyliryhmää (-COOH):

FHA muuttuu kolmen hiilen sokeriksi (glyseraldehydifosfaatiksi) trioosifosfaatti (TF), joka sisältää jo aldehydiryhmän (-CHO):

FHA (3-happo) → TF (3-sokeri)

Tämä reaktio kuluttaa ATP:n energiaa ja NADP · H 2:n pelkistysvoimaa. TF on ensimmäinen fotosynteesin hiilihydraatti.

Sen jälkeen suurin osa trioosifosfaatista kuluu ribuloosibisfosfaatin (RiBP) regenerointiin, jota taas käytetään CO 2:n sitomiseen. Regeneraatioon liittyy sarja ATP:tä kuluttavia reaktioita, joissa on mukana sokerifosfaatteja, joissa on 3-7 hiiliatomia.

Tässä RiBF:n syklissä Calvinin sykli päättyy.

Pienempi osa siinä muodostuneesta TF:stä poistuu Calvinin kierrosta. 6 sitoutuneen hiilidioksidimolekyylin osalta saanto on 2 trioosifosfaattimolekyyliä. Syklin kokonaisreaktio tulo- ja lähtötuotteiden kanssa:

6CO 2 + 6H 2O → 2TF

Samaan aikaan sitoutumiseen osallistuu 6 RiBP-molekyyliä ja muodostuu 12 FHA-molekyyliä, jotka muuttuvat 12 TF:ksi, joista 10 molekyyliä jää kiertoon ja muuttuu 6 RiBP-molekyyliksi. Koska TF on kolmen hiilen sokeri ja RiBP on viiden hiiliatomin, meillä on suhteessa hiiliatomeihin: 10 * 3 = 6 * 5. Kiertoa aiheuttavien hiiliatomien määrä ei muutu, kaikki tarvittava RiBP regeneroituu. Ja kuusi kiertoon sisältyvää hiilidioksidimolekyyliä käytetään kahden syklistä poistuvan trioosifosfaattimolekyylin muodostamiseen.

Calvin-sykli, joka perustuu 6 sitoutuneeseen CO 2 -molekyyliin, kuluttaa 18 ATP-molekyyliä ja 12 NADP · H 2 -molekyyliä, jotka syntetisoituivat fotosynteesin valofaasin reaktioissa.

Laskelma suoritetaan kahdelle syklistä poistuvalle trioosifosfaattimolekyylille, koska myöhemmin muodostuva glukoosimolekyyli sisältää 6 hiiliatomia.

Trioosifosfaatti (TF) on Calvinin syklin lopputuote, mutta sitä tuskin voi kutsua fotosynteesin lopputuotteeksi, koska se ei juuri kerry, vaan muuttuu muiden aineiden kanssa reagoidessaan glukoosiksi, sakkaroosiksi, tärkkelykseksi, rasvoiksi, rasvahapot, aminohapot. TF:n lisäksi FHA:lla on tärkeä rooli. Tällaisia ​​reaktioita ei kuitenkaan esiinny vain fotosynteettisissä organismeissa. Tässä mielessä fotosynteesin pimeä vaihe on sama kuin Calvinin sykli.

PHA muunnetaan kuuden hiilen sokeriksi vaiheittaisella entsymaattisella katalyysillä. fruktoosi-6-fosfaatti, joka muuttuu glukoosi. Kasveissa glukoosi voidaan polymeroida tärkkelykseksi ja selluloosaksi. Hiilihydraattien synteesi on samanlainen kuin glykolyysin käänteinen prosessi.

valohengitys

Happi estää fotosynteesiä. Mitä enemmän O 2:ta ympäristössä, sitä tehottomampi on CO 2:n sitomisprosessi. Tosiasia on, että entsyymi ri(rubisco) voi reagoida paitsi hiilidioksidin, myös hapen kanssa. Tässä tapauksessa pimeät reaktiot ovat hieman erilaisia.

Fosfoglykolaatti on fosfoglykolihappoa. Fosfaattiryhmä lohkeaa siitä välittömästi, ja se muuttuu glykolihapoksi (glykolaatti). Sen "käyttöön" tarvitaan jälleen happea. Siksi mitä enemmän happea ilmakehässä on, sitä enemmän se stimuloi valohengitystä ja sitä enemmän happea kasvi tarvitsee päästäkseen eroon reaktiotuotteista.

Valohengitys on valosta riippuvaa hapen kulutusta ja hiilidioksidin vapautumista. Toisin sanoen kaasujen vaihto tapahtuu kuten hengityksen aikana, mutta tapahtuu kloroplasteissa ja riippuu valosäteilystä. Valohengitys riippuu valosta vain, koska ribuloosibifosfaattia muodostuu vain fotosynteesin aikana.

Valohengityksen aikana hiiliatomit palautuvat glykolaatista Calvin-kiertoon fosfoglyseriinihapon (fosfoglyseraatti) muodossa.

2 Glykolaatti (C 2) → 2 Glyoksylaatti (C 2) → 2 Glysiini (C 2) - CO 2 → Seriini (C 3) → Hydroksipyruvaatti (C 3) → Glyseraatti (C 3) → FGK (C 3)

Kuten näette, paluu ei ole täydellinen, koska yksi hiiliatomi menetetään, kun kaksi glysiinimolekyyliä muunnetaan yhdeksi seriinin aminohappomolekyyliksi, kun taas hiilidioksidia vapautuu.

Happea tarvitaan vaiheissa, joissa glykolaatti muuttuu glyoksylaatiksi ja glysiini seriiniksi.

Glykolaatin muuntaminen glyoksylaatiksi ja sitten glysiiniksi tapahtuu peroksisomeissa, ja seriini syntetisoituu mitokondrioissa. Seriini pääsee jälleen peroksisomeihin, joissa se tuottaa ensin hydroksipyruvaattia ja sitten glyseraattia. Glyseraatti pääsee jo kloroplasteihin, joissa siitä syntetisoidaan FHA:ta.

Valohengitys on tyypillistä pääasiassa kasveille, joilla on C3-tyyppinen fotosynteesi. Sitä voidaan pitää haitallisena, koska energiaa tuhlataan glykolaatin muuntamiseen FHA:ksi. Ilmeisesti valohengitys johtui siitä, että muinaiset kasvit eivät olleet valmiita suureen määrään happea ilmakehässä. Aluksi niiden evoluutio tapahtui ilmakehässä, jossa oli runsaasti hiilidioksidia, ja juuri hän vangitsi pääasiassa rubisco-entsyymin reaktiokeskuksen.

C 4 -fotosynteesi eli Hatch-Slack-sykli

Jos C3-fotosynteesissä pimeän faasin ensimmäinen tuote on fosfoglyseriinihappo, joka sisältää kolme hiiliatomia, niin C4-reitillä ensimmäiset tuotteet ovat hapot, jotka sisältävät neljä hiiliatomia: omenahappo, oksaloetikkahappo, asparagiini.

C 4 -fotosynteesiä havaitaan monissa trooppisissa kasveissa, esimerkiksi sokeriruo'ossa, maississa.

C 4 -kasvit imevät hiilimonoksidia tehokkaammin, niillä ei ole juuri lainkaan valohengitystä.

Kasveilla, joissa fotosynteesin tumma vaihe etenee C 4 -reittiä pitkin, on erityinen lehtirakenne. Siinä johtavia nippuja ympäröi kaksinkertainen solukerros. Sisäkerros on johtavan säteen vuoraus. Ulompi kerros on mesofyllisoluja. Kloroplastisolukerrokset eroavat toisistaan.

Mesofiilisille kloroplasteille on tunnusomaista suuret rakeet, valosysteemien korkea aktiivisuus, RiBP-karboksylaasientsyymin (rubisco) ja tärkkelyksen puuttuminen. Toisin sanoen näiden solujen kloroplastit ovat sopeutuneet pääasiassa fotosynteesin valovaiheeseen.

Johtavan nipun solujen kloroplasteissa grana ei juuri ole kehittynyt, mutta RiBP-karboksylaasin pitoisuus on korkea. Nämä kloroplastit ovat sopeutuneet fotosynteesin pimeään vaiheeseen.

Hiilidioksidi tulee ensin mesofyllisoluihin, sitoutuu orgaanisten happojen kanssa, kulkeutuu tässä muodossa vaippasoluihin, vapautuu ja sitoutuu sitten samalla tavalla kuin C3-kasveissa. Toisin sanoen C4-polku täydentää eikä korvaa C3:a.

Mesofyllissä CO 2 lisätään fosfoenolipyruvaattiin (PEP), jolloin muodostuu oksaloasetaattia (happoa), joka sisältää neljä hiiliatomia:

Reaktio tapahtuu PEP-karboksylaasientsyymin osallistuessa, jolla on suurempi affiniteetti CO 2:lle kuin rubiscolle. Lisäksi PEP-karboksylaasi ei ole vuorovaikutuksessa hapen kanssa, eikä sitä siksi kuluteta valohengitykseen. Näin ollen C4-fotosynteesin etuna on hiilidioksidin tehokkaampi kiinnittyminen, sen pitoisuuden kasvu vaippasoluissa ja sen seurauksena RiBP-karboksylaasin tehokkaampi toiminta, jota ei juuri kuluteta valohengitykseen.

Oksaloasetaatti muuttuu 4-hiilidikarboksyylihapoksi (malaatiksi tai aspartaatiksi), joka kuljetetaan verisuonikimppuja peittävien solujen kloroplasteihin. Tässä happo dekarboksyloidaan (CO2:n poistaminen), hapetetaan (vedyn poisto) ja muunnetaan pyruvaaiksi. Vety palauttaa NADP:n. Pyruvaatti palaa mesofylliin, jossa PEP uusiutuu siitä ATP:n kulutuksen myötä.

Pintasolujen kloroplasteissa revitty CO 2 menee tavalliselle fotosynteesin pimeän vaiheen C 3 -polulle eli Calvinin kiertokulkuun.

Fotosynteesi Hatch-Slack-reitillä vaatii enemmän energiaa.

Uskotaan, että C4-reitti kehittyi myöhemmin kuin C3-reitti, ja se on monella tapaa adaptaatio valohengitystä vastaan.

Jokainen planeetan elävä olento tarvitsee ruokaa tai energiaa selviytyäkseen. Jotkut organismit ruokkivat muita olentoja, kun taas toiset voivat tuottaa omia ravintoaineitaan. He valmistavat itse ruokaa, glukoosia, prosessissa, jota kutsutaan fotosynteesiksi.

Fotosynteesi ja hengitys ovat yhteydessä toisiinsa. Fotosynteesin tulos on glukoosi, joka varastoituu kehoon kemiallisena energiana. Tämä varastoitu kemiallinen energia tulee epäorgaanisen hiilen (hiilidioksidin) muuttamisesta orgaaniseksi hiileksi. Hengitysprosessi vapauttaa varastoitunutta kemiallista energiaa.

Tuottamiensa tuotteiden lisäksi kasvit tarvitsevat selviytyäkseen myös hiiltä, ​​vetyä ja happea. Maaperästä imeytynyt vesi tarjoaa vetyä ja happea. Fotosynteesin aikana hiiltä ja vettä käytetään ruoan syntetisoimiseen. Kasvit tarvitsevat myös nitraatteja aminohappojen tuottamiseksi (aminohappo on ainesosa proteiinin valmistuksessa). Tämän lisäksi he tarvitsevat magnesiumia tuottaakseen klorofylliä.

Muistilappu: Eläviä olentoja, jotka ovat riippuvaisia ​​muista elintarvikkeista, kutsutaan. Kasvinsyöjät, kuten lehmät, sekä hyönteissyöjäkasvit ovat esimerkkejä heterotrofeista. Eläviä olentoja, jotka tuottavat oman ruokansa, kutsutaan. Vihreät kasvit ja levät ovat esimerkkejä autotrofeista.

Tässä artikkelissa opit lisää siitä, kuinka fotosynteesi tapahtuu kasveissa ja tämän prosessin edellytyksistä.

Määritelmä fotosynteesi

Fotosynteesi on kemiallinen prosessi, jossa kasvit, jotkut ja levät tuottavat glukoosia ja happea hiilidioksidista ja vedestä käyttämällä vain valoa energialähteenä.

Tämä prosessi on erittäin tärkeä elämälle maapallolla, koska se vapauttaa happea, josta kaikki elämä riippuu.

Miksi kasvit tarvitsevat glukoosia (ruokaa)?

Kuten ihmiset ja muut elävät olennot, myös kasvit tarvitsevat ruokaa pysyäkseen hengissä. Glukoosin arvo kasveille on seuraava:

• Fotosynteesistä saatua glukoosia käytetään hengityksen aikana vapauttamaan kasvin muihin elintärkeisiin prosesseihin tarvitsemaa energiaa.
• Kasvisolut myös muuttavat osan glukoosista tärkkelykseksi, jota käytetään tarpeen mukaan. Tästä syystä kuolleita kasveja käytetään biomassana, koska ne varastoivat kemiallista energiaa.
• Glukoosia tarvitaan myös muiden kasvuun ja muihin välttämättömiin prosesseihin tarvittavien kemikaalien, kuten proteiinien, rasvojen ja kasvisokereiden, tuottamiseen.

Fotosynteesin vaiheet

Fotosynteesiprosessi on jaettu kahteen vaiheeseen: vaaleaan ja pimeään.

Fotosynteesin kevyt vaihe

Kuten nimestä voi päätellä, valofaasit tarvitsevat auringonvaloa. Valosta riippuvaisissa reaktioissa auringonvalon energia absorboituu klorofylliin ja muunnetaan varastoituneeksi kemialliseksi energiaksi elektronin kantajamolekyylin NADPH (nikotiiniamidiadeniinidinukleotidifosfaatti) ja energiamolekyylin ATP (adenosiinitrifosfaatti) muodossa. Kevyitä faaseja esiintyy kloroplastin tylakoidikalvoissa.

Fotosynteesin tai Calvinin syklin tumma vaihe

Pimeässä faasissa tai Calvin-syklissä valofaasin virittyneet elektronit tarjoavat energiaa hiilihydraattien muodostumiseen hiilidioksidimolekyyleistä. Valosta riippumattomia vaiheita kutsutaan joskus Calvinin sykliksi prosessin syklisen luonteen vuoksi.

Vaikka pimeät faasit eivät käytä valoa lähtöaineena (ja seurauksena voi olla päivällä tai yöllä), ne vaativat valosta riippuvien reaktioiden tuotteita toimiakseen. Valosta riippumattomat molekyylit luovat uusia hiilihydraattimolekyylejä energiaa kantavista molekyyleistä ATP:stä ja NADPH:sta. Kun energia on siirretty molekyyleihin, energian kantajat palaavat valofaaseihin saadakseen lisää energisiä elektroneja. Lisäksi valo aktivoituu useita pimeän faasin entsyymejä.

Kaavio fotosynteesin vaiheista

Muistilappu: Tämä tarkoittaa, että pimeät faasit eivät jatku, jos kasvit eivät saa valoa liian pitkään, koska ne käyttävät valon faasin tuotteita.

Kasvin lehtien rakenne

Emme voi täysin ymmärtää fotosynteesiä tietämättä enemmän lehtien rakenteesta. Lehti on sopeutunut toimimaan tärkeässä roolissa fotosynteesiprosessissa.

Lehtien ulkoinen rakenne

• Neliö

Yksi kasvien tärkeimmistä ominaisuuksista on lehtien suuri pinta-ala. Useimmilla vihreillä kasveilla on leveät, litteät ja avoimet lehdet, jotka pystyvät sieppaamaan niin paljon aurinkoenergiaa (auringonvaloa) kuin tarvitaan fotosynteesiin.

• Keskuslaskimo ja lehtilehti

Keskiriba ja lehtilehti liittyvät yhteen ja muodostavat lehden pohjan. Lehti sijoittaa lehden niin, että se saa mahdollisimman paljon valoa.

• lehtiterä

Yksinkertaisilla lehdillä on yksi lehtilehti, kun taas yhdistelmälehdillä on useita. Lehdenterä on yksi lehden tärkeimmistä osista, joka on suoraan mukana fotosynteesiprosessissa.

• suonet

Lehdissä oleva suoniverkosto kuljettaa vettä varresta lehtiin. Vapautunut glukoosi lähetetään myös muihin kasvin osiin lehdistä suonten kautta. Lisäksi nämä lehden osat tukevat ja pitävät lehtilevyä tasaisena, jotta auringonvalo saadaan talteen. Suonten järjestely (ventaatio) riippuu kasvin tyypistä.

• lehtien pohja

Lehden pohja on sen alin osa, joka on nivelletty varren kanssa. Usein lehden tyvessä on tulppapari.

• lehden reuna

Kasvin tyypistä riippuen lehden reunalla voi olla erilaisia ​​muotoja, mukaan lukien: kokonainen, sahalaitainen, sahalaitainen, uurrettu, kulmainen jne.

• Lehden kärki

Kuten lehden reuna, kärki on eri muodoissa, mukaan lukien: terävä, pyöreä, tylsä, pitkänomainen, sisään vedetty jne.

Lehtien sisäinen rakenne

Alla on läheinen kaavio lehtikudosten sisäisestä rakenteesta:

• Kynsinauho

Kynsinauha toimii pääasiallisena suojaavana kerroksena kasvin pinnalla. Yleensä se on paksumpi lehden yläosassa. Kynsinauha on peitetty vahamaisella aineella, joka suojaa kasvia vedeltä.

• Epidermis

Epidermis on solukerros, joka on lehden sisäkudos. Sen päätehtävä on suojata lehtien sisäisiä kudoksia kuivumiselta, mekaanisilta vaurioilta ja infektioilta. Se säätelee myös kaasunvaihto- ja haihtumisprosessia.

• Mesofylli

Mesofylli on kasvin pääkudos. Tässä tapahtuu fotosynteesiprosessi. Useimmissa kasveissa mesofylli on jaettu kahteen kerrokseen: ylempi on palisadi ja alempi sienimäinen.

• Suojaavat solut

Suojasolut ovat erikoistuneita soluja lehtien orvaskedessä, joita käytetään kaasunvaihdon säätelyyn. Ne suorittavat stomataa suojaavan toiminnon. Avannehuokoset suurentuvat, kun vettä on vapaasti saatavilla, muuten suojasolut muuttuvat letargisiksi.

• Avanne

Fotosynteesi riippuu hiilidioksidin (CO2) tunkeutumisesta ilmasta stomatan kautta mesofyllikudoksiin. Fotosynteesin sivutuotteena saatu happi (O2) poistuu kasvista stomatan kautta. Kun suuaukot ovat auki, vettä katoaa haihtumisen kautta, ja se on täydennettävä juurien ottamalla vedellä. Kasvit joutuvat tasapainottamaan ilmasta imeytyneen hiilidioksidin määrää ja vesihuokosten kautta menevää vettä.

Fotosynteesin edellyttämät olosuhteet

Seuraavat ovat olosuhteet, jotka kasvit tarvitsevat fotosynteesiprosessin suorittamiseksi:

• Hiilidioksidi. Väritön, hajuton maakaasu, jota löytyy ilmasta ja jolla on tieteellinen nimitys CO2. Se muodostuu hiilen ja orgaanisten yhdisteiden palamisen aikana, ja sitä esiintyy myös hengityksen aikana.
• Vesi. Läpinäkyvä nestemäinen kemikaali, hajuton ja mauton (normaaliolosuhteissa).
• Kevyt. Vaikka keinovalo sopii myös kasveille, luonnollinen auringonvalo luo yleensä parhaat olosuhteet fotosynteesille, koska se sisältää luonnollista ultraviolettisäteilyä, jolla on positiivinen vaikutus kasveihin.
• Klorofylli. Se on vihreä pigmentti, jota löytyy kasvien lehdistä.
• Ravinteet ja kivennäisaineet. Kemikaalit ja orgaaniset yhdisteet, jotka kasvien juuret imevät maaperästä.

Mitä syntyy fotosynteesin tuloksena?

• Glukoosi;
• Happi.

(Valoenergia näkyy suluissa, koska se ei ole aine)

Muistilappu: Kasvit ottavat hiilidioksidia ilmasta lehtiensä kautta ja vettä maaperästä juuriensa kautta. Valoenergia tulee auringosta. Syntynyt happi vapautuu lehdistä ilmaan. Tuloksena oleva glukoosi voidaan muuttaa muiksi aineiksi, kuten tärkkelykseksi, jota käytetään energiavarastona.

Jos fotosynteesiä edistävät tekijät puuttuvat tai niitä on liian vähän, tämä voi vaikuttaa negatiivisesti kasviin. Esimerkiksi vähemmän valoa luo suotuisat olosuhteet kasvin lehtiä syöville hyönteisille, kun taas veden puute hidastaa sitä.

Missä fotosynteesi tapahtuu?

Fotosynteesi tapahtuu kasvisolujen sisällä, pienissä plastideissa, joita kutsutaan kloroplasteiksi. Kloroplastit (jota löytyy enimmäkseen mesofyllikerroksesta) sisältävät vihreää ainetta, jota kutsutaan klorofylliksi. Alla on muita solun osia, jotka toimivat kloroplastin kanssa fotosynteesin suorittamiseksi.

Kasvisolun rakenne

Kasvisolujen osien toiminnot

• : tarjoaa rakenteellista ja mekaanista tukea, suojaa soluja bakteereilta, kiinnittää ja määrittelee solun muodon, säätelee kasvunopeutta ja -suuntaa sekä muotoilee kasveja.
• : tarjoaa alustan suurimmalle osalle entsyymien ohjaamista kemiallisista prosesseista.
• : toimii esteenä ja säätelee aineiden liikkumista soluun ja sieltä pois.
• : kuten edellä on kuvattu, ne sisältävät klorofylliä, vihreää ainetta, joka imee valoenergiaa fotosynteesin aikana.
• : solun sytoplasmassa oleva ontelo, joka varastoi vettä.
• : sisältää geneettisen merkin (DNA), joka ohjaa solun toimintaa.

Klorofylli imee fotosynteesiin tarvittavan valoenergian. On tärkeää huomata, että kaikki valon väriaallonpituudet eivät absorboidu. Kasvit absorboivat pääasiassa punaisia ​​ja sinisiä aallonpituuksia - ne eivät absorboi valoa vihreällä alueella.

Hiilidioksidi fotosynteesin aikana

Kasvit ottavat hiilidioksidia ilmasta lehtiensä kautta. Hiilidioksidi tihkuu pienen reiän läpi lehden pohjassa - stomata.

Lehden alapuolella on löyhästi sijoitetut solut, jotta hiilidioksidi pääsee muihin lehden soluihin. Se mahdollistaa myös fotosynteesin tuottaman hapen helpon poistumisen lehdistä.

Hiilidioksidia on hengittämässämme ilmassa hyvin pieninä pitoisuuksina ja se on välttämätön tekijä fotosynteesin pimeässä vaiheessa.

Valo fotosynteesiprosessissa

Levyllä on yleensä suuri pinta-ala, joten se voi imeä paljon valoa. Sen yläpinta on suojattu veden häviämiseltä, taudeilta ja säältä vahamaisella kerroksella (kutikululla). Arkin yläosa on paikka, johon valo laskee. Tätä mesofyllikerrosta kutsutaan palisadiksi. Se on mukautettu absorboimaan suuri määrä valoa, koska se sisältää monia kloroplasteja.

Valovaiheissa fotosynteesiprosessi kiihtyy valon lisääntyessä. Enemmän klorofyllimolekyylejä ionisoituu ja enemmän ATP:tä ja NADPH:ta syntyy, jos valofotonit keskittyvät vihreään lehteen. Vaikka valo on äärimmäisen tärkeää valovaiheissa, on huomattava, että liian suuri määrä sitä voi vahingoittaa klorofylliä ja vähentää fotosynteesiprosessia.

Valofaasit eivät ole liian riippuvaisia ​​lämpötilasta, vedestä tai hiilidioksidista, vaikka niitä kaikkia tarvitaan fotosynteesiprosessin loppuunsaattamiseksi.

Vesi fotosynteesin aikana

Kasvit saavat fotosynteesiin tarvitsemansa veden juuriensa kautta. Heillä on juurikarvoja, jotka kasvavat maaperässä. Juureille on ominaista suuri pinta-ala ja ohuet seinämät, joiden ansiosta vesi pääsee helposti kulkemaan niiden läpi.

Kuvassa kasveja ja niiden soluja, joissa on riittävästi vettä (vasemmalla) ja sen puutetta (oikealla).

Muistilappu: Juurisolut eivät sisällä kloroplasteja, koska ne ovat yleensä pimeässä eivätkä pysty fotosyntetisoimaan.

Jos kasvi ei ime tarpeeksi vettä, se kuihtuu. Ilman vettä kasvi ei pysty fotosyntetisoimaan tarpeeksi nopeasti ja saattaa jopa kuolla.

Mikä on veden merkitys kasveille?

• Tarjoaa liuenneita mineraaleja, jotka tukevat kasvien terveyttä;
• Onko kuljetusväline;
• Tukee vakautta ja pystysuoraa;
• Viilentää ja kyllästää kosteudella;
• Se mahdollistaa erilaisten kemiallisten reaktioiden suorittamisen kasvisoluissa.

Fotosynteesin merkitys luonnossa

Fotosynteesin biokemiallinen prosessi käyttää auringonvalon energiaa veden ja hiilidioksidin muuttamiseksi hapeksi ja glukoosiksi. Glukoosia käytetään rakennusaineina kasveissa kudosten kasvussa. Näin ollen fotosynteesi on tapa, jolla juuret, varret, lehdet, kukat ja hedelmät muodostuvat. Ilman fotosynteesiprosessia kasvit eivät voi kasvaa tai lisääntyä.

• Tuottajat

Fotosynteettisten kykyjensä vuoksi kasvit tunnetaan tuottajina ja ne toimivat lähes kaikkien maapallon ravintoketjujen selkärankana. (Levät ovat kasvin vastineita). Kaikki syömämme ruoka tulee organismeista, jotka ovat fotosynteettisiä. Syömme näitä kasveja suoraan tai syömme kasviperäisiä ruokia syöviä eläimiä, kuten lehmiä tai sikoja.

• Ravintoketjun perusta

Vesistöissä kasvit ja levät muodostavat myös ravintoketjun perustan. Levät toimivat ravinnoksi, jotka puolestaan ​​toimivat ravintolähteenä suuremmille organismeille. Ilman fotosynteesiä vesiympäristössä elämä olisi mahdotonta.

• Hiilidioksidin poisto

Fotosynteesi muuttaa hiilidioksidin hapeksi. Fotosynteesin aikana ilmakehän hiilidioksidi pääsee kasviin ja vapautuu sitten hapena. Nykymaailmassa, jossa hiilidioksiditasot nousevat hälyttävää vauhtia, kaikki prosessit, jotka poistavat hiilidioksidia ilmakehästä, ovat ympäristön kannalta tärkeitä.

• Ravinteiden pyöräily

Kasveilla ja muilla fotosynteettisillä organismeilla on tärkeä rooli ravinteiden kierrossa. Ilmassa oleva typpi kiinnittyy kasvikudoksiin ja tulee saataville proteiinien valmistukseen. Maaperässä olevia hivenaineita voidaan myös liittää kasvikudokseen ja tarjota kasvinsyöjille edelleen ravintoketjussa.

• fotosynteettinen riippuvuus

Fotosynteesi riippuu valon voimakkuudesta ja laadusta. Päiväntasaajalla, missä auringonvaloa on runsaasti ympäri vuoden ja vesi ei ole rajoittava tekijä, kasveilla on nopea kasvunopeus ja ne voivat kasvaa melko suuriksi. Sitä vastoin fotosynteesi on vähemmän yleistä valtameren syvissä osissa, koska valo ei tunkeudu näihin kerroksiin, ja tämän seurauksena tämä ekosysteemi on karumpi.

Valoenergialla tai ilman. Se on tyypillistä kasveille. Tarkastellaanpa edelleen, mitkä ovat fotosynteesin pimeät ja vaaleat vaiheet.

Yleistä tietoa

Korkeampien kasvien fotosynteesielin on lehti. Kloroplastit toimivat organelleina. Niiden tylakoidien kalvot sisältävät fotosynteettisiä pigmenttejä. Ne ovat karotenoideja ja klorofyllejä. Viimeksi mainittuja on useissa muodoissa (a, c, b, d). Tärkein niistä on a-klorofylli. Sen molekyyli sisältää porfyriinin "pään", jonka keskustassa on magnesiumatomi, sekä fytolin "häntä". Ensimmäinen elementti esitetään litteänä rakenteena. "Pää" on hydrofiilinen, joten se sijaitsee siinä kalvon osassa, joka on suunnattu vesiympäristöön. Fytoli "häntä" on hydrofobinen. Tästä johtuen se pitää klorofyllimolekyylin kalvossa. Klorofylli imee siniviolettia ja punaista valoa. Ne heijastavat myös vihreää antaen kasveille tyypillisen värin. Tylaktisissa kalvoissa klorofyllimolekyylit ovat järjestäytyneet valosysteemeiksi. Sinileville ja kasveille on tunnusomaista järjestelmät 1 ja 2. Fotosynteettisillä bakteereilla on vain ensimmäinen. Toinen järjestelmä voi hajottaa H 2 O:ta ja vapauttaa happea.

Fotosynteesin kevyt vaihe

Kasveissa tapahtuvat prosessit ovat monimutkaisia ​​ja monivaiheisia. Erityisesti erotetaan kaksi reaktioryhmää. Ne ovat fotosynteesin pimeä ja vaalea vaihe. Jälkimmäinen etenee ATP-entsyymin, elektroninkuljetusproteiinien ja klorofyllin osallistuessa. Fotosynteesin kevyt vaihe tapahtuu tylaktoidien kalvoissa. Klorofyllielektronit kiihtyvät ja poistuvat molekyylistä. Sen jälkeen ne putoavat tylaktisen kalvon ulkopinnalle. Hän puolestaan ​​on latautunut negatiivisesti. Hapetuksen jälkeen klorofyllimolekyylien palautuminen alkaa. Ne ottavat elektroneja vedestä, joka on läsnä intralakoidisessa tilassa. Siten fotosynteesin valofaasi etenee kalvossa hajoamisen (fotolyysin) aikana: H 2 O + Q valo → H + + OH -

Hydroksyyli-ionit muunnetaan reaktiivisiksi radikaaleiksi luovuttamalla elektronejaan:

OH - → .OH + e -

OH-radikaalit yhdistävät ja muodostavat vapaata happea ja vettä:

4NO. → 2H 2O + O 2.

Tässä tapauksessa happi poistetaan ympäröivään (ulkoiseen) väliaineeseen ja protonit kerääntyvät tylaktoidin sisään erityiseen "säiliöön". Tämän seurauksena, kun fotosynteesin kevyt vaihe etenee, tylaktinen kalvo saa positiivisen varauksen toisaalta H +:n takia. Samaan aikaan elektronien takia se varautuu negatiivisesti.

ADP:n fosforylaatio

Kun fotosynteesin valovaihe etenee, kalvon sisä- ja ulkopinnan välillä on potentiaaliero. Kun se saavuttaa 200 mV, protonit työntyvät ATP-syntetaasin kanavien läpi. Siten fotosynteesin kevyt vaihe tapahtuu kalvossa, kun ADP fosforyloituu ATP:ksi. Tässä tapauksessa atomivety ohjataan nikotiiniamNADP+:n erityisen kantajan pelkistämiseen NADP.H2:ksi:

2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2

Fotosynteesin kevyt vaihe sisältää siis veden fotolyysin. Siihen puolestaan ​​liittyy kolme suurta reaktiota:

1. ATP:n synteesi.
2. Koulutus NADP.H 2 .
3. Hapen muodostuminen.

Fotosynteesin valovaiheeseen liittyy viimeksi mainitun vapautuminen ilmakehään. NADP.H2 ja ATP siirtyvät kloroplastin stroomaan. Tämä päättää fotosynteesin valovaiheen.

Toinen ryhmä reaktioita

Fotosynteesin pimeä vaihe ei vaadi valoenergiaa. Se menee kloroplastin stromaan. Reaktiot esitetään ilmasta tulevan hiilidioksidin peräkkäisten muutosten ketjuna. Tämän seurauksena muodostuu glukoosia ja muita orgaanisia aineita. Ensimmäinen reaktio on kiinnittyminen. RiBF toimii hiilidioksidin vastaanottajana. Katalyytti reaktiossa on ri(entsyymi). RiBP:n karboksyloinnin seurauksena muodostuu kuuden hiilen epästabiili yhdiste. Se hajoaa melkein välittömästi kahdeksi FHA-molekyyliksi (fosfoglyseriinihappo). Tätä seuraa reaktiosykli, jossa se muuttuu glukoosiksi useiden välituotteiden kautta. Ne käyttävät NADP.H 2:n ja ATP:n energioita, jotka muunnettiin fotosynteesin valovaiheen aikana. Näiden reaktioiden sykliä kutsutaan "Calvinin sykliksi". Se voidaan esittää seuraavasti:

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

Glukoosin lisäksi fotosynteesin aikana muodostuu muita orgaanisten (kompleksisten) yhdisteiden monomeerejä. Näitä ovat erityisesti rasvahapot, glyseroli, aminohapot, nukleotidit.

C3-reaktiot

Ne ovat eräänlainen fotosynteesin tyyppi, jossa ensimmäisenä tuotteena muodostuu kolmen hiilen yhdisteitä. Häntä kuvataan edellä Calvinin syklinä. C3-fotosynteesin ominaispiirteet ovat:

1. RiBP on hiilidioksidin vastaanottaja.
2. Karboksylaatioreaktiota katalysoi RiBP-karboksylaasi.
3. Muodostuu kuuden hiilen aine, joka hajoaa myöhemmin kahdeksi FHA:ksi.

Fosfoglyseriinihappo pelkistyy TF:ksi (trioosifosfaatit). Jotkut niistä lähetetään ribuloosibifosfaatin regeneraatioon, ja loput muunnetaan glukoosiksi.

C4-reaktiot

Tämän tyyppiselle fotosynteesille on ominaista neljän hiilen yhdisteiden esiintyminen ensimmäisenä tuotteena. Vuonna 1965 havaittiin, että C4-aineet ilmaantuvat ensimmäisenä joissakin kasveissa. Tämä on vahvistettu esimerkiksi hirssille, durralle, sokeriruo'olle ja maissille. Nämä viljelmät tunnettiin C4-kasveina. Seuraavana vuonna, 1966, Slack ja Hatch (australialaiset tutkijat) havaitsivat, että heiltä puuttuu lähes kokonaan valohengitys. On myös havaittu, että tällaiset C4-laitokset absorboivat hiilidioksidia paljon tehokkaammin. Tämän seurauksena hiilitransformaatioreittiä tällaisissa viljelmissä on kutsuttu Hatch-Slack-reitiksi.

Johtopäätös

Fotosynteesin merkitys on erittäin suuri. Hänen ansiostaan ​​hiilidioksidia imeytyy ilmakehästä vuosittain valtavia määriä (miljardeja tonneja). Sen sijaan happea vapautuu vähemmän. Fotosynteesi toimii pääasiallisena orgaanisten yhdisteiden muodostumisen lähteenä. Happi osallistuu otsonikerroksen muodostumiseen, joka suojaa eläviä organismeja lyhytaaltoisen UV-säteilyn vaikutuksilta. Fotosynteesin aikana lehti imee vain 1 % kaikesta sille putoavasta valoenergiasta. Sen tuottavuus on 1 g orgaanista yhdistettä 1 neliömetriä kohti. m pintaa tunnissa.

Miten auringonvalon energia fotosynteesin vaaleassa ja pimeässä vaiheessa muunnetaan glukoosin kemiallisten sidosten energiaksi? Selitä vastaus.

Vastaus

Fotosynteesin valovaiheessa auringonvalon energia muuttuu virittyneiden elektronien energiaksi ja sitten virittyneiden elektronien energia ATP:n ja NADP-H2:n energiaksi. Fotosynteesin pimeässä vaiheessa ATP:n ja NADP-H2:n energia muuttuu glukoosin kemiallisten sidosten energiaksi.

Mitä tapahtuu fotosynteesin valovaiheessa?

Vastaus

Klorofyllin elektronit kulkevat valoenergian virittyneenä elektronien kuljetusketjuja pitkin, joiden energia varastoituu ATP:hen ja NADP-H2:een. Veden fotolyysi tapahtuu, happea vapautuu.

Mitkä ovat tärkeimmät prosessit, jotka tapahtuvat fotosynteesin pimeässä vaiheessa?

Vastaus

Ilmakehästä saadusta hiilidioksidista ja kevyessä faasissa saadusta vedystä muodostuu glukoosia kevyessä faasissa saadun ATP:n energian ansiosta.

Mikä on klorofyllin tehtävä kasvisolussa?

Vastaus

Klorofylli osallistuu fotosynteesiprosessiin: valofaasissa klorofylli imee valoa, klorofyllielektroni vastaanottaa valoenergiaa, katkeaa ja kulkee elektronien kuljetusketjua pitkin.

Mikä rooli klorofyllielektroneilla on fotosynteesissä?

Vastaus

Auringonvalon virittämät klorofyllielektronit kulkevat elektronien kuljetusketjujen läpi ja luovuttavat energiansa ATP:n ja NADP-H2:n muodostumiseen.

Missä fotosynteesin vaiheessa vapaata happea syntyy?

Vastaus

Kevyessä vaiheessa, veden fotolyysin aikana.

Missä fotosynteesin vaiheessa ATP-synteesi tapahtuu?

Vastaus

kevyt vaihe.

Mikä on hapen lähde fotosynteesin aikana?

Vastaus

Vesi (happi vapautuu veden fotolyysin aikana).

Fotosynteesin nopeus riippuu rajoittavista (rajoittavista) tekijöistä, joita ovat valo, hiilidioksidipitoisuus, lämpötila. Miksi nämä tekijät rajoittavat fotosynteesireaktioita?

Vastaus

Valoa tarvitaan klorofyllin virittymiseen, se toimittaa energiaa fotosynteesiprosessiin. Hiilidioksidia tarvitaan fotosynteesin pimeässä vaiheessa, josta syntetisoidaan glukoosia. Lämpötilan muutos johtaa entsyymien denaturoitumiseen, fotosynteesin reaktiot hidastuvat.

Missä aineenvaihduntareaktioissa kasveissa hiilidioksidi on hiilihydraattien synteesin alkuaine?

Vastaus

fotosynteesin reaktioissa.

Kasvien lehdissä fotosynteesiprosessi etenee intensiivisesti. Esiintyykö sitä kypsissä ja kypsymättömissä hedelmissä? Selitä vastaus.

Vastaus

Fotosynteesi tapahtuu kasvien vihreissä osissa, jotka ovat alttiina valolle. Siten fotosynteesi tapahtuu vihreiden hedelmien kuoressa. Hedelmien sisällä ja kypsien (ei vihreiden) hedelmien kuoressa fotosynteesiä ei tapahdu.