Фотосинтездің жеңіл фазасы. Фотосинтез процесі: қысқаша және балаларға түсінікті. Фотосинтез: жарық және қараңғы фазалар Қараңғы фаза тәуліктің қай мезгілінде болады

Негізгі ұғымдар және негізгі терминдер: фотосинтез. Хлорофилл. жарық фазасы. қараңғы фаза.

Есіңізде болсын! Пластикалық алмасу дегеніміз не?

Ойлау!

Жасыл түс ақындардың өлеңдерінде жиі айтылады. Сонымен, Богдан-Игорь Анто-ничтің: «... поэзия қайнаған және дана, жасыл сияқты», «... жасыл боран, жасыл от»,

«...көкөніс өзендері жасыл тасқын көтеріледі». Жасыл – жаңарудың түсі, жастықтың, тыныштықтың, табиғаттың түсі.

Өсімдіктер неге жасыл?

Фотосинтез үшін қандай жағдайлар бар?

Фотосинтез (грек тілінен аударғанда фото – жарық, синтез – комбинация) – пластикалық алмасу процестерінің өте күрделі жиынтығы. Ғалымдар фотосинтездің үш түрін ажыратады: оттегілік (өсімдіктер мен цианобактерияларда молекулалық оттегінің бөлінуімен), аноксикті (фотобактерияларда оттегі бөлінбестен анаэробты жағдайда бактериохлорофиллдің қатысуымен) және хлорофиллсіз (бактерияларда арходопаттардың қатысуымен) . 2,4 км тереңдікте күн сәулесінің орнына қара темекі шегушілердің әлсіз сәулелерін пайдаланатын жасыл күкірт GSB1 бактериялары табылды. Бірақ, К.Свенсон жасушалар туралы монографиясында жазғанындай: «Жабайы табиғат үшін энергияның негізгі көзі - көрінетін жарық энергиясы».

Тірі табиғатта ең көп таралғаны оттегі фотосинтезі, ол жарық энергиясын, көмірқышқыл газын, суды, ферменттерді және хлорофиллді қажет етеді. Фотосинтезге арналған жарық хлорофиллмен жұтылады, су жасуша қабырғасының кеуектері арқылы жасушаларға жеткізіледі, көмірқышқыл газы диффузия арқылы жасушаларға түседі.

Негізгі фотосинтетикалық пигменттер хлорофиллдер болып табылады. Хлорофильдер (грек тілінен chloros – жасыл және phylon – жапырақ) – өсімдіктердің жасыл пигменттері, олардың қатысуымен фотосинтез жүреді. Хлорофиллдің жасыл түсі көк сәулелерді және ішінара қызыл сәулелерді жұтуға арналған құрылғы. Ал жасыл сәулелер өсімдіктердің денесінен шағылысып, адам көзінің тор қабығына түсіп, конустарды тітіркендіреді және түсті көрнекі сезім тудырады. Сондықтан өсімдіктер жасыл!

Хлорофиллдерден басқа өсімдіктерде көмекші каротиноидтар, цианобактериялар мен қызыл балдырларда фикобилиндер болады. Жасыл

ал күлгін бактерияларда көк, күлгін, тіпті инфрақызыл сәулелерді сіңіретін бактериохлорофилдер бар.

Фотосинтез жоғары сатыдағы өсімдіктерде, балдырларда, цианобактерияларда, кейбір архейлерде, яғни фото-автотрофтар деп аталатын организмдерде жүреді. Өсімдіктердегі фотосинтез хлоропласттарда, цианобактериялар мен фотобактерияларда - фотопигменттері бар мембраналардың ішкі инвагинацияларында жүзеге асады.

Сонымен, ФОТОСИНТЕЗ – бұл бейорганикалық заттардан жарық энергиясын пайдаланып және фотосинтетикалық пигменттердің қатысуымен органикалық қосылыстардың түзілу процесі.

Фотосинтездің жарық және қараңғы фазаларының ерекшеліктері қандай?

Фотосинтез процесінде екі кезең – жарық және қараңғы фазалар ажыратылады (49-сурет).

Фотосинтездің жарық фазасы жарықтың қатысуымен хлоропластардың түйіршіктерінде жүреді. Бұл кезең хлорофилл молекуласының жарық кванттарын жұту сәтінен басталады. Бұл жағдайда хлорофилл молекуласындағы магний атомының электрондары потенциалдық энергияны жинақтай отырып, жоғары энергетикалық деңгейге ауысады. Қозған электрондардың едәуір бөлігі оны АТФ түзу және НАДФ (никотинамид адениндинуклеотид фосфаты) қалпына келтіру үшін басқа химиялық қосылыстарға береді. Осындай ұзақ атауы бар бұл қосылыс жасушадағы сутегінің әмбебап биологиялық тасымалдаушысы болып табылады. Жарықтың әсерінен судың ыдырау процесі – фотолиз жүреді. Бұл электрондарды (e“), протондарды (H+) және жанама өнім ретінде молекулалық оттегін шығарады. H+ сутегі протондары энергия деңгейі жоғары электрондарды қосу арқылы атом сутегіне айналады, ол NADP+-ны NADP-қа дейін тотықсыздандыру үшін қолданылады. N. Сонымен, жарық фазасының негізгі процестері: 1) судың фотолизі (жарық әсерінен оттегінің түзілуімен судың бөлінуі); 2) НАДФ-ның тотықсыздануы (НАДФ-қа сутегі атомының қосылуы); 3) фотофосфорлану (АДФ-дан АТФ түзілуі).

Сонымен, жарық фазасы – жарық энергиясы есебінен молекулалық оттегінің, атомдық сутегінің және АТФ түзілуін қамтамасыз ететін процестердің жиынтығы.

Фотосинтездің қараңғы фазасы хлоропласттардың стромасында жүреді. Оның процестері жарыққа тәуелді емес және жасушаның глюкозаға қажеттілігіне байланысты жарықта да, қараңғыда да жүруі мүмкін. Қараңғы фазаның негізі көмірқышқыл газын бекіту циклі немесе Кальвин циклі деп аталатын циклдік реакция болып табылады. Бұл процесті алғаш рет химия бойынша Нобель сыйлығының лауреаты (1961) американдық биохимик Мелвин Кальвин (1911 - 1997) зерттеді. Қараңғы фазада глюкоза көмірқышқыл газынан, сутегі NADP-дан және АТФ энергиясынан синтезделеді. СО2 фиксациясы реакциялары рибулоза бисфосфат карбоксилазасымен (Рубиско) катализденеді, жер бетіндегі ең көп таралған фермент.

Сонымен, қараңғы фаза - бұл АТФ химиялық энергиясының арқасында көміртегінің көзі болып табылатын көмірқышқыл газының және сутегінің көзі болып табылатын судың көмегімен глюкозаның түзілуін қамтамасыз ететін циклдік реакциялар жиынтығы.

Фотосинтездің планеталық рөлі қандай?

Фотосинтездің биосфера үшін маңызын асыра бағалау мүмкін емес. Дәл осы процесс арқылы Күннің жарық энергиясы фото-автотрофтар арқылы негізінен бастапқы органикалық заттарды беретін көмірсулардың химиялық энергиясына айналады. Онымен қоректік тізбектер басталады, оның бойымен энергия гетеротрофты организмдерге беріледі. Өсімдіктер шөпқоректілерге қорек қызметін атқарады, олар осы арқылы қажетті қоректік заттарды алады. Сонда шөпқоректілер жыртқыштардың жеміне айналады, олар да энергияны қажет етеді, онсыз өмір сүру мүмкін емес.

Күн энергиясының аз ғана бөлігі өсімдіктерге түсіп, фотосинтезге жұмсалады. Күннің энергиясы негізінен булану және жер бетінің температуралық режимін сақтау үшін жұмсалады. Сонымен, биосфераға күн энергиясының шамамен 40 - 50% ғана енеді, ал күн энергиясының 1 - 2% ғана синтезделген органикалық заттарға айналады.

Жасыл өсімдіктер мен цианобактериялар атмосфераның газдық құрамына әсер етеді. Қазіргі атмосферадағы барлық оттегі фотосинтездің өнімі болып табылады. Атмосфераның пайда болуы жер бетінің күйін толығымен өзгертті, аэробты тыныс алудың пайда болуына мүмкіндік берді. Кейінірек эволюция процесінде озон қабаты пайда болғаннан кейін тірі организмдер құрлыққа шықты. Сонымен қатар, фотосинтез СО 2 жиналуын болдырмайды және планетаны қызып кетуден сақтайды.

Сонымен, фотосинтездің планеталық маңызы бар, Жер планетасының тірі табиғатының болуын қамтамасыз етеді.

ACTIVITY Сәйкестік тапсырмасы

Кестені пайдалана отырып, фотосинтезді аэробты тыныс алумен салыстырып, пластикалық және энергия алмасуының байланысы туралы қорытынды жасаңыз.

ФОТОСИНТЕЗ ЖӘНЕ АЭРОБТЫ ТЫНЫСТЫҢ САЛЫСТЫРМАЛЫҚ СИПАТТАМАСЫ

Білімді қолдану тапсырмасы

Өсімдіктердегі фотосинтез процесінің ұйымдастырылу деңгейлерін танып, атаңыз. Өсімдік организмінің әр түрлі ұйымдастырылу деңгейіндегі фотосинтезге бейімделулерін ата.

КӨЗҚАРАС Биология + Әдебиет

К. А. Тимирязев (1843 - 1920), один из наиболее известных исследователей фотосинтеза, написал: «Микроскопическое зелёное зерно хлорофилла является фокусом, точкой в мировом пространстве, в которую с одного конца притекает энергия Солнца, а с другого берут начало все проявления жизни жерде. Бұл аспаннан от ұрлаған нағыз Прометей. Ол ұрлаған күн сәулесі жарқыраған тұңғиықта да, электр тоғының жарқыраған ұшқынында да жанады. Күн сәулесі алып паровоздың маховиктерін де, суретшінің қылқаламын да, ақын қаламын да қозғалысқа келтіреді. Күн сәулесі ақынның қаламын қимылдатады деген тұжырымды өз білімдеріңді қолданып, дәлелдеңдер.

Бұл оқулық материалы.

Фотосинтез – жарық энергиясының химиялық байланыс энергиясына айналуы.органикалық қосылыстар.

Фотосинтез өсімдіктерге, соның ішінде барлық балдырларға, бірқатар прокариоттарға, соның ішінде цианобактерияларға және кейбір бір жасушалы эукариоттарға тән.

Көп жағдайда фотосинтез жанама өнім ретінде оттегін (O2) түзеді. Дегенмен, бұл әрдайым бола бермейді, өйткені фотосинтездің бірнеше түрлі жолдары бар. Оттегінің бөлінуі жағдайында оның көзі су болып табылады, одан сутегі атомдары фотосинтез қажеттілігі үшін бөлінеді.

Фотосинтез әртүрлі пигменттер, ферменттер, коферменттер және т.б. қатысатын көптеген реакциялардан тұрады.Негізгі пигменттер хлорофиллдер, олардан басқа каротиноидтар мен фикобилиндер.

Табиғатта өсімдіктердің фотосинтезінің екі жолы кең таралған: С 3 және С 4. Басқа организмдердің өзіндік ерекше реакциялары болады. Бұл әртүрлі процестерді «фотосинтез» терминімен біріктіретін нәрсе, олардың барлығында фотон энергиясын химиялық байланысқа айналдыру жүреді. Салыстыру үшін: хемосинтез кезінде кейбір қосылыстардың (бейорганикалық) химиялық байланысының энергиясы басқаларына – органикалыққа айналады.

Фотосинтездің екі фазасы бар - ашық және қараңғы.Біріншісі реакциялардың жүруіне қажетті жарық сәулеленуіне (hν) байланысты. Қараңғы фаза жарыққа тәуелсіз.

Өсімдіктерде фотосинтез хлоропласттарда жүреді. Барлық реакциялардың нәтижесінде бастапқы органикалық заттар түзіліп, олардан көмірсулар, аминқышқылдары, май қышқылдары және т.б. синтезделеді.Әдетте фотосинтездің жалпы реакциясы мынаған қатысты жазылады. глюкоза – фотосинтездің ең көп тараған өнімі:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

O 2 молекуласын құрайтын оттегі атомдары көмірқышқыл газынан емес, судан алынады. Көмірқышқыл газы көміртегінің көзі болып табыладықайсысы маңыздырақ. Байланысуының арқасында өсімдіктер органикалық заттарды синтездеуге мүмкіндік алады.

Жоғарыда келтірілген химиялық реакция жалпыланған және жалпы болып табылады. Бұл процестің мәнінен алыс. Сонымен, глюкоза көмірқышқыл газының алты жеке молекуласынан түзілмейді. CO 2 байланысуы бір молекулада болады, ол алдымен бұрыннан бар бес көміртекті қантқа қосылады.

Прокариоттардың фотосинтездің өзіндік ерекшеліктері бар. Сонымен, бактерияларда негізгі пигмент бактериохлорофилл болып табылады, ал оттегі бөлінбейді, өйткені сутегі судан емес, көбінесе күкіртсутектен немесе басқа заттардан алынады. Көк-жасыл балдырларда негізгі пигмент хлорофилл болып табылады, ал оттегі фотосинтез кезінде бөлінеді.

Фотосинтездің жеңіл фазасы

Фотосинтездің жеңіл фазасында сәулелену энергиясы есебінен АТФ және НАДФ·Н 2 синтезделеді.Болады хлоропласттардың тилакоидтарында, мұндағы пигменттер мен ферменттер электрохимиялық тізбектердің жұмыс істеуі үшін күрделі кешендерді құрайды, олар арқылы электрондар мен ішінара сутегі протондары тасымалданады.

Электрондар NADP коферментінде аяқталады, ол теріс зарядталған кезде протондардың бір бөлігін өзіне тартып, NADP H 2-ге айналады. Сондай-ақ, тилакоидтық мембрананың бір жағында протондардың, ал екінші жағында электрондардың жинақталуы электрохимиялық градиент жасайды, оның потенциалы АТФ синтетаза ферментімен АДФ пен фосфор қышқылынан АТФ синтездеу үшін қолданылады.

Фотосинтездің негізгі пигменттері әртүрлі хлорофиллдер болып табылады. Олардың молекулалары жарықтың белгілі, жартылай әртүрлі спектрлерінің сәулеленуін ұстайды. Бұл жағдайда хлорофилл молекулаларының кейбір электрондары жоғары энергетикалық деңгейге ауысады. Бұл тұрақсыз күй және теорияда электрондар сол сәулелену арқылы сырттан алынған энергияны кеңістікке беріп, бұрынғы деңгейге оралуы керек. Бірақ фотосинтездеуші жасушаларда қозғалған электрондарды акцепторлар ұстап алады және олардың энергиясы бірте-бірте азайған кезде тасымалдаушылар тізбегі бойымен тасымалданады.

Тилакоидты мембраналарда жарық әсер еткенде электрондар шығаратын фотожүйелердің екі түрі бар.Фотожүйелер - бұл электрондар бөлініп шығатын реакция орталығы бар негізінен хлорофилл пигменттерінің күрделі кешені. Фотожүйеде күн сәулесі көптеген молекулаларды ұстайды, бірақ барлық энергия реакция орталығында жиналады.

I фотожүйенің электрондары тасымалдаушылар тізбегінен өтіп, NADP қалпына келтіреді.

II фотожүйеден бөлінген электрондардың энергиясы АТФ синтезіне жұмсалады.Ал II фотожүйенің электрондары I фотожүйенің электронды саңылауларын толтырады.

нәтижесінде түзілген электрондармен екінші фотожүйенің тесіктері толтырылады су фотолизі. Фотолиз жарықтың қатысуымен де жүреді және H 2 O протондарға, электрондарға және оттегіге ыдырауынан тұрады. Судың фотолизі нәтижесінде бос оттегі пайда болады. Протондар электрохимиялық градиентті құруға және НАДФ-ны азайтуға қатысады. Электрондарды II фотожүйенің хлорофилл қабылдайды.

Фотосинтездің жарық фазасының шамамен жиынтық теңдеуі:

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

Электрондардың циклдік тасымалдануы

деп аталатын фотосинтездің циклдік емес жарық фазасы. Тағы бар NADP тотықсыздануы болмаған кездегі электрондардың циклдік тасымалдануы. Бұл жағдайда I фотожүйесінің электрондары АТФ синтезделетін тасымалдаушы тізбегіне өтеді. Яғни, бұл электрон тасымалдау тізбегі электрондарды II емес, I фотожүйеден алады. Бірінші фотожүйе циклді жүзеге асырады: шығарылған электрондар оған оралады. Жолда олар энергиясының бір бөлігін АТФ синтезіне жұмсайды.

Фотофосфорлану және тотығу фосфорлануы

Фотосинтездің жеңіл фазасын жасушалық тыныс алу – митохондриялық кристалдарда болатын тотығу фосфорлану кезеңімен салыстыруға болады. Онда да АТФ синтезі электрондар мен протондардың тасымалдаушы тізбек бойымен тасымалдануы есебінен жүреді. Бірақ фотосинтез жағдайында энергия АТФ-да жасушаның қажеттіліктері үшін емес, негізінен фотосинтездің қараңғы фазасының қажеттіліктері үшін сақталады. Ал тыныс алу кезінде органикалық заттар бастапқы энергия көзі қызметін атқарса, фотосинтез кезінде ол күн сәулесі болып табылады. Фотосинтез кезінде АТФ синтезі деп аталады фотофосфорланутотықтырғыш фосфорланудан гөрі.

Фотосинтездің қараңғы фазасы

Фотосинтездің қараңғы фазасын алғаш рет Кальвин, Бенсон, Бассем егжей-тегжейлі зерттеді. Олар ашқан реакциялар циклі кейінірек Кальвин циклі немесе С 3 -фотосинтез деп аталды. Өсімдіктердің белгілі бір топтарында модификацияланған фотосинтез жолы байқалады - C 4, оны Хэтч-Слэк циклі деп те атайды.

Фотосинтездің қараңғы реакцияларында СО 2 бекітіледі.Қараңғы фаза хлоропласттың стромасында өтеді.

СО 2 қалпына келуі АТФ энергиясы мен жарық реакцияларында түзілетін NADP·H 2 қалпына келтіру күші есебінен жүреді. Оларсыз көміртекті бекіту болмайды. Сондықтан қараңғы фаза жарыққа тікелей тәуелді болмаса да, әдетте жарықта да жүреді.

Кальвин циклі

Қараңғы фазаның бірінші реакциясы CO 2 ( карбоксилденуe) 1,5-рибулоза бифосфатқа ( рибулоза 1,5-дифосфат) – RiBF. Соңғысы – екі есе фосфорланған рибоза. Бұл реакция рибулоза-1,5-дифосфаткарбоксилаза ферментімен катализденеді. рубиско.

Карбоксилдену нәтижесінде тұрақсыз алты көміртекті қосылыс түзіледі, ол гидролиз нәтижесінде үш көміртекті екі молекулаға ыдырайды. фосфоглицерин қышқылы (PGA)фотосинтездің алғашқы өнімі болып табылады. FHA фосфоглицерат деп те аталады.

RiBP + CO 2 + H 2 O → 2FGK

FHA құрамында үш көміртек атомы бар, олардың біреуі қышқыл карбоксил тобына (-COOH) кіреді:

FHA үш көміртекті қантқа (глицеральдегидфосфатқа) айналады. триоза фосфат (TF), құрамында альдегидтер тобы (-CHO):

FHA (3-қышқыл) → TF (3-қант)

Бұл реакция АТФ энергиясын және NADP · H 2 қалпына келтіру күшін жұмсайды. ТФ – фотосинтездің бірінші көмірсуы.

Осыдан кейін триозафосфаттың көп бөлігі рибулоза бисфосфатының (RiBP) регенерациясына жұмсалады, ол қайтадан CO 2 байланыстыру үшін қолданылады. Регенерация 3-тен 7-ге дейін көміртегі атомдары бар қант фосфаттарының қатысуымен АТФ тұтынатын бірқатар реакцияларды қамтиды.

Дәл осы RiBF циклінде Кальвин циклі аяқталады.

Онда түзілген ТФ аз бөлігі Кальвин циклінен шығады. Көмірқышқыл газының 6 байланысқан молекуласы бойынша шығымы триозафосфаттың 2 молекуласын құрайды. Циклдің кіріс және шығыс өнімдерімен жалпы реакциясы:

6CO 2 + 6H 2 O → 2TF

Бұл кезде байланысуға 6 RiBP молекуласы қатысады және 12 FHA молекуласы түзіледі, олар 12 ТФ-ға айналады, оның ішінде 10 молекула циклде қалып, 6 RiBP молекуласына айналады. ТФ үш көміртекті қант, ал RiBP бес көміртекті болғандықтан, көміртек атомдарына қатысты бізде: 10 * 3 = 6 * 5. Циклды қамтамасыз ететін көміртегі атомдарының саны өзгермейді, барлық қажетті RiBP қалпына келеді. Ал циклге кіретін көмірқышқыл газының алты молекуласы циклден шығатын триозафосфаттың екі молекуласының түзілуіне жұмсалады.

6 байланысқан CO 2 молекуласына негізделген Кальвин циклі фотосинтездің жеңіл фазасының реакцияларында синтезделген 18 АТФ молекуласы мен 12 NADP · H 2 молекуласын тұтынады.

Есептеу циклден шығатын екі триоза фосфат молекуласы үшін жүргізіледі, өйткені кейінірек түзілген глюкоза молекуласының құрамына 6 көміртек атомы кіреді.

Триозафосфат (ТФ) Кальвин циклінің соңғы өнімі болып табылады, бірақ оны фотосинтездің соңғы өнімі деп атауға болмайды, өйткені ол дерлік жиналмайды, бірақ басқа заттармен әрекеттесіп, глюкозаға, сахарозаға, крахмалға, майға, май қышқылдары, амин қышқылдары. ТФ-дан басқа FHA маңызды рөл атқарады. Бірақ мұндай реакциялар тек фотосинтездеуші организмдерде ғана болмайды. Бұл мағынада фотосинтездің қараңғы фазасы Кальвин циклімен бірдей.

PHA сатылы ферментативті катализ арқылы алты көміртекті қантқа айналады. фруктоза-6-фосфат, ол айналады глюкоза. Өсімдіктерде глюкоза крахмал мен целлюлозаға полимерленеді. Көмірсулардың синтезі гликолиздің кері процесіне ұқсас.

фототыныс алу

Оттегі фотосинтезді тежейді. Қоршаған ортада О 2 неғұрлым көп болса, СО 2 секвестрлеу процесі соғұрлым тиімді емес. Өйткені, рибулоза бисфосфаткарбоксилаза ферменті (рубиско) көмірқышқыл газымен ғана емес, оттегімен де әрекеттесе алады. Бұл жағдайда қараңғы реакциялар біршама ерекшеленеді.

Фосфогликолат - фосфогликоль қышқылы. Одан фосфат тобы бірден бөлініп, гликоль қышқылына (гликолят) айналады. Оны «пайдалану» үшін қайтадан оттегі қажет. Демек, атмосферада оттегі неғұрлым көп болса, соғұрлым ол фототыныс алуды ынталандырады және өсімдікке реакция өнімдерінен құтылу үшін көбірек оттегі қажет болады.

Фототыныс алу – оттегінің жарыққа тәуелді шығыны және көмірқышқыл газының бөлінуі.Яғни газдардың алмасуы тыныс алу кезіндегідей жүреді, бірақ хлоропласттарда жүреді және жарық сәулеленуіне байланысты. Фототыныс алу тек фотосинтез кезінде рибулоза бифосфаты түзілетіндіктен ғана жарыққа тәуелді.

Фототыныс алу кезінде көміртегі атомдары гликолаттан Кальвин цикліне фосфоглицерин қышқылы (фосфоглицерат) түрінде қайтады.

2 гликолат (C 2) → 2 глиоксилат (C 2) → 2 глицин (C 2) - CO 2 → серин (C 3) → гидроксипируват (C 3) → глицерат (C 3) → FGK (C 3)

Көріп отырғаныңыздай, қайтару толық емес, өйткені глициннің екі молекуласы амин қышқылы серинінің бір молекуласына айналғанда бір көміртегі атомы жоғалады, ал көмірқышқыл газы бөлінеді.

Оттегі гликолатты глиоксилатқа және глицинді серинге айналдыру кезеңдерінде қажет.

Гликолаттың глиоксилатқа, содан кейін глицинге айналуы пероксисомаларда жүреді, ал серин митохондрияда синтезделеді. Серин қайтадан пероксисомаларға түседі, онда алдымен гидроксипируват, содан кейін глицерат түзеді. Глицерат хлоропласттарға енеді, онда одан FHA синтезделеді.

Фототыныс алу негізінен С3 типті фотосинтезі бар өсімдіктерге тән. Оны зиянды деп санауға болады, өйткені энергия гликолатты FHA-ға айналдыруға жұмсалады. Шамасы, фототыныс алу ежелгі өсімдіктердің атмосферадағы оттегінің көп мөлшеріне дайын болмауына байланысты пайда болды. Бастапқыда олардың эволюциясы көмірқышқыл газына бай атмосферада өтті және ол негізінен рубиско ферментінің реакциялық орталығын басып алды.

C 4 -фотосинтез немесе Хэтч-Слэк циклі

Егер С 3 фотосинтезде күңгірт фазаның бірінші өнімі үш көміртек атомын қамтитын фосфоглицерин қышқылы болса, С 4 жолында төрт көміртегі атомы бар қышқылдар бірінші өнімдер: алма, оксалосірке, аспартик.

C 4 -фотосинтез көптеген тропиктік өсімдіктерде байқалады, мысалы, қант қамысы, жүгері.

C 4 -өсімдіктер көміртегі тотығын тиімдірек сіңіреді, оларда фототыныс алу дерлік болмайды.

Фотосинтездің қараңғы фазасы С 4 жолымен жүретін өсімдіктер ерекше жапырақ құрылымына ие. Онда өткізгіш шоғырлар қос қабат жасушалармен қоршалған. Ішкі қабат өткізгіш сәуленің төсеніші болып табылады. Сыртқы қабаты мезофилл жасушалары. Хлоропласт жасушаларының қабаттары бір-бірінен ерекшеленеді.

Мезофильді хлоропластар ірі түйіршіктермен, фотожүйелердің жоғары белсенділігімен, RiBP карбоксилаза ферментінің (рубиско) және крахмалдың болмауымен сипатталады. Яғни, бұл жасушалардың хлоропласттары негізінен фотосинтездің жеңіл фазасына бейімделген.

Өткізгіш шоғыр жасушаларының хлоропласттарында грана дерлік дамымаған, бірақ RiBP карбоксилазасының концентрациясы жоғары. Бұл хлоропласттар фотосинтездің қараңғы фазасына бейімделген.

Көмірқышқыл газы алдымен мезофилл жасушаларына еніп, органикалық қышқылдармен байланысады, осы түрде қабықша жасушаларына тасымалданады, бөлінеді, содан кейін С3 өсімдіктеріндегідей байланысады. Яғни, C 4 -жолы C 3 орнына емес, толықтырады.

Мезофиллде СО 2 фосфоэнолпируватқа (ПЭП) қосылып, төрт көміртегі атомын қамтитын оксалоацетат (қышқыл) түзіледі:

Реакция РЭП-карбоксилаза ферментінің қатысуымен жүреді, оның СО 2-ге рубискоға қарағанда жақындығы жоғары. Сонымен қатар, ПЭП-карбоксилаза оттегімен әрекеттеспейді, сондықтан фототыныс алуға жұмсалмайды. Осылайша, С4 фотосинтезінің артықшылығы көмірқышқыл газының тиімдірек фиксингінде, оның қабықша жасушаларында концентрациясының жоғарылауында, демек, фототыныс алу үшін тұтынылмайтын RBP карбоксилазасының тиімдірек жұмысында.

Оксалоацетат 4-көміртекті дикарбон қышқылына (малат немесе аспартат) айналады, ол тамырлар шоғырларын қаптаған жасушалардың хлоропластарына тасымалданады. Мұнда қышқыл декарбоксилденген (СО2-ны жою), тотығу (сутегін жою) және пируватқа айналады. Сутегі NADP қалпына келтіреді. Пируват мезофиллге оралады, онда АТФ тұтынуымен ПЭП одан қалпына келеді.

Қабықша жасушаларының хлоропластарындағы үзілген CO 2 фотосинтездің қараңғы фазасының әдеттегі С 3 жолына, яғни Кальвин цикліне өтеді.

Хэтч-Слэк жолы бойындағы фотосинтез көп энергияны қажет етеді.

С 4 жолы C 3 жолына қарағанда кейінірек дамыды және көптеген жолдармен фототыныс алуға бейімделу болып табылады деп саналады.

Ғаламшардағы әрбір тіршілік иесі өмір сүру үшін тамақ немесе энергия қажет. Кейбір организмдер басқа тіршілік иелерімен қоректенеді, ал басқалары өздерінің қоректік заттарын өндіре алады. Олар фотосинтез деп аталатын процесте өздерінің тағамын, глюкозаны жасайды.

Фотосинтез және тыныс алу өзара байланысты. Фотосинтездің нәтижесі глюкоза болып табылады, ол денеде химиялық энергия ретінде сақталады. Бұл жинақталған химиялық энергия бейорганикалық көміртектің (көмірқышқыл газының) органикалық көміртегіне айналуынан туындайды. Тыныс алу процесі жинақталған химиялық энергияны шығарады.

Өсімдіктерге олар өндіретін өнімдерден басқа, өмір сүру үшін көміртегі, сутегі және оттегі де қажет. Топырақтан сіңірілген су сутегі мен оттегін береді. Фотосинтез кезінде көміртегі мен су тағамды синтездеу үшін пайдаланылады. Өсімдіктер аминқышқылдарын жасау үшін нитраттарды да қажет етеді (аминқышқылы ақуыз жасау үшін ингредиент болып табылады). Сонымен қатар, хлорофилл өндіру үшін оларға магний қажет.

Ескерту:Басқа қоректік заттарға тәуелді тіршілік иелері деп аталады. Сиыр сияқты шөпқоректілер, сондай-ақ жәндіктермен қоректенетін өсімдіктер гетеротрофтарға мысал бола алады. Өздері қоректенетін тіршілік иелері деп аталады. Жасыл өсімдіктер мен балдырлар автотрофтарға мысал бола алады.

Бұл мақалада сіз өсімдіктерде фотосинтездің қалай жүретіні және осы процеске қажетті жағдайлар туралы көбірек білесіз.

Фотосинтездің анықтамасы

Фотосинтез - өсімдіктердің, кейбіреулерінің және балдырлардың энергия көзі ретінде тек жарықты пайдаланып, көмірқышқыл газы мен судан глюкоза мен оттегін түзетін химиялық процесс.

Бұл процесс жер бетіндегі тіршілік үшін өте маңызды, өйткені ол оттегін шығарады, оған бүкіл тіршілік тәуелді.

Неліктен өсімдіктерге глюкоза (тамақ) қажет?

Адамдар мен басқа да тіршілік иелері сияқты өсімдіктер де тіршілік ету үшін қоректік заттарды қажет етеді. Өсімдіктер үшін глюкозаның мәні келесідей:

• Фотосинтез нәтижесінде алынған глюкоза тыныс алу кезінде өсімдікке басқа өмірлік процестерге қажетті энергияны шығару үшін пайдаланылады.
• Өсімдік жасушалары глюкозаның бір бөлігін крахмалға айналдырады, ол қажет болған жағдайда қолданылады. Осы себепті өлі өсімдіктер биомасса ретінде пайдаланылады, өйткені олар химиялық энергияны сақтайды.
• Глюкоза сонымен қатар өсу және басқа маңызды процестер үшін қажет ақуыздар, майлар және өсімдік қанттары сияқты басқа химиялық заттарды өндіру үшін қажет.

Фотосинтез фазалары

Фотосинтез процесі екі фазаға бөлінеді: ашық және қараңғы.

Фотосинтездің жеңіл фазасы

Аты айтып тұрғандай, жарық фазалары күн сәулесін қажет етеді. Жарыққа тәуелді реакцияларда күн сәулесінің энергиясы хлорофиллмен жұтылып, NADPH (никотинамид адениндинуклеотидфосфаты) электронды тасымалдаушы молекуласы және АТФ (аденозинтрифосфат) энергия молекуласы түріндегі жинақталған химиялық энергияға айналады. Жеңіл фазалар хлоропласт ішіндегі тилакоидты мембраналарда кездеседі.

Фотосинтездің қараңғы фазасы немесе Кальвин циклі

Қараңғы фазада немесе Кальвин циклінде жарық фазасынан қозғалған электрондар көміртегі диоксиді молекулаларынан көмірсулардың пайда болуына энергия береді. Жарыққа тәуелсіз фазалар процестің циклдік сипатына байланысты кейде Кальвин циклі деп аталады.

Қараңғы фазалар реактив ретінде жарықты қолданбаса да (нәтижесінде күндіз немесе түнде пайда болуы мүмкін), олар жұмыс істеуі үшін жарыққа тәуелді реакциялардың өнімдерін қажет етеді. Жарыққа тәуелсіз молекулалар жаңа көмірсу молекулаларын құру үшін энергия тасымалдаушы ATP және NADPH молекулаларына тәуелді. Энергияны молекулаларға бергеннен кейін энергия тасымалдаушылар энергиясы жоғары электрондарды алу үшін жарық фазаларына оралады. Сонымен қатар, жарықпен бірнеше қараңғы фаза ферменттері белсендіріледі.

Фотосинтез фазаларының диаграммасы

Ескерту:Бұл өсімдіктер жарықтан тым ұзақ уақыт айырылса, қараңғы фазалар жалғаспайды дегенді білдіреді, өйткені олар жарық фазаларының өнімдерін пайдаланады.

Өсімдік жапырақтарының құрылысы

Жапырақтың құрылымын білмейінше фотосинтезді толық түсіне алмаймыз. Жапырақ фотосинтез процесінде маңызды рөл атқаруға бейімделген.

Жапырақтардың сыртқы құрылысы

• Шаршы

Өсімдіктердің ең маңызды ерекшеліктерінің бірі - жапырақтардың үлкен беті. Жасыл өсімдіктердің көпшілігінде фотосинтез үшін қажет болғанша күн энергиясын (күн сәулесін) алуға қабілетті кең, жалпақ және ашық жапырақтары бар.

• Орталық вена және жапырақша

Ортаңғы және жапырақ жапырақшасы бірігіп, жапырақтың негізін құрайды. Жапырақ жапырақты мүмкіндігінше көп жарық алатындай етіп орналастырады.

• жапырақ тақтасы

Қарапайым жапырақтарда бір жапырақ тақтасы болады, ал күрделі жапырақтарда бірнеше болады. Жапырақ тақтасы фотосинтез процесіне тікелей қатысатын жапырақтың маңызды құрамдас бөлігі болып табылады.

• веналар

Жапырақтардағы тамырлар желісі суды сабақтардан жапырақтарға апарады. Бөлінген глюкоза да тамырлар арқылы жапырақтардан өсімдіктің басқа бөліктеріне жіберіледі. Сонымен қатар, жапырақтың бұл бөліктері күн сәулесін көбірек түсіру үшін жапырақ тақтасын тегіс ұстап тұрады. Веналардың орналасуы (венация) өсімдік түріне байланысты.

• жапырақ негізі

Жапырақтың негізі оның сабағымен буындырылған ең төменгі бөлігі. Көбінесе жапырақтың түбінде жұп түйіршіктер болады.

• жапырақ шеті

Өсімдік түріне қарай жапырақ шеті әртүрлі пішінді болуы мүмкін, соның ішінде: бүтін, тісті, тістекті, ойықты, тырнақ тәрізді және т.б.

• Жапырақ ұшы

Жапырақтың шеті сияқты ұшы әртүрлі пішінде болады, соның ішінде: үшкір, дөңгелек, доғал, ұзартылған, тартылған және т.б.

Жапырақтардың ішкі құрылысы

Төменде жапырақ ұлпаларының ішкі құрылымының жақын диаграммасы берілген:

• Кутикула

Кутикула өсімдік бетіндегі негізгі, қорғаныс қабаты қызметін атқарады. Әдетте, парақтың жоғарғы жағында қалыңырақ болады. Кутикула өсімдікті судан қорғайтын балауыз тәрізді затпен жабылған.

• Эпидермис

Эпидермис - жапырақтың ішкі ұлпасы болып табылатын жасушалар қабаты. Оның негізгі қызметі жапырақтың ішкі ұлпаларын сусызданудан, механикалық зақымданудан және инфекциялардан қорғау болып табылады. Ол сонымен қатар газ алмасу және транспирация процесін реттейді.

• Мезофилл

Мезофилл - өсімдіктің негізгі ұлпасы. Бұл жерде фотосинтез процесі жүреді. Өсімдіктердің көпшілігінде мезофилл екі қабатқа бөлінеді: үстіңгі қабаты палисадты, төменгісі губка тәрізді.

• Қорғаныс жасушалары

Қорғау жасушалары - газ алмасуды бақылау үшін қолданылатын жапырақ эпидермисіндегі арнайы жасушалар. Олар устьица үшін қорғаныс қызметін атқарады. Су еркін қол жетімді болған кезде стоматальды тесіктер үлкен болады, әйтпесе қорғаныс жасушалары летаргиялық болады.

• Стома

Фотосинтез ауадан көмірқышқыл газының (СО2) устьицалар арқылы мезофилл ұлпаларына енуіне байланысты. Фотосинтездің жанама өнімі ретінде алынған оттегі (O2) өсімдіктен устьица арқылы шығады. Устьица ашық болған кезде су булану арқылы жоғалады және тамырлар қабылдаған су арқылы транспирация ағыны арқылы толықтырылуы керек. Өсімдіктер ауадан сіңетін СО2 мөлшерін және устьица тесіктері арқылы суды жоғалтуды теңестіруге мәжбүр.

Фотосинтезге қажетті жағдайлар

Өсімдіктерге фотосинтез процесін жүргізу үшін келесі шарттар қажет:

• Көміртегі диоксиді.Түссіз, иіссіз табиғи газ ауада кездеседі және СО2 ғылыми белгісі бар. Ол көміртегі мен органикалық қосылыстардың жануы кезінде пайда болады, сонымен қатар тыныс алу кезінде пайда болады.
• Су. Мөлдір сұйық химиялық, иіссіз және дәмсіз (қалыпты жағдайда).
• Жарық.Жасанды жарық өсімдіктер үшін де қолайлы болғанымен, табиғи күн сәулесі әдетте фотосинтез үшін ең жақсы жағдай жасайды, өйткені оның құрамында өсімдіктерге жақсы әсер ететін табиғи ультракүлгін сәулелер бар.
• Хлорофилл.Бұл өсімдіктердің жапырақтарында кездесетін жасыл пигмент.
• Қоректік заттар мен минералдар.Өсімдік тамырлары топырақтан сіңетін химиялық заттар мен органикалық қосылыстар.

Фотосинтез нәтижесінде не түзіледі?

• глюкоза;
• Оттегі.

(Жарық энергиясы жақшада көрсетілген, себебі ол зат емес)

Ескерту:Өсімдіктер СО2-ны ауадан жапырақтары арқылы, ал суды топырақтан тамыр арқылы алады. Жарық энергиясы Күннен келеді. Алынған оттегі жапырақтардан ауаға таралады. Алынған глюкоза басқа заттарға, мысалы, энергия қоймасы ретінде пайдаланылатын крахмалға айналуы мүмкін.

Фотосинтезге ықпал ететін факторлар жоқ немесе жеткіліксіз мөлшерде болса, бұл өсімдікке теріс әсер етуі мүмкін. Мысалы, аз жарық өсімдіктің жапырақтарын жейтін жәндіктерге қолайлы жағдай туғызады, ал судың жетіспеушілігі оны баяулатады.

Фотосинтез қай жерде жүреді?

Фотосинтез өсімдік жасушаларында, хлоропласт деп аталатын шағын пластидтерде жүреді. Хлоропластарда (көбінесе мезофилл қабатында кездеседі) хлорофилл деп аталатын жасыл зат бар. Төменде фотосинтезді жүзеге асыру үшін хлоропластпен жұмыс істейтін жасушаның басқа бөліктері берілген.

Өсімдік жасушасының құрылысы

Өсімдік жасушасының бөліктерінің қызметі

• : құрылымдық және механикалық қолдауды қамтамасыз етеді, жасушаларды бактериялардан қорғайды, жасушаның пішінін бекітеді және анықтайды, өсу жылдамдығы мен бағытын бақылайды, өсімдіктерге пішін береді.
• : ферменттермен басқарылатын көптеген химиялық процестер үшін платформаны қамтамасыз етеді.
• : заттардың жасушаға кіріп-шығуын бақылай отырып, тосқауыл қызметін атқарады.
• : жоғарыда сипатталғандай, оларда фотосинтез кезінде жарық энергиясын сіңіретін жасыл зат хлорофилл бар.
• : жасуша цитоплазмасындағы суды сақтайтын қуыс.
• : жасушаның белсенділігін бақылайтын генетикалық белгі (ДНҚ) бар.

Хлорофилл фотосинтезге қажетті жарық энергиясын сіңіреді. Жарықтың барлық түсті толқын ұзындығы жұтылмайтынын ескеру маңызды. Өсімдіктер негізінен қызыл және көк толқын ұзындығын сіңіреді - олар жасыл диапазонда жарықты сіңірмейді.

Фотосинтез кезінде көмірқышқыл газы

Өсімдіктер ауадан көмірқышқыл газын жапырақтары арқылы алады. Көмірқышқыл газы жапырақтың түбіндегі кішкене тесік – устьица арқылы өтеді.

Жапырақтың төменгі жағында көмірқышқыл газының жапырақтағы басқа жасушаларға жетуіне мүмкіндік беретін бос аралық жасушалар бар. Ол сонымен қатар фотосинтез нәтижесінде пайда болатын оттегінің жапырақтан оңай кетуіне мүмкіндік береді.

Көмірқышқыл газы біз тыныс алатын ауада өте төмен концентрацияда болады және фотосинтездің қараңғы фазасының қажетті факторы болып табылады.

Фотосинтез процесіндегі жарық

Парақтың әдетте үлкен беті бар, сондықтан ол көп жарықты сіңіре алады. Оның үстіңгі беті суды жоғалтудан, аурудан және ауа райынан балауыз қабатымен (кутикула) қорғалған. Парақтың жоғарғы жағы жарық түсетін жер. Мезофиллдің бұл қабаты палисад деп аталады. Ол жарықтың көп мөлшерін сіңіруге бейімделген, өйткені оның құрамында көптеген хлоропласттар бар.

Жарық фазаларында фотосинтез процесі көбірек жарықпен күшейеді. Көбірек хлорофилл молекулалары иондалады және жеңіл фотондар жасыл жапыраққа бағытталған болса, көбірек ATP және NADPH түзіледі. Жарық жарық фазаларында өте маңызды болғанымен, оның артық мөлшері хлорофиллді зақымдауы және фотосинтез процесін төмендетуі мүмкін екенін атап өткен жөн.

Жарық фазалары температураға, суға немесе көмірқышқыл газына тым тәуелді емес, бірақ олардың барлығы фотосинтез процесін аяқтау үшін қажет.

Фотосинтез кезіндегі су

Өсімдіктер фотосинтезге қажетті суды тамыры арқылы алады. Олардың топырақта өсетін тамыр түктері бар. Тамырлар үлкен бетінің ауданымен және жұқа қабырғаларымен ерекшеленеді, бұл олар арқылы судың оңай өтуіне мүмкіндік береді.

Суретте жеткілікті суы бар өсімдіктер мен олардың жасушалары (сол жақта) және оның жетіспеушілігі (оң жақта) көрсетілген.

Ескерту:Тамыр жасушаларында хлоропластар болмайды, өйткені олар әдетте қараңғыда болады және фотосинтез жасай алмайды.

Егер өсімдік жеткілікті суды сіңірмесе, ол қурап қалады. Сусыз өсімдік жеткілікті жылдам фотосинтез жасай алмайды, тіпті өлуі мүмкін.

Өсімдіктер үшін судың маңызы қандай?

• Өсімдіктердің денсаулығын қолдайтын еріген минералдармен қамтамасыз етеді;
• Тасымалдау ортасы болып табылады;
• Тұрақтылық пен тіктікті қолдайды;
• Салқындатады және ылғалмен қанықтырады;
• Ол өсімдік жасушаларында әртүрлі химиялық реакцияларды жүргізуге мүмкіндік береді.

Фотосинтездің табиғаттағы маңызы

Фотосинтездің биохимиялық процесі су мен көмірқышқыл газын оттегі мен глюкозаға айналдыру үшін күн сәулесінің энергиясын пайдаланады. Глюкоза тіндердің өсуі үшін өсімдіктерде құрылыс материалы ретінде пайдаланылады. Сонымен, фотосинтез дегеніміз – тамырдың, сабақтың, жапырақтардың, гүлдердің және жемістердің түзілу жолы. Фотосинтез процесі болмаса, өсімдіктер өсіп, көбейе алмайды.

• Өндірушілер

Өсімдіктер фотосинтетикалық қабілетіне байланысты продуценттер ретінде белгілі және жердегі барлық дерлік қоректік тізбектің негізі ретінде қызмет етеді. (Балдырлар - өсімдіктің баламасы). Біз тұтынатын барлық тағам фотосинтетикалық организмдерден келеді. Біз бұл өсімдіктерді тікелей жейміз немесе өсімдік тағамдарын тұтынатын сиыр немесе шошқа сияқты жануарларды жейміз.

• Қоректік тізбектің негізі

Су жүйелерінің ішінде өсімдіктер мен балдырлар да қоректік тізбектің негізін құрайды. Балдырлар қорек ретінде қызмет етеді, олар өз кезегінде үлкен ағзалар үшін қорек көзі қызметін атқарады. Су ортасындағы фотосинтезсіз тіршілік мүмкін болмас еді.

• Көмірқышқыл газын жою

Фотосинтез көмірқышқыл газын оттегіге айналдырады. Фотосинтез кезінде атмосферадан көмірқышқыл газы өсімдікке енеді, содан кейін оттегі түрінде бөлінеді. Көмірқышқыл газының деңгейі алаңдатарлық жылдамдықпен өсіп жатқан қазіргі әлемде көмірқышқыл газын атмосферадан тазартатын кез келген процесс экологиялық маңызды.

• Қоректік заттардың айналымы

Өсімдіктер мен басқа фотосинтездеуші организмдер қоректік заттардың айналымында маңызды рөл атқарады. Ауадағы азот өсімдік ұлпаларында бекітіліп, белоктар жасау үшін қолжетімді болады. Топырақта табылған микроэлементтер өсімдік тініне қосылып, қоректік тізбекте одан әрі шөпқоректілерге қолжетімді болуы мүмкін.

• фотосинтетикалық тәуелділік

Фотосинтез жарықтың қарқындылығы мен сапасына байланысты. Жыл бойы күн сәулесі мол болатын және су шектеуші фактор болып табылмайтын экваторда өсімдіктердің өсу қарқыны жоғары және айтарлықтай үлкен болуы мүмкін. Керісінше, мұхиттың терең бөліктерінде фотосинтез сирек кездеседі, өйткені жарық бұл қабаттарға енбейді, нәтижесінде бұл экожүйе одан да тақыр болады.

Жарық энергиясы бар немесе онсыз. Бұл өсімдіктерге тән. Фотосинтездің қараңғы және жарық фазалары қандай екенін толығырақ қарастырайық.

Негізгі ақпарат

Жоғары сатыдағы өсімдіктердегі фотосинтез органы – жапырақ. Хлоропластар органеллалар қызметін атқарады. Олардың тилакоидтарының қабықшаларында фотосинтетикалық пигменттер болады. Олар каротиноидтар мен хлорофиллдер. Соңғылары бірнеше формада болады (a, c, b, d). Ең бастысы - хлорофилл. Оның молекуласында орталықта орналасқан магний атомы бар порфирин «басы», сондай-ақ фитол «құйрығы» бар. Бірінші элемент тегіс құрылым ретінде ұсынылған. «Басы» гидрофильді, сондықтан ол мембрананың су ортасына бағытталған бөлігінде орналасқан. Фитолдың «құйрығы» гидрофобты болып табылады. Осының арқасында ол мембранадағы хлорофилл молекуласын сақтайды. Хлорофилл көк-күлгін және қызыл сәулелерді сіңіреді. Олар сондай-ақ жасыл түсті көрсетеді, өсімдіктерге тән түс береді. Тилактикалық мембраналарда хлорофилл молекулалары фотожүйелерде ұйымдастырылған. Көк-жасыл балдырлар мен өсімдіктер 1 және 2 жүйелермен сипатталады. Фотосинтетикалық бактериялар тек біріншіге ие. Екінші жүйе H 2 O ыдыратып, оттегін шығара алады.

Фотосинтездің жеңіл фазасы

Өсімдіктерде жүретін процестер күрделі және көп сатылы. Атап айтқанда, реакциялардың екі тобы бөлінеді. Олар фотосинтездің қараңғы және жарық фазалары. Соңғысы АТФ ферментінің, электронды тасымалдаушы ақуыздардың және хлорофиллдің қатысуымен жүреді. Фотосинтездің жеңіл фазасы тилактоидтардың мембраналарында жүреді. Хлорофилл электрондары қозып, молекуладан шығады. Осыдан кейін олар тилактикалық мембрананың сыртқы бетіне түседі. Ол, өз кезегінде, теріс зарядталады. Тотығудан кейін хлорофилл молекулаларының қалпына келуі басталады. Олар интралакоидтық кеңістікте бар судан электрондарды алады. Сонымен фотосинтездің жарық фазасы ыдырау (фотолиз) кезінде мембранада жүреді: H 2 O + Q жарық → H + + OH -

Гидроксиль иондары электрондарын беру арқылы реактивті радикалдарға айналады:

OH - → .OH + e -

OH радикалдары бос оттегі мен суды біріктіріп түзеді:

4NO. → 2H 2 O + O 2.

Бұл жағдайда оттегі қоршаған (сыртқы) ортаға шығарылады, ал протондар тилактоидтың ішінде арнайы «резервуарда» жиналады. Нәтижесінде фотосинтездің жеңіл фазасы өтетін жерде тилактикалық мембрана бір жағынан Н+ есебінен оң заряд алады. Сонымен қатар электрондардың арқасында ол теріс зарядталады.

АДФ фосфирилденуі

Фотосинтездің жеңіл фазасы өтетін жерде мембрананың ішкі және сыртқы беттері арасында потенциалдар айырымы болады. Ол 200 мВ-қа жеткенде протондар АТФ синтетазасының арналары арқылы итеріледі. Осылайша, фотосинтездің жеңіл фазасы мембранада АДФ АТФ-ға дейін фосфорланған кезде жүреді. Бұл жағдайда атомдық сутегі никотинамид адениндинуклеотидфосфатының НАДФ+ арнайы тасымалдаушысы НАДФ.Н2-ге дейін қалпына келтіруге бағытталған:

2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2

Осылайша, фотосинтездің жеңіл фазасы судың фотолизін қамтиды. Ол, өз кезегінде, үш негізгі реакциямен бірге жүреді:

1. АТФ синтезі.
2. Білім NADP.H 2.
3. Оттегінің түзілуі.

Фотосинтездің жеңіл фазасы соңғысының атмосфераға шығуымен бірге жүреді. NADP.H2 және АТФ хлоропласттың стромасына жылжиды. Бұл фотосинтездің жеңіл фазасын аяқтайды.

Реакциялардың басқа тобы

Фотосинтездің қараңғы фазасы жарық энергиясын қажет етпейді. Ол хлоропласттың стромасына түседі. Реакциялар ауадан келетін көмірқышқыл газының дәйекті түрлену тізбегі ретінде ұсынылған. Нәтижесінде глюкоза және басқа органикалық заттар түзіледі. Бірінші реакция - бекіту. RiBF көмірқышқыл газын қабылдаушы ретінде әрекет етеді. Реакциядағы катализатор рибулоза бисфосфаткарбоксилаза (фермент) болып табылады. RiBP карбоксилдену нәтижесінде алты көміртекті тұрақсыз қосылыс түзіледі. Ол бірден екі FHA молекуласына (фосфоглицерин қышқылы) ыдырайды. Осыдан кейін реакциялар циклі жүреді, онда ол бірнеше аралық өнімдер арқылы глюкозаға айналады. Олар фотосинтездің жеңіл фазасы жүріп жатқанда түрленетін NADP.H 2 және ATP энергиясын пайдаланады. Бұл реакциялардың циклі «Кальвин циклі» деп аталады. Оны келесідей көрсетуге болады:

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

Фотосинтез кезінде глюкозадан басқа органикалық (күрделі) қосылыстардың басқа мономерлері түзіледі. Оларға, атап айтқанда, май қышқылдары, глицерин, амин қышқылдары, нуклеотидтер жатады.

С3 реакциялары

Олар бірінші өнім ретінде үш көміртекті қосылыстар түзілетін фотосинтездің бір түрі. Ол жоғарыда Кальвин циклі ретінде сипатталған. С3 фотосинтезіне тән белгілер:

1. RiBP көмірқышқыл газын қабылдаушы болып табылады.
2. Карбоксилдену реакциясын RiBP карбоксилаза катализдейді.
3. Алты көміртекті зат түзіледі, ол кейіннен 2 FHA-ға ыдырайды.

Фосфоглицерин қышқылы ТФ (триозафосфаттар) дейін тотықсызданады. Олардың бір бөлігі рибулоза бифосфатының регенерациясына жіберіледі, ал қалғандары глюкозаға айналады.

С4 реакциялары

Фотосинтездің бұл түрі төрт көміртекті қосылыстардың бірінші өнім ретінде пайда болуымен сипатталады. 1965 жылы кейбір өсімдіктерде С4 заттары бірінші рет пайда болатыны анықталды. Мысалы, бұл тары, құмай, қант қамысы, жүгері үшін белгіленген. Бұл мәдениеттер C4 өсімдіктері ретінде белгілі болды. Келесі жылы, 1966 жылы Слэк пен Хэтч (австралиялық ғалымдар) оларда фототыныс алудың толық дерлік жоқ екенін анықтады. Сондай-ақ, мұндай C4 өсімдіктерінің көмірқышқыл газын сіңіруде әлдеқайда тиімді екендігі анықталды. Нәтижесінде, мұндай мәдениеттердегі көміртегі трансформациясының жолы Хэтч-Слэк жолы деп аталды.

Қорытынды

Фотосинтездің маңызы өте зор. Оның арқасында көмірқышқыл газы жыл сайын атмосферадан орасан зор көлемде (миллиардтаған тонна) жұтылады. Оның орнына оттегі аз бөлінеді. Фотосинтез органикалық қосылыстардың түзілуінің негізгі көзі ретінде әрекет етеді. Оттегі тірі ағзаларды қысқа толқынды ультракүлгін сәулелену әсерінен қорғайтын озон қабатының түзілуіне қатысады. Фотосинтез кезінде жапырақ өзіне түскен барлық жарық энергиясының тек 1%-ын ғана сіңіреді. Оның өнімділігі 1 шаршы метрге 1 г органикалық қосылыс шегінде. м беті сағатына.

Фотосинтездің жарық және қараңғы фазаларындағы күн сәулесінің энергиясы глюкозаның химиялық байланыстарының энергиясына қалай айналады? Жауабын түсіндіріңіз.

Жауап

Фотосинтездің жеңіл фазасында күн сәулесінің энергиясы қозған электрондардың энергиясына, содан кейін қозғалған электрондардың энергиясы АТФ және НАДФ-Н2 энергиясына айналады. Фотосинтездің қараңғы фазасында АТФ және НАДФ-Н2 энергиясы глюкозаның химиялық байланыстарының энергиясына айналады.

Фотосинтездің жарық фазасында не болады?

Жауап

Жарық энергиясымен қозған хлорофилл электрондары электронды тасымалдау тізбектері бойымен жүреді, олардың энергиясы АТФ және НАДФ-Н2-де сақталады. Судың фотолизі жүреді, оттегі бөлінеді.

Фотосинтездің қараңғы фазасында қандай негізгі процестер жүреді?

Жауап

Атмосферадан алынған көмірқышқыл газынан және жарық фазасында алынған сутектен жарық фазасында алынған АТФ энергиясы есебінен глюкоза түзіледі.

Өсімдік жасушасындағы хлорофилл қандай қызмет атқарады?

Жауап

Хлорофилл фотосинтез процесіне қатысады: жарық фазасында хлорофилл жарықты жұтады, хлорофилл электроны жарық энергиясын алады, үзіліп, электрон тасымалдау тізбегі бойымен жүреді.

Хлорофилл электрондары фотосинтезде қандай рөл атқарады?

Жауап

Күн сәулесінен қозған хлорофилл электрондары электронды тасымалдау тізбектері арқылы өтіп, АТФ пен НАДФ-Н2 түзілуіне энергиясын береді.

Фотосинтездің қай сатысында бос оттегі түзіледі?

Жауап

Жарық фазасында, судың фотолизі кезінде.

АТФ синтезі фотосинтездің қай фазасында жүреді?

Жауап

жарық фазасы.

Фотосинтез кезінде оттегінің қайнар көзі болып табылады?

Жауап

Су (судың фотолизі кезінде оттегі бөлінеді).

Фотосинтез жылдамдығы шектеуші (шектеу) факторларға байланысты, олардың ішінде жарық, көмірқышқыл газының концентрациясы, температура. Неліктен бұл факторлар фотосинтез реакцияларын шектейді?

Жауап

Жарық хлорофиллдің қозуы үшін қажет, ол фотосинтез процесін энергиямен қамтамасыз етеді. Көмірқышқыл газы фотосинтездің қараңғы фазасында қажет, одан глюкоза синтезделеді. Температураның өзгеруі ферменттердің денатурациясына әкеледі, фотосинтез реакциялары баяулайды.

Көмірқышқыл газы өсімдіктердегі қандай зат алмасу реакцияларында көмірсулар синтезінің бастапқы заты болып табылады?

Жауап

фотосинтез реакцияларында.

Өсімдіктердің жапырақтарында фотосинтез процесі қарқынды жүреді. Ол піскен және піспеген жемістерде кездеседі ме? Жауабын түсіндіріңіз.

Жауап

Фотосинтез өсімдіктердің жарық әсеріне ұшыраған жасыл бөліктерінде жүреді. Осылайша, жасыл жемістердің терісінде фотосинтез жүреді. Жемістің ішінде және піскен (жасыл емес) жемістердің қабығында фотосинтез жүрмейді.