Naisip mo na ba kung gaano karaming mga buhay na organismo ang mayroon sa planeta?! At pagkatapos ng lahat, kailangan nilang lahat na huminga ng oxygen upang makabuo ng enerhiya at huminga ng carbon dioxide. Ang carbon dioxide ang pangunahing sanhi ng naturang kababalaghan tulad ng pagkabara sa silid. Nagaganap ito kapag maraming tao sa loob nito, at ang silid ay hindi maaliwalas sa mahabang panahon. Bilang karagdagan, ang mga pasilidad na pang-industriya, pribadong sasakyan at pampublikong sasakyan ay pinupuno ang hangin ng mga nakakalason na sangkap.
Sa pagtingin sa itaas, isang ganap na lohikal na tanong ang bumangon: paano tayo hindi na-suffocate noon, kung ang lahat ng buhay ay pinagmumulan ng nakalalasong carbon dioxide? Ang tagapagligtas ng lahat ng nabubuhay na nilalang sa sitwasyong ito ay photosynthesis. Ano ang prosesong ito at bakit ito kinakailangan?
Ang resulta nito ay ang pagsasaayos ng balanse ng carbon dioxide at ang saturation ng hangin na may oxygen. Ang ganitong proseso ay kilala lamang ng mga kinatawan ng mundo ng mga flora, iyon ay, mga halaman, dahil ito ay nangyayari lamang sa kanilang mga selula.
Photosynthesis mismo ay isang napakakomplikadong pamamaraan, depende sa ilang partikular na kundisyon at nagaganap sa ilangyugto.
Kahulugan ng konsepto
Ayon sa siyentipikong kahulugan, ang mga organikong sangkap ay na-convert sa mga organikong sangkap sa panahon ng photosynthesis sa antas ng cellular sa mga autotrophic na organismo dahil sa pagkakalantad sa sikat ng araw.
Upang mas simple, ang photosynthesis ay ang proseso kung saan nangyayari ang mga sumusunod:
- Ang halaman ay puspos ng kahalumigmigan. Ang pinagmumulan ng moisture ay maaaring tubig mula sa lupa o basang tropikal na hangin.
- Chlorophyll (isang espesyal na substance na matatagpuan sa mga halaman) ay tumutugon sa solar energy.
- Ang pagbuo ng pagkain na kailangan para sa mga kinatawan ng flora, na hindi nila nakukuha sa kanilang sarili sa heterotrophic na paraan, ngunit sila mismo ang gumagawa nito. Sa madaling salita, kinakain ng mga halaman ang kanilang ginagawa. Ito ang resulta ng photosynthesis.
Yugto
Praktikal na bawat halaman ay naglalaman ng berdeng substance, salamat sa kung saan maaari itong sumipsip ng liwanag. Ang sangkap na ito ay walang iba kundi ang chlorophyll. Ang lokasyon nito ay chloroplasts. Ngunit ang mga chloroplast ay matatagpuan sa tangkay na bahagi ng halaman at mga bunga nito. Ngunit ang photosynthesis ng dahon ay karaniwan sa kalikasan. Dahil ang huli ay medyo simple sa istraktura nito at may medyo malaking ibabaw, na nangangahulugan na ang dami ng enerhiya na kinakailangan para sa proseso ng pagliligtas upang magpatuloy ay magiging mas malaki.
Kapag ang liwanag ay nasisipsip ng chlorophyll, ang huli ay nasa isang estado ng kaguluhan atnagpapadala ng mga mensahe ng enerhiya sa iba pang mga organikong molekula ng halaman. Ang pinakamalaking halaga ng naturang enerhiya ay napupunta sa mga kalahok sa proseso ng photosynthesis.
Ikalawang Yugto
Ang pagbuo ng photosynthesis sa ikalawang yugto ay hindi nangangailangan ng ipinag-uutos na partisipasyon ng liwanag. Binubuo ito sa pagbuo ng mga kemikal na bono gamit ang nakakalason na carbon dioxide na nabuo mula sa mga masa ng hangin at tubig. Mayroon ding isang synthesis ng maraming mga sangkap na tinitiyak ang mahahalagang aktibidad ng mga kinatawan ng flora. Ito ay starch, glucose.
Sa mga halaman, ang mga organikong elemento ay nagsisilbing mapagkukunan ng nutrisyon para sa mga indibidwal na bahagi ng halaman, habang tinitiyak ang normal na takbo ng mga proseso ng buhay. Ang mga naturang sangkap ay nakuha din ng mga kinatawan ng fauna na kumakain ng mga halaman para sa pagkain. Ang katawan ng tao ay puspos ng mga sangkap na ito sa pamamagitan ng pagkain, na kasama sa pang-araw-araw na diyeta.
Ano? saan? Kailan?
Upang maging organiko ang mga organikong sangkap, kinakailangang magbigay ng angkop na kondisyon para sa photosynthesis. Para sa prosesong isinasaalang-alang, una sa lahat, kailangan ang liwanag. Pinag-uusapan natin ang tungkol sa artipisyal at sikat ng araw. Sa kalikasan, ang aktibidad ng halaman ay karaniwang nailalarawan sa pamamagitan ng intensity sa tagsibol at tag-araw, iyon ay, kapag may pangangailangan para sa isang malaking halaga ng solar energy. Ano ang hindi masasabi tungkol sa panahon ng taglagas, kapag may mas kaunting liwanag, ang araw ay nagiging mas maikli. Bilang isang resulta, ang mga dahon ay nagiging dilaw, at pagkatapos ay ganap na bumagsak. Ngunit sa sandaling sumikat ang unang mga sinag ng araw ng tagsibol, ang berdeng damo ay sumisikat, agad nilang ipagpatuloy ang kanilang mga aktibidad.chlorophylls, at magsisimula ang aktibong paggawa ng oxygen at iba pang mahahalagang nutrients.
Ang mga kundisyon para sa photosynthesis ay kinabibilangan ng higit pa sa liwanag. Dapat ding sapat ang kahalumigmigan. Pagkatapos ng lahat, ang halaman ay unang sumisipsip ng kahalumigmigan, at pagkatapos ay ang isang reaksyon ay nagsisimula sa pakikilahok ng solar energy. Ang pagkain ng halaman ay ang resulta ng prosesong ito.
Tanging sa pagkakaroon ng berdeng bagay nangyayari ang photosynthesis. Ano ang mga chlorophyll, nasabi na natin sa itaas. Gumaganap sila bilang isang uri ng konduktor sa pagitan ng liwanag o solar na enerhiya at ng halaman mismo, na tinitiyak ang tamang takbo ng kanilang buhay at aktibidad. Ang mga berdeng sangkap ay may kakayahang sumipsip ng marami sa sinag ng araw.
May mahalagang papel din ang oxygen. Para maging matagumpay ang proseso ng photosynthesis, kailangan ng mga halaman ng marami nito, dahil naglalaman lamang ito ng 0.03% carbonic acid. Kaya, mula sa 20,000 m3 ng hangin, makakakuha ka ng 6 m3 ng acid. Ito ang huling sangkap na siyang pangunahing pinagmumulan ng materyal para sa glucose, na, naman, ay isang sangkap na kailangan para sa buhay.
Mayroong dalawang yugto ng photosynthesis. Ang una ay tinatawag na liwanag, ang pangalawa ay madilim.
Ano ang mekanismo ng daloy ng light stage
May ibang pangalan ang light stage ng photosynthesis - photochemical. Ang mga pangunahing kalahok sa yugtong ito ay:
- solar energy;
- iba't ibang pigment.
Sa unang bahagi, malinaw ang lahat, ito ay sikat ng araw. PEROyan ang pigments, hindi alam ng lahat. Ang mga ito ay berde, dilaw, pula o asul. Ang mga chlorophyll ng mga pangkat na "A" at "B" ay nabibilang sa berde, phycobilins sa dilaw at pula / asul, ayon sa pagkakabanggit. Ang aktibidad ng photochemical sa mga kalahok sa yugtong ito ng proseso ay ipinapakita lamang ng mga chlorophyll na "A". Ang natitira ay gumaganap ng isang komplementaryong papel, ang esensya nito ay ang koleksyon ng light quanta at ang kanilang transportasyon sa photochemical center.
Dahil ang chlorophyll ay pinagkalooban ng kakayahang epektibong sumipsip ng solar energy sa isang partikular na wavelength, ang mga sumusunod na photochemical system ay natukoy:
- Photochemical center 1 (mga berdeng sangkap ng pangkat "A") - ang pigment 700 ay kasama sa komposisyon, sumisipsip ng mga light ray, ang haba nito ay humigit-kumulang 700 nm. Ang pigment na ito ay gumaganap ng isang pangunahing papel sa paglikha ng mga produkto ng light stage ng photosynthesis.
- Photochemical center 2 (mga berdeng sangkap ng pangkat "B") - kasama sa komposisyon ang pigment 680, na sumisipsip ng mga light ray, ang haba nito ay 680 nm. Siya ay may pangalawang papel, na binubuo sa pag-andar ng muling pagdadagdag ng mga electron na nawala ng photochemical center 1. Ito ay nakakamit dahil sa hydrolysis ng likido.
Para sa 350–400 na molekula ng pigment na nagtutuon ng mga light flux sa photosystem 1 at 2, mayroon lamang isang molekula ng pigment, na aktibo sa photochemically - chlorophyll ng grupong “A”.
Ano ang nangyayari?
1. Ang liwanag na enerhiya na hinihigop ng halaman ay nakakaapekto sa pigment 700 na nakapaloob dito, na nagbabago mula sa normal na estado hanggang sa nasasabik na estado. Nawawala ang pigmentelectron, na nagreresulta sa pagbuo ng tinatawag na electron hole. Dagdag pa, ang molekula ng pigment na nawalan ng electron ay maaaring kumilos bilang tumanggap nito, iyon ay, ang panig na tumatanggap ng electron, at bumalik sa hugis nito.
2. Ang proseso ng likidong agnas sa sentro ng photochemical ng light-absorbing pigment 680 ng photosystem 2. Sa panahon ng agnas ng tubig, ang mga electron ay nabuo, na sa simula ay tinatanggap ng isang sangkap tulad ng cytochrome C550 at tinutukoy ng titik Q. Pagkatapos, mula sa cytochrome, ang mga electron ay pumapasok sa carrier chain at dinadala sa photochemical center 1 upang lagyang muli ang electron hole, na naging resulta ng pagtagos ng light quanta at ang proseso ng pagbabawas ng pigment 700.
May mga kaso kapag ang naturang molekula ay bumabalik ng isang electron na kapareho ng nauna. Magreresulta ito sa pagpapalabas ng liwanag na enerhiya sa anyo ng init. Ngunit halos palaging, ang isang electron na may negatibong singil ay pinagsama sa mga espesyal na iron-sulfur na protina at inililipat kasama ang isa sa mga chain sa pigment 700, o pumapasok sa isa pang carrier chain at muling nagsasama sa isang permanenteng acceptor.
Sa unang variant, mayroong cyclic closed-type na electron transport, sa pangalawa - non-cyclic.
Ang parehong mga proseso ay na-catalyzed ng parehong chain ng mga electron carrier sa unang yugto ng photosynthesis. Ngunit dapat tandaan na sa panahon ng photophosphorylation ng cyclic type, ang paunang at sa parehong oras ang dulo ng transportasyon ay chlorophyll, habang ang non-cyclic na transportasyon ay nagpapahiwatig ng paglipat ng berdeng sangkap ng grupong "B" sachlorophyll "A".
Mga tampok ng paikot na transportasyon
Cyclic phosphorylation ay tinatawag ding photosynthetic. Bilang resulta ng prosesong ito, nabuo ang mga molekula ng ATP. Ang transportasyong ito ay batay sa pagbabalik ng mga electron sa isang nasasabik na estado sa pigment 700 sa pamamagitan ng maraming sunud-sunod na yugto, bilang isang resulta kung saan ang enerhiya ay inilabas, na nakikibahagi sa gawain ng phosphorylating enzyme system para sa layunin ng karagdagang akumulasyon sa ATP phosphate. mga bono. Ibig sabihin, hindi nawawala ang enerhiya.
Cyclic phosphorylation ay ang pangunahing reaksyon ng photosynthesis, na nakabatay sa teknolohiya ng pagbuo ng kemikal na enerhiya sa mga ibabaw ng lamad ng chloroplast thylactoids gamit ang enerhiya ng sikat ng araw.
Kung walang photosynthetic phosphorylation, imposible ang mga reaksyon ng assimilation sa madilim na bahagi ng photosynthesis.
Ang mga nuances ng transportasyon ng hindi paikot na uri
Ang proseso ay binubuo sa pagpapanumbalik ng NADP+ at pagbuo ng NADPH. Ang mekanismo ay batay sa paglipat ng isang electron sa ferredoxin, ang reduction reaction nito at ang kasunod na paglipat sa NADP+ na may karagdagang pagbabawas sa NADPH.
Bilang resulta, ang mga electron na nawalan ng pigment 700 ay napupunan dahil sa mga electron ng tubig, na nabubulok sa ilalim ng liwanag na sinag sa photosystem 2.
Ang hindi paikot na landas ng mga electron, ang daloy nito ay nagpapahiwatig din ng magaang photosynthesis, ay isinasagawa sa pamamagitan ng interaksyon ng parehong photosystem sa isa't isa, na nag-uugnay sa kanilang mga electron transport chain. Maliwanagang enerhiya ay nagdidirekta sa daloy ng mga electron pabalik. Kapag dinadala mula sa photochemical center 1 hanggang center 2, ang mga electron ay nawawalan ng bahagi ng kanilang enerhiya dahil sa akumulasyon bilang potensyal ng proton sa ibabaw ng lamad ng thylactoids.
Sa madilim na yugto ng photosynthesis, ang proseso ng paglikha ng isang proton-type na potensyal sa electron transport chain at ang pagsasamantala nito para sa pagbuo ng ATP sa mga chloroplast ay halos ganap na magkapareho sa parehong proseso sa mitochondria. Ngunit ang mga tampok ay naroroon pa rin. Ang mga thylactoid sa sitwasyong ito ay mitochondria na nakabukas sa labas. Ito ang pangunahing dahilan na ang mga electron at proton ay gumagalaw sa lamad sa kabaligtaran ng direksyon na nauugnay sa daloy ng transportasyon sa mitochondrial membrane. Ang mga electron ay dinadala sa labas, habang ang mga proton ay naipon sa loob ng thylactic matrix. Ang huli ay tumatanggap lamang ng isang positibong singil, at ang panlabas na lamad ng thylactoide ay negatibo. Kasunod nito na ang path ng proton-type gradient ay kabaligtaran ng path nito sa mitochondria.
Ang susunod na feature ay matatawag na malaking pH level sa potensyal ng mga proton.
Ang ikatlong tampok ay ang pagkakaroon ng dalawang conjugation site lamang sa thylactoid chain at, bilang resulta, ang ratio ng ATP molecule sa mga proton ay 1:3.
Konklusyon
Sa unang yugto, ang photosynthesis ay ang pakikipag-ugnayan ng liwanag na enerhiya (artipisyal at di-artipisyal) sa isang halaman. Ang mga berdeng sangkap ay tumutugon sa mga sinag - mga chlorophyll, na karamihan ay matatagpuan sa mga dahon.
Ang pagbuo ng ATP at NADPH ay ang resulta ng naturang reaksyon. Ang mga produktong ito ay mahalaga para sa madidilim na reaksyon na mangyari. Samakatuwid, ang liwanag na yugto ay isang obligadong proseso, kung wala ang ikalawang yugto - ang madilim na yugto - ay hindi magaganap.
Madilim na yugto: kakanyahan at mga tampok
Madilim na photosynthesis at ang mga reaksyon nito ay ang pamamaraan ng carbon dioxide sa mga sangkap na organikong pinanggalingan sa paggawa ng mga carbohydrate. Ang pagpapatupad ng mga naturang reaksyon ay nangyayari sa stroma ng chloroplast at ang mga produkto ng unang yugto ng photosynthesis - aktibong bahagi ang liwanag sa kanila.
Ang mekanismo ng madilim na yugto ng photosynthesis ay batay sa proseso ng carbon dioxide assimilation (tinatawag ding photochemical carboxylation, ang Calvin cycle), na nailalarawan sa pamamagitan ng cyclicity. Binubuo ng tatlong yugto:
- Carboxylation - pagdaragdag ng CO2.
- Yugto ng pagbawi.
- Ribulose diphosphate regeneration phase.
Ribulophosphate, isang asukal na may limang carbon atoms, ay phosphorylated ng ATP, na nagreresulta sa ribulose diphosphate, na higit pang na-carboxylated sa pamamagitan ng pagsasama sa CO2 na produkto na may anim na carbon, na agad-agad nabubulok kapag nakikipag-ugnayan sa isang molekula ng tubig, na lumilikha ng dalawang molekular na particle ng phosphoglyceric acid. Pagkatapos ang acid na ito ay sumasailalim sa isang kurso ng kumpletong pagbawas sa pagpapatupad ng isang enzymatic reaksyon, kung saan ang pagkakaroon ng ATP at NADP ay kinakailangan upang bumuo ng isang asukal na may tatlong carbons - isang tatlong-carbon na asukal, triose o aldehydephosphoglycerol. Kapag nag-condense ang dalawang ganoong trioses, makakakuha ng hexose molecule, na maaaring maging mahalagang bahagi ng molekula ng starch at ma-debug bilang reserba.
Ang bahaging ito ay nagtatapos sa pagsipsip ng isang molekula ng CO sa panahon ng proseso ng photosynthesis2 at ang paggamit ng tatlong molekula ng ATP at apat na atomo ng H. Ang Hexose phosphate ay nagpapahiram sa mga reaksyon. ng pentose phosphate cycle, na nagreresulta sa ribulose phosphate ay muling nabuo, na maaaring muling pagsamahin sa isa pang carbonic acid molecule.
Ang mga reaksyon ng carboxylation, restoration, regeneration ay hindi matatawag na partikular na eksklusibo para sa cell kung saan nagaganap ang photosynthesis. Hindi mo rin masasabi kung ano ang "homogeneous" na kurso ng mga proseso, dahil umiiral pa rin ang pagkakaiba - sa panahon ng proseso ng pagbawi, NADPH ang ginagamit, at hindi OVERH.
Ang pagdaragdag ng CO2 ng ribulose diphosphate ay na-catalyze ng ribulose diphosphate carboxylase. Ang produkto ng reaksyon ay 3-phosphoglycerate, na binabawasan ng NADPH2 at ATP sa glyceraldehyde-3-phosphate. Ang proseso ng pagbabawas ay na-catalyzed ng glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. Ang huli ay madaling ma-convert sa dihydroxyacetone phosphate. nabuo ang fructose bisphosphate. Ang ilan sa mga molekula nito ay nakikibahagi sa proseso ng pagbabagong-buhay ng ribulose diphosphate, na nagsasara ng cycle, at ang pangalawang bahagi ay ginagamit upang lumikha ng mga reserbang carbohydrate sa mga cell ng photosynthesis, iyon ay, nagaganap ang carbohydrate photosynthesis.
Ang liwanag na enerhiya ay kinakailangan para sa phosphorylation at synthesis ng mga organikong sangkappinagmulan, at ang enerhiya ng oksihenasyon ng mga organikong sangkap ay kinakailangan para sa oxidative phosphorylation. Kaya naman ang mga halaman ay nagbibigay ng buhay para sa mga hayop at iba pang mga organismo na heterotrophic.
Photosynthesis sa isang plant cell ay nangyayari sa ganitong paraan. Ang produkto nito ay carbohydrates, na kinakailangan upang lumikha ng mga carbon skeleton ng maraming mga sangkap ng mga kinatawan ng mundo ng mga flora, na kung saan ay organic na pinagmulan.
Ang mga sangkap ng nitrogen-organic na uri ay na-assimilated sa mga photosynthetic na organismo dahil sa pagbawas ng inorganic nitrates, at sulfur - dahil sa pagbabawas ng mga sulfate sa mga sulfhydryl na grupo ng mga amino acid. Nagbibigay ng pagbuo ng mga protina, nucleic acid, lipid, carbohydrates, cofactor, lalo na ang photosynthesis. Ano ang isang "assortment" ng mga sangkap ay mahalaga para sa mga halaman ay nabigyang-diin, ngunit walang isang salita ang sinabi tungkol sa mga produkto ng pangalawang synthesis, na mahalagang mga sangkap na panggamot (flavonoids, alkaloids, terpenes, polyphenols, steroid, organic acids at iba pa.). Kaya naman, nang walang pagmamalabis, masasabi nating ang photosynthesis ang susi sa buhay ng mga halaman, hayop at tao.
