تمام مراحل فتوسنتز فرآیند فتوسنتز: مختصر و قابل درک برای کودکان. فتوسنتز: فازهای روشن و تاریک. در دو فاز رخ می دهد

- سنتز مواد آلی از دی اکسید کربن و آب با استفاده اجباری از انرژی نور:

6CO 2 + 6H 2 O + Q نور → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

در گیاهان عالی، اندام فتوسنتز برگ است و اندامک های فتوسنتز کلروپلاست ها هستند (ساختار کلروپلاست ها - سخنرانی شماره 7). غشاهای تیلاکوئیدهای کلروپلاست حاوی رنگدانه های فتوسنتزی هستند: کلروفیل ها و کاروتنوئیدها. چندین وجود دارد انواع مختلفکلروفیل ( الف، ب، ج، د) اصلی ترین آن کلروفیل است الف. در مولکول کلروفیل، یک "سر" پورفیرین با یک اتم منیزیم در مرکز و یک "دم" فیتول قابل تشخیص است. "سر" پورفیرین یک ساختار مسطح است، آب دوست است و بنابراین روی سطح غشایی قرار دارد که رو به محیط آبی استروما است. فیتول "دم" آبگریز است و به همین دلیل مولکول کلروفیل را در غشاء حفظ می کند.

کلروفیل ها نور قرمز و آبی-بنفش را جذب می کنند، نور سبز را منعکس می کنند و بنابراین رنگ سبز مشخصه خود را به گیاهان می دهند. مولکول های کلروفیل در غشاهای تیلاکوئید به صورت سازماندهی شده اند فتوسیستم ها. گیاهان و جلبک های سبز آبی دارای فتوسیستم-1 و فتوسیستم-2 هستند، در حالی که باکتری های فتوسنتزی دارای فتوسیستم-1 هستند. فقط فتوسیستم-2 می تواند آب را تجزیه کند تا اکسیژن آزاد شود و از هیدروژن آب الکترون بگیرد.

فتوسنتز یک فرآیند پیچیده چند مرحله ای است. واکنش های فتوسنتز به دو گروه تقسیم می شوند: واکنش ها فاز نورو واکنش ها فاز تاریک.

فاز نور

این فاز تنها در حضور نور در غشاهای تیلاکوئید با مشارکت کلروفیل، پروتئین های انتقال الکترون و آنزیم سنتتاز ATP رخ می دهد. تحت تأثیر یک کوانتوم نور، الکترون های کلروفیل برانگیخته می شوند، مولکول را ترک می کنند و وارد قسمت بیرونی غشای تیلاکوئید می شوند که در نهایت بار منفی می شود. مولکول های کلروفیل اکسید شده کاهش می یابند و الکترون ها را از آب واقع در فضای داخل تیلاکوئید می گیرند. این منجر به تجزیه یا فتولیز آب می شود:

نور H 2 O + Q → H + + OH - .

یون های هیدروکسیل الکترون های خود را رها می کنند و به رادیکال های واکنشی تبدیل می شوند.OH:

OH - → .OH + e - .

رادیکال های OH ترکیب می شوند و آب و اکسیژن آزاد را تشکیل می دهند:

4 NO. → 2H 2 O + O 2.

در این حالت، اکسیژن به محیط خارجی خارج می شود و پروتون ها در داخل تیلاکوئید در "مخزن پروتون" جمع می شوند. در نتیجه، غشای تیلاکوئید از یک سو به دلیل H + بار مثبت و از سوی دیگر به دلیل الکترون ها بار منفی دارد. هنگامی که اختلاف پتانسیل بین دو طرف بیرونی و داخلی غشای تیلاکوئید به 200 میلی ولت می رسد، پروتون ها از طریق کانال های سنتتاز ATP رانده می شوند و ADP به ATP فسفریله می شود. هیدروژن اتمی برای بازگرداندن حامل خاص NADP + (نیکوتین آدنین دی نوکلئوتید فسفات) به NADPH 2 استفاده می شود:

2H + + 2e - + NADP → NADPH 2.

بنابراین، در فاز نور، فتولیز آب رخ می دهد که با سه فرآیند مهم همراه است: 1) سنتز ATP. 2) تشکیل NADPH 2. 3) تشکیل اکسیژن. اکسیژن در جو پخش می شود، ATP و NADPH 2 به استرومای کلروپلاست منتقل می شوند و در فرآیندهای فاز تاریک شرکت می کنند.

1 - استرومای کلروپلاست؛ 2 - گرانا تیلاکوئید.

فاز تاریک

این مرحله در استرومای کلروپلاست رخ می دهد. واکنش های آن به انرژی نور نیاز ندارد، بنابراین نه تنها در نور، بلکه در تاریکی نیز رخ می دهد. واکنش‌های فاز تاریک زنجیره‌ای از دگرگونی‌های متوالی دی اکسید کربن (که از هوا می‌آیند) هستند که منجر به تشکیل گلوکز و سایر مواد آلی می‌شوند.

اولین واکنش در این زنجیره تثبیت دی اکسید کربن است. گیرنده دی اکسید کربن یک قند پنج کربنه است. ریبولوز بی فسفات(RiBF)؛ آنزیم واکنش را کاتالیز می کند ریبولوز بی فسفات کربوکسیلاز(RiBP کربوکسیلاز). در نتیجه کربوکسیلاسیون ریبولوز بیس فسفات، یک ترکیب شش کربنه ناپایدار تشکیل می شود که بلافاصله به دو مولکول تجزیه می شود. اسید فسفوگلیسریک(FGK). سپس چرخه ای از واکنش ها رخ می دهد که در آن اسید فسفوگلیسریک از طریق یک سری مواد واسطه به گلوکز تبدیل می شود. این واکنش ها از انرژی ATP و NADPH 2 که در فاز نور تشکیل شده اند استفاده می کنند. چرخه این واکنش ها "چرخه کالوین" نامیده می شود:

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

علاوه بر گلوکز، مونومرهای دیگر ترکیبات آلی پیچیده در طول فتوسنتز تشکیل می شود - اسیدهای آمینه، گلیسرول و اسیدهای چرب، نوکلئوتیدها. در حال حاضر، دو نوع فتوسنتز وجود دارد: فتوسنتز C 3 - و C 4.

ج 3-فتوسنتز

این نوعی فتوسنتز است که در آن اولین محصول ترکیبات سه کربنه (C3) است. فتوسنتز C 3 قبل از فتوسنتز C 4 (M. Calvin) کشف شد. این فتوسنتز C3 است که در بالا، تحت عنوان "فاز تاریک" توضیح داده شده است. ویژگی های مشخصه فتوسنتز C3: 1) گیرنده دی اکسید کربن RiBP است، 2) واکنش کربوکسیلاسیون RiBP توسط کربوکسیلاز RiBP کاتالیز می شود، 3) در نتیجه کربوکسیلاسیون RiBP، یک ترکیب شش کربنی تشکیل می شود که به تجزیه می شود. دو PGA FGK به بازیابی می شود تریوز فسفات ها(TF). مقداری از TF برای بازسازی RiBP استفاده می شود و مقداری به گلوکز تبدیل می شود.

1 - کلروپلاست؛ 2 - پراکسی زوم; 3- میتوکندری.

این جذب اکسیژن و آزادسازی دی اکسید کربن وابسته به نور است. در آغاز قرن گذشته مشخص شد که اکسیژن فتوسنتز را سرکوب می کند. همانطور که مشخص شد، برای کربوکسیلاز RiBP، بستر می تواند نه تنها دی اکسید کربن، بلکه اکسیژن نیز باشد:

O 2 + RiBP → فسفوگلیکولات (2C) + PGA (3C).

آنزیم RiBP oxygenase نام دارد. اکسیژن یک بازدارنده رقابتی تثبیت دی اکسید کربن است. گروه فسفات جدا می شود و فسفوگلیکولات به گلیکولات تبدیل می شود که گیاه باید از آن استفاده کند. وارد پراکسی زوم ها می شود و در آنجا به گلیسین اکسید می شود. گلایسین وارد میتوکندری می‌شود، جایی که اکسیده می‌شود و به سرین تبدیل می‌شود و کربن از قبل ثابت شده به شکل CO2 از بین می‌رود. در نتیجه، دو مولکول گلیکولات (2C + 2C) به یک PGA (3C) و CO2 تبدیل می‌شوند. تنفس نوری منجر به کاهش 30-40 درصد عملکرد گیاهان C3 می شود. با 3 گیاه- گیاهانی که با فتوسنتز C 3 مشخص می شوند).

فتوسنتز C 4 فتوسنتزی است که در آن اولین محصول ترکیبات چهار کربنه (C 4) است. در سال 1965 مشخص شد که در برخی از گیاهان (نیشکر، ذرت، سورگوم، ارزن) اولین محصولات فتوسنتز اسیدهای چهار کربنه هستند. به این گیاهان می گفتند با 4 گیاه. در سال 1966، دانشمندان استرالیایی Hatch و Slack نشان دادند که گیاهان C4 عملاً تنفس نوری ندارند و دی اکسید کربن را بسیار موثرتر جذب می کنند. مسیر تبدیل کربن در گیاهان C 4 شروع به نامگذاری کرد توسط Hatch-Slack.

گیاهان C 4 با خاصیت خاصی مشخص می شوند ساختار تشریحیبرگ همه بسته های عروقی توسط یک لایه دوگانه از سلول ها احاطه شده اند: لایه بیرونی سلول های مزوفیل است، لایه داخلی سلول های غلاف است. دی اکسید کربن در سیتوپلاسم سلول های مزوفیل ثابت می شود، پذیرنده است فسفونول پیرووات(PEP، 3C)، در نتیجه کربوکسیلاسیون PEP، اگزالواستات (4C) تشکیل می شود. فرآیند کاتالیز می شود PEP کربوکسیلاز. برخلاف RiBP کربوکسیلاز، PEP کربوکسیلاز تمایل بیشتری به CO 2 دارد و مهمتر از همه، با O 2 برهمکنش نمی کند. کلروپلاست های مزوفیل دارای دانه های زیادی هستند که در آنها واکنش های فاز سبک به طور فعال رخ می دهد. واکنش های فاز تاریک در کلروپلاست سلول های غلاف رخ می دهد.

اگزالواستات (4C) به مالات تبدیل می شود که از طریق پلاسمودسماتا به سلول های غلاف منتقل می شود. در اینجا کربوکسیله شده و هیدروژنه می شود تا پیروات، CO 2 و NADPH 2 تشکیل شود.

پیرووات به سلول های مزوفیل باز می گردد و با استفاده از انرژی ATP در PEP بازسازی می شود. CO 2 دوباره توسط کربوکسیلاز RiBP برای تشکیل PGA ثابت می شود. بازسازی PEP به انرژی ATP نیاز دارد، بنابراین تقریباً دو برابر انرژی فتوسنتز C 3 نیاز دارد.

معنی فتوسنتز

به لطف فتوسنتز، سالانه میلیاردها تن دی اکسید کربن از جو جذب می شود و میلیاردها تن اکسیژن آزاد می شود. فتوسنتز منبع اصلی تشکیل مواد آلی است. اکسیژن لایه اوزون را تشکیل می دهد که از موجودات زنده در برابر اشعه فرابنفش موج کوتاه محافظت می کند.

در طول فتوسنتز، یک برگ سبز تنها حدود 1٪ از انرژی خورشیدی را که بر روی آن می ریزد استفاده می کند.

شیمی سنتز

سنتز ترکیبات آلی از دی اکسید کربن و آب که نه به دلیل انرژی نور، بلکه به دلیل انرژی اکسیداسیون مواد معدنی انجام می شود، نامیده می شود. شیمی سنتز. موجودات شیمیایی شیمیایی شامل برخی از انواع باکتری ها هستند.

باکتری های نیتریفیک کنندهآمونیاک به نیتروژن و سپس به اسید نیتریک اکسید می شود (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

باکتری های آهنتبدیل آهن آهنی به آهن اکسیدی (Fe 2+ → Fe 3+).

باکتری های گوگردیسولفید هیدروژن را به گوگرد یا اسید سولفوریک اکسید کنید (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O ، H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

در نتیجه واکنش های اکسیداسیون مواد معدنی، انرژی آزاد می شود که توسط باکتری ها به شکل پیوندهای پر انرژی ATP ذخیره می شود. ATP برای سنتز مواد آلی استفاده می شود که مشابه واکنش های فاز تاریک فتوسنتز انجام می شود.

باکتری های شیمیایی شیمیایی به تجمع در خاک کمک می کنند مواد معدنیبهبود حاصلخیزی خاک، ترویج تمیز کردن فاضلابو غیره

رفتن به سخنرانی شماره 11مفهوم متابولیسم. بیوسنتز پروتئین ها

رفتن به سخنرانی شماره 13"روش های تقسیم سلول های یوکاریوتی: میتوز، میوز، آمیتوز"

زندگی روی زمین به لطف نور، عمدتاً انرژی خورشیدی امکان پذیر است. این انرژی به انرژی پیوندهای شیمیایی مواد آلی تشکیل شده در طول فتوسنتز تبدیل می شود.

همه گیاهان و برخی از پروکاریوت ها (باکتری های فتوسنتزی و جلبک های سبز آبی) درگیر فتوسنتز می شوند. چنین موجوداتی نامیده می شوند فوتوتروف ها . انرژی فتوسنتز از نور حاصل می شود که توسط مولکول های خاصی به نام رنگدانه های فتوسنتزی جذب می شود. از آنجایی که فقط طول موج خاصی از نور جذب می شود، برخی از امواج نور جذب نمی شوند بلکه منعکس می شوند. بسته به ترکیب طیفی نور منعکس شده، رنگدانه ها رنگ می گیرند - سبز، زرد، قرمز و غیره.

سه نوع رنگدانه فتوسنتزی وجود دارد - کلروفیل ها، کاروتنوئیدها و فیکوبیلین ها . مهمترین رنگدانه کلروفیل است. پایه یک هسته پورفیرین مسطح است که توسط چهار حلقه پیرول که توسط پل های متیل به هم متصل شده اند و یک اتم منیزیم در مرکز آن تشکیل شده است. انواع مختلف کلروفیل نوع a وجود دارد. گیاهان عالی، جلبک های سبز و اوگلنا دارای کلروفیل-B هستند که از کلروفیل-A تشکیل شده است و جلبک های دیاتومه ای به جای کلروفیل-B حاوی کلروفیل-C هستند و جلبک های قرمز حاوی کلروفیل-D هستند. گروه دیگری از رنگدانه ها توسط کاروتنوئیدها تشکیل می شوند که رنگ آنها از زرد تا قرمز متغیر است. آنها در تمام پلاستیدهای رنگی (کلروپلاست، کروموپلاست) گیاهان یافت می شوند. علاوه بر این، در قسمت های سبز گیاهان، کلروفیل کاروتنوئیدها را می پوشاند و آنها را تا زمان شروع هوای سرد نامرئی می کند. در پاییز، رنگدانه های سبز از بین می روند و کاروتنوئیدها به وضوح قابل مشاهده می شوند. کاروتنوئیدها توسط باکتری ها و قارچ های فوتوتروف سنتز می شوند. فیکوبیلین ها در جلبک های قرمز و سیانوباکتری ها وجود دارند.

مرحله سبک فتوسنتز

کلروفیل ها و سایر رنگدانه ها در کلروپلاست ها به شکل خاصی هستند مجتمع های برداشت نور . آنها با استفاده از تشدید الکترومغناطیسی، انرژی جمع آوری شده را به مولکول های مخصوص کلروفیل منتقل می کنند. این مولکول ها تحت تأثیر انرژی تحریک الکترون به مولکول های مواد دیگر می دهند - بردارها و سپس الکترون ها را از پروتئین ها و سپس از آب می گیرند. شکافتن آب در حین فتوسنتز نامیده می شود فتولیز . این در حفره های تیلاکوئید رخ می دهد. پروتون ها از طریق کانال های مخصوص به استروما عبور می کنند. این انرژی لازم برای سنتز ATP را آزاد می کند:

2H 2 O = 4e + 4H + + O 2

ADP + P = ATP

مشارکت انرژی نور در اینجا یک پیش نیاز است، بنابراین این مرحله مرحله نور نامیده می شود. اکسیژن تولید شده به عنوان یک محصول جانبی از خارج خارج می شود و توسط سلول برای تنفس استفاده می شود.

مرحله تاریک فتوسنتز

واکنش های زیر در استرومای کلروپلاست انجام می شود. مونوساکاریدها از دی اکسید کربن و آب تشکیل می شوند. این فرآیند خود با قوانین ترمودینامیک در تضاد است، اما از آنجایی که مولکول های ATP درگیر هستند، به دلیل این انرژی، سنتز گلوکز یک فرآیند واقعی است. بعدها، پلی ساکاریدها از مولکول های آن - سلولز، نشاسته و سایر مولکول های آلی پیچیده ایجاد می شوند. معادله کلی فتوسنتز را می توان به صورت زیر نشان داد:

6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2

به خصوص مقدار زیادی نشاسته در طول روز در طی فرآیندهای فتوسنتزی شدید در شب در کلروپلاست ها رسوب می کند، نشاسته به اشکال محلول تجزیه می شود و توسط گیاه استفاده می شود.

آیا می خواهید این یا موضوع دیگری را در زیست شناسی با جزئیات بیشتری درک کنید برای درس های آنلاین با نویسنده این مقاله، ولادیمیر اسمیرنوف، ثبت نام کنید.

این مقاله گزیده ای از اثر ولادیمیر اسمیرنوف "پیدایش" است.

ما همچنین پیشنهاد می کنیم یک درس ویدیویی در مورد فتوسنتز از گیاه شناس ما ایرینا تماشا کنید:

وب سایت، هنگام کپی کردن مطالب به طور کامل یا جزئی، پیوند به منبع مورد نیاز است.

با یا بدون استفاده از انرژی نور. از ویژگی های گیاهان است. اجازه دهید در ادامه بررسی کنیم که فازهای تاریک و روشن فتوسنتز چیست.

اطلاعات عمومی

اندام فتوسنتز در گیاهان عالی برگ است. کلروپلاست ها به عنوان اندامک عمل می کنند. رنگدانه های فتوسنتزی در غشاهای تیلاکوئید آنها وجود دارد. آنها کاروتنوئیدها و کلروفیل ها هستند. دومی به چندین شکل وجود دارد (الف، ج، ب، د). یکی از اصلی ترین آنها a-کلروفیل است. مولکول آن حاوی یک "سر" پورفیرین با اتم منیزیم واقع در مرکز و همچنین یک "دم" فیتول است. عنصر اول به عنوان یک ساختار مسطح ارائه شده است. "سر" آبدوست است، بنابراین در قسمتی از غشاء قرار دارد که به سمت محیط آبی هدایت می شود. فیتول "دم" آبگریز است. به همین دلیل، مولکول کلروفیل را در غشاء حفظ می کند. کلروفیل ها نور آبی-بنفش و قرمز را جذب می کنند. آنها همچنین سبز را منعکس می کنند و به گیاهان رنگ خاص خود را می دهند. در غشاهای تیلاکتوید، مولکول های کلروفیل در فتوسیستم ها سازماندهی می شوند. جلبک‌ها و گیاهان سبز آبی با سیستم‌های 1 و 2 مشخص می‌شوند. باکتری‌های فتوسنتزی تنها اولین مورد را دارند. سیستم دوم می تواند H 2 O را تجزیه کرده و اکسیژن آزاد کند.

فاز نور فتوسنتز

فرآیندهای رخ داده در گیاهان پیچیده و چند مرحله ای هستند. به طور خاص، دو گروه از واکنش ها متمایز می شوند. آنها فازهای تاریک و روشن فتوسنتز هستند. مورد دوم با مشارکت آنزیم ATP، پروتئین های انتقال الکترون و کلروفیل رخ می دهد. فاز نوری فتوسنتز در غشاهای تیلاکتوید اتفاق می افتد. الکترون های کلروفیل برانگیخته می شوند و مولکول را ترک می کنند. پس از این، آنها به سطح بیرونی غشای تیلاکتوید می رسند. به نوبه خود بار منفی می یابد. پس از اکسیداسیون، کاهش مولکول های کلروفیل آغاز می شود. آنها الکترون ها را از آب می گیرند که در فضای درون لاکوئیدی وجود دارد. بنابراین، فاز نوری فتوسنتز در غشاء در طول پوسیدگی (فتولیز) رخ می دهد: H 2 O + Q نور → H + + OH -

یون های هیدروکسیل به رادیکال های واکنشی تبدیل می شوند و الکترون های خود را اهدا می کنند:

OH - → .OH + e -

رادیکال های OH ترکیب می شوند و اکسیژن و آب آزاد را تشکیل می دهند:

4 NO. → 2H 2 O + O 2.

در این حالت، اکسیژن به محیط اطراف (خارجی) خارج می شود و پروتون ها در داخل تیلاکتوید در یک "مخزن" ویژه جمع می شوند. در نتیجه، در جایی که فاز نوری فتوسنتز اتفاق می افتد، غشای تیلاکتوید به دلیل H + در یک طرف بار مثبت دریافت می کند. در عین حال، به دلیل الکترون ها، بار منفی دارد.

فسفیریلاسیون ADP

در جایی که فاز نور فتوسنتز اتفاق می افتد، بین سطوح داخلی و خارجی غشاء اختلاف پتانسیل وجود دارد. هنگامی که به 200 میلی ولت می رسد، پروتون ها شروع به رانده شدن از طریق کانال های سنتتاز ATP می کنند. بنابراین، فاز نوری فتوسنتز در غشاء زمانی رخ می دهد که ADP به ATP فسفریله می شود. در این حالت، هیدروژن اتمی برای بازگرداندن حامل ویژه نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید فسفات NADP+ به NADP ارسال می شود.H2:

2Н + + 2е — + NADP → NADP.Н 2

بنابراین فاز نور فتوسنتز شامل فتولیز آب می شود. این به نوبه خود با سه واکنش مهم همراه است:

1. سنتز ATP
2. تشکیل NADP.H 2.
3. تشکیل اکسیژن.

فاز نور فتوسنتز با انتشار دومی در جو همراه است. NADP.H2 و ATP به داخل استرومای کلروپلاست حرکت می کنند. این مرحله نور فتوسنتز را کامل می کند.

گروه دیگری از واکنش ها

فاز تاریک فتوسنتز نیازی به انرژی نور ندارد. در استرومای کلروپلاست می رود. واکنش ها به شکل زنجیره ای از تبدیل های متوالی دی اکسید کربن که از هوا می آید ارائه می شوند. در نتیجه گلوکز و سایر مواد آلی تشکیل می شوند. اولین واکنش تثبیت است. ریبولوز بی فسفات (قند پنج کربنه) RiBP به عنوان گیرنده دی اکسید کربن عمل می کند. کاتالیزور در واکنش ریبولوز بی فسفات کربوکسیلاز (آنزیم) است. در نتیجه کربوکسیلاسیون RiBP، یک ترکیب ناپایدار شش کربنی تشکیل می شود. تقریباً فوراً به دو مولکول PGA (اسید فسفوگلیسریک) تجزیه می شود. پس از این، چرخه ای از واکنش ها رخ می دهد که در آن از طریق چندین محصول میانی به گلوکز تبدیل می شود. آنها از انرژی NADP.H 2 و ATP استفاده می کنند که در طول فاز نوری فتوسنتز تبدیل شده اند. چرخه این واکنش ها "چرخه کالوین" نامیده می شود. می توان آن را به صورت زیر نشان داد:

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

علاوه بر گلوکز، مونومرهای دیگری از ترکیبات آلی (پیچیده) در طول فتوسنتز تشکیل می شوند. اینها به ویژه اسیدهای چرب، گلیسرول، اسیدهای آمینه و نوکلئوتیدها را شامل می شود.

واکنش های C3

آنها نوعی فتوسنتز هستند که ترکیبات سه کربنه را به عنوان اولین محصول تولید می کنند. این همان چیزی است که در بالا به عنوان چرخه کالوین توصیف شده است. ویژگی های مشخصه فتوسنتز C3 عبارتند از:

1. RiBP پذیرنده دی اکسید کربن است.
2. واکنش کربوکسیلاسیون توسط کربوکسیلاز RiBP کاتالیز می شود.
3. یک ماده شش کربنه تشکیل می شود که متعاقباً به 2 FHA تجزیه می شود.

اسید فسفوگلیسریک به TP (تریوز فسفات) کاهش می یابد. برخی از آنها برای بازسازی ریبولوز بی فسفات استفاده می شود و بقیه به گلوکز تبدیل می شود.

واکنش های C4

این نوع فتوسنتز با ظهور ترکیبات چهار کربنه به عنوان اولین محصول مشخص می شود. در سال 1965، کشف شد که مواد C4 ابتدا در برخی از گیاهان ظاهر می شود. به عنوان مثال، این برای ارزن، سورگوم، نیشکر و ذرت ثابت شده است. این محصولات به گیاهان C4 معروف شدند. سال بعد، 1966، Slack and Hatch (دانشمندان استرالیایی) متوجه شدند که تقریباً به طور کامل فاقد تنفس نوری هستند. همچنین مشخص شد که چنین گیاهان C4 دی اکسید کربن را بسیار موثرتر جذب می کنند. در نتیجه، مسیر تبدیل کربن در چنین محصولاتی به نام مسیر هچ- اسلک آغاز شد.

نتیجه گیری

اهمیت فتوسنتز بسیار زیاد است. به لطف آن، دی اکسید کربن هر سال در حجم عظیمی (میلیاردها تن) از جو جذب می شود. در عوض، اکسیژن کمتری آزاد نمی شود. فتوسنتز به عنوان منبع اصلی تشکیل ترکیبات آلی عمل می کند. اکسیژن در تشکیل لایه اوزون نقش دارد که از موجودات زنده در برابر اثرات اشعه ماوراء بنفش موج کوتاه محافظت می کند. در طول فتوسنتز، یک برگ تنها 1٪ از کل انرژی نوری را که بر روی آن می افتد جذب می کند. بهره وری آن در 1 گرم از ترکیب آلی در هر 1 متر مربع است. متر سطح در ساعت

فرآیند فتوسنتز با واکنش های فاز تاریک تکمیل می شود که طی آن کربوهیدرات ها تشکیل می شوند. برای انجام این واکنش ها از انرژی و مواد ذخیره شده در فاز نور استفاده می شود: برای کشف این چرخه واکنش ها در سال 1961، جایزه نوبل. ما سعی خواهیم کرد به طور مختصر و واضح در مورد مرحله تاریک فتوسنتز صحبت کنیم.

بومی سازی و شرایط

واکنش های فاز تاریک در استروما (ماتریکس) کلروپلاست ها انجام می شود. آنها به حضور نور وابسته نیستند، زیرا انرژی مورد نیاز آنها قبلاً به شکل ATP ذخیره شده است.

برای سنتز کربوهیدرات ها از هیدروژن به دست آمده از فتولیز آب و متصل به مولکول های NADPH2 استفاده می شود. وجود قندها نیز ضروری است که یک اتم کربن از مولکول CO2 به آنها متصل می شود.

منبع قند برای گیاهان جوانه زن آندوسپرم است - مواد ذخیره ای که در بذر یافت می شود و از گیاه مادر به دست می آید.

در حال مطالعه

مجموعه ای از واکنش های شیمیایی فاز تاریک فتوسنتز که منجر به تشکیل گلوکز می شود توسط M. Calvin و همکارانش کشف شد.

4 مقاله برترکه در کنار این مطلب می خوانند

برنج. 1. ملوین کالوین در آزمایشگاه.

اولین مرحله فاز بدست آوردن ترکیباتی با سه اتم کربن است.

برای برخی از گیاهان، اولین مرحله تشکیل اسیدهای آلی با 4 اتم کربن خواهد بود. این مسیر توسط دانشمندان استرالیایی M. Hatch و S. Slack کشف شد و C4 - فتوسنتز نامیده می شود.

نتیجه فتوسنتز C4 نیز گلوکز و سایر قندها است.

اتصال CO2

به دلیل انرژی ATP که در فاز سبک به دست می آید، مولکول های ریبولوز فسفات در استروما فعال می شوند. به ترکیب بسیار واکنش پذیر ریبولوز دی فسفات (RDP) تبدیل می شود که دارای 5 اتم کربن است.

برنج. 2. طرح اتصال CO2 به RDF.

دو مولکول اسید فسفوگلیسریک (PGA) که دارای سه اتم کربن است، تشکیل می شود. در مرحله بعد، PGA با ATP واکنش می دهد و اسید دی فسفوگلیسریک را تشکیل می دهد. DiPHA با NADPH2 واکنش می دهد و به فسفوگلیسرآلدئید (PGA) کاهش می یابد.

تمام واکنش ها فقط تحت تأثیر آنزیم های مناسب رخ می دهد.

PHA فسفودیوکسی استون را تشکیل می دهد.

تشکیل هگزوز

در مرحله بعد، با تراکم PHA و فسفودیوکسی استون، فروکتوز دی فسفات تشکیل می شود که حاوی 6 اتم کربن است و ماده اولیه برای تشکیل ساکارز و پلی ساکاریدها است.

برنج. 3. طرح فاز تاریک فتوسنتز.

فروکتوز دی فسفات می تواند با PHA و سایر محصولات فاز تیره واکنش داده و زنجیره هایی از قندهای 4، 5، 6 و 7 کربنی ایجاد کند. یکی از محصولات پایدار فتوسنتز ریبولوز فسفات است که دوباره در چرخه واکنش قرار می گیرد و با ATP برهمکنش می کند. برای به دست آوردن یک مولکول گلوکز، آن را تحت 6 چرخه واکنش فاز تاریک قرار می دهد.

کربوهیدرات ها محصول اصلی فتوسنتز هستند، اما اسیدهای آمینه، اسیدهای چرب و گلیکولیپیدها نیز از محصولات میانی چرخه کالوین تشکیل می شوند.

بنابراین، در بدن گیاه، بسیاری از عملکردها به آنچه در فاز تاریک فتوسنتز اتفاق می افتد بستگی دارد. مواد به‌دست‌آمده در این مرحله در بیوسنتز پروتئین‌ها، چربی‌ها، تنفس و سایر فرآیندهای درون سلولی استفاده می‌شوند. ارزیابی گزارش

میانگین امتیاز: 4. مجموع امتیازهای دریافتی: 90.

فتوسنتزفرآیند سنتز مواد آلی از غیر آلی با استفاده از انرژی نور است. در اکثریت قریب به اتفاق موارد، فتوسنتز توسط گیاهان با استفاده از اندامک های سلولی مانند کلروپلاست هاحاوی رنگدانه سبز کلروفیل.

اگر گیاهان قادر به سنتز مواد آلی نبودند، تقریباً تمام موجودات دیگر روی زمین چیزی برای خوردن نداشتند، زیرا حیوانات، قارچ ها و بسیاری از باکتری ها نمی توانند سنتز کنند. مواد آلیاز غیر آلی آنها فقط موارد آماده را جذب می کنند، آنها را به ساده تر تقسیم می کنند، که از آن ها دوباره پیچیده ها را جمع می کنند، اما از قبل مشخصه بدنشان است.

این در صورتی است که در مورد فتوسنتز و نقش آن به طور خلاصه صحبت کنیم. برای درک فتوسنتز، باید بیشتر بگوییم: از چه مواد معدنی خاصی استفاده می شود، سنتز چگونه اتفاق می افتد؟

فتوسنتز به دو ماده معدنی نیاز دارد - دی اکسید کربن (CO2) و آب (H2O). اولی توسط قسمت های بالای زمینی گیاهان عمدتاً از طریق روزنه ها از هوا جذب می شود. آب از خاک می آید و از آنجا توسط سیستم رسانای گیاه به سلول های فتوسنتزی می رسد. همچنین، فتوسنتز به انرژی فوتون ها (hν) نیاز دارد، اما نمی توان آنها را به ماده نسبت داد.

در مجموع، فتوسنتز ماده آلی و اکسیژن (O2) تولید می کند. به طور معمول، ماده آلی اغلب به معنای گلوکز است (C 6 H 12 O 6).

ترکیبات آلی بیشتراز اتم های کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است. آنها در دی اکسید کربن و آب یافت می شوند. با این حال، در طول فتوسنتز، اکسیژن آزاد می شود. اتم های آن از آب گرفته می شود.

به طور خلاصه و به طور کلی، معادله واکنش فتوسنتز معمولاً به صورت زیر نوشته می شود:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

اما این معادله ماهیت فتوسنتز را منعکس نمی کند و آن را قابل درک نمی کند. نگاه کنید، اگرچه معادله متعادل است، اما در آن تعداد کل اتم های اکسیژن آزاد 12 است. اما ما گفتیم که آنها از آب می آیند و فقط 6 عدد وجود دارد.

در واقع فتوسنتز در دو مرحله انجام می شود. اولی نام دارد نور، دوم - تاریک. چنین نام هایی به این دلیل است که نور فقط برای فاز نور مورد نیاز است، فاز تاریک مستقل از حضور آن است، اما این بدان معنا نیست که در تاریکی رخ می دهد. فاز روشن روی غشای تیلاکوئیدهای کلروپلاست و فاز تاریک در استرومای کلروپلاست رخ می دهد.

در طول فاز نور، اتصال CO 2 رخ نمی دهد. تنها چیزی که اتفاق می افتد این است که انرژی خورشیدی توسط مجتمع های کلروفیل گرفته می شود، در ATP ذخیره می شود و انرژی برای کاهش NADP به NADP*H2 استفاده می شود. جریان انرژی از کلروفیل برانگیخته با نور توسط الکترون هایی که در طول زنجیره انتقال الکترون آنزیم های ساخته شده در غشاهای تیلاکوئید منتقل می شوند، تامین می شود.

هیدروژن NADP از آب می آید که توسط نور خورشید به اتم های اکسیژن، پروتون های هیدروژن و الکترون ها تجزیه می شود. این فرآیند نامیده می شود فتولیز. اکسیژن آب برای فتوسنتز مورد نیاز نیست. اتم های اکسیژن از دو مولکول آب با هم ترکیب می شوند و اکسیژن مولکولی را تشکیل می دهند. معادله واکنش فاز نوری فتوسنتز به طور خلاصه به این صورت است:

H 2 O + (ADP+P) + NADP → ATP + NADP*H 2 + ½O 2

بنابراین، آزاد شدن اکسیژن در مرحله نور فتوسنتز اتفاق می افتد. تعداد مولکول های ATP سنتز شده از ADP و اسید فسفریک در هر فتولیز یک مولکول آب می تواند متفاوت باشد: یک یا دو.

بنابراین، ATP و NADP*H 2 از فاز روشن به فاز تاریک می آیند. در اینجا انرژی اولی و قدرت کاهشی دومی صرف اتصال دی اکسید کربن می شود. این مرحله از فتوسنتز را نمی توان به سادگی و به طور مختصر توضیح داد زیرا به این ترتیب پیش نمی رود که شش مولکول CO 2 با هیدروژن آزاد شده از مولکول های NADP*H 2 ترکیب شوند و گلوکز را تشکیل دهند:

6CO 2 + 6NADP*H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(واکنش با مصرف انرژی ATP رخ می دهد که به ADP و اسید فسفریک تجزیه می شود).

واکنش داده شده فقط یک ساده سازی برای درک آن است. در واقع، مولکول‌های دی‌اکسید کربن در یک زمان به یکدیگر متصل می‌شوند و به ماده آلی پنج کربنه‌ای که از قبل آماده شده‌اند، می‌پیوندند. یک ماده آلی شش کربنه ناپایدار تشکیل می شود که به مولکول های کربوهیدرات سه کربنه تجزیه می شود. برخی از این مولکول ها برای سنتز مجدد ماده پنج کربنه اصلی برای اتصال CO 2 استفاده می شوند. این سنتز مجدد تضمین شده است چرخه کالوین. تعداد کمی از مولکول های کربوهیدرات حاوی سه اتم کربن از چرخه خارج می شوند. تمام مواد آلی دیگر (کربوهیدرات ها، چربی ها، پروتئین ها) از آنها و سایر مواد سنتز می شوند.

یعنی در واقع قندهای سه کربنه و نه گلوکز از فاز تاریک فتوسنتز خارج می شوند.