- yorug'lik energiyasidan majburiy foydalanish bilan karbonat angidrid va suvdan organik moddalarni sintez qilish:
6CO 2 + 6H 2 O + Q yorug'lik → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.
Yuqori oʻsimliklarda fotosintez organi barg, fotosintez organellalari esa xloroplastlardir (xloroplastlarning tuzilishi – 7-maʼruza). Xloroplast tilakoidlarining membranalarida fotosintetik pigmentlar: xlorofillar va karotinoidlar mavjud. Bir nechta bor turli xil turlari xlorofill ( a, b, c, d), asosiysi xlorofilldir a. Xlorofill molekulasida markazda magniy atomi bo'lgan porfirin "boshi" va fitol "dumi" ni ajratish mumkin. Porfirin "boshi" tekis struktura bo'lib, hidrofil va shuning uchun stromaning suvli muhitiga qaragan membrana yuzasida yotadi. Fitol "quyruq" hidrofobikdir va shu sababli membranada xlorofill molekulasini saqlaydi.
Xlorofillar qizil va ko'k-binafsha nurlarni o'zlashtiradi, yashil rangni aks ettiradi va shuning uchun o'simliklarga o'ziga xos yashil rang beradi. Tilakoid membranalardagi xlorofil molekulalari tashkil topgan fototizimlar. Oʻsimliklar va koʻk-yashil suvoʻtlarda fotosistema-1 va fotosistema-2, fotosintetik bakteriyalarda esa fotosistema-1 mavjud. Faqat fotosistema-2 suvni parchalab, kislorodni chiqarishi va suvning vodorodidan elektron olishi mumkin.
Fotosintez murakkab ko'p bosqichli jarayondir; fotosintez reaksiyalari ikki guruhga bo'linadi: reaksiyalar yorug'lik fazasi va reaktsiyalar qorong'u faza.
Yengil faza
Bu faza faqat xlorofill, elektron tashuvchi oqsillar va ATP sintetaza fermenti ishtirokida tilakoid membranalarda yorug'lik mavjud bo'lganda sodir bo'ladi. Yorug'lik kvantining ta'siri ostida xlorofill elektronlari qo'zg'aladi, molekuladan chiqib ketadi va tilakoid membrananing tashqi tomoniga kiradi, natijada u manfiy zaryadlanadi. Oksidlangan xlorofill molekulalari kamayadi, intratilakoid bo'shliqda joylashgan suvdan elektronlar olinadi. Bu suvning parchalanishiga yoki fotoliziga olib keladi:
H 2 O + Q yorug'lik → H + + OH -.
Gidroksil ionlari o'z elektronlarini tashlab, reaktiv radikallarga aylanadi.OH:
OH - → .OH + e - .
OH radikallari suv va erkin kislorod hosil qilish uchun birlashadi:
4NO. → 2H 2 O + O 2.
Bunday holda, kislorod tashqi muhitga chiqariladi va protonlar tilakoid ichida "proton rezervuari" da to'planadi. Natijada tilakoid membrana bir tomondan H+ hisobiga musbat, ikkinchi tomondan elektronlar hisobiga manfiy zaryadlanadi. Tilakoid membrananing tashqi va ichki tomonlari orasidagi potensiallar farqi 200 mV ga yetganda, protonlar ATP sintetaza kanallari orqali suriladi va ADP ATP ga fosforlanadi; Atom vodorodi o'ziga xos tashuvchi NADP + (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) ni NADPH 2 ga qaytarish uchun ishlatiladi:
2H + + 2e - + NADP → NADPH 2.
Shunday qilib, yorug'lik bosqichida suvning fotolizi sodir bo'ladi, bu uchta muhim jarayon bilan birga keladi: 1) ATP sintezi; 2) NADPH 2 hosil bo'lishi; 3) kislorod hosil bo'lishi. Kislorod atmosferaga tarqaladi, ATP va NADPH 2 xloroplast stromasiga o'tkaziladi va qorong'u faza jarayonlarida ishtirok etadi.
1 - xloroplast stromasi; 2 - grana tilakoid.
Qorong'i faza
Bu faza xloroplast stromasida sodir bo'ladi. Uning reaktsiyalari yorug'lik energiyasini talab qilmaydi, shuning uchun ular nafaqat yorug'likda, balki qorong'ida ham sodir bo'ladi. Qorong'u fazali reaktsiyalar glyukoza va boshqa organik moddalarning shakllanishiga olib keladigan karbonat angidridning (havodan keladigan) ketma-ket o'zgarishlar zanjiri.
Ushbu zanjirdagi birinchi reaktsiya karbonat angidridning fiksatsiyasi; Karbonat angidrid qabul qiluvchisi besh uglerodli shakardir. ribuloza bifosfat(RiBF); ferment reaksiyani katalizlaydi Ribuloza bifosfat karboksilaza(RiBP karboksilaza). Ribuloza bifosfatning karboksillanishi natijasida beqaror olti uglerodli birikma hosil bo'lib, u darhol ikkita molekulaga parchalanadi. fosfogliserik kislota(FGK). Keyin fosfogliserik kislota bir qator oraliq mahsulotlar orqali glyukozaga aylanadigan reaktsiyalar tsikli sodir bo'ladi. Bu reaktsiyalar yorug'lik fazasida hosil bo'lgan ATP va NADPH 2 energiyasidan foydalanadi; Ushbu reaktsiyalarning aylanishi "Kalvin tsikli" deb ataladi:
6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.
Fotosintez jarayonida glyukozadan tashqari murakkab organik birikmalarning boshqa monomerlari - aminokislotalar, glitserin va yog 'kislotalari, nukleotidlar hosil bo'ladi. Hozirgi vaqtda fotosintezning ikki turi mavjud: C 3 - va C 4 fotosintez.
C 3-fotosintez
Bu fotosintezning bir turi bo'lib, unda birinchi mahsulot uch uglerodli (C3) birikmalardir. C 3 fotosintezi C 4 fotosintezidan oldin kashf etilgan (M. Kalvin). Bu yuqorida "Qorong'u faza" sarlavhasi ostida tasvirlangan C 3 fotosintezidir. C 3 fotosintezining xarakterli xususiyatlari: 1) karbonat angidrid qabul qiluvchisi RiBP, 2) RiBP ning karboksillanish reaksiyasi RiBP karboksilaza tomonidan katalizlanadi, 3) RiBP ning karboksillanishi natijasida olti uglerodli birikma hosil bo'lib, u ajraladi. ikkita PGA. FGK tiklandi trioz fosfatlar(TF). TFning bir qismi RiBP regeneratsiyasi uchun ishlatiladi, bir qismi esa glyukozaga aylanadi.
1 - xloroplast; 2 - peroksizoma; 3 - mitoxondriyalar.
Bu kislorodning yorug'likka bog'liq yutilishi va karbonat angidridning chiqishi. O'tgan asrning boshlarida kislorod fotosintezni bostirishi aniqlandi. Ma'lum bo'lishicha, RiBP karboksilaza uchun substrat nafaqat karbonat angidrid, balki kislorod ham bo'lishi mumkin:
O 2 + RiBP → fosfoglikolat (2C) + PGA (3C).
Ferment RiBP oksigenaza deb ataladi. Kislorod karbonat angidrid fiksatsiyasining raqobatbardosh inhibitoridir. Fosfat guruhi bo'linadi va fosfoglikolat o'simlik foydalanishi kerak bo'lgan glikolatga aylanadi. U peroksisomalarga kiradi, u erda glitsinga oksidlanadi. Glitsin mitoxondriyaga kiradi, u erda seringacha oksidlanadi, CO 2 shaklida allaqachon fiksatsiyalangan uglerodni yo'qotadi. Natijada, ikkita glikolat molekulasi (2C + 2C) bitta PGA (3C) va CO 2 ga aylanadi. Fotonafas olish C3 o'simliklarining hosildorligini 30-40% ga pasayishiga olib keladi ( 3 ta o'simlik bilan- C 3 fotosintezi bilan tavsiflangan o'simliklar).
C 4 fotosintez fotosintez bo'lib, unda birinchi mahsulot to'rt uglerodli (C 4) birikmalardir. 1965 yilda ba'zi o'simliklarda (qand qamish, makkajo'xori, jo'xori, tariq) fotosintezning birinchi mahsuloti to'rt karbonli kislotalar ekanligi aniqlandi. Bu o'simliklar deyiladi 4 ta o'simlik bilan. 1966 yilda avstraliyalik olimlar Xetch va Slack C4 o'simliklarida fotonafas olish deyarli yo'qligini va karbonat angidridni ancha samarali o'zlashtirishini ko'rsatdi. C 4 o'simliklaridagi uglerod o'zgarishlarining yo'li chaqirila boshlandi Hatch-Slack tomonidan.
C 4 o'simliklari maxsus bilan tavsiflanadi anatomik tuzilish barg. Barcha tomirlar to'plamlari ikki qavatli hujayralar bilan o'ralgan: tashqi qatlam mezofil hujayralar, ichki qavat - qobiq hujayralari. Karbonat angidrid mezofill hujayralarining sitoplazmasida fiksatsiyalanadi, qabul qiluvchi hisoblanadi fosfoenolpiruvat(PEP, 3C), PEP ning karboksillanishi natijasida oksaloatsetat (4C) hosil bo'ladi. Jarayon katalizlanadi PEP karboksilaza. RiBP karboksilazasidan farqli o'laroq, PEP karboksilaza CO 2 uchun ko'proq yaqinlikka ega va eng muhimi, O 2 bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Mezofil xloroplastlarda yorug'lik fazasi reaktsiyalari faol sodir bo'lgan ko'plab donalar mavjud. Qorong'i fazali reaktsiyalar qobiq hujayralarining xloroplastlarida sodir bo'ladi.
Oksaloatsetat (4C) malatga aylanadi, u plazmodesmata orqali qobiq hujayralariga tashiladi. Bu erda u dekarboksillanadi va dehidrogenlanadi va piruvat, CO 2 va NADPH 2 ni hosil qiladi.
Piruvat mezofill hujayralariga qaytadi va PEPdagi ATP energiyasidan foydalanib qayta tiklanadi. CO 2 yana PGA hosil qilish uchun RiBP karboksilaza tomonidan o'rnatiladi. PEP regeneratsiyasi ATP energiyasini talab qiladi, shuning uchun u C 3 fotosintezidan deyarli ikki baravar ko'p energiya talab qiladi.
Fotosintezning ma'nosi
Fotosintez tufayli har yili atmosferadan milliardlab tonna karbonat angidrid so'riladi va milliardlab tonna kislorod chiqariladi; fotosintez organik moddalar hosil bo'lishining asosiy manbaidir. Kislorod tirik organizmlarni qisqa to'lqinli ultrabinafsha nurlanishidan himoya qiluvchi ozon qatlamini hosil qiladi.
Fotosintez jarayonida yashil barg unga tushadigan quyosh energiyasining atigi 1% ni ishlatadi, unumdorligi soatiga 1 m2 sirt uchun taxminan 1 g organik moddalarni tashkil qiladi.
Xemosintez
Yorug'lik energiyasi hisobiga emas, balki noorganik moddalarning oksidlanish energiyasi hisobiga amalga oshiriladigan karbonat angidrid va suvdan organik birikmalarning sintezi deyiladi. kimyosintez. Kimosintetik organizmlarga bakteriyalarning ayrim turlari kiradi.
Nitrifikatsion bakteriyalar ammiak azotga, keyin esa nitrat kislotaga (NH 3 → HNO 2 → HNO 3) oksidlanadi.
Temir bakteriyalari temir temirni oksidli temirga aylantiring (Fe 2+ → Fe 3+).
Oltingugurt bakteriyalari vodorod sulfidini oltingugurt yoki sulfat kislotaga oksidlash (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).
Noorganik moddalarning oksidlanish reaktsiyalari natijasida energiya ajralib chiqadi, bu bakteriyalar tomonidan yuqori energiyali ATP aloqalari shaklida saqlanadi. ATP fotosintezning qorong'u fazasining reaktsiyalariga o'xshash tarzda davom etadigan organik moddalarni sintez qilish uchun ishlatiladi.
Kimosintetik bakteriyalar tuproqda to'planishiga hissa qo'shadi minerallar, tuproq unumdorligini oshirish, tozalashni rag'batlantirish chiqindi suv va hokazo.
ga boring 11-sonli ma'ruzalar“Metabolizm tushunchasi. Oqsillarning biosintezi"
ga boring 13-sonli ma'ruzalar"Eukaryotik hujayralarning bo'linish usullari: mitoz, meyoz, amitoz"
Erdagi hayot yorug'lik, asosan quyosh energiyasi tufayli mumkin. Bu energiya fotosintez jarayonida hosil bo'lgan organik moddalarning kimyoviy bog'lanish energiyasiga aylanadi.
Barcha o'simliklar va ba'zi prokaryotlar (fotosintetik bakteriyalar va ko'k-yashil suv o'tlari) fotosintez bilan shug'ullanadi. Bunday organizmlar deyiladi fototroflar . Fotosintez uchun energiya fotosintez pigmentlari deb ataladigan maxsus molekulalar tomonidan ushlanadigan yorug'likdan keladi. Yorug'likning faqat ma'lum bir to'lqin uzunligi yutilganligi sababli, yorug'lik to'lqinlarining bir qismi so'rilmaydi, balki aks etadi. Yoritilgan yorug'likning spektral tarkibiga qarab, pigmentlar rangga ega bo'ladi - yashil, sariq, qizil va boshqalar.
Fotosintetik pigmentlarning uch turi mavjud - xlorofillar, karotenoidlar va fikobilinlar . Eng muhim pigment xlorofilldir. Baza metil ko'priklari bilan bog'langan to'rtta pirrol halqasidan hosil bo'lgan tekis porfirin yadrosi bo'lib, markazda magniy atomi joylashgan. Har xil turdagi xlorofillar mavjud. Yuqori o'simliklar, yashil va evglena suvo'tlarida xlorofill-B mavjud bo'lib, u xlorofil-A dan hosil bo'ladi. Pigmentlarning yana bir guruhini karotinoidlar hosil qiladi, ularning rangi sariqdan qizilgacha. Ular o'simliklarning barcha rangli plastidalarida (xloroplastlar, xromoplastlar) uchraydi. Bundan tashqari, o'simliklarning yashil qismlarida xlorofill karotenoidlarni niqoblab, ularni sovuq havoning boshlanishiga qadar ko'rinmas holga keltiradi. Kuzda yashil pigmentlar yo'q qilinadi va karotenoidlar aniq ko'rinadi. Karotinoidlar fototrof bakteriyalar va zamburug'lar tomonidan sintezlanadi. Fikobilinlar qizil suvo'tlar va siyanobakteriyalarda mavjud.
Fotosintezning engil bosqichi
Xloroplastlardagi xlorofillar va boshqa pigmentlar o'ziga xoslikni hosil qiladi engil yig'ish komplekslari . Elektromagnit rezonans yordamida ular to'plangan energiyani maxsus xlorofill molekulalariga o'tkazadilar. Bu molekulalar qo'zg'alish energiyasi ta'sirida boshqa moddalar molekulalariga elektronlar beradi - vektorlar , keyin esa oqsillardan, keyin esa suvdan elektronlarni olib tashlaydi. Fotosintez jarayonida suvning bo'linishi deyiladi fotoliz . Bu tilakoid bo'shliqlarida sodir bo'ladi. Protonlar maxsus kanallar orqali stromaga o'tadi. Bu ATP sintezi uchun zarur bo'lgan energiyani chiqaradi:
2H 2 O = 4e + 4H + + O 2
ADP + P = ATP
Bu erda yorug'lik energiyasining ishtiroki zaruriy shartdir, shuning uchun bu bosqich yorug'lik bosqichi deb ataladi. Qo'shimcha mahsulot sifatida ishlab chiqarilgan kislorod tashqaridan chiqariladi va hujayra tomonidan nafas olish uchun ishlatiladi.
Fotosintezning qorong'u bosqichi
Xloroplast stromasida quyidagi reaksiyalar sodir bo'ladi. Monosaxaridlar karbonat angidrid va suvdan hosil bo'ladi. Bu jarayonning o'zi termodinamika qonunlariga ziddir, ammo ATP molekulalari ishtirok etganligi sababli, bu energiya tufayli glyukoza sintezi haqiqiy jarayondir. Keyinchalik uning molekulalaridan - tsellyuloza, kraxmal va boshqa murakkab organik molekulalardan polisaxaridlar hosil bo'ladi. Fotosintezning umumiy tenglamasini quyidagicha ifodalash mumkin:
6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Ayniqsa, kraxmal kunduzi intensiv fotosintetik jarayonlarda xloroplastlarda to'planadi, kraxmal eruvchan shakllarga bo'linadi va o'simlik tomonidan ishlatiladi.
Ushbu yoki boshqa biologiya mavzusini batafsilroq tushunishni xohlaysizmi, ushbu maqola muallifi Vladimir Smirnov bilan onlayn darslarga yoziling.
Maqola Vladimir Smirnovning "Ibtido" asaridan ko'chirma;
Shuningdek, botanikimiz Irinaning fotosintez haqidagi video darsini tomosha qilishni taklif qilamiz:
veb-sayt, materialni to'liq yoki qisman nusxalashda manbaga havola talab qilinadi.
Yorug'lik energiyasidan foydalangan holda yoki foydalanmasdan. Bu o'simliklarga xosdir. Keling, fotosintezning qorong'u va yorug'lik fazalari nima ekanligini ko'rib chiqaylik.
Umumiy ma'lumot
Yuqori o'simliklardagi fotosintez organi bargdir. Xloroplastlar organellalar vazifasini bajaradi. Fotosintetik pigmentlar ularning tilakoidlari membranalarida mavjud. Ular karotinoidlar va xlorofillardir. Ikkinchisi bir necha shakllarda mavjud (a, c, b, d). Asosiysi a-xlorofildir. Uning molekulasi markazda joylashgan magniy atomiga ega porfirin "boshi", shuningdek, fitol "quyruq" ni o'z ichiga oladi. Birinchi element tekis struktura sifatida taqdim etiladi. "Bosh" hidrofilikdir, shuning uchun u membrananing suvli muhitga yo'naltirilgan qismida joylashgan. Fitol "dumi" hidrofobikdir. Shu tufayli u membranada xlorofill molekulasini saqlab qoladi. Xlorofillar ko'k-binafsha va qizil nurni o'zlashtiradi. Shuningdek, ular yashil rangni aks ettiradi va o'simliklarga o'ziga xos rang beradi. Tilaktoid membranalarda xlorofill molekulalari fotosistemalarga tashkil topgan. Ko'k-yashil suv o'tlari va o'simliklar 1 va 2 tizimlar bilan tavsiflanadi. Fotosintetik bakteriyalar faqat birinchisiga ega. Ikkinchi tizim H 2 O ni parchalashi va kislorodni chiqarishi mumkin.
Fotosintezning yorug'lik bosqichi
O'simliklarda sodir bo'ladigan jarayonlar murakkab va ko'p bosqichli. Xususan, reaktsiyalarning ikki guruhi ajralib turadi. Ular fotosintezning qorong'u va yorug'lik fazalari. Ikkinchisi ATP fermenti, elektron uzatish oqsillari va xlorofill ishtirokida sodir bo'ladi. Fotosintezning yorug'lik bosqichi tilaktoid membranalarda sodir bo'ladi. Xlorofil elektronlari qo'zg'aladi va molekulani tark etadi. Shundan so'ng ular tilaktoid membrananing tashqi yuzasida tugaydi. U, o'z navbatida, manfiy zaryadlanadi. Oksidlanishdan keyin xlorofill molekulalarining qaytarilishi boshlanadi. Ular elektronlarni intralakoid bo'shliqda mavjud bo'lgan suvdan oladi. Shunday qilib, fotosintezning yorug'lik bosqichi parchalanish (fotoliz) paytida membranada sodir bo'ladi: H 2 O + Q yorug'lik → H + + OH -
Gidroksil ionlari o'z elektronlarini berib, reaktiv radikallarga aylanadi:
OH - → .OH + e -
OH radikallari erkin kislorod va suv hosil qilish uchun birlashadi:
4NO. → 2H 2 O + O 2.
Bunday holda, kislorod atrofdagi (tashqi) muhitga chiqariladi va protonlar tilaktoid ichida maxsus "rezervuarda" to'planadi. Natijada, fotosintezning yorug'lik bosqichi sodir bo'lgan joyda, tilaktoid membrana bir tomondan H + tufayli musbat zaryad oladi. Shu bilan birga, elektronlar tufayli u manfiy zaryadlanadi.
ADP ning fosforillanishi
Fotosintezning yorug'lik fazasi sodir bo'lgan joyda membrananing ichki va tashqi yuzasi o'rtasida potentsial farq mavjud. 200 mV ga yetganda, protonlar ATP sintetaza kanallari bo'ylab surila boshlaydi. Shunday qilib, fotosintezning yorug'lik bosqichi membranada ADP ATP ga fosforlanganda sodir bo'ladi. Bunday holda, atomik vodorod maxsus tashuvchi nikotinamid adenin dinukleotid fosfat NADP+ ni NADP.H2 ga qaytarish uchun yuboriladi:
2N + + 2e — + NADP → NADP.N 2
Shunday qilib, fotosintezning yorug'lik bosqichi suvning fotolizini o'z ichiga oladi. Bu, o'z navbatida, uchta eng muhim reaktsiya bilan birga keladi:
- ATP sintezi.
- NADP.H ning shakllanishi 2.
- Kislorod hosil bo'lishi.
Fotosintezning yorug'lik bosqichi ikkinchisining atmosferaga chiqishi bilan birga keladi. NADP.H2 va ATP xloroplast stromasiga o'tadi. Bu fotosintezning yorug'lik bosqichini yakunlaydi.
Boshqa reaktsiyalar guruhi
Fotosintezning qorong'u bosqichi yorug'lik energiyasini talab qilmaydi. U xloroplast stromasida joylashgan. Reaksiyalar havodan keladigan karbonat angidridning ketma-ket o'zgarishi zanjiri shaklida taqdim etiladi. Natijada glyukoza va boshqa organik moddalar hosil bo'ladi. Birinchi reaktsiya - bu fiksatsiya. Ribuloza bifosfat (besh uglerodli shakar) RiBP karbonat angidrid qabul qiluvchi sifatida ishlaydi. Reaksiyadagi katalizator ribuloza bifosfat karboksilaza (ferment) dir. RiBP ning karboksillanishi natijasida olti uglerodli beqaror birikma hosil bo'ladi. U deyarli bir zumda ikkita PGA molekulasiga (fosfogliserik kislota) parchalanadi. Shundan so'ng, bir nechta oraliq mahsulotlar orqali glyukozaga aylanadigan reaktsiyalar tsikli sodir bo'ladi. Ular fotosintezning yorug'lik bosqichida aylantirilgan NADP.H 2 va ATP energiyasidan foydalanadilar. Ushbu reaktsiyalarning aylanishi "Kalvin tsikli" deb ataladi. Uni quyidagicha ifodalash mumkin:
6CO 2 + 24H+ + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O
Fotosintez jarayonida glyukozadan tashqari organik (murakkab) birikmalarning boshqa monomerlari hosil bo'ladi. Bularga, xususan, yog 'kislotalari, glitserin, aminokislotalar va nukleotidlar kiradi.
C3 reaktsiyalari
Ular fotosintezning bir turi bo'lib, birinchi mahsulot sifatida uch uglerodli birikmalar hosil qiladi. Aynan shu narsa yuqorida Kalvin tsikli sifatida tasvirlangan. C3 fotosintezining xarakterli xususiyatlari:
- RiBP karbonat angidridni qabul qiluvchi hisoblanadi.
- Karboksillanish reaksiyasi RiBP karboksilaza tomonidan katalizlanadi.
- Oltita uglerodli modda hosil bo'lib, keyinchalik 2 FHA ga bo'linadi.
Fosfogliserik kislota TP (trioz fosfatlar) ga kamayadi. Ulardan ba'zilari ribuloza bifosfatni qayta tiklash uchun ishlatiladi, qolganlari esa glyukozaga aylanadi.
C4 reaktsiyalari
Fotosintezning bu turi birinchi mahsulot sifatida to'rt uglerodli birikmalarning paydo bo'lishi bilan tavsiflanadi. 1965 yilda C4 moddalari birinchi bo'lib ba'zi o'simliklarda paydo bo'lishi aniqlandi. Masalan, bu tariq, jo'xori, shakarqamish va makkajo'xori uchun o'rnatilgan. Bu ekinlar C4 o'simliklari sifatida tanildi. Keyingi yili, 1966 yilda, Slack and Hatch (Avstraliya olimlari) ularda fotonafas olish deyarli yo'qligini aniqladilar. Shuningdek, bunday C4 o'simliklari karbonat angidridni ancha samarali o'zlashtirishi aniqlandi. Natijada, bunday ekinlardagi uglerod o'zgarishi yo'li Xetch-Slack yo'li deb atala boshlandi.
Xulosa
Fotosintezning ahamiyati juda katta. Uning yordamida karbonat angidrid har yili atmosferadan juda katta hajmlarda (milliardlab tonna) so'riladi. Buning o'rniga kamroq kislorod ajratilmaydi. Fotosintez organik birikmalar hosil bo'lishining asosiy manbai bo'lib xizmat qiladi. Kislorod tirik organizmlarni qisqa to'lqinli ultrabinafsha nurlanishi ta'siridan himoya qiluvchi ozon qatlamining shakllanishida ishtirok etadi. Fotosintez jarayonida barg unga tushadigan yorug'lik energiyasining atigi 1% ni o'zlashtiradi. Uning mahsuldorligi 1 kvadrat metrga 1 g organik birikmani tashkil qiladi. soatiga m sirt.
Fotosintez jarayoni qorong'u fazali reaktsiyalar bilan yakunlanadi, bunda uglevodlar hosil bo'ladi. Ushbu reaktsiyalarni amalga oshirish uchun yorug'lik fazasida saqlanadigan energiya va moddalar ishlatiladi: 1961 yilda ushbu reaktsiyalar siklini ochish uchun. Nobel mukofoti. Biz fotosintezning qorong'u bosqichi haqida qisqacha va aniq gapirishga harakat qilamiz.
Mahalliylashtirish va shartlar
Qorong'u fazali reaktsiyalar xloroplastlarning stromasida (matritsasida) sodir bo'ladi. Ular yorug'likning mavjudligiga bog'liq emas, chunki ular talab qiladigan energiya allaqachon ATP shaklida saqlanadi.
Uglevodlarni sintez qilish uchun suvning fotolizi natijasida olingan va NADPH₂ molekulalarida bog'langan vodorod ishlatiladi. CO₂ molekulasidan uglerod atomi biriktiriladigan shakarlarning mavjudligi ham zarur.
Unituvchi o'simliklar uchun shakar manbai endosperm - urug'da joylashgan va ona o'simlikdan olingan zahira moddalardir.
O'qish
Fotosintezning qorong'u fazasining glyukoza hosil bo'lishiga olib keladigan kimyoviy reaktsiyalar majmuasi M. Kalvin va uning hamkorlari tomonidan kashf etilgan.
TOP 4 ta maqolabu bilan birga o'qiyotganlar
Guruch. 1. Melvin Kalvin laboratoriyada.
Fazaning birinchi bosqichi uchta uglerod atomiga ega birikmalarni olishdir.
Ba'zi o'simliklar uchun birinchi qadam 4 uglerod atomiga ega bo'lgan organik kislotalarning shakllanishi bo'ladi. Bu yo'lni avstraliyalik olimlar M. Xetch va S. Sleklar kashf etgan va C₄ - fotosintez deb ataladi.
C₄ fotosintezining natijasi ham glyukoza va boshqa qandlardir.
CO₂ bilan bog'lanish
Yorug'lik fazasida olingan ATP energiyasi tufayli stromada ribuloza fosfat molekulalari faollashadi. U 5 ta uglerod atomiga ega bo'lgan yuqori reaktiv birikma ribuloza difosfatga (RDP) aylanadi.
Guruch. 2. CO₂ ni RDF ga ulash sxemasi.
Uchta uglerod atomiga ega bo'lgan fosfogliserik kislotaning (PGA) ikkita molekulasi hosil bo'ladi. Keyingi bosqichda PGA ATP bilan reaksiyaga kirishadi va difosfogliserik kislota hosil qiladi. DiPHA NADPH₂ bilan reaksiyaga kirishadi va fosfogliseraldegidga (PGA) qaytariladi.
Barcha reaktsiyalar faqat tegishli fermentlar ta'sirida sodir bo'ladi.
PHA fosfodioksiaseton hosil qiladi.
Geksoza hosil bo'lishi
Keyingi bosqichda PHA va fosfodioksiasetonning kondensatsiyasi bilan fruktoza difosfat hosil bo'ladi, u 6 ta uglerod atomini o'z ichiga oladi va saxaroza va polisaxaridlarni hosil qilish uchun boshlang'ich materialdir.
Guruch. 3. Fotosintezning qorong'u fazasining sxemasi.
Fruktoza difosfat PHA va boshqa qorong'u fazali mahsulotlar bilan reaksiyaga kirishib, 4-, 5-, 6- va 7-uglerodli shakar zanjirlarini keltirib chiqaradi. Fotosintezning barqaror mahsulotlaridan biri ribuloza fosfat bo'lib, u yana ATP bilan o'zaro ta'sir qiladigan reaktsiya sikliga kiradi. Glyukoza molekulasini olish uchun u qorong'u fazali reaktsiyalarning 6 tsiklidan o'tadi.
Uglevodlar fotosintezning asosiy mahsulotidir, ammo aminokislotalar, yog 'kislotalari va glikolipidlar ham Kalvin siklining oraliq mahsulotlaridan hosil bo'ladi.
Shunday qilib, o'simlik tanasida ko'p funktsiyalar fotosintezning qorong'u bosqichida sodir bo'ladigan narsalarga bog'liq. Bu fazada olingan moddalar oqsillar, yog'lar, nafas olish va boshqa hujayra ichidagi jarayonlar biosintezida qo'llaniladi.Hisobotni baholash.
O'rtacha reyting: 4. Qabul qilingan umumiy baholar: 90.
fotosintez yorug'lik energiyasidan foydalangan holda noorganik moddalardan organik moddalarni sintez qilish jarayonidir. Aksariyat hollarda fotosintez o'simliklar tomonidan hujayra organellalari yordamida amalga oshiriladi xloroplastlar tarkibida yashil pigment mavjud xlorofill.
Agar o'simliklar organik moddalarni sintez qilishga qodir bo'lmaganida, er yuzidagi deyarli barcha boshqa organizmlar ovqat eyishi mumkin emas edi, chunki hayvonlar, zamburug'lar va ko'plab bakteriyalar sintez qila olmaydi. organik moddalar noorganiklardan. Ular faqat tayyor narsalarni o'zlashtiradilar, ularni oddiyroqlarga bo'lishadi, ulardan yana murakkablarini yig'adilar, lekin allaqachon o'z tanasiga xosdir.
Agar fotosintez va uning roli haqida qisqacha gapiradigan bo'lsak, bu shunday bo'ladi. Fotosintezni tushunish uchun biz ko'proq gapirishimiz kerak: qanday o'ziga xos noorganik moddalar ishlatiladi, sintez qanday sodir bo'ladi?
Fotosintez uchun ikkita noorganik moddalar - karbonat angidrid (CO 2) va suv (H 2 O) kerak. Birinchisi, havodan o'simliklarning er usti qismlari tomonidan, asosan, stomalar orqali so'riladi. Suv tuproqdan keladi, u erdan o'simlikning o'tkazuvchi tizimi tomonidan fotosintetik hujayralarga etkazib beriladi. Shuningdek, fotosintez fotonlarning energiyasini (hn) talab qiladi, lekin ularni materiyaga bog'lab bo'lmaydi.
Umuman olganda, fotosintez natijasida organik moddalar va kislorod (O2) hosil bo'ladi. Odatda, organik moddalar ko'pincha glyukoza (C 6 H 12 O 6) degan ma'noni anglatadi.
Organik birikmalar asosan uglerod, vodorod va kislorod atomlaridan iborat. Ular karbonat angidrid va suvda mavjud. Biroq, fotosintez jarayonida kislorod chiqariladi. Uning atomlari suvdan olinadi.
Qisqacha va umuman olganda, fotosintez reaktsiyasi tenglamasi odatda quyidagicha yoziladi:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Ammo bu tenglama fotosintezning mohiyatini aks ettirmaydi va uni tushunarli qilmaydi. Qarang, tenglama muvozanatli bo'lsa-da, unda erkin kisloroddagi atomlarning umumiy soni 12 ta. Lekin biz ular suvdan kelib chiqqanligini aytdik va ulardan faqat 6 tasi bor.
Aslida, fotosintez ikki bosqichda sodir bo'ladi. Birinchisi deyiladi yorug'lik, ikkinchi - qorong'i. Bunday nomlar yorug'lik faqat yorug'lik fazasi uchun zarur bo'lganligi sababli, qorong'u faza uning mavjudligidan mustaqil, ammo bu uning qorong'ida sodir bo'lishini anglatmaydi. Yorug'lik fazasi xloroplastning tilakoidlari membranalarida, qorong'i faza esa xloroplast stromasida sodir bo'ladi.
Yorug'lik fazasida CO 2 bog'lanishi sodir bo'lmaydi. Bu sodir bo'ladigan narsa shundaki, quyosh energiyasi xlorofill komplekslari tomonidan ushlanib, ATPda saqlanadi va energiya NADP ni NADP * H 2 ga kamaytirish uchun ishlatiladi. Yorug'lik bilan qo'zg'atilgan xlorofilldan energiya oqimi tilakoid membranalarga o'rnatilgan fermentlarning elektron tashish zanjiri bo'ylab uzatiladigan elektronlar tomonidan ta'minlanadi.
NADP uchun vodorod quyosh nuri ta'sirida kislorod atomlariga, vodorod protonlariga va elektronlarga parchalanadigan suvdan keladi. Bu jarayon deyiladi fotoliz. Fotosintez uchun suvdan kislorod kerak emas. Ikki suv molekulasidagi kislorod atomlari molekulyar kislorod hosil qilish uchun birlashadi. Fotosintezning yorug'lik fazasi uchun reaktsiya tenglamasi qisqacha quyidagicha ko'rinadi:
H 2 O + (ADP+P) + NADP → ATP + NADP*H 2 + ½O 2
Shunday qilib, kislorodning chiqishi fotosintezning engil bosqichida sodir bo'ladi. Bir suv molekulasining fotolizi uchun ADP va fosfor kislotasidan sintez qilingan ATP molekulalari soni har xil bo'lishi mumkin: bitta yoki ikkita.
Shunday qilib, ATP va NADP * H 2 yorug'lik fazasidan qorong'i fazaga keladi. Bu erda birinchisining energiyasi va ikkinchisining qaytaruvchi kuchi karbonat angidridni bog'lashga sarflanadi. Fotosintezning bu bosqichini oddiy va qisqacha tushuntirib bo‘lmaydi, chunki u oltita CO 2 molekulasi NADP*H 2 molekulalaridan ajralib chiqqan vodorod bilan glyukoza hosil qiladigan tarzda birikmaydi:
6CO 2 + 6NADP*H 2 →C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reaktsiya ADP va fosfor kislotasiga ajraladigan energiya ATP sarflanishi bilan sodir bo'ladi).
Berilgan reaktsiya tushunishni osonlashtirish uchun soddalashtirilgan. Aslida, karbonat angidrid molekulalari birma-bir bog'lanib, allaqachon tayyorlangan besh uglerodli organik moddaga qo'shiladi. Beqaror olti uglerodli organik modda hosil bo'lib, u uch uglerodli uglevod molekulalariga parchalanadi. Ushbu molekulalarning ba'zilari CO 2 ni bog'lash uchun dastlabki besh uglerodli moddani qayta sintez qilish uchun ishlatiladi. Bu resintez ta'minlanadi Kalvin tsikli. Uchta uglerod atomini o'z ichiga olgan ozchilikdagi uglevod molekulalari tsikldan chiqadi. Boshqa barcha organik moddalar (uglevodlar, yog'lar, oqsillar) ulardan va boshqa moddalardan sintezlanadi.
Ya'ni, aslida, fotosintezning qorong'u bosqichidan glyukoza emas, balki uch uglerodli shakar chiqadi.
