Замисляли ли сте се колко живи организми има на планетата?! И в края на краищата, всички те трябва да вдишват кислород, за да генерират енергия и да издишват въглероден диоксид. Именно въглеродният диоксид е основната причина за такова явление като задушаване в стаята. Провежда се, когато в него има много хора, а стаята не се проветрява дълго време. Освен това промишлени съоръжения, частни автомобили и обществен транспорт изпълват въздуха с токсични вещества.
С оглед на гореизложеното възниква напълно логичен въпрос: как не се задушихме тогава, ако целият живот е източник на отровен въглероден диоксид? Спасителят на всички живи същества в тази ситуация е фотосинтезата. Какъв е този процес и защо е необходим?
Неговият резултат е коригиране на баланса на въглеродния диоксид и насищането на въздуха с кислород. Такъв процес е известен само на представители на света на флората, тоест на растенията, тъй като се случва само в техните клетки.
Самата фотосинтеза е изключително сложна процедура, която зависи от определени условия и се случва в няколкоетапи.
Определение на понятието
Съгласно научната дефиниция, органичните вещества се превръщат в органични вещества по време на фотосинтеза на клетъчно ниво в автотрофни организми поради излагане на слънчева светлина.
За да го кажем по-просто, фотосинтезата е процесът, чрез който се случва следното:
- Растението е наситено с влага. Източникът на влага може да бъде вода от земята или влажен тропически въздух.
- Хлорофилът (специално вещество, намиращо се в растенията) реагира на слънчевата енергия.
- Образуването на необходимата за представителите на флората храна, която те не могат да си набавят сами по хетеротрофен начин, но самите те са неин производител. С други думи, растенията ядат това, което произвеждат. Това е резултат от фотосинтезата.
Етап първи
Практически всяко растение съдържа зелено вещество, благодарение на което може да абсорбира светлина. Това вещество не е нищо повече от хлорофил. Местоположението му са хлоропласти. Но хлоропластите се намират в стъблената част на растението и неговите плодове. Но фотосинтезата на листата е особено често срещана в природата. Тъй като последният е доста прост в своята структура и има относително голяма повърхност, което означава, че количеството енергия, необходимо за протичането на спасителния процес, ще бъде много по-голямо.
Когато светлината се абсорбира от хлорофила, последният е в състояние на възбуда ипредава енергийни послания към други органични молекули на растението. Най-голямо количество такава енергия отива при участниците в процеса на фотосинтеза.
Втори етап
Образуването на фотосинтезата на втория етап не изисква задължителното участие на светлината. Състои се в образуването на химични връзки с помощта на отровен въглероден диоксид, образуван от въздушни маси и вода. Има и синтез на много вещества, които осигуряват жизнената дейност на представителите на флората. Това са нишесте, глюкоза.
В растенията такива органични елементи действат като източник на хранене за отделните части на растението, като същевременно осигуряват нормалното протичане на жизнените процеси. Такива вещества се получават и от представители на фауната, които ядат растения за храна. Човешкото тяло се насища с тези вещества чрез храната, която е включена в ежедневната диета.
Какво? Където? Кога?
За да могат органичните вещества да станат органични, е необходимо да се осигурят подходящи условия за фотосинтеза. За разглеждания процес на първо място е необходима светлина. Говорим за изкуствена и слънчева светлина. В природата дейността на растенията обикновено се характеризира с интензивност през пролетта и лятото, тоест когато има нужда от голямо количество слънчева енергия. Какво не може да се каже за есенния сезон, когато има все по-малко светлина, денят става все по-къс. В резултат на това листата пожълтява и след това напълно пада. Но щом изгреят първите пролетни слънчеви лъчи, зелената трева ще се издигне, те веднага ще възобновят дейността си.хлорофили и ще започне активното производство на кислород и други жизненоважни хранителни вещества.
Условията за фотосинтеза включват повече от светлина. Влагата също трябва да е достатъчна. В крайна сметка растението първо абсорбира влагата и след това започва реакция с участието на слънчева енергия. Растителната храна е резултат от този процес.
Само в присъствието на зелено вещество се осъществява фотосинтеза. Какво представляват хлорофилите, вече казахме по-горе. Те действат като своеобразен проводник между светлината или слънчевата енергия и самото растение, осигурявайки правилното протичане на техния живот и дейност. Зелените вещества имат способността да абсорбират много от слънчевите лъчи.
Кислородът също играе важна роля. За да бъде успешен процесът на фотосинтеза, растенията се нуждаят от много от него, тъй като съдържа само 0,03% въглеродна киселина. И така, от 20 000 m3 въздух, можете да получите 6 m3 киселина. Именно последното вещество е основният изходен материал за глюкозата, която от своя страна е вещество, необходимо за живота.
Има два етапа на фотосинтезата. Първият се нарича светъл, вторият е тъмен.
Какъв е механизмът на потока на светлинния етап
Светлият етап на фотосинтезата има друго име - фотохимичен. Основните участници на този етап са:
- слънчева енергия;
- разнообразие от пигменти.
С първия компонент всичко е ясно, това е слънчева светлина. НОтова са пигментите, не всеки знае. Те са зелени, жълти, червени или сини. Хлорофилите от групи "А" и "В" принадлежат съответно към зелено, фикобилините към жълто и червено/синьо. Фотохимичната активност сред участниците в този етап от процеса се проявява само от хлорофили "А". Останалите играят допълваща роля, чиято същност е събирането на светлинни кванти и транспортирането им до фотохимичния център.
Тъй като хлорофилът е надарен със способността ефективно да абсорбира слънчевата енергия при определена дължина на вълната, са идентифицирани следните фотохимични системи:
- Фотохимичен център 1 (зелени вещества от група "А") - в състава е включен пигмент 700, поглъщащ светлинни лъчи, чиято дължина е приблизително 700 nm. Този пигмент играе основна роля в създаването на продукти от светлинния етап на фотосинтезата.
- Фотохимичен център 2 (зелени вещества от група "В") - съставът включва пигмент 680, който абсорбира светлинни лъчи, чиято дължина е 680 nm. Той има второстепенна роля, която се състои във функцията за попълване на загубените електрони от фотохимичния център 1. Постига се благодарение на хидролизата на течността.
За 350–400 пигментни молекули, които концентрират светлинните потоци във фотосистеми 1 и 2, има само една молекула пигмент, която е фотохимично активна - хлорофил от група "А".
Какво става?
1. Светлинната енергия, погълната от растението, въздейства върху съдържащия се в него пигмент 700, който преминава от нормално състояние във възбудено състояние. Пигментът губиелектрон, което води до образуването на така наречената електронна дупка. Освен това, пигментната молекула, която е загубила електрон, може да действа като негов акцептор, тоест страната, която приема електрона, и да се върне в своята форма.
2. Процесът на разлагане на течност във фотохимичния център на светопоглъщащия пигмент 680 на фотосистема 2. При разлагането на водата се образуват електрони, които първоначално се приемат от вещество като цитохром С550 и се обозначават с буквата Q. След това, от цитохрома, електроните влизат в носещата верига и се транспортират до фотохимичен център 1 за попълване на електронната дупка, което е резултат от проникването на светлинни кванти и процеса на редукция на пигмента 700.
Има случаи, когато такава молекула получава обратно електрон, идентичен с предишния. Това ще доведе до освобождаване на светлинна енергия под формата на топлина. Но почти винаги електрон с отрицателен заряд се комбинира със специални протеини желязо-сяра и се прехвърля по една от веригите към пигмент 700, или влиза в друга верига носител и се събира отново с постоянен акцептор.
В първия вариант има цикличен транспорт на електрони от затворен тип, във втория - нецикличен.
И двата процеса се катализират от една и съща верига от носители на електрони в първия етап на фотосинтезата. Но трябва да се отбележи, че по време на фотофосфорилиране от цикличен тип, началната и в същото време крайната точка на транспортиране е хлорофилът, докато нецикличното транспортиране предполага преход на зеленото вещество от група "В" къмхлорофил "A".
Характеристики на цикличния транспорт
Цикличното фосфорилиране се нарича още фотосинтетично. В резултат на този процес се образуват АТФ молекули. Това транспортиране се основава на връщането на електрони във възбудено състояние към пигмент 700 през няколко последователни етапа, в резултат на което се освобождава енергия, която участва в работата на фосфорилиращата ензимна система с цел по-нататъшно натрупване в АТФ фосфат облигации. Тоест енергията не се разсейва.
Цикличното фосфорилиране е основната реакция на фотосинтезата, която се основава на технологията за генериране на химическа енергия върху мембранните повърхности на хлоропластните тилактоиди с помощта на енергията на слънчевата светлина.
Без фотосинтетично фосфорилиране, реакциите на асимилация в тъмната фаза на фотосинтезата са невъзможни.
Нюансите на транспортирането от нецикличен тип
Процесът се състои във възстановяване на NADP+ и образуване на NADPH. Механизмът се основава на прехвърлянето на електрон към фередоксин, неговата редукционна реакция и последващия преход към NADP+ с по-нататъшно редукция до NADPH.
В резултат на това електроните, които са загубили пигмент 700, се попълват благодарение на електроните на водата, която се разлага под светлинните лъчи във фотосистемата 2.
Нецикличният път на електроните, чийто поток също предполага светлинна фотосинтеза, се осъществява чрез взаимодействието на двете фотосистеми помежду си, свързва техните електронни транспортни вериги. Светещенергията насочва потока от електрони обратно. При транспортиране от фотохимичен център 1 до център 2, електроните губят част от енергията си поради натрупване като протонен потенциал върху повърхността на мембраната на тилактоидите.
В тъмната фаза на фотосинтезата процесът на създаване на потенциал от протонен тип в електронната транспортна верига и използването му за образуването на АТФ в хлоропластите е почти напълно идентичен със същия процес в митохондриите. Но функциите все още са налице. Тилактоидите в тази ситуация са митохондрии, обърнати навън. Това е основната причина електроните и протоните да се движат през мембраната в обратна посока спрямо транспортния поток в митохондриалната мембрана. Електроните се транспортират навън, докато протоните се натрупват във вътрешността на тилактичната матрица. Последният приема само положителен заряд, а външната мембрана на тилактоида е отрицателна. От това следва, че пътят на градиента от протонен тип е противоположен на пътя му в митохондриите.
Следващата характеристика може да се нарече голямо ниво на pH в потенциала на протоните.
Третата характеристика е наличието само на две места на конюгиране в тилактоидната верига и в резултат на това съотношението на молекулата на АТФ към протоните е 1:3.
Заключение
В първия етап фотосинтезата е взаимодействието на светлинна енергия (изкуствена и неизкуствена) с растението. Зелените вещества реагират на лъчите - хлорофили, повечето от които се намират в листата.
Образуването на ATP и NADPH е резултат от такава реакция. Тези продукти са от съществено значение за появата на тъмни реакции. Следователно светлият етап е задължителен процес, без който вторият етап - тъмният етап - няма да се осъществи.
Тъмна сцена: същност и характеристики
Тъмната фотосинтеза и нейните реакции са процедурата на въглероден диоксид в вещества от органичен произход с производството на въглехидрати. Осъществяването на такива реакции се осъществява в стромата на хлоропласта и продуктите от първия етап на фотосинтезата - светлината взема активно участие в тях.
Механизмът на тъмната фаза на фотосинтезата се основава на процеса на асимилация на въглероден диоксид (наричан още фотохимично карбоксилиране, цикълът на Калвин), който се характеризира с цикличност. Състои се от три фази:
- Карбоксилиране - добавяне на CO2.
- Фаза на възстановяване.
- Фаза на регенерация на рибулозен дифосфат.
Рибулофосфат, захар с пет въглеродни атома, се фосфорилира от АТФ, което води до рибулозен дифосфат, който допълнително се карбоксилира чрез комбиниране с CO2 продукт с шест въглеродни атома, което незабавно се разлагат при взаимодействие с водна молекула, създавайки две молекулни частици фосфоглицеринова киселина. След това тази киселина преминава курс на пълна редукция при осъществяването на ензимна реакция, за която е необходимо присъствието на ATP и NADP за образуване на захар с три въглерода - три въглеродна захар, триоза или алдехидфосфоглицерол. Когато две такива триози се кондензират, се получава молекула хексоза, която може да стане неразделна част от молекулата на нишестето и да бъде отстранена в резерв.
Тази фаза завършва с усвояването на една молекула CO по време на процеса на фотосинтеза2 и използването на три молекули АТФ и четири атома Н. Хексозният фосфат се поддава на реакциите от цикъла на пентозофосфата, полученият рибулозен фосфат се регенерира, който може да се рекомбинира с друга молекула на въглеродната киселина.
Реакциите на карбоксилиране, възстановяване, регенерация не могат да се нарекат специфични изключително за клетката, в която се осъществява фотосинтезата. Не можете да кажете какво е „хомогенен“ход на процесите, тъй като разликата все още съществува - по време на процеса на възстановяване се използва NADPH, а не OVERH.
Добавянето на CO2 от рибулоза дифосфат се катализира от рибулоза дифосфат карбоксилаза. Реакционният продукт е 3-фосфоглицерат, който се редуцира от NADPH2 и ATP до глицералдехид-3-фосфат. Процесът на редукция се катализира от глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа. Последният лесно се превръща в дихидроксиацетон фосфат. образува се фруктозен бифосфат. Някои от молекулите му участват в регенериращия процес на рибулозния дифосфат, затваряйки цикъла, а втората част се използва за създаване на въглехидратни резерви в клетките на фотосинтезата, тоест се осъществява фотосинтезата на въглехидратите.
Светлинната енергия е необходима за фосфорилиране и синтез на органични веществапроизход, а енергията на окисляване на органичните вещества е необходима за окислително фосфорилиране. Ето защо растителността осигурява живот на животни и други организми, които са хетеротрофни.
Фотосинтезата в растителната клетка става по този начин. Продуктът му са въглехидрати, необходими за създаване на въглеродните скелети на много вещества на представителите на света на флората, които са от органичен произход.
Веществата от азотно-органичен тип се усвояват във фотосинтезиращите организми поради редукция на неорганичните нитрати, а сярата - поради редуцирането на сулфатите до сулфхидрилни групи на аминокиселините. Осигурява образуването на протеини, нуклеинови киселини, липиди, въглехидрати, кофактори, а именно фотосинтеза. Това, което е жизненоважен за растенията "асортимент" от вещества, вече беше подчертано, но не беше казано нито дума за продуктите на вторичния синтез, които са ценни лечебни вещества (флавоноиди, алкалоиди, терпени, полифеноли, стероиди, органични киселини и др.). Следователно, без преувеличение, можем да кажем, че фотосинтезата е ключът към живота на растенията, животните и хората.
