Gezegende kaç tane canlı organizma olduğunu hiç merak ettiniz mi?! Ve sonuçta, enerji üretmek ve karbondioksiti dışarı vermek için hepsinin oksijeni soluması gerekiyor. Odadaki havasızlık gibi bir fenomenin ana nedeni karbondioksittir. İçinde çok insan olduğunda ve oda uzun süre havalandırılmadığında gerçekleşir. Ayrıca endüstriyel tesisler, özel otomobil ve toplu taşıma da havayı zehirli maddelerle dolduruyor.
Yukarıdakilerin ışığında, tamamen mantıklı bir soru ortaya çıkıyor: Tüm yaşam bir zehirli karbondioksit kaynağıysa, o zaman nasıl boğulmadık? Bu durumda tüm canlıların kurtarıcısı fotosentezdir. Bu işlem nedir ve neden gereklidir?
Sonucu, karbondioksit dengesinin ve havanın oksijenle doygunluğunun ayarlanmasıdır. Böyle bir süreç sadece flora dünyasının, yani bitkilerin temsilcileri tarafından bilinir, çünkü sadece hücrelerinde gerçekleşir.
Fotosentezin kendisi, belirli koşullara bağlı olarak ve birkaç durumda meydana gelen son derece karmaşık bir işlemdir.aşamalar.
Kavramın tanımı
Bilimsel tanıma göre, organik maddeler, güneş ışığına maruz kalma nedeniyle ototrofik organizmalarda hücresel düzeyde fotosentez sırasında organik maddelere dönüştürülür.
Daha basit bir ifadeyle fotosentez, aşağıdakilerin gerçekleştiği süreçtir:
- Bitki neme doymuş. Nemin kaynağı topraktan gelen su veya nemli tropikal hava olabilir.
- Klorofil (bitkilerde bulunan özel bir madde) güneş enerjisine tepki verir.
- Heterotrofik bir şekilde kendi başlarına elde edemedikleri, ancak kendisinin üreticisi olan flora temsilcileri için gerekli gıdaların oluşumu. Başka bir deyişle, bitkiler ürettiklerini yerler. Bu fotosentezin sonucudur.
Birinci aşama
Pratik olarak her bitki yeşil bir madde içerir, bu sayede ışığı emebilir. Bu madde klorofilden başka bir şey değildir. Yeri kloroplasttır. Ancak kloroplastlar bitkinin gövde kısmında ve meyvelerinde bulunur. Ancak yaprak fotosentezi özellikle doğada yaygındır. İkincisi, yapısında oldukça basit olduğundan ve nispeten geniş bir yüzeye sahip olduğundan, bu da kurtarma işleminin devam etmesi için gereken enerji miktarının çok daha büyük olacağı anlamına gelir.
Işık klorofil tarafından absorbe edildiğinde, klorofil uyarılma durumundadır ve klorofilenerji mesajlarını bitkinin diğer organik moleküllerine iletir. Bu tür enerjinin en büyük miktarı fotosentez sürecindeki katılımcılara gider.
İkinci Aşama
İkinci aşamada fotosentez oluşumu, ışığın zorunlu katılımını gerektirmez. Hava kütlelerinden ve sudan oluşan zehirli karbondioksit kullanarak kimyasal bağların oluşumundan oluşur. Flora temsilcilerinin hayati aktivitesini sağlayan birçok maddenin bir sentezi de vardır. Bunlar nişasta, glikoz.
Bitkilerde, bu tür organik elementler, yaşam süreçlerinin normal seyrini sağlarken bitkinin ayrı bölümleri için bir besin kaynağı görevi görür. Bu tür maddeler, yemek için bitki yiyen fauna temsilcileri tarafından da elde edilir. İnsan vücudu, günlük diyette yer alan yiyecekler yoluyla bu maddelere doyurulur.
Ne? Neresi? Ne zaman?
Organik maddelerin organik hale gelebilmesi için fotosentez için uygun koşulların sağlanması gerekir. İncelenen süreç için her şeyden önce ışığa ihtiyaç vardır. Yapay ve güneş ışığından bahsediyoruz. Doğada, bitki aktivitesi genellikle ilkbahar ve yaz aylarında, yani çok miktarda güneş enerjisine ihtiyaç duyulduğunda yoğunlukla karakterize edilir. Sonbahar mevsimi hakkında söylenemez, gün geçtikçe daha az ışık olduğunda, gün kısalıyor. Sonuç olarak, yapraklar sararır ve sonra tamamen düşer. Ancak güneşin ilk bahar ışınları parladığında, yeşil çimenler yükselecek, hemen faaliyetlerine devam edecekler.klorofiller ve oksijen ile diğer hayati besinlerin aktif üretimi başlayacak.
Fotosentez koşulları sadece ışıktan fazlasını içerir. Nem de yeterli olmalıdır. Sonuçta, bitki önce nemi emer ve ardından güneş enerjisinin katılımıyla bir reaksiyon başlar. Bitki besini bu sürecin sonucudur.
Yalnızca yeşil maddenin varlığında fotosentez gerçekleşir. Klorofil nedir, yukarıda anlattık. Işık veya güneş enerjisi ile bitkinin kendisi arasında bir tür iletken görevi görerek yaşamlarının ve faaliyetlerinin doğru seyrini sağlarlar. Yeşil maddeler güneş ışınlarının çoğunu emme yeteneğine sahiptir.
Oksijen de önemli bir rol oynar. Fotosentez işleminin başarılı olması için, bitkilerin çoğuna ihtiyacı vardır, çünkü sadece %0.03 karbonik asit içerir. Yani, 20.000 m3 havadan 6 m3 asit elde edebilirsiniz. Sırasıyla yaşam için gerekli bir madde olan glikoz için ana kaynak materyal olan ikinci maddedir.
Fotosentezin iki aşaması vardır. Birincisine aydınlık, ikincisine karanlık denir.
Işık aşaması akışının mekanizması nedir
Fotosentezin ışık aşamasının başka bir adı vardır - fotokimyasal. Bu aşamadaki ana katılımcılar:
- güneş enerjisi;
- pigment çeşitliliği.
İlk bileşenle her şey net, güneş ışığı. ANCAKpigmentler budur, herkes bilmez. Yeşil, sarı, kırmızı veya mavidirler. "A" ve "B" gruplarının klorofilleri sırasıyla yeşile, fikobilinler sarı ve kırmızı / maviye aittir. Sürecin bu aşamasında katılımcılar arasındaki fotokimyasal aktivite sadece klorofil "A" ile gösterilir. Geri kalanlar, özü ışık kuantumlarının toplanması ve bunların fotokimyasal merkeze taşınması olan tamamlayıcı bir rol oynar.
Klorofil, belirli bir dalga boyunda güneş enerjisini etkin bir şekilde emme yeteneğine sahip olduğundan, aşağıdaki fotokimyasal sistemler tanımlanmıştır:
- Fotokimyasal merkez 1 ("A" grubunun yeşil maddeleri) - uzunluğu yaklaşık 700 nm olan ışık ışınlarını emen bileşime 700 pigmenti dahildir. Bu pigment, fotosentezin hafif aşamasındaki ürünlerin yaratılmasında temel bir rol oynar.
- Fotokimyasal merkez 2 ("B" grubunun yeşil maddeleri) - bileşim, uzunluğu 680 nm olan ışık ışınlarını emen pigment 680'i içerir. Fotokimyasal merkez 1 tarafından kaybedilen elektronları yenileme işlevinden oluşan ikincil bir rolü vardır. Sıvının hidrolizi nedeniyle elde edilir.
Fotosistem 1 ve 2'de ışık akılarını konsantre eden 350–400 pigment molekülü için, fotokimyasal olarak aktif olan tek bir pigment molekülü vardır - “A” grubunun klorofil.
Neler oluyor?
1. Bitki tarafından emilen ışık enerjisi, normal durumdan uyarılmış duruma değişen, içerdiği pigment 700'ü etkiler. Pigment kaybederelektron, sözde elektron deliği oluşumu ile sonuçlanır. Ayrıca, bir elektron kaybetmiş pigment molekülü, onun alıcısı yani elektronu alan taraf olarak hareket edebilir ve şekline geri dönebilir.
2. Fotosistem 2'nin ışık emici pigment 680'in fotokimyasal merkezinde sıvı ayrışma süreci. Suyun ayrışması sırasında, başlangıçta sitokrom C550 gibi bir madde tarafından kabul edilen ve Q harfi ile gösterilen elektronlar oluşur. Daha sonra, sitokromdan, elektronlar taşıyıcı zincire girer ve ışık kuantasının penetrasyonu ve pigment 700'ün indirgeme işleminin sonucu olan elektron deliğini yenilemek için fotokimyasal merkez 1'e taşınır.
Böyle bir molekülün öncekiyle aynı elektronu geri aldığı durumlar vardır. Bu, ışık enerjisinin ısı şeklinde salınmasına neden olacaktır. Ancak hemen hemen her zaman, negatif yüklü bir elektron, özel demir-kükürt proteinleri ile birleşir ve zincirlerden biri boyunca pigment 700'e aktarılır veya başka bir taşıyıcı zincire girer ve kalıcı bir alıcı ile yeniden birleşir.
İlk varyantta, döngüsel kapalı tip elektron taşıması vardır, ikincisinde döngüsel değildir.
Her iki işlem de fotosentezin ilk aşamasında aynı elektron taşıyıcı zinciri tarafından katalize edilir. Ancak, döngüsel tipte fotofosforilasyon sırasında, taşımanın ilk ve aynı zamanda son noktasının klorofil olduğu, döngüsel olmayan taşımanın ise "B" grubunun yeşil maddesinin geçişini ifade ettiği belirtilmelidir.klorofil "A".
Döngüsel taşımanın özellikleri
Döngüsel fosforilasyon aynı zamanda fotosentetik olarak da adlandırılır. Bu işlem sonucunda ATP molekülleri oluşur. Bu taşıma, ATP fosfatta daha fazla birikme amacıyla fosforile edici enzim sisteminin çalışmasında yer alan enerjinin serbest bırakılmasının bir sonucu olarak, birkaç ardışık aşamadan uyarılmış bir durumdaki elektronların pigment 700'e geri dönüşüne dayanır. tahviller. Yani enerji dağılmaz.
Döngüsel fosforilasyon, güneş ışığının enerjisini kullanarak kloroplast tilaktoidlerinin zar yüzeylerinde kimyasal enerji üretme teknolojisine dayanan fotosentezin birincil reaksiyonudur.
Fotosentetik fosforilasyon olmadan, fotosentezin karanlık aşamasında asimilasyon reaksiyonları imkansızdır.
Döngüsel olmayan tipte taşımanın nüansları
Süreç, NADP+'nın restorasyonundan ve NADPH'nin oluşumundan oluşur. Mekanizma, bir elektronun ferredoksine transferine, indirgenme reaksiyonuna ve ardından NADPH'ye daha fazla indirgeme ile NADP+'ya geçişe dayanır.
Sonuç olarak, pigment 700'ü kaybeden elektronlar, fotosistemde ışık ışınları altında ayrışan suyun elektronları sayesinde yenilenir 2.
Akışları hafif fotosentez anlamına gelen elektronların döngüsel olmayan yolu, her iki fotosistemin birbiriyle etkileşimi yoluyla gerçekleştirilir, elektron taşıma zincirlerini birbirine bağlar. aydınlıkenerji elektronların akışını geri yönlendirir. Fotokimyasal merkez 1'den merkez 2'ye taşınırken elektronlar, tilaktoidlerin zar yüzeyinde proton potansiyeli olarak birikim nedeniyle enerjilerinin bir kısmını kaybederler.
Fotosentezin karanlık aşamasında, elektron taşıma zincirinde proton tipi bir potansiyel oluşturma süreci ve bunun kloroplastlarda ATP oluşumu için kullanılması, mitokondrideki aynı süreçle neredeyse tamamen aynıdır. Ancak özellikler hala mevcut. Bu durumdaki tilaktoidler, ters çevrilmiş mitokondrilerdir. Elektronların ve protonların, mitokondriyal zardaki taşıma akışına göre zar boyunca zıt yönde hareket etmesinin ana nedeni budur. Elektronlar dışarıya taşınırken, protonlar tilaktik matrisin içinde birikir. İkincisi yalnızca pozitif bir yükü kabul eder ve tilaktoitin dış zarı negatiftir. Proton tipi gradyanın yolunun, mitokondrideki yolunun tersi olduğu sonucu çıkar.
Bir sonraki özellik, proton potansiyelinde büyük bir pH seviyesi olarak adlandırılabilir.
Üçüncü özellik, tilaktoid zincirde sadece iki konjugasyon bölgesinin bulunmasıdır ve sonuç olarak ATP molekülünün protonlara oranı 1:3'tür.
Sonuç
İlk aşamada fotosentez, ışık enerjisinin (yapay ve yapay olmayan) bir bitki ile etkileşimidir. Yeşil maddeler, çoğu yapraklarda bulunan klorofiller gibi ışınlara tepki verir.
ATP ve NADPH oluşumu böyle bir reaksiyonun sonucudur. Bu ürünler karanlık reaksiyonların oluşması için gereklidir. Bu nedenle, ışık aşaması zorunlu bir süreçtir, onsuz ikinci aşama - karanlık aşama - gerçekleşmeyecektir.
Karanlık sahne: öz ve özellikler
Karanlık fotosentez ve reaksiyonları, karbondioksitin karbonhidrat üretimi ile organik kökenli maddelere dönüştürülmesi işlemidir. Bu tür reaksiyonların uygulanması, kloroplastın stromasında ve fotosentezin ilk aşamasının ürünlerinde meydana gelir - ışık bunlarda aktif rol alır.
Fotosentezin karanlık aşamasının mekanizması, döngüsellik ile karakterize edilen karbondioksit asimilasyonu (fotokimyasal karboksilasyon, Calvin döngüsü olarak da adlandırılır) sürecine dayanır. Üç aşamadan oluşur:
- Karboksilasyon - CO2 eklenmesi.
- Kurtarma aşaması.
- Ribuloz difosfat rejenerasyon aşaması.
Beş karbon atomlu bir şeker olan Ribulofosfat, ATP tarafından fosforile edilir, bu da ribuloz difosfat ile sonuçlanır, bu da altı karbonlu CO2 ürünü ile birleşerek daha da karboksillenir ve anında bir su molekülü ile etkileşime girdiğinde ayrışır ve iki moleküler fosfogliserik asit parçacığı oluşturur. Daha sonra bu asit, üç karbonlu bir şeker - üç karbonlu bir şeker, trioz veya aldehit oluşturmak için ATP ve NADP'nin varlığının gerekli olduğu bir enzimatik reaksiyonun uygulanmasında tam bir azalma sürecine girer.fosfogliserol. Bu tür iki trioz yoğunlaştığında, nişasta molekülünün ayrılmaz bir parçası olabilen ve yedekte hata ayıklanabilen bir heksoz molekülü elde edilir.
Bu faz, fotosentez sürecinde bir CO molekülünün emilmesi ve üç ATP molekülü ve dört H atomunun kullanılmasıyla sona erer. Heksoz fosfat kendini reaksiyonlara verir. pentoz fosfat döngüsünün sonunda, ortaya çıkan ribuloz fosfat rejenere edilir ve bu da başka bir karbonik asit molekülü ile yeniden birleşebilir.
Karboksilasyon, restorasyon, rejenerasyon reaksiyonları sadece fotosentezin gerçekleştiği hücreye özgü olarak adlandırılamaz. Fark hala devam ettiği için süreçlerin “homojen” bir seyrinin ne olduğunu da söyleyemezsiniz - kurtarma işlemi sırasında OVERH değil NADPH kullanılır.
CO2'nin ribuloz difosfat tarafından eklenmesi, ribuloz difosfat karboksilaz tarafından katalize edilir. Reaksiyon ürünü, NADPH2 ve ATP tarafından gliseraldehit-3-fosfata indirgenen 3-fosfogliserattır. İndirgeme işlemi, gliseraldehit-3-fosfat dehidrojenaz tarafından katalize edilir. İkincisi kolayca dihidroksiaseton fosfata dönüştürülür. fruktoz bifosfat oluşur. Moleküllerinin bir kısmı ribüloz difosfatın yenilenme sürecinde yer alarak döngüyü kapatır, ikinci kısmı ise fotosentez hücrelerinde karbonhidrat rezervleri oluşturmak için kullanılır yani karbonhidrat fotosentezi gerçekleşir.
Işık enerjisi organik maddelerin fosforilasyonu ve sentezi için gereklidirorijini ve organik maddelerin oksidasyon enerjisi oksidatif fosforilasyon için gereklidir. Bu nedenle bitki örtüsü, hayvanlar ve heterotrofik olan diğer organizmalar için yaşam sağlar.
Bitki hücresinde fotosentez bu şekilde gerçekleşir. Ürünü, flora dünyasının temsilcilerinin organik kökenli birçok maddesinin karbon iskeletini oluşturmak için gerekli olan karbonhidratlardır.
Azot-organik tipteki maddeler, inorganik nitratların indirgenmesi nedeniyle fotosentetik organizmalarda asimile edilir ve kükürt - sülfatların sülfhidril amino asit gruplarına indirgenmesi nedeniyle. Proteinlerin, nükleik asitlerin, lipidlerin, karbonhidratların, kofaktörlerin yani fotosentezin oluşumunu sağlar. Bitkiler için hayati önem taşıyan maddelerin "çeşitlerinin" ne olduğu daha önce vurgulanmıştır, ancak değerli tıbbi maddeler (flavonoidler, alkaloidler, terpenler, polifenoller, steroidler, organik asitler ve diğerleri) olan ikincil sentez ürünleri hakkında tek bir söz söylenmemiştir.). Bu nedenle hiç abartmadan fotosentezin bitkilerin, hayvanların ve insanların yaşamının anahtarı olduğunu söyleyebiliriz.
