>

Fotosintez prosesi bitkilərdə necə və harada baş verir? Fotosintezdən alınan karbon dioksid.

Planetdəki bütün canlıların yaşamaq üçün qidaya və ya enerjiyə ehtiyacı var. Bəzi orqanizmlər digər canlılarla qidalanır, bəziləri isə öz qidalarını istehsal edə bilərlər. Fotosentez adlanan bir müddətdə özləri qida, qlükoza istehsal edirlər.

Fotosintez və tənəffüs bir-birinə bağlıdır. Fotosintezin nəticəsi kimyəvi enerji kimi saxlanılan qlükozadır. Bu yığılmış kimyəvi enerji, qeyri-üzvi karbonun (karbon dioksid) üzvi karbona çevrilməsindən gəlir. Nəfəs alma prosesi yığılmış kimyəvi enerjini sərbəst buraxır.

Bitkilər istehsal etdikləri qidaların yanında yaşamaq üçün karbon, hidrogen və oksigenə də ehtiyac duyurlar. Torpaqdan əmilən su hidrogen və oksigen verir. Fotosintez zamanı qidanı sintez etmək üçün karbon və sudan istifadə olunur. Bitkilərin amin turşularını hazırlamaq üçün nitratlara da ehtiyacı var (amin turşusu protein istehsalının tərkib hissəsidir). Buna əlavə olaraq xlorofil istehsal etmək üçün maqneziuma ehtiyac duyurlar.

Qeyd: Digər qidalardan asılı olan canlılara deyilir. İnəklər və böcək yeyən bitkilər kimi ot bitkiləri heterotrofların nümunəsidir. Öz qidalarını istehsal edən canlılara deyilir. Yaşıl bitkilər və yosunlar avtotrofların nümunəsidir.

Fotosentezin bitkilərdə necə meydana gəldiyini və bu müddət üçün lazım olan şərtləri bu yazıda daha çox öyrənəcəksiniz.

Fotosintezin təyini

Fotosintez, bitkilərin, bəzilərinin və yosunların enerji mənbəyi olaraq yalnız işığı istifadə edərək karbon qazından və sudan qlükoza və oksigen istehsal etdiyi kimyəvi prosesdir.

Bu proses dünyadakı həyat üçün son dərəcə vacibdir, çünki bunun sayəsində bütün həyatın asılı olduğu oksigen sərbəst buraxılır.

Niyə bitkilərin qlükoza (qida) ehtiyacı var?

İnsanlar və digər canlılar kimi, bitkilər də onları yaşatmaq üçün qidaya ehtiyac duyurlar. Bitkilər üçün qlükozanın dəyəri aşağıdakı kimidir:

  • Fotosintezdən alınan qlükoza, tənəffüs zamanı bitkinin digər həyati proseslər üçün ehtiyac duyduğu enerjini sərbəst buraxmaq üçün istifadə olunur.
  • Bitki hüceyrələri də ehtiyac olduqda istifadə olunan qlükozanın bir hissəsini nişastaya çevirir. Bu səbəbdən ölü bitkilər kimyəvi enerji yığdıqları üçün biokütlə kimi istifadə olunur.
  • Qlükoza, böyümə və digər vacib proseslər üçün lazım olan proteinlər, yağlar və bitki şəkərləri kimi digər kimyəvi maddələr istehsal etmək üçün də lazımdır.

Fotosintez mərhələləri

Fotosintez prosesi iki mərhələyə bölünür: işıq və qaranlıq.


Fotosintezin işıq mərhələsi

Adından da göründüyü kimi, işıq fazaları günəş işığına ehtiyac duyur. İşığa bağlı reaksiyalarda günəş işığının enerjisi xlorofil tərəfindən əmilir və elektron daşıyıcı molekul NADPH (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) və enerji molekulu ATP (adenozin trifosfat) şəklində yığılmış kimyəvi enerjiyə çevrilir. Xloroplastın içindəki tirakoid membranlarda işıq fazaları meydana gəlir.

Fotosintezin qaranlıq mərhələsi və ya Calvin dövrü

Qaranlıq mərhələdə və ya Calvin dövründə, işıq fazasından həyəcanlanan elektronlar karbon dioksid molekullarından karbohidrat meydana gəlməsi üçün enerji verir. İşıqdan asılı olmayan fazlar bəzən prosesin siklik təbiətinə görə Calvin dövrü adlanır.

Qaranlıq fazalar işığı bir reaktiv kimi istifadə etməməsinə baxmayaraq (və nəticədə, gecə və ya gecə baş verə bilər), işləmək üçün işığa bağlı reaksiyaların məhsullarına ehtiyac duyurlar. İşıqdan asılı olmayan molekullar yeni karbohidrat molekulları yaratmaq üçün enerji daşıyıcısı molekullardan - ATP və NADPH-dən asılıdır. Enerji ötürülməsindən sonra enerji daşıyıcısı molekullar daha enerjili elektronlar əldə etmək üçün işıq fazalarına qayıdır. Bundan əlavə, bir neçə qaranlıq faz fermenti işıqla aktivləşdirilir.

Fotosintez mərhələsi diaqramı

Qeyd:Bu o deməkdir ki, bitkilər işıq fazı məhsullarından istifadə etdikləri üçün uzun müddət işıqdan məhrum olarlarsa, qaranlıq fazalar davam etməyəcəkdir.

Bitki yarpağı quruluşu

Yarpaq quruluşu haqqında daha çox məlumat olmadan fotosintezi tam öyrənə bilmərik. Yarpaq fotosintez prosesində həyati rol oynamağa uyğunlaşdırılmışdır.

Yarpaqların xarici quruluşu

  • Meydan

Bitkilərin ən vacib xüsusiyyətlərindən biri də böyük yarpaq səthidir. Əksər yaşıl bitkilər fotosintez üçün lazım olduğu qədər günəş enerjisi (günəş işığı) tuta bilən geniş, düz və açıq yarpaqlara malikdir.

  • Mərkəzi damar və petiole

Mərkəzi damar və petiole birləşdirilib yarpağın əsasını təşkil edir. Petiole yarpağı mümkün qədər çox işıq alacaq şəkildə yerləşdirir.

  • Yarpaq bıçağı

Sadə yarpaqlarda bir yarpaq lövhəsi, mürəkkəb yarpaqlarda bir neçə yarpaq var. Yarpaq bıçağı, fotosintez prosesində birbaşa iştirak edən yarpağın ən vacib komponentlərindən biridir.

  • Damarlar

Yarpaqlardakı damarlar şəbəkəsi gövdədən yarpaqlara su aparır. Sərbəst buraxılan qlükoza, yarpaqlardan damarlar vasitəsilə bitkinin digər hissələrinə də yönəldilir. Əlavə olaraq, təbəqənin bu hissələri daha çox günəş işığı üçün sac təbəqəni düz və düz tutur. Damarların yeri (venasiya) bitki növündən asılıdır.

  • Vərəq bazası

Yarpağın dibi, gövdə ilə ifadə olunan ən aşağı hissəsidir. Çox vaxt bir cüt təqaüd yarpağın dibində yerləşir.

  • Yarpaq kənarı

Bitki növündən asılı olaraq, yarpaq kənarı fərqli bir forma sahib ola bilər, bunlar: tam kənarlı, dişli, dişli, çentikli, krenat və s.

  • Yarpağın yuxarı hissəsi

Yarpağın kənarı kimi, uc müxtəlif formalarda olur, bunlar: kəskin, yuvarlaq, küt, uzanmış, çəkilmiş və s.

Yarpaqların daxili quruluşu

Aşağıda yarpaq toxumalarının daxili quruluşuna bənzər bir diaqram var:

  • Kütikül

Kutikula bitkinin səthində əsas qoruyucu təbəqə rolunu oynayır. Ümumiyyətlə təbəqənin yuxarı hissəsində daha qalındır. Kutikula bitkini sudan qoruyan muma bənzər bir maddə ilə örtülmüşdür.

  • Epidermis

Epidermis, yarpağın təməl toxuması olan hüceyrələrin təbəqəsidir. Əsas funksiyası yarpağın daxili toxumalarını dehidrasiya, mexaniki zərər və infeksiyalardan qorumaqdır. Həm də qaz mübadiləsi və transpirasiya prosesini tənzimləyir.

  • Mezofil

Mezofil əsas bitki toxumasıdır. Fotosintez prosesi məhz burada baş verir. Əksər bitkilərdə mezofill iki təbəqəyə bölünür: yuxarı hissəsi palisad, alt hissəsi süngərdir.

  • Qoruyucu hüceyrələr

Müdafiə hüceyrələri, qaz mübadiləsini idarə etmək üçün istifadə olunan yarpaq epidermisindəki xüsusi hüceyrələrdir. Stoma üçün qoruyucu bir funksiyaya sahibdirlər. Stomatal məsamələr su sərbəst olduqda böyüyür, əks halda müdafiə hüceyrələri ləng olur.

  • Stoma

Fotosintez karbon dioksidin (CO2) havadan stomatlar vasitəsilə mezofil toxumasına nüfuz etməsindən asılıdır. Fotosintezin yan məhsulu olaraq istehsal olunan oksigen (O2), bitkini stomata buraxır. Stomatlar açıq olduqda, su buxarlanaraq itirilir və transpirasiya axını vasitəsilə köklərə hopmuş su ilə doldurulmalıdır. Bitkilər havadan udulmuş CO2 miqdarını və stomatal məsamələrdən su itkisini tarazlaşdırmağa məcbur olurlar.

Fotosintez üçün şərtlər

Aşağıda bitkilərin fotosintez prosesini həyata keçirməsi üçün lazım olan şərtlər verilmişdir:

  • Karbon dioksid. Havada tapılan və CO2 elmi təyinatına sahib olan rəngsiz, qoxusuz bir təbii qaz. Karbon və üzvi birləşmələr yandıqda meydana gəlir və tənəffüs zamanı da meydana gəlir.
  • Su... Şəffaf maye kimyəvi, qoxusuz və dadsızdır (normal şəraitdə).
  • Parıltı.Süni işığın bitkilər üçün də uyğun olmasına baxmayaraq, təbii günəş şüaları fotosintez üçün ən yaxşı şəraiti yaratmağa meyllidir, çünki tərkibində bitkilər üzərində müsbət təsir göstərən təbii UV şüaları var.
  • Xlorofil.Bitki yarpaqlarında olan yaşıl bir piqmentdir.
  • Qidalar və minerallar.Bitki köklərini torpaqdan soran kimyəvi maddələr və üzvi birləşmələr.

Fotosintez nəticəsində nə əmələ gəlir?

  • Qlükoza;
  • Oksigen.

(İşıq enerjisi heç bir əhəmiyyəti olmadığı üçün mötərizədə göstərilir)

Qeyd: Bitkilər yarpaqları vasitəsilə havadan CO2, kökləri ilə torpaqdan su alır. İşıq enerjisi günəşdən gəlir. Yaranan oksigen yarpaqlardan havaya atılır. Nəticədə meydana gələn qlükoza, enerji ehtiyatı kimi istifadə olunan nişasta kimi digər maddələrə çevrilə bilər.

Fotosentezi təşviq edən faktorlar yoxdursa və ya qeyri-kafi miqdarda varsa, bu bitki mənfi təsir göstərə bilər. Məsələn, az işıq bitkinin yarpaqlarını yeyən həşəratlar üçün əlverişli şərait yaradır və su çatışmazlığı yavaşlayır.

Fotosintez harada baş verir?

Fotosintez bitki hüceyrələri daxilində xloroplast adlanan kiçik plastidlərdə baş verir. Xloroplastlarda (əsasən mezofil qatında olur) xlorofil adlı yaşıl bir maddə var. Fotosentezi həyata keçirmək üçün xloroplastla işləyən hüceyrənin digər hissələri aşağıda verilmişdir.

Bitki hüceyrə quruluşu

Bitki hüceyrə hissələrinin funksiyaları

  • : struktur və mexaniki dəstək verir, hüceyrələri qoruyur, hüceyrənin formasını düzəldir və təyin edir, böyümə sürətini və istiqamətini nəzarət edir və bitkilərə forma verir.
  • : ferment nəzarətində olan kimyəvi proseslərin çoxu üçün bir platform təmin edir.
  • : maddələrin hüceyrəyə və xaricinə hərəkətini idarə edən bir maneə rolunu oynayır.
  • : yuxarıda göstərildiyi kimi, fotosintez zamanı işıq enerjisini udan yaşıl bir maddə olan xlorofil ehtiva edirlər.
  • : hüceyrə sitoplazması içərisində suyu saxlayan bir boşluq.
  • : hüceyrə fəaliyyətini idarə edən genetik bir iz (DNT) ehtiva edir.

Xlorofil fotosintez üçün lazım olan işıq enerjisini özünə çəkir. Qeyd etmək vacibdir ki, işığın bütün rəngli dalğa boyları mənimsənilmir. Bitkilər ilk növbədə qırmızı və mavi dalğaları mənimsəyirlər - yaşıl aralığında işığı udmurlar.

Fotosintezdən alınan karbon dioksid

Bitkilər yarpaqları vasitəsilə havadan karbon qazını alır. Karbon dioksid yarpağın altındakı kiçik bir çuxurdan - stomadan sızır.

Yarpağın alt hissəsində karbondioksidin yarpaqdakı digər hüceyrələrə çatmasını təmin etmək üçün boş aralı hüceyrələr var. Fotosintez zamanı yaranan oksigenin asanlıqla yarpaqdan ayrılmasına imkan verir.

Karbon dioksid çox aşağı konsentrasiyalarda nəfəs aldığımız havada mövcuddur və fotosintezin qaranlıq mərhələsində zəruri bir amildir.

Fotosintez prosesində işıq

Çarşaf ümumiyyətlə geniş bir səth sahəsinə sahibdir, buna görə də çox işığı qəbul edə bilər. Üst səthi su itkisindən, xəstəlikdən və havadan mum qatı (kutikula) ilə qorunur. Yarpağın üstü işığın düşdüyü yerdir. Bu mezofil qatına palisade deyilir. Çoxlu miqdarda işığı udmaq üçün uyğunlaşdırılmışdır, çünki tərkibində bir çox xloroplast var.

İşıq fazalarında fotosintez prosesi daha çox işığa doğru artır. Daha çox xlorofil molekulları ionlaşdırılır və işıq fotonları yaşıl yarpağa yönəldildiyi təqdirdə daha çox ATP və NADPH əmələ gəlir. İşığın işıq fazalarında son dərəcə vacib olmasına baxmayaraq, həddindən artıq miqdarda xlorofilə zərər verə biləcəyini və fotosintezi azalda biləcəyini nəzərə almaq lazımdır.

Fotosintez prosesini başa çatdırmaq üçün hər şeyə ehtiyac olmasına baxmayaraq işıq fazları temperaturdan, sudan və ya karbon qazından çox asılı deyillər.

Fotosintez zamanı su

Bitkilər fotosintez üçün ehtiyac duyduqları suyu köklərindən alırlar. Torpaqda böyüyən kök tükləri var. Köklərin suyun asanlıqla keçməsinə imkan verən geniş bir səth sahəsi və nazik divarları var.

Şəkildə bitkilər və onların hüceyrələri kifayət qədər su (solda) və su çatışmazlığı (sağda) göstərilir.

Qeyd: Kök hüceyrələrdə xloroplast yoxdur, çünki onlar ümumiyyətlə qaranlıqda olurlar və fotosintez edə bilmirlər.

Bitki kifayət qədər su çəkmirsə, quruyur. Su olmadan bitki kifayət qədər sürətlə fotosentez edə bilməyəcək və hətta ölə bilər.

Su bitkilər üçün nə qədər vacibdir?

  • Bitki sağlamlığını dəstəkləyən həll olmuş minerallar təmin edir;
  • Nəqliyyat üçün vasitədir;
  • Sabitliyi və dikliyi dəstəkləyir;
  • Soyudur və nəmləndirir;
  • Bitki hüceyrələrində müxtəlif kimyəvi reaksiyaların aparılmasına imkan verir.

Fotosintezin təbiətdəki əhəmiyyəti

Fotosintezin biokimyəvi prosesi su və karbon dioksidi oksigen və qlükozaya çevirmək üçün günəş işığından alınan enerjidən istifadə edir. Qlükoza toxumaların böyüməsi üçün bitkilərdə bina daşı kimi istifadə olunur. Beləliklə, fotosintez köklərin, gövdələrin, yarpaqların, çiçəklərin və meyvələrin meydana gəlməsidir. Fotosintez prosesi olmadan bitkilər nə böyüyür, nə də çoxalır.

  • İstehsalçılar

Fotosentez qabiliyyətinə görə bitkilər istehsalçı kimi tanınır və yer üzündə demək olar ki, hər bir qida zəncirinin onurğa sütunudur. (Yosunlar bitkilərin ekvivalentidir). Yediyimiz bütün qidalar fotosentetik orqanizmlərdən gəlir. Bu bitkiləri birbaşa yeyirik və ya bitki qidaları istehlak edən inək və ya donuz kimi heyvanları yeyirik.

  • Qida zəncirinin onurğa sütunu

Su sistemləri içərisində bitki və yosunlar da qida zəncirinin onurğa hissəsini təşkil edir. Yosunlar qida rolunu oynayır və bu da daha böyük orqanizmlər üçün qida mənbəyi rolunu oynayır. Su mühitində fotosintez olmasa həyat mümkün deyildi.

  • Karbon dioksidin çıxarılması

Fotosintez karbon dioksidi oksigenə çevirir. Fotosintez zamanı atmosferdən karbon dioksid bitkiyə daxil olur və daha sonra oksigen olaraq sərbəst buraxılır. Karbon dioksid səviyyəsinin həyəcan verici bir şəkildə artdığı müasir dünyada atmosferdən karbon dioksidi çıxaran hər hansı bir proses ətraf mühit baxımından əhəmiyyətlidir.

  • Qida dövrü

Bitkilər və digər fotosentetik orqanizmlər qida dövründə mühüm rol oynayır. Havadakı azot bitki toxumalarında sabitləşir və zülal hazırlamaq üçün əlverişlidir. Torpaqda olan iz elementləri bitki toxumasına daxil edilə bilər və qida zəncirindən aşağıda otyeyənlərə təqdim edilə bilər.

  • Fotosentetik asılılıq

Fotosintez işığın intensivliyindən və keyfiyyətindən asılıdır. İl boyu günəş işığının bol olduğu və suyun məhdudlaşdırıcı bir amil olmadığı ekvatorda bitkilər yüksək nisbətdə böyüyür və kifayət qədər böyüyə bilər. Əksinə, okeanın dərin hissələrində fotosintez daha az yayılmışdır, çünki işıq bu təbəqələrə nüfuz etmir və nəticədə bu ekosistem daha sterildir.

Fotosintez işığın enerjisinə görə üzvi maddələrin qeyri-üzvi maddələrdən sintez prosesidir. Əksər hallarda, fotosintez bu kimi hüceyrə orqanoidlərindən istifadə edən bitkilər tərəfindən həyata keçirilir xloroplastlartərkibində yaşıl piqment xlorofil.

Bitkilər üzvi maddələri sintez etməyə qadir deyildilərsə, demək olar ki, Yer üzündəki bütün orqanizmlərin qidalandıracaqları bir şey olmazdı, çünki heyvanlar, göbələklər və bir çox bakteriya üzvi maddələri qeyri-üzvi maddələrdən sintez edə bilmir. Yalnız hazır olanları mənimsəyirlər, daha sadə olanlara bölürlər, onlardan yenidən mürəkkəb olanları toplayırlar, lakin onsuz da bədənlərinə xasdırlar.

Fotosintezdən və rolundan çox qısa danışdıqda vəziyyət belədir. Fotosintezi anlamaq üçün daha çox şey söyləmək lazımdır: hansı xüsusi qeyri-üzvi maddələrdən istifadə olunur, sintez necə baş verir?

Fotosintez üçün iki qeyri-üzvi maddə - karbon dioksid (CO 2) və su (H 2 O) tələb olunur. Birincisi, bitkilərin hava hissələri tərəfindən havadan, əsasən stomatlar vasitəsilə əmilir. Su - torpaqdan, bitkinin keçirici sistemi ilə fotosintetik hüceyrələrə çatdırıldığı yerdən. Ayrıca, fotosintez fotonların enerjisini (hν) tələb edir, lakin bunlar maddəyə aid edilə bilməz.

Ümumilikdə fotosintez üzvi maddələr və oksigen istehsal edir (O \u200b\u200b2). Ümumiyyətlə, üzvi maddə ən çox qlükoza deməkdir (C 6 H 12 O 6).

Üzvi birləşmələr daha çox karbon, hidrogen və oksigen atomlarından ibarətdir. Karbon dioksid və suda olanlardır. Lakin fotosintez zamanı oksigen sərbəst buraxılır. Atomları sudan alınır.

Qısaca və ümumiyyətlə fotosintez reaksiyasının tənliyi ümumiyyətlə aşağıdakı kimi yazılır:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Ancaq bu tənlik fotosintezin mahiyyətini əks etdirmir, onu başa düşülən etmir. Baxın, tənlik tarazlı olsa da, sərbəst oksigendə ümumilikdə 12 atom var.Ancaq sudan gəldiklərini dedik və bunlardan yalnız 6-sı var.

Əslində fotosintez iki mərhələdə baş verir. Birincisi deyilir işıq, ikincisi qaranlıq... Bu cür adlar, işığın yalnız işıq fazası üçün lazım olması, qaranlıq fazın varlığından asılı olmaması ilə əlaqədardır, lakin bu, qaranlıqda qaldığı anlamına gəlmir. İşıq fazası xloroplast tirakoid membranlarında, qaranlıq faz xloroplast stromasında meydana gəlir.

İşıq fazasında CO 2 bağlanması baş vermir. Yalnız günəş enerjisinin xlorofil kompleksləri tərəfindən tutulması, ATP-də saxlanması, NADP-nin NADP * H 2-yə qaytarılması üçün enerjidən istifadəsi var. İşıqla həyəcanlandırılan xlorofildən gələn enerji axını, tirakoid membranlarda qurulmuş fermentlərin elektron nəqliyyat zənciri boyunca ötürülən elektronlar tərəfindən təmin edilir.

NADP üçün hidrogen günəş işığının təsiri altında oksigen atomlarına, hidrogen protonlarına və elektronlarına ayrılan sudan alınır. Bu müddət adlanır fotoliz... Fotosintez üçün sudan oksigen lazım deyil. İki su molekulundan oksigen atomları birləşərək molekulyar oksigen əmələ gətirir. Fotosintezin işıq fazası üçün reaksiya tənliyi qısaca belədir:

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

Beləliklə, fotosintezin işıq mərhələsində oksigen ayrılır. Bir su molekulunun fotolizinə görə ADP və fosfor turşusundan sintez olunan ATP molekullarının sayı fərqli ola bilər: bir və ya iki.

Beləliklə, ATP və NADP * H 2 işıq fazasından qaranlıq mərhələyə gəlir. Burada birincinin enerjisi və ikincisinin azalma qüvvəsi karbon dioksidin bağlanmasına sərf olunur. Fotosintezin bu mərhələsi sadə və qısaca izah edilə bilməz, çünki altı CO 2 molekulunun NADP * H 2 molekullarından ayrılan hidrogenlə birləşərək qlükoza əmələ gətirməsi yolu ilə getmir:

6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reaksiya ADP və fosfor turşusuna ayrılan enerji ATP-nin xərclənməsi ilə davam edir).

Yuxarıda göstərilən reaksiya anlayışı asanlaşdırmaq üçün sadəcə bir sadələşdirmədir. Əslində, karbon dioksid molekulları bir-bir bağlanır, hazır beş karbonlu üzvi maddəyə yapışır. Üç karbonlu karbohidrat molekullarına ayrılan qeyri-sabit altı karbonlu üzvi maddə meydana gəlir. Bu molekulların bəziləri CO 2-nin bağlanması üçün orijinal beş karbonlu maddənin yenidən sintezi üçün istifadə olunur. Belə resintez təmin edilir calvin dövrü... Üç karbonlu karbohidrat molekullarının azlığı dövrü tərk edir. Onlardan və digər maddələrdən onsuz da bütün digər üzvi maddələr (karbohidratlar, yağlar, zülallar) sintez olunur.

Yəni əslində qlükoza deyil, üç karbonlu şəkərlər fotosintezin qaranlıq mərhələsindən azad edilir.

Tərif: Fotosintez, işığında oksigenin sərbəst buraxılması ilə karbon dioksid və sudan üzvi maddələrin əmələ gəlməsi prosesidir.

Fotosintezin qısa izahı

Fotosintez prosesi aşağıdakıları əhatə edir:

1) xloroplastlar,

3) karbon qazı,

5) temperatur.

Daha yüksək bitkilərdə fotosintez, xlorofil piqmentini ehtiva edən xloroplastlarda - oval formalı plastidlərdə (yarı muxtar orqanoidlər) meydana gəlir, çünki bitki hissələri də yaşıl rəngə malikdir.

Yosunlarda xlorofil xromatoforlarda (piqment ehtiva edən və işığı əks etdirən hüceyrələr) mövcuddur. Günəş işığının yaxşı çatmadığı əhəmiyyətli bir dərinlikdə yaşayan qəhvəyi və qırmızı yosunların digər piqmentləri var.

Bütün canlıların qida piramidasına baxsanız, fotosintetik orqanizmlər ən altındadır, avtotrofların (üzvi maddələri qeyri-üzvi maddələrdən sintez edən orqanizmlərin) tərkibindədir. Buna görə də, onlar planetdəki bütün həyat üçün qida mənbəyidirlər.

Fotosintez zamanı oksigen atmosferə atılır. Atmosferin üst qatında ondan ozon əmələ gəlir. Ozon qalxanı Yer səthini sərt ultrabənövşəyi radiasiyadan qoruyur və həyatın dənizdən quruya qaçmasına imkan verir.

Oksigen bitki və heyvanların tənəffüsü üçün vacibdir. Qlükoza oksigenin iştirakı ilə oksidləşdikdə, mitoxondriya onsuz olduğundan təxminən 20 dəfə çox enerji yığır. Bu, yemlərin istifadəsini çox daha səmərəli edir, nəticədə quşlarda və məməlilərdə yüksək metabolik nisbətlər yaranır.

Bitkilərin fotosintez prosesinin daha ətraflı təsviri

Fotosintez gedişi:

Fotosintez prosesi xloroplastlara - yaşıl bir piqment olan hüceyrədaxili yarı muxtar orqanoidlərə işığın daxil olması ilə başlayır. İşığın təsiri ilə xloroplastlar torpaqdan suyu istehlak etməyə başlayır, hidrogen və oksigenə bölünür.

Oksigenin bir hissəsi atmosferə atılır, digər hissəsi bitkidəki oksidləşmə proseslərinə gedir.

Şəkər torpaqdan gələn azot, kükürd və fosforla birləşir, bu şəkildə yaşıl bitkilər həyatları üçün nişasta, yağlar, zülallar, vitaminlər və digər kompleks birləşmələr istehsal edir.

Fotosintez ən yaxşı günəş işığının təsiri altında aparılır, lakin bəzi bitkilər süni işığla kifayətlənə bilər.

İnkişaf etmiş oxucu üçün fotosintez mexanizmlərinin kompleks təsviri

20-ci əsrin 60-cı illərinə qədər elm adamları karbon dioksidi düzəltmək üçün yalnız bir mexanizmi bilirdilər - C3-pentoz fosfat yolu ilə. Ancaq bu yaxınlarda bir qrup Avstraliya alimi bəzi bitkilərdə karbon dioksidin azalmasının C4-dikarboksilik turşuların dövrü ilə baş verdiyini sübut edə bildi.

C3 reaksiyası olan bitkilərdə fotosintez ən çox orta temperatur və işıq şəraitində, əsasən meşələrdə və qaranlıq yerlərdə baş verir. Bu bitkilər demək olar ki, bütün becərilən bitkiləri və əksər tərəvəzləri əhatə edir. İnsan pəhrizinin əsasını təşkil edirlər.

C4 reaksiyası olan bitkilərdə fotosintez ən yüksək temperatur və işıq şəraitində baş verir. Bu cür bitkilərə, məsələn, isti və tropik iqlimlərdə böyüyən qarğıdalı, sorgum və şəkər qamışı daxildir.

Bitkilərin maddələr mübadiləsi yaxınlarda kəşf olundu, suyun saxlanması üçün xüsusi toxumaları olan bəzi bitkilərdə karbon dioksidin üzvi turşular şəklində toplandığını və karbohidratlarda yalnız bir gündən sonra sabitləşdiyini öyrənmək mümkün oldu. Bu mexanizm bitkilərin su ehtiyatlarını qorumasına kömək edir.

Fotosintez necə baş verir

Bitki xlorofil adlı yaşıl bir maddə ilə işığı udur. Xlorofil, gövdəsində və ya meyvəsində olan xloroplastlarda tapılır. Xüsusilə yarpaqlarda çoxdur, çünki çox düz quruluşlarına görə yarpaq çox işığı cəlb edə bilər, buna görə fotosintez prosesi üçün daha çox enerji ala bilər.

Absorbsiya edildikdən sonra xlorofil həyəcanlı vəziyyətdədir və enerjini bitki bədəninin digər molekullarına, xüsusən də fotosintezlə birbaşa əlaqəli olanlara ötürür. Fotosintez prosesinin ikinci mərhələsi işığın məcburi iştirakı olmadan baş verir və havadan və sudan alınan karbon dioksidin iştirakı ilə kimyəvi bir əlaqə əldə etməkdən ibarətdir. Bu mərhələdə həyat üçün çox faydalı olan müxtəlif maddələr, məsələn, nişasta və qlükoza sintez olunur.

Bu üzvi maddələr bitkilərin özləri tərəfindən müxtəlif hissələrini qidalandırmaq və normal həyatı qorumaq üçün istifadə olunur. Bundan əlavə, bu maddələr bitki tərəfindən qidalanaraq heyvanlar tərəfindən də əldə edilir. İnsanlar bu maddələri heyvan və bitki mənşəli qidalar yeyərək də əldə edirlər.

Fotosintez üçün şərtlər

Fotosintez həm süni işığın, həm də günəş işığının təsiri altında baş verə bilər. Bir qayda olaraq, təbiətdə bitkilər çoxlu günəş işığının olduğu yaz-yay dövründə intensiv şəkildə "işləyir". Payızda az işıq olur, gün qısalır, yarpaqlar əvvəl saralır, sonra tökülür. Ancaq isti bahar günəşi görünən kimi yaşıl bitkilər yenidən ortaya çıxır və yaşıl "fabriklər" həyat üçün bu qədər lazım olan oksigen və digər bir çox qida təmin etmək üçün yenidən işlərini davam etdirirlər.

Fotosintezin alternativ tərifi

Fotosintez (qədim yunan dilindən gələn fot - işıq və sintez - birləşmə, qatlama, bağlanma, sintez) - işıq enerjisini fotosentetik piqmentlərin (bitkilərdəki xlorofil, bakteriyalardakı bakteriyoklorofil və bakteriorhodopsin ). Müasir bitki fiziologiyasında fotosintez daha çox fotoavtotrofik funksiya kimi başa düşülür - karbon qazının üzvi maddələrə çevrilməsi də daxil olmaqla, müxtəlif endergonik reaksiyalarda işıq kvantlarının enerjisinin mənimsənilməsi, çevrilməsi və istifadəsi.

Fotosintez mərhələləri

Fotosintez olduqca mürəkkəb bir prosesdir və iki fazı əhatə edir: həmişə işıqda və qaranlıqda meydana gələn işıq. Bütün proseslər xloroplastlar içərisində xüsusi kiçik orqanlar - tilakodiya üzərində baş verir. İşıq fazası zamanı xlorofil tərəfindən bir kvant işıq əmilir və nəticədə ATP və NADPH molekulları əmələ gəlir. Bu vəziyyətdə su çürüyür, hidrogen ionları əmələ gətirir və oksigen molekulunu sərbəst buraxır. Sual yaranır, bu anlaşılmaz sirli maddələr nədir: ATP və NADH?

ATP, bütün canlı orqanizmlərdə rast gəlinən xüsusi bir üzvi molekuldur və tez-tez "enerji" valyutası adlandırılır. Yüksək enerji bağları olan və bədəndəki hər hansı bir üzvi sintez və kimyəvi proseslər üçün enerji mənbəyi olan bu molekullardır. NADPH əslində bir hidrogen mənbəyidir, birbaşa yüksək molekulyar ağırlıqlı üzvi maddələrin - karbohidratların sintezində istifadə olunur, karbon dioksid istifadə edərək fotosintezin ikinci, qaranlıq mərhələsində meydana gəlir.

Fotosintezin işıq fazası

Xloroplastların tərkibində çox sayda xlorofil molekulu var və hamısı günəş işığını özünə çəkir. Eyni zamanda, işıq digər piqmentlər tərəfindən əmilir, ancaq fotosintez edə bilmirlər. Prosesin özü yalnız çox az olduğu bəzi xlorofil molekullarında baş verir. Xlorofil, karotenoidlər və digər maddələrin digər molekulları xüsusi anten, həmçinin yüngül yığım kompleksləri (SSC) əmələ gətirir. Antenalar kimi, işıq kvantlarını udurlar və həyəcanı xüsusi reaksiya mərkəzlərinə və ya tələlərə ötürürlər. Bu mərkəzlər bitkilərin ikisinə sahib olan fotosistemlərdə yerləşir: fotosistem II və fotosistem I. Xüsusi xlorofil molekullarını ehtiva edirlər: sırasıyla fotosistem II - P680 və fotosistem I - P700. Tam olaraq bu dalğa boyundakı (680 və 700 nm) işığı udurlar.

Diaqram fotosintezin işıq mərhələsində hər şeyin necə göründüyünü və baş verdiyini daha aydın göstərir.

Şəkildə P680 və P700 xlorofilləri olan iki fotosistemi görürük. Bu rəqəm elektronların daşınmasının baş verdiyi daşıyıcıları da göstərir.

Beləliklə: iki fotosistemin hər iki xlorofil molekulu bir kvant işığı udur və həyəcanlanır. Elektron e- (şəkildə qırmızı) daha yüksək enerji səviyyəsinə keçir.

Həyəcanlı elektronlar çox yüksək enerjiyə malikdirlər, qopur və tirakoidlərin membranlarında - xloroplastların daxili strukturlarında yerləşən xüsusi bir daşıyıcı zəncirə daxil olurlar. Şəkil göstərir ki, fotosistem II-dən, xlorofil P680-dən bir elektron plastokinona, fotosistem I-dən xlorofil P700-dən ferredoksinə ötürülür. Xlorofil molekullarının özündə, ayrıldıqdan sonra elektronların yerinə, müsbət yüklənmiş mavi deliklər əmələ gəlir. Nə etməli?

Elektron çatışmazlığını aradan qaldırmaq üçün II fotosistem xlorofil P680 molekulu sudan elektron alır, hidrogen ionları əmələ gəlir. Bundan əlavə, suyun parçalanması səbəbindən atmosferə atılan oksigen meydana gəlir. Və xlorofil P700 molekulu, şəkildən də göründüyü kimi II fotosistemdən gələn daşıyıcılar sistemi vasitəsilə elektron çatışmazlığını doldurur.

Ümumiyyətlə, nə qədər çətin olsa da, fotosintezin işıq fazası bu şəkildə davam edir, əsas mahiyyəti elektronların ötürülməsindədir. Şəkildən də görünür ki, elektronların daşınmasına paralel olaraq hidrogen ionları H + membran boyunca hərəkət edir və onlar tirakoidin içərisində yığılır. Orada çox sayda olduğundan, sağda göstərilən və göbələk kimi görünən şəkildə narıncı olan xüsusi bir birləşmə faktorunun köməyi ilə kənara doğru hərəkət edirlər.

Nəticədə, elektron nəqlinin son mərhələsini görürük, nəticəsi yuxarıda göstərilən NADH birləşməsinin əmələ gəlməsidir. Və H + ionlarının ötürülməsi sayəsində bir enerji valyutası sintez olunur - ATP (sağdakı şəkildəki kimi).

Beləliklə, fotosintezin işıq mərhələsi başa çatdı, oksigen atmosferə atıldı, ATP və NADH meydana gəldi. Nə var? Söz verdiyi üzvi haradadır? Və sonra əsasən kimyəvi proseslərdən ibarət olan qaranlıq mərhələ gəlir.

Fotosintezin qaranlıq mərhələsi

Fotosintezin qaranlıq mərhələsi üçün məcburi bir komponent karbon dioksiddir - CO2. Buna görə bitki onu daim atmosferdən mənimsəməlidir. Bu məqsədlə yarpağın səthində xüsusi quruluşlar - stomata var. Açıldıqda CO2 yarpağın içərisinə girir, suda həll olur və fotosintezin işıq fazasının reaksiyasına girir.

İşıq fazası zamanı əksər bitkilərdə CO2 beş karbonlu üzvi birləşməyə (beş karbon molekulunun bir zənciri) bağlanır və nəticədə üç karbonlu birləşmənin (3-fosfoqliser turşusu) iki molekulu yaranır. Çünki Birincil nəticə məhz bu üç karbonlu birləşmələrdir; bu tip fotosintezi olan bitkilərə C3 bitkiləri deyilir.

Xloroplastlarda daha çox sintez olduqca çətindir. Nəticədə, gələcəkdə qlükoza, saxaroza və ya nişastanın sintez edilə biləcəyi altı karbonlu bir qarışıq meydana gəlir. Bitki enerjini bu üzvi maddələr şəklində saxlayır. Eyni zamanda, ehtiyacları üçün istifadə olunan yarpaqda yalnız kiçik bir hissəsi qalır, qalan karbohidratlar isə bitki boyunca gəzir, enerjinin ən çox ehtiyac duyulduğu yerə - məsələn böyümə nöqtələrinə gedir.

Fotosintez işıq enerjisinin kimyəvi əlaqələrin enerjisinə çevrilməsidir üzvi birləşmələr.

Fotosintez bütün yosunlar, siyanobakteriyalar da daxil olmaqla bir sıra prokaryotlar və bəzi birhüceyrəli ökaryotlar daxil olmaqla bitkilər üçün xarakterikdir.

Əksər hallarda fotosintez yan məhsul olaraq oksigen (O 2) istehsal edir. Lakin fotosintez üçün bir neçə fərqli yol olduğu üçün bu həmişə belə deyil. Oksigenin sərbəst buraxılması halında, onun mənbəyi fotosintez ehtiyacları üçün hidrogen atomlarının ayrıldığı sudur.

Fotosintez müxtəlif piqmentlər, fermentlər, koenzimlər və s. Əhatə edən müxtəlif reaksiyalardan ibarətdir. Əsas piqmentlər xlorofillərdir, bunlara əlavə olaraq karotenoidlər və fikobilinlərdir.

Təbiətdə bitki fotosintezinin iki yolu var: C 3 və C 4. Digər orqanizmlərin öz reaksiya xüsusiyyətləri var. Bu fərqli prosesləri "fotosintez" termini altında birləşdirən hər şey - hamısında, ümumilikdə fotonların enerjisi kimyəvi bir bağa çevrilir. Müqayisə üçün: kimosentez zamanı bəzi birləşmələrin kimyəvi əlaqəsinin enerjisi (qeyri-üzvi) digərlərinə - üzvi olur.

Fotosentezin iki mərhələsi var - işıq və qaranlıq. Birincisi, reaksiyaların davam etməsi üçün lazım olan işıq şüalanmasından (hν) asılıdır. Qaranlıq faz işıqdan asılı deyil.

Bitkilərdə fotosintez xloroplastlarda baş verir. Bütün reaksiyalar nəticəsində karbohidratlar, amin turşuları, yağ turşuları və s.-nin sintez olunduğu birincili üzvi maddələr əmələ gəlir, ümumiyyətlə fotosintezin ümumi reaksiyası yazılır. qlükoza - fotosintezin ən çox yayılmış məhsulu:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

O 2 molekulunu təşkil edən oksigen atomları karbon dioksiddən deyil, sudan alınır. Karbon dioksid bir karbon mənbəyidirdaha əhəmiyyətlisi. Bağlanması sayəsində bitkilər üzvi maddələri sintez etmək imkanına sahibdirlər.

Yuxarıda göstərilən kimyəvi reaksiya ümumiləşdirilmiş və kumulyativdir. Prosesin mahiyyətindən çox uzaqdır. Bu şəkildə qlükoza altı ayrı karbon dioksid molekulundan əmələ gəlmir. CO 2 bağlanması hər dəfə bir molekuldan meydana gəlir ki, bu da onsuz da mövcud olan beş karbonlu şəkərə yapışır.

Prokaryotlar fotosintezin özünəməxsus xüsusiyyətləri ilə xarakterizə olunur. Yəni bakteriyalarda əsas piqment bakteriyoklorofildir və oksigen sərbəst buraxılır, çünki hidrogen sudan deyil, əksər hallarda hidrogen sulfiddən və ya digər maddələrdən alınır. Mavi-yaşıl yosunlarda xlorofil əsas piqmentdir və fotosintez zamanı oksigen ayrılır.

Fotosintezin işıq fazası

Fotosintezin işıq mərhələsində şüa enerjisi sayəsində ATP və NADPH 2 sintez olunur. Baş verir xloroplastların tirakoidləri üzərindəpiqmentlər və fermentlər, elektronların və qismən hidrogen protonlarının ötürüldüyü elektrokimyəvi dövrələrin işləməsi üçün kompleks komplekslər meydana gətirir.

Nəticədə elektronlar mənfi yüklənərək protonların bir hissəsini özünə çəkərək NADPH 2-yə çevrilən koenzim NADP-də sona çatır. Ayrıca, tirakoid membranın bir tərəfində protonların və digər tərəfdə elektronların yığılması potensialı ATP sintetaz fermenti tərəfindən ADP və fosfor turşusundan ATP sintez etmək üçün istifadə olunan bir elektrokimyəvi gradyan meydana gətirir.

Fotosintezin əsas piqmentləri müxtəlif xlorofillərdir. Onların molekulları müəyyən, qismən fərqli bir işıq spektrini tutur. Bu vəziyyətdə bəzi xlorofil molekullarının elektronları daha yüksək enerji səviyyəsinə keçir. Bu qeyri-sabit bir vəziyyətdir və nəzəri olaraq eyni radiasiya ilə olan elektronlar kosmosa xaricdən alınan enerjini verməli və əvvəlki səviyyəyə qayıtmalıdır. Bununla birlikdə, fotosentetik hüceyrələrdə həyəcanlı elektronlar qəbuledicilər tərəfindən tutulur və enerjilərində tədricən azalma ilə daşıyıcı zəncir boyunca köçürülür.

Tilakoid membranlarda işığa məruz qaldıqda elektronlar yayan iki növ fotosistem mövcuddur. Fotosistemlər, əksəriyyəti xlorofilik piqmentlərdən ibarət olan, reaksiya mərkəzi olan, elektronların ayrıldığı kompleks bir kompleksdir. Fotosistemdə günəş işığı bir çox molekulu tutur, lakin bütün enerji reaksiya mərkəzində toplanır.

Fotosistem I elektronları, daşıyıcı zəncirdən keçir, NADP-ni azaldır.

Fotosistem II-dən ayrılmış elektronların enerjisi ATP-nin sintezi üçün istifadə olunur. Fotosistem II elektronları da özləri I fotosistemin elektron deliklərini doldurur.

İkinci fotosistemin deşikləri nəticədə yaranan elektronlarla doludur suyun fotolizi... Fotoliz, eyni zamanda işığın iştirakı ilə baş verir və H 2 O-nun proton, elektron və oksigenə ayrılmasından ibarətdir. Sərbəst oksigen əmələ gələn su fotolizinin nəticəsidir. Protonlar elektrokimyəvi qradiyentin yaradılması və NADP-nin azaldılmasında iştirak edirlər. Fotosistem II xlorofil elektronları qəbul edir.

Fotosentezin işıq fazasının təxmini ümumi tənliyi:

H 2 O + NADP + 2ADP + 2P → ½O 2 + NADP · H 2 + 2ATP

Elektronların siklik nəqli

Yuxarıdakılar sözdədir fotosintezin qeyri-dövri işıq fazası... Biraz daha varmı? nADP azalması baş vermədikdə dövri elektron nəqli... Bu vəziyyətdə, fotosistemdən elektronlar ATP-nin sintez olunduğu daşıyıcı zəncirinə gedirəm. Yəni bu elektron nəqliyyat zənciri elektronları II deyil, Fotosistem I-dən alır. İlk fotosistem sanki bir dövrü həyata keçirir: yayılan elektronlar ona qayıdır. Yolda enerjilərinin bir hissəsini ATP-ni sintez etməyə sərf edirlər.

Fotofosforilizasiya və oksidləşdirici fosforilizasiya

Fotosintezin işıq fazası, hüceyrə tənəffüsü - mitokondrial kristallarda meydana gələn oksidləşdirici fosforilasiya mərhələsi ilə müqayisə edilə bilər. Orada da ATP sintezi elektron və protonların daşıyıcı zəncir boyunca ötürülməsi səbəbindən baş verir. Lakin fotosintez vəziyyətində enerji ATP-də hüceyrənin ehtiyacları üçün deyil, əsasən fotosintezin qaranlıq mərhələsinin ehtiyacları üçün yığılır. Tənəffüs zamanı üzvi maddələr əsas enerji mənbəyi kimi xidmət edirsə, fotosintez zamanı günəş işığı olur. Fotosintez zamanı ATP-nin sintezinə deyilir fotofosforilasiyaoksidləşdirici fosforilasyondan daha çox.

Fotosintezin qaranlıq mərhələsi

Fotosintezin qaranlıq mərhələsi ilk dəfə Calvin, Benson, Bassem tərəfindən ətraflı araşdırıldı. Onların kəşf etdikləri reaksiyalar dövrü daha sonra Calvin dövrü və ya C 3 fotosintez adlandı. Bəzi bitki qrupları Hatch-Slack dövrü də adlandırılan dəyişdirilmiş bir C4 fotosentetik yola sahibdirlər.

Fotosintezin qaranlıq reaksiyalarında CO 2 sabitləşir. Qaranlıq faz xloroplast stromasında meydana gəlir.

CO 2-nin azalması ATP enerjisi və işıq reaksiyalarında əmələ gələn NADP · H 2-nin azalma gücü sayəsində baş verir. Bunlar olmadan, karbon fiksasiyası baş vermir. Buna görə qaranlıq faz birbaşa işığa bağlı olmasa da, ümumiyyətlə işıqda da olur.

Calvin dövrü

Qaranlıq fazın ilk reaksiyası CO 2 əlavə edilməsidir ( karboksilasiyae) 1,5-ribulezobifosfata ( ribuloza-1,5-difosfat) – RiBF... Sonuncusu ikiqat fosforil ribozdur. Bu reaksiya ribuloza-1,5-difosfat karboksilaz fermenti tərəfindən kataliz edilir. rubisco.

Karboksilləşmə nəticəsində, hidroliz nəticəsində iki üç karbonlu molekula ayrılan qeyri-sabit bir altı karbonlu birləşmə əmələ gəlir. fosfoqliser turşusu (FHA) - fotosintezin ilk məhsulu. FHA-ya fosfoqliserat da deyilir.

RuBP + CO 2 + H 2 O → 2FGK

FHA, biri asidik karboksil qrupunun (-COOH) bir hissəsi olan üç karbon atomundan ibarətdir:

Üç karbonlu şəkər (qliseraldehid fosfat) FHA-dan əmələ gəlir trios fosfat (TF)onsuz da bir aldehid qrupu (-CHO) daxil olmaqla:

FHA (3-turşu) → TF (3-şəkər)

Bu reaksiya üçün ATP enerjisi və NADP · H 2 azalma qüvvəsi lazımdır. TF fotosintezdə ilk karbohidratdır.

Bundan sonra trios fosfatın çox hissəsi yenidən CO 2-ni bağlamaq üçün istifadə olunan ribüloz bifosfatın (RuBP) bərpasına sərf olunur. Rejenerasiya, 3-7 karbon atomu olan şəkər fosfatlarını əhatə edən bir sıra ATP-lərlə reaksiyalardan ibarətdir.

RuBF-nin bu dövrü Calvin dövrünün mahiyyətidir.

İçərisində əmələ gələn TF'nin daha kiçik bir hissəsi Calvin dövründən ayrılır. 6 bağlı karbon dioksid molekulu baxımından məhsul 2 trios fosfat molekuludur. Döngünün giriş və çıxış məhsulları ilə ümumi reaksiyası:

6CO 2 + 6H 2 O → 2ТФ

Bu vəziyyətdə, 6 molekul RuBP bağlanma prosesində iştirak edir və 12 TF-ə çevrilən 12 FHA molekulu meydana gəlir, bunlardan 10 molekul dövrdə qalır və 6 molekula RuBP-yə çevrilir. TF üç karbonlu bir şəkər olduğundan və RuBP beş karbonlu bir şəkər olduğundan, karbon atomları ilə əlaqəli olaraq: 10 * 3 \u003d 6 * 5. dövrü təmin edən karbon atomlarının sayı dəyişmir, lazım olan bütün RuBP yenilənir. Və dövrə daxil olan altı karbon dioksid molekulu, dövrü tərk edən iki trios fosfat molekulunun meydana gəlməsinə sərf olunur.

Calvin dövrü üçün, fotosintezin işıq fazasının reaksiyalarında sintez edilmiş 6 bağlı CO 2 molekuluna, 18 ATP molekuluna və 12 NADPH 2 molekuluna sərf olunur.

Hesablama dövrü tərk edən iki trios fosfat molekulu üçün aparılır, çünki sonradan əmələ gələn qlükoza molekuluna 6 karbon atomu daxildir.

Triose fosfat (TF) Calvin dövrünün son məhsuludur, lakin çətin ki, fotosintezin son məhsulu adlandırıla bilər, çünki çətin yığılır, lakin digər maddələrlə reaksiya verərək qlükoza, saxaroza, nişasta, yağlar, yağ turşuları, amin turşularına çevrilir. TF ilə yanaşı, FGK mühüm rol oynayır. Ancaq bu cür reaksiyalar yalnız fotosentetik orqanizmlərdə baş vermir. Bu mənada fotosintezin qaranlıq mərhələsi Calvin dövrü ilə eynidir.

Altı karbonlu şəkər FHA-dan pilləli enzimatik katalizlə əmələ gəlir fruktoza-6-fosfatçevrilir qlükoza... Bitkilərdə qlükoza polimerləşə bilər nişasta və sellüloza. Karbohidratların sintezi əks qlikoliz prosesinə bənzəyir.

Fotospirasiya

Oksigen fotosintezi inhibə edir. Ətraf mühitdə O 2 nə qədər çox olarsa, CO 2 fiksasiya prosesi o qədər az təsirli olur. Həqiqət budur ki, ferment ribiboz bifosfat karboksilaz (rubisco) yalnız karbon dioksidlə deyil, həm də oksigenlə reaksiya verə bilər. Bu vəziyyətdə qaranlıq reaksiyalar bir qədər fərqlidir.

Fosfoqlikolat fosfoqlikolik turşudur. Fosfat qrupu dərhal ondan ayrılır və qlikolik turşuya (qlikolat) çevrilir. Onu "istifadə etmək" üçün yenidən oksigen lazımdır. Bu səbəbdən atmosferdə oksigen nə qədər çox olarsa, fotorezpirasiyanı bir o qədər stimullaşdıracaq və bitkinin reaksiya məhsullarından qurtarmaq üçün oksigenə daha çox ehtiyacı olacaqdır.

Fotorespirasiya işığa bağlı olan oksigen istehlakı və karbon dioksidin istehsal edilməsidir. Yəni qaz mübadiləsi tənəffüs zamanı olduğu kimi baş verir, ancaq xloroplastlarda olur və işıq şüalanmasından asılıdır. Fotorespirasiya işığa bağlıdır, çünki ribuloza bifosfat yalnız fotosintez zamanı əmələ gəlir.

Fotospirasiya zamanı karbon atomları qlikolatdan Calvin dövrünə, fosfoqliser turşusu (fosfoqliserat) şəklində qaytarılır.

2 Qlikolat (C 2) → 2 Qlyoksilat (C 2) → 2 Qlisin (C 2) - CO 2 → Serin (C 3) → Hidroksipiruvat (C 3) → Qliserat (C 3) → FHA (C 3)

Gördüyünüz kimi, geri qayıtmaq tam deyil, çünki iki glisin molekulunun bir serin amin turşusu molekuluna çevrilməsi zamanı bir karbon atomu itirilir, karbon dioksid sərbəst buraxılır.

Qlikolatın qlikoksilata, qlisinin serinə çevrilməsi mərhələlərində oksigen tələb olunur.

Qlikolatın qlikoksilata, daha sonra qlisinə çevrilməsi peroksisomlarda, mitoxondriyada serin sintezi olur. Serine yenidən peroksizomlara girir, burada əvvəlcə hidroksipiruvat və sonra qliserat istehsal edir. Qliserat onsuz da FHA-nın sintez olunduğu xloroplastlara daxil olur.

Fotorespirasiya əsasən C 3 tipli fotosintez tipli bitkilər üçün tipikdir. Glikolatın FHA-ya çevrilməsində enerji israf edildiyi üçün zərərli hesab edilə bilər. Göründüyü kimi fotorezasiya qədim bitkilərin atmosferdə çox miqdarda oksigen hazır olmaması səbəbindən meydana gəldi. Başlanğıcda, onların təkamülü karbon qazı ilə zəngin bir atmosferdə baş verdi və əsasən Rubisco fermentinin reaksiya mərkəzini ələ keçirən o idi.

C 4 - fotosintez və ya Hatch-Slack dövrü

Əgər C 3 - fotosintezdə qaranlıq fazanın ilk məhsulu üç karbon atomu olan fosfoqliser turşusudursa, C 4 - yolunda ilk məhsullar dörd karbon atomu olan turşulardır: malik, oksaloasetik, aspartik.

C 4-fotosintez bir çox tropik bitkilərdə müşahidə olunur, məsələn, şəkər qamışı, qarğıdalı.

C 4-bitkilər karbonmonoksidi daha təsirli şəkildə udur, demək olar ki, heç bir ifadə olunan fotospirasiya yoxdur.

Fotosentezin qaranlıq mərhələsinin C 4 yolu boyunca davam etdiyi bitkilər xüsusi bir yarpaq quruluşuna sahibdirlər. İçəridə keçirici paketlər ikiqat hüceyrə təbəqəsi ilə əhatə olunmuşdur. Daxili təbəqə keçirici şüanın örtüyüdür. Xarici təbəqə mezofill hüceyrələridir. Xloroplast hüceyrə qatları bir-birindən fərqlənir.

Mezofilik xloroplastlar böyük qranullar, fotosistemlərin yüksək aktivliyi və RuBP-karboksilaz (Rubisco) və nişasta fermentinin olmaması ilə xarakterizə olunur. Yəni bu hüceyrələrin xloroplastları əsasən fotosintezin işıq fazası üçün uyğunlaşdırılmışdır.

Dəstəkləyən hüceyrələrin xloroplastlarında qranalar demək olar ki, inkişaf etməyib, lakin RuBP karboksilazın konsentrasiyası yüksəkdir. Bu xloroplastlar fotosintezin qaranlıq mərhələsinə uyğunlaşdırılmışdır.

Karbon dioksid əvvəlcə mezofil hüceyrələrinə daxil olur, üzvi turşulara bağlanır, bu formada örtük hüceyrələrinə daşınır, sərbəst buraxılır və sonra C 3 bitkilərində olduğu kimi bağlanır. Yəni C 4-yol C 3-ün əvəzinə tamamlayır.

Mezofildə CO 2, dörd karbon atomu olan oksaloasetat (turşu) meydana gətirmək üçün fosfoenolpiruvata (PEP) əlavə olunur:

Reaksiya, CO2-yə rubinko ilə müqayisədə daha yüksək olan PEP-karboksilaz fermentinin iştirakı ilə baş verir. Bundan əlavə, PEP-karboksilaz oksigenlə qarşılıqlı təsir göstərmir, yəni fotorezirasiyaya sərf olunmur. Beləliklə, C 4 fotosintezinin üstünlüyü karbon dioksidin daha səmərəli fiksasiyasında, örtük hüceyrələrində konsentrasiyasında artımda və nəticədə fotorespirasiya üçün istehlak edilməyən RiBP karboksilazın daha səmərəli işləməsindədir.

Oxaloasetat 4-karbonlu dikarboksilik turşuya (malat və ya aspartat) çevrilir, bu da keçirici paketlərin örtük hüceyrələrinin xloroplastlarına nəql olunur. Burada turşu dekarboksilləşdirilir (CO 2 çıxarılması), oksidləşir (hidrogen çıxarılması) və piruvata çevrilir. Hidrogen NADP-ni azaldır. Piruvat mezofilə qayıdır, burada PEP ATP istehlakı ilə ondan bərpa olunur.

Qapaq hüceyrələrinin xloroplastlarında CO 2 qoparaq, fotosintezin qaranlıq fazasının adi C 3 yoluna, yəni Calvin dövrünə gedir.

Hatch-Slack yolu boyunca fotosintez daha çox enerji tələb edir.

C 4 yolunun C 3 yolundan daha gec inkişaf etdiyinə və bir çox cəhətdən fotorespirasyona qarşı bir uyğunlaşma olduğuna inanılır.

- işıq enerjisinin məcburi istifadəsi ilə karbon dioksid və sudan üzvi maddələrin sintezi:

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

Daha yüksək bitkilərdə fotosintez orqanı bir yarpaqdır, fotosintez orqanoidləri xloroplastlardır (xloroplastların quruluşu - 7 nömrəli mühazirə). Fotosentetik piqmentlər xloroplast tirakoid membranlarına daxil olur: xlorofilllər və karotenoidlər. Bir neçə fərqli xlorofil növü vardır ( a B C D) əsas xlorofildir a... Xlorofil molekulunda mərkəzdə maqnezium atomu olan bir porfirin “başı” və fitol “quyruğu” ayırd edilə bilər. Porfirin "baş" düz bir quruluşdur, hidrofilikdir və bu səbəbdən də stromanın sulu mühitinə baxan membranın səthində yatır. Fitol "quyruğu" hidrofobdur və bu səbəbdən xlorofil molekulunu membranda saxlayır.

Xlorofilllər qırmızı və mavi-bənövşəyi işığı udur, yaşılı əks etdirir və buna görə də bitkilərə xarakterik yaşıl rəng verir. Tilakoid membranlardakı xlorofil molekulları təşkil edilir foto sistemlər... Bitkilər və mavi-yaşıl yosunlarda fotosistem-1 və fotosistem-2, fotosintetik bakteriyalarda fotosistem-1 var. Yalnız fotosistem-2 oksigenin sərbəst buraxılması ilə suyu parçalaya bilər və suyun hidrogenindən elektronlar götürə bilər.

Fotosintez mürəkkəb çoxpilləli bir prosesdir; fotosintetik reaksiyalar iki qrupa bölünür: reaksiyalar işıq fazası və reaksiyalar qaranlıq faza.

İşıq fazası

Bu mərhələ yalnız xlorofil, elektron ötürücü zülallar və bir ferment - ATP sintetazın iştirakı ilə tirakoidlərin membranlarında işığın olması ilə baş verir. Bir kvant işığın təsiri altında xlorofil elektronları həyəcanlanır, molekuldan ayrılır və nəticədə mənfi yüklənən tirakoid membranın xarici tərəfinə daxil olur. İntratilakoid məkanında olan sudan elektron alaraq oksidləşən xlorofil molekulları azalır. Bu suyun parçalanmasına və ya fotolizinə səbəb olur:

H 2 O + Q işığı → H + + OH -.

Hidroksil ionları reaktiv radikallara çevrilərək elektronlarını bağışlayır.

OH - → .OH + e -.

Radikallar OH birləşərək su və sərbəst oksigen əmələ gətirir:

4NO. → 2H 2 O + O 2.

Bu vəziyyətdə oksigen xarici mühitə atılır və protonlar "proton anbarında" tirakoidin içərisində yığılır. Nəticədə, tirakoid membran bir tərəfdən H +, digər tərəfdən elektronlar səbəbindən mənfi yüklənir. Tilakoid membranın xarici və daxili tərəfləri arasındakı potensial fərq 200 mV-ə çatdıqda, protonlar ATP sintetaz kanallarından itələdi və ADP-nin ATP-yə fosforilasiyası baş verir; atom hidrogen, xüsusi daşıyıcı NADP + (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) NADPH 2-ə endirmək üçün istifadə olunur:

2Н + + 2е - + NADP → NADPH 2.

Beləliklə, suyun fotolizi, ən vacib üç proseslə müşayiət olunan işıq fazasında baş verir: 1) ATP sintezi; 2) NADP · H 2 meydana gəlməsi; 3) oksigenin əmələ gəlməsi. Oksigen atmosferə yayılır, ATP və NADP · H 2 xloroplast stromasına nəql olunur və qaranlıq faza proseslərində iştirak edirlər.

1 - xloroplast stroma; 2 - grana tirakoid.

Qaranlıq mərhələ

Bu faz xloroplast stromasında baş verir. Reaksiyalarına görə işığın enerjisinə ehtiyac qalmır, buna görə də yalnız işıqda deyil, qaranlıqda da meydana gəlirlər. Qaranlıq faz reaksiyalar, qlükoza və digər üzvi maddələrin meydana gəlməsinə səbəb olan karbondioksidin (havadan gələn) ardıcıl çevrilmələrinin bir zənciridir.

Bu zəncirdə ilk reaksiya karbon dioksid fiksasiyasıdır; karbon dioksid təmizləyicisi beş karbonlu şəkərdir ribuloza bifosfat (RiBF); ferment reaksiyanı kataliz edir ribuloza bifosfat karboksilaz (RuBP karboksilaz). Ribuloza bifosfatın karboksilasiyası nəticəsində dərhal iki molekula ayrılan qeyri-sabit bir altı karbonlu birləşmə əmələ gəlir. fosfoqliser turşusu (FGK). Sonra fosfogliserin turşusunun bir sıra ara məhsullar vasitəsilə qlükozaya çevrildiyi bir reaksiya dövrü baş verir. Bu reaksiyalarda işıq fazasında əmələ gələn ATP və NADP · H 2 enerjilərindən istifadə olunur; bu reaksiyaların dövrü "Calvin dövrü" adlanır:

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

Fotosintez prosesində qlükozaya əlavə olaraq digər mürəkkəb üzvi birləşmələrin monomerləri əmələ gəlir - amin turşuları, qliserol və yağ turşuları, nükleotidlər. Hal-hazırda iki növ fotosintez ayrılır: C 3 və C 4 fotosintez.

C 3 fotosintez

Bu, ilk məhsulun üç karbonlu (C 3) birləşmələr olduğu bir fotosintez növüdür. C 3 fotosintezi C 4 fotosintezindən (M. Calvin) əvvəl aşkar edilmişdir. Yuxarıda "Qaranlıq faz" başlığı altında təsvir olunan C 3 fotosintezdir. C 3 fotosintezinin xarakterik xüsusiyyətləri: 1) karbon dioksid qəbuledicisi RuBP, 2) RuBP-in karboksilasiyası RuBP karboksilazı tərəfindən kataliz edilir, 3) RuBP-in karboksilləşməsi nəticəsində altı karbonlu birləşmə əmələ gəlir və bu iki FHA-ya ayrılır. FGK bərpa edildi trios fosfatlar (TF). TF-nin bir hissəsi RiBP-nin bərpasına gedir, bir hissəsi qlükozaya çevrilir.

1 - xloroplast; 2 - peroksizom; 3 - mitoxondriya.

İşığa bağlı bir oksigen udma və karbon dioksidin sərbəst buraxılmasıdır. Ötən əsrin əvvəllərində oksigenin fotosintezi boğduğu aşkar edilmişdir. Məlum olduğu kimi, RiBP karboksilaz üçün substrat yalnız karbon dioksid deyil, həm də oksigen ola bilər:

О 2 + RuBP → fosfoqlikolat (2C) + FHA (3C).

Fermentə RiBP oksigenaz deyilir. Oksigen, karbon dioksid fiksasiyasının rəqabətli bir inhibitorudur. Fosfat qrupu ayrılır və fosfoqlikolat bitkinin istifadəsi üçün qlikolat olur. Peroksizomlara daxil olur, burada qlisinə oksidləşir. Glisin, serinə oksidləşdiyi mitokondriyaya girər, onsuz da sabit olan karbon CO 2 şəklində itir. Nəticədə, iki molekul qlikolat (2C + 2C) bir FHA (3C) və CO 2-yə çevrilir. Fotorespirasiya C 3 bitkilərinin məhsuldarlığının 30-40% azalmasına səbəb olur ( C 3 - bitkilər - C 3 fotosintezi ilə xarakterizə olunan bitkilər).

С 4 - fotosintez - ilk məhsulun dörd karbonlu (С 4) birləşmələr olduğu fotosintez. 1965-ci ildə bəzi bitkilərdə (şəkər qamışı, qarğıdalı, sorgum, darı) fotosintezin ilk məhsullarının dörd karbon turşusu olduğu aşkar edildi. Belə bitkilərin adı verildi 4 bitki ilə... 1966-cı ildə, Avstraliyalı alimlər Hatch and Slack, C 4 bitkilərinin praktik olaraq heç bir fotorespirasiya olmadığını və karbon qazını udmaqda daha təsirli olduqlarını göstərdilər. C 4-bitkilərdəki karbon çevrilmə yolu adlanmağa başladı by Hatch-Slack.

C 4 bitkiləri üçün yarpağın xüsusi bir anatomik quruluşu xarakterikdir. Bütün damar bağları hüceyrələrin ikiqat təbəqəsi ilə əhatə olunmuşdur: çöldə mezofil hüceyrələr, daxili isə örtüklü hüceyrələrdir. Karbon dioksid mezofil hüceyrələrinin sitoplazmasında sabitləşir, qəbuledicisidir fosfoenolpiruvat (FEP, 3C), PEP-nin karboksilasiyası nəticəsində oksaloasetat (4C) əmələ gəlir. Proses kataliz olunur PEP-karboksilaz... RuBP karboksilazından fərqli olaraq PEP karboksilazı CO 2-yə çox yaxınlıq təşkil edir və ən əsası O 2 ilə qarşılıqlı təsir göstərmir. Mezofilin xloroplastlarında işıq fazasının reaksiyalarının aktiv olduğu çox sayda dənə var. Kılıf hüceyrələrinin xloroplastlarında qaranlıq fazın reaksiyaları baş verir.

Oksaloasetat (4C) malate çevrilir və bu plazmodesmatalar vasitəsilə örtük hüceyrələrinə ötürülür. Burada dekarboksilləşdirilib piruvat, CO 2 və NADPH 2 əmələ gətirmək üçün susuzlaşdırılır.

Piruvat mezofil hüceyrələrinə qayıdır və PEP-dəki ATP enerjisi hesabına bərpa olunur. CO 2, FHA meydana gəlməsi ilə yenidən RiBP karboksilaz tərəfindən sabitlənir. PEP bərpası ATP enerjisini tələb edir, buna görə C 3 fotosintezindən təxminən iki dəfə çox enerji tələb olunur.

Fotosintezin əhəmiyyəti

Fotosintez sayəsində hər il atmosferdən milyardlarla ton karbon dioksid əmilir, milyardlarla ton oksigen ayrılır; fotosintez üzvi maddə əmələ gəlməsinin əsas mənbəyidir. Oksigen, canlı orqanizmləri qısa dalğalı ultrabənövşəyi radiasiyadan qoruyan ozon qatını təşkil edir.

Fotosintez zamanı yaşıl bir yarpaq üzərinə düşən günəş enerjisinin yalnız təxminən 1% -ni istifadə edir, məhsuldarlıq saatda 1 m 2 səthə təxminən 1 g üzvi maddədir.

Kimosentez

İşığın enerjisi hesabına deyil, qeyri-üzvi maddələrin oksidləşmə enerjisi hesabına aparılan karbon dioksiddən və sudan üzvi birləşmələrin sintezinə deyilir. kemosentez... Kemosentetik orqanizmlərə bəzi bakteriya növləri daxildir.

Nitrifikasiya edən bakteriyalar ammonyak azotlu və sonra azotlu turşuya oksidləşir (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

Dəmir bakteriyalar dəmir dəmiri oksidə çevirmək (Fe 2+ → Fe 3+).

Kükürd bakteriyaları hidrogen sulfidi kükürd və ya kükürd turşusuna oksidləşdirin (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

Qeyri-üzvi maddələrin oksidləşmə reaksiyaları nəticəsində bakteriyalar tərəfindən yüksək enerjili ATP bağları şəklində toplanan enerji sərbəstdir. ATP, fotosintezin qaranlıq mərhələsinin reaksiyalarına bənzər bir şəkildə gedən üzvi maddələrin sintezi üçün istifadə olunur.

Xemosintetik bakteriyalar torpaqda mineral maddələrin yığılmasına, torpağın məhsuldarlığının yaxşılaşdırılmasına, çirkab suların təmizlənməsinə kömək edir və s.

    Getmək 11 nömrəli mühazirələr “Maddələr mübadiləsi anlayışı. Zülal biosintezi "

    Getmək mühazirələr № 13 "Ökaryotik hüceyrələrin bölünmə üsulları: mitoz, mayoz, amitoz"