Premýšľali ste niekedy nad tým, koľko živých organizmov je na planéte?! A koniec koncov, všetci potrebujú vdychovať kyslík, aby vytvorili energiu a vydychovali oxid uhličitý. Je to oxid uhličitý, ktorý je hlavnou príčinou takého javu, akým je dusno v miestnosti. Odohráva sa vtedy, keď je v nej veľa ľudí a miestnosť sa dlhodobo nevetra. Okrem toho priemyselné zariadenia, súkromné automobily a verejná doprava napĺňajú vzduch toxickými látkami.
Vzhľadom na vyššie uvedené vyvstáva celkom logická otázka: ako sme sa vtedy neudusili, ak je všetok život zdrojom jedovatého oxidu uhličitého? Záchrancom všetkých živých bytostí v tejto situácii je fotosyntéza. Čo je tento proces a prečo je potrebný?
Jeho výsledkom je úprava rovnováhy oxidu uhličitého a nasýtenia vzduchu kyslíkom. Takýto proces poznajú iba zástupcovia sveta flóry, teda rastlín, keďže sa vyskytuje iba v ich bunkách.
Samotná fotosyntéza je mimoriadne zložitý postup, ktorý závisí od určitých podmienok a vyskytuje sa v niekoľkýchetapy.
Definícia pojmu
Podľa vedeckej definície sa organické látky premieňajú na organické látky počas fotosyntézy na bunkovej úrovni v autotrofných organizmoch v dôsledku vystavenia slnečnému žiareniu.
Zjednodušene povedané, fotosyntéza je proces, pri ktorom dochádza k nasledovnému:
- Rastlina je nasýtená vlhkosťou. Zdrojom vlhkosti môže byť voda zo zeme alebo vlhký tropický vzduch.
- Chlorofyl (špeciálna látka nachádzajúca sa v rastlinách) reaguje na slnečnú energiu.
- Tvorba potravy potrebnej pre zástupcov flóry, ktorú si nedokážu sami získať heterotrofným spôsobom, ale sami sú jej producentom. Inými slovami, rastliny jedia to, čo vyprodukujú. Toto je výsledok fotosyntézy.
Prvá fáza
Prakticky každá rastlina obsahuje zelenú látku, vďaka ktorej dokáže absorbovať svetlo. Táto látka nie je nič iné ako chlorofyl. Jeho lokalizáciou sú chloroplasty. Ale chloroplasty sa nachádzajú v stonkovej časti rastliny a jej plodov. Ale fotosyntéza listov je v prírode obzvlášť bežná. Keďže posledne menovaný je pomerne jednoduchý vo svojej štruktúre a má relatívne veľký povrch, čo znamená, že množstvo energie potrebnej na priebeh záchranného procesu bude oveľa väčšie.
Keď je svetlo absorbované chlorofylom, ten je v stave vzrušenia a jehoprenáša energetické správy do iných organických molekúl rastliny. Najväčšie množstvo takejto energie ide k účastníkom procesu fotosyntézy.
2. etapa
Tvorba fotosyntézy v druhom štádiu si nevyžaduje povinnú účasť svetla. Spočíva vo vytváraní chemických väzieb pomocou jedovatého oxidu uhličitého vytvoreného zo vzdušných hmôt a vody. Existuje tiež syntéza mnohých látok, ktoré zabezpečujú životne dôležitú aktivitu predstaviteľov flóry. Toto sú škrob, glukóza.
V rastlinách takéto organické prvky pôsobia ako zdroj výživy pre jednotlivé časti rastliny a zároveň zabezpečujú normálny priebeh životných procesov. Takéto látky získavajú aj zástupcovia fauny, ktorí sa živia rastlinami. Ľudské telo je nasýtené týmito látkami prostredníctvom potravy, ktorá je súčasťou každodennej stravy.
Čo? Kde? Kedy?
Aby sa organické látky stali organickými, je potrebné zabezpečiť vhodné podmienky pre fotosyntézu. Pre uvažovaný proces je v prvom rade potrebné svetlo. Hovoríme o umelom a slnečnom. V prírode je aktivita rastlín zvyčajne charakterizovaná intenzitou na jar a v lete, teda keď je potreba veľkého množstva slnečnej energie. Čo sa nedá povedať o jesennom období, kedy je svetla čoraz menej, deň sa kráti. V dôsledku toho listy zožltnú a potom úplne spadnú. Ale len čo zasvietia prvé jarné slnečné lúče, zdvihne sa zelená tráva, okamžite obnovia svoju činnosť.chlorofylov a začne aktívna produkcia kyslíka a iných životne dôležitých živín.
Podmienky fotosyntézy zahŕňajú viac než len svetlo. Vlhkosť by mala byť tiež dostatočná. Koniec koncov, rastlina najskôr absorbuje vlhkosť a potom začne reakcia za účasti slnečnej energie. Rastlinná potrava je výsledkom tohto procesu.
Len v prítomnosti zelenej hmoty prebieha fotosyntéza. Čo sú chlorofyly, sme už povedali vyššie. Pôsobia ako akýsi vodič medzi svetelnou alebo slnečnou energiou a samotnou rastlinou a zabezpečujú správny priebeh ich života a činnosti. Zelené látky majú schopnosť absorbovať veľa slnečných lúčov.
Významnú úlohu zohráva aj kyslík. Aby bol proces fotosyntézy úspešný, rastliny ho potrebujú veľa, keďže obsahuje len 0,03 % kyseliny uhličitej. Takže z 20 000 m3 vzduchu môžete získať 6 m3 kyseliny. Práve posledná uvedená látka je hlavným východiskovým materiálom pre glukózu, ktorá je zase látkou nevyhnutnou pre život.
Existujú dve fázy fotosyntézy. Prvý sa nazýva svetlo, druhý je tmavý.
Aký je mechanizmus toku svetelného stupňa
Svetlé štádium fotosyntézy má iný názov – fotochemické. Hlavnými účastníkmi v tejto fáze sú:
- slnečná energia;
- rôzne pigmenty.
S prvým komponentom je všetko jasné, je to slnečné svetlo. ALEto sú pigmenty, nie každý vie. Sú zelené, žlté, červené alebo modré. Chlorofyly skupiny „A“a „B“patria do zelenej, fykobilíny do žltej a červenej / modrej. Fotochemickú aktivitu medzi účastníkmi v tejto fáze procesu vykazujú iba chlorofyly "A". Zvyšok zohráva doplnkovú úlohu, ktorej podstatou je zber svetelných kvánt a ich transport do fotochemického centra.
Pretože chlorofyl je obdarený schopnosťou efektívne absorbovať slnečnú energiu pri určitej vlnovej dĺžke, boli identifikované nasledujúce fotochemické systémy:
- Fotochemické centrum 1 (zelené látky skupiny "A") - v kompozícii je zahrnutý pigment 700, ktorý absorbuje svetelné lúče, ktorých dĺžka je približne 700 nm. Tento pigment hrá zásadnú úlohu pri vytváraní produktov svetelného štádia fotosyntézy.
- Fotochemické centrum 2 (zelené látky skupiny "B") - zloženie obsahuje pigment 680, ktorý absorbuje svetelné lúče, ktorých dĺžka je 680 nm. Má sekundárnu úlohu, ktorá spočíva vo funkcii dopĺňania elektrónov stratených fotochemickým centrom 1. Dosahuje sa hydrolýzou kvapaliny.
Na 350–400 molekúl pigmentu, ktoré koncentrujú svetelné toky vo fotosystémoch 1 a 2, existuje iba jedna molekula pigmentu, ktorá je fotochemicky aktívna – chlorofyl skupiny „A“.
Čo sa deje?
1. Svetelná energia absorbovaná rastlinou ovplyvňuje pigment 700 v nej obsiahnutý, ktorý sa mení z normálneho stavu na excitovaný. Pigment strácaelektrón, výsledkom čoho je vznik takzvanej elektrónovej diery. Ďalej, molekula pigmentu, ktorá stratila elektrón, môže pôsobiť ako jeho akceptor, teda strana, ktorá prijíma elektrón, a vrátiť sa do svojho tvaru.
2. Proces tekutého rozkladu vo fotochemickom centre svetlo pohlcujúceho pigmentu 680 fotosystému 2. Pri rozklade vody vznikajú elektróny, ktoré sú na začiatku prijímané látkou ako je cytochróm C550 a sú označené písmenom Q. Potom, z cytochrómu vstupujú elektróny do nosného reťazca a sú transportované do fotochemického centra 1 na doplnenie elektrónovej diery, ktorá bola výsledkom prieniku svetelných kvánt a procesu redukcie pigmentu 700.
Sú prípady, keď takáto molekula dostane späť elektrón identický s predchádzajúcim. To bude mať za následok uvoľnenie svetelnej energie vo forme tepla. Ale takmer vždy sa elektrón s negatívnym nábojom spojí so špeciálnymi železo-sírovými proteínmi a prenesie sa pozdĺž jedného z reťazcov do pigmentu 700, alebo vstúpi do iného nosného reťazca a znovu sa spojí s trvalým akceptorom.
V prvom variante je cyklický transport elektrónov uzavretého typu, v druhom - necyklický.
Oba procesy sú katalyzované rovnakým reťazcom nosičov elektrónov v prvej fáze fotosyntézy. Treba si však uvedomiť, že pri fotofosforylácii cyklického typu je počiatočným a zároveň konečným bodom transportu chlorofyl, kým necyklický transport znamená prechod zelenej látky skupiny „B“nachlorofyl "A".
Funkcie cyklickej dopravy
Cyklická fosforylácia sa tiež nazýva fotosyntetická. V dôsledku tohto procesu sa tvoria molekuly ATP. Tento transport je založený na návrate elektrónov v excitovanom stave do pigmentu 700 v niekoľkých po sebe nasledujúcich fázach, v dôsledku čoho sa uvoľňuje energia, ktorá sa podieľa na práci systému fosforylujúcich enzýmov za účelom ďalšej akumulácie v ATP fosfáte. dlhopisov. To znamená, že energia sa nerozptýli.
Cyklická fosforylácia je primárna reakcia fotosyntézy, ktorá je založená na technológii generovania chemickej energie na membránových povrchoch chloroplastových tylaktoidov pomocou energie slnečného žiarenia.
Bez fotosyntetickej fosforylácie sú asimilačné reakcie v temnej fáze fotosyntézy nemožné.
Nuansy dopravy necyklického typu
Proces pozostáva z obnovy NADP+ a vytvorenia NADPH. Mechanizmus je založený na prenose elektrónu na ferredoxín, jeho redukčnej reakcii a následnom prechode na NADP+ s ďalšou redukciou na NADPH.
Výsledkom je, že elektróny, ktoré stratili pigment 700, sú doplnené vďaka elektrónom vody, ktorá sa pod lúčmi svetla rozkladá vo fotosystéme 2.
Necyklická dráha elektrónov, ktorej tok zahŕňa aj svetelnú fotosyntézu, sa uskutočňuje vzájomnou interakciou oboch fotosystémov, spája ich elektrónové transportné reťazce. Svetelnýenergia usmerňuje tok elektrónov späť. Pri transporte z fotochemického centra 1 do centra 2 strácajú elektróny časť svojej energie v dôsledku akumulácie ako protónového potenciálu na povrchu membrán tylaktoidov.
V temnej fáze fotosyntézy je proces vytvárania potenciálu protónového typu v elektrónovom transportnom reťazci a jeho využitie na tvorbu ATP v chloroplastoch takmer úplne identické s rovnakým procesom v mitochondriách. Ale funkcie sú stále prítomné. Tylaktoidy sú v tejto situácii mitochondrie obrátené naruby. To je hlavný dôvod, prečo sa elektróny a protóny pohybujú cez membránu v opačnom smere v porovnaní s transportným tokom v mitochondriálnej membráne. Elektróny sú transportované von, zatiaľ čo protóny sú akumulované vo vnútri tylaktickej matrice. Ten prijíma iba kladný náboj a vonkajšia membrána tylaktoidu je záporná. Z toho vyplýva, že dráha gradientu protónového typu je opačná ako dráha v mitochondriách.
Ďalšiu vlastnosť možno nazvať veľkou hladinou pH v potenciáli protónov.
Tretím znakom je prítomnosť iba dvoch konjugačných miest v tylaktoidnom reťazci a výsledkom je, že pomer molekuly ATP k protónom je 1:3.
Záver
V prvej fáze je fotosyntéza interakciou svetelnej energie (umelej a neumelej) s rastlinou. Na lúče reagujú zelené látky - chlorofyly, ktorých väčšina sa nachádza v listoch.
Výsledkom takejto reakcie je tvorba ATP a NADPH. Tieto produkty sú nevyhnutné pre vznik tmavých reakcií. Svetlé štádium je preto povinný proces, bez ktorého sa druhá fáza - štádium tmy - nezaobíde.
Temné štádium: podstata a vlastnosti
Temná fotosyntéza a jej reakcie sú procesom premeny oxidu uhličitého na látky organického pôvodu s tvorbou uhľohydrátov. K realizácii takýchto reakcií dochádza v stróme chloroplastu a aktívne sa na nich podieľajú produkty prvej fázy fotosyntézy - svetlo.
Mechanizmus temného štádia fotosyntézy je založený na procese asimilácie oxidu uhličitého (nazývaného aj fotochemická karboxylácia, Calvinov cyklus), ktorý sa vyznačuje cyklickosťou. Pozostáva z troch fáz:
- Karboxylácia – pridanie CO2.
- Fáza obnovy.
- Regeneračná fáza ribulózadifosfátu.
Ribulofosfát, cukor s piatimi atómami uhlíka, je fosforylovaný pomocou ATP, výsledkom čoho je ribulózadifosfát, ktorý je ďalej karboxylovaný spojením s CO2 produktom so šiestimi uhlíkmi, ktorý okamžite pri interakcii s molekulou vody sa rozkladajú a vytvárajú dve molekulárne častice kyseliny fosfoglycerovej. Potom táto kyselina prejde priebehom úplnej redukcie pri implementácii enzymatickej reakcie, na ktorú je potrebná prítomnosť ATP a NADP na vytvorenie cukru s tromi uhlíkmi - trojuhlíkového cukru, triózy alebo aldehydu.fosfoglycerol. Keď dve takéto triózy kondenzujú, získa sa molekula hexózy, ktorá sa môže stať integrálnou súčasťou molekuly škrobu a môže byť odladená ako rezerva.
Táto fáza končí absorpciou jednej molekuly CO počas procesu fotosyntézy2 a použitím troch molekúl ATP a štyroch atómov H. Hexózafosfát sa hodí k reakciám pentózofosfátového cyklu sa regeneruje výsledný ribulózafosfát, ktorý sa môže rekombinovať s inou molekulou kyseliny uhličitej.
Reakcie karboxylácie, obnovy, regenerácie nemožno nazvať špecifické výlučne pre bunku, v ktorej prebieha fotosyntéza. Nedá sa povedať ani to, čo je „homogénny“priebeh procesov, keďže rozdiel stále existuje – počas procesu obnovy sa používa NADPH a nie OVERH.
Pridávanie CO2 ribulózadifosfátom je katalyzované ribulózadifosfátkarboxylázou. Reakčným produktom je 3-fosfoglycerát, ktorý je redukovaný NADPH2 a ATP na glyceraldehyd-3-fosfát. Redukčný proces je katalyzovaný glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenázou. Ten sa ľahko premieňa na dihydroxyacetónfosfát. vzniká fruktóza bisfosfát. Niektoré z jeho molekúl sa podieľajú na regeneračnom procese ribulózadifosfátu, čím sa cyklus uzatvára a druhá časť sa využíva na vytváranie sacharidových zásob v bunkách fotosyntézy, čiže prebieha fotosyntéza sacharidov.
Svetelná energia je potrebná na fosforyláciu a syntézu organických látokpôvodu a energia oxidácie organických látok je nevyhnutná pre oxidačnú fosforyláciu. To je dôvod, prečo vegetácia poskytuje život zvieratám a iným organizmom, ktoré sú heterotrofné.
Fotosyntéza v rastlinnej bunke prebieha týmto spôsobom. Jeho produktom sú uhľohydráty, potrebné na vytvorenie uhlíkových skeletov mnohých látok predstaviteľov sveta flóry, ktoré sú organického pôvodu.
Látky dusíkovo-organického typu sa vo fotosyntetických organizmoch asimilujú v dôsledku redukcie anorganických dusičnanov a síry - v dôsledku redukcie síranov na sulfhydrylové skupiny aminokyselín. Zabezpečuje tvorbu bielkovín, nukleových kyselín, lipidov, sacharidov, kofaktorov, menovite fotosyntézu. Čo je „sortiment“látok životne dôležitých pre rastliny, už bolo zdôraznené, ale nepadlo ani slovo o produktoch sekundárnej syntézy, čo sú cenné liečivé látky (flavonoidy, alkaloidy, terpény, polyfenoly, steroidy, organické kyseliny a iné). Preto môžeme bez preháňania povedať, že fotosyntéza je kľúčom k životu rastlín, zvierat a ľudí.
