Var sker fotosyntesen?

blad av gr?na v?xter

Definition

1) L?tt fas;

2) M?rk fas.

Faser av fotosyntes

L?tt fas

M?rk fas

Resultat

Skriva

Tryck p? "Enter" f?r att kommentera

Var sker fotosyntesen?

Tja, f?r att genast svara p? fr?gan kommer jag att s?ga att fotosyntes sker i blad av gr?na v?xter, eller snarare i sina celler. Huvudrollen h?r spelas av kloroplater, speciella celler utan vilka fotosyntes ?r om?jlig. Jag kommer att notera att denna process, fotosyntes, verkar vara det fantastisk egendom Levande.

Alla vet ju att genom fotosyntesen tas koldioxid upp och syre frig?rs. Ett s?dant fenomen ?r enkelt att f?rst?, och samtidigt en av de mest komplexa processerna f?r levande organismer, d?r ett stort antal olika partiklar och molekyler deltar. S? att syret som vi alla andas i slutet frig?rs.

Tja, jag ska f?rs?ka ber?tta hur vi f?r dyrbart syre.

Definition

Fotosyntes ?r syntesen av organiska ?mnen fr?n oorganiska ?mnen med hj?lp av solljus. Med andra ord, faller p? l?ven, solljus ger den n?dv?ndiga energin f?r fotosyntesprocessen. Som ett resultat bildas organiskt material fr?n oorganiskt material och luft syre frig?rs.

Fotosyntesen sker i tv? faser:

1) L?tt fas;

2) M?rk fas.

Jag ska ber?tta lite om faserna av fotosyntes.

Faser av fotosyntes

L?tt fas- som namnet antyder f?rekommer det i ljuset, p? ytmembranet av gr?na bladceller (vetenskapligt sett, p? grann-membranet). Huvuddeltagarna h?r kommer att vara klorofyll, speciella proteinmolekyler (b?rarproteiner) och ATP-syntetas, som ?r en energileverant?r.

Ljusfasen, liksom fotosyntesprocessen i allm?nhet, b?rjar med verkan av ett ljuskvantum p? klorofyllmolekylen. Som ett resultat av denna interaktion kommer klorofyll i ett exciterat tillst?nd, vilket ?r anledningen till att just denna molekyl f?rlorar en elektron, som g?r till yttre ytan membran. Vidare, f?r att ?terst?lla den f?rlorade elektronen, tar klorofyllmolekylen bort den fr?n vattenmolekylen, vilket orsakar dess nedbrytning. Vi vet alla att vatten best?r av tv? v?temolekyler och ett syre, och n?r vatten s?nderfaller kommer syre in i atmosf?ren och positivt laddat v?te samlas p? membranets inre yta.

Det visade sig allts? att negativt laddade elektroner ?r koncentrerade p? ena sidan och positivt laddade v?teprotoner p? den andra. Fr?n detta ?gonblick upptr?der en ATP-syntetasmolekyl, som bildar en slags korridor f?r passage av protoner till elektroner och f?r att minska denna koncentrationsskillnad, vilket vi diskuterade nedan. Vid denna punkt slutar den l?tta fasen och den slutar med bildningen av energimolekylen ATP och ?terst?llandet av den specifika NADP*H2-transport?rmolekylen.

Med andra ord skedde nedbrytningen av vatten, p? grund av vilket syre frigjordes och en ATP-molekyl bildades, som kommer att ge energi f?r det fortsatta fotosyntesf?rloppet.

M?rk fas– m?rkligt nog kan denna fas intr?ffa b?de i ljust och i m?rker. Denna fas ?ger rum i speciella organeller av bladceller som ?r aktivt involverade i fotosyntes (plastider). Denna fas omfattar flera kemiska reaktioner, som uppst?r med hj?lp av samma ATP-molekyl som syntetiserats i den f?rsta fasen och NADPH. I sin tur tillh?r huvudrollerna h?r vatten och koldioxid. Den m?rka fasen kr?ver en kontinuerlig tillf?rsel av energi. Koldioxid kommer fr?n atmosf?ren, v?te bildades i den f?rsta fasen och ATP-molekylen st?r f?r energin. Huvudresultatet av den m?rka fasen ?r kolhydrater, det vill s?ga sj?lva det organiska materialet som v?xter beh?ver f?r att leva.

Resultat

Det ?r s? sj?lva processen f?r bildning av organiskt material (kolhydrater) fr?n oorganiskt material sker. Som ett resultat f?r v?xter de produkter de beh?ver f?r att leva, och vi f?r syre fr?n luften. Jag kommer att till?gga att hela denna process uteslutande sker i gr?na v?xter, vars celler inneh?ller kloroplaster ("gr?na celler").

Hj?lpsam0 Inte s?rskilt anv?ndbar

Fotosyntes ?r en upps?ttning syntesprocesser organiska f?reningar fr?n oorganiskt p? grund av omvandlingen av ljusenergi till energi kemiska bindningar. Fototrofiska organismer inkluderar gr?na v?xter, vissa prokaryoter - cyanobakterier, lila och gr?na svavelbakterier och v?xtflagellater.

Forskning om processen f?r fotosyntes b?rjade under andra h?lften av 1700-talet. En viktig uppt?ckt gjordes av den enast?ende ryska forskaren K. A. Timiryazev, som underbyggde l?ran om gr?na v?xters kosmiska roll. V?xter absorberar solljus och omvandlar ljusenergi till energin av kemiska bindningar av organiska f?reningar som syntetiseras av dem. S?ledes s?kerst?ller de bevarandet och utvecklingen av livet p? jorden. Forskaren har ocks? teoretiskt underbyggt och experimentellt bevisat klorofyllets roll i absorptionen av ljus under fotosyntesen.

Klorofyller ?r de viktigaste fotosyntetiska pigmenten. De liknar till sin struktur hemoglobinhem, men inneh?ller magnesium ist?llet f?r j?rn. J?rnhalt ?r n?dv?ndigt f?r att s?kerst?lla syntesen av klorofyllmolekyler. Det finns flera klorofyller som skiljer sig ?t i sin kemiska struktur. Obligatorisk f?r alla fototrofer ?r klorofyll a . Klorofyllb finns i gr?na v?xter klorofyll c – i kiselalger och brunalger. Klorofyll d k?nnetecknande f?r r?dalger.

Gr?na och lila fotosyntetiska bakterier har speciella bakterioklorofyller . Bakteriefotosyntes har mycket gemensamt med v?xtfotosyntes. Det skiljer sig genom att hos bakterier ?r v?tedonatorn svavelv?te, och i v?xter ?r det vatten. Gr?na och lila bakterier har inte fotosystem II. Bakteriell fotosyntes ?tf?ljs inte av fris?ttning av syre. Den ?vergripande ekvationen f?r bakteriell fotosyntes ?r:

6CO2 + 12H2S -> C6H12O6 + 12S + 6H20.

Fotosyntesen ?r baserad p? redoxprocessen. Det ?r f?rknippat med ?verf?ringen av elektroner fr?n f?reningar som levererar elektrondonatorer till f?reningar som accepterar dem - acceptorer. Ljusenergi omvandlas till energi av syntetiserade organiska f?reningar (kolhydrater).

Det finns speciella strukturer p? membranen av kloroplaster - reaktionscentra som inneh?ller klorofyll. I gr?na v?xter och cyanobakterier finns tv? fotosystem – f?rst (jag) Och andra (II) , som har olika reaktionscentra och ?r sammankopplade genom ett elektron?verf?ringssystem.

Tv? faser av fotosyntes

Processen f?r fotosyntes best?r av tv? faser: ljus och m?rk.

F?rekommer endast i n?rvaro av ljus p? de inre membranen av mitokondrier i membranen av speciella strukturer - tylakoider . Fotosyntetiska pigment f?ngar ljuskvanta (fotoner). Detta leder till "excitation" av en av elektronerna i klorofyllmolekylen. Med hj?lp av b?rarmolekyler r?r sig elektronen till den yttre ytan av tylakoidmembranet och f?rv?rvar en viss potentiell energi.

Denna elektron in fotosystem I kan ?terg? till sin energiniv? och ?terst?lla den. NADP (nikotinamidadenindinukleotidfosfat) kan ocks? ?verf?ras. Genom att interagera med v?tejoner ?terst?ller elektroner denna f?rening. Reducerad NADP (NADP H) tillf?r v?te f?r att reducera atmosf?risk CO 2 till glukos.

Liknande processer f?rekommer i fotosystem II . Exciterade elektroner kan ?verf?ras till fotosystem I och ?terst?lla det. ?terst?llandet av fotosystem II sker p? grund av elektroner som tillf?rs av vattenmolekyler. Vattenmolekyler splittras (fotolys av vatten) till v?teprotoner och molekyl?rt syre, som sl?pps ut i atmosf?ren. Elektronerna anv?nds f?r att ?terst?lla fotosystem II. Vattenfotolysekvation:

2Н 2 0 -> 4Н + + 0 2 + 2е.

N?r elektroner fr?n den yttre ytan av tylakoidmembranet ?terg?r till den tidigare energiniv?n frig?rs energi. Det lagras i form av kemiska bindningar av ATP-molekyler, som syntetiseras under reaktioner i b?da fotosystemen. Processen f?r ATP-syntes med ADP och fosforsyra kallas fotofosforylering . En del av energin g?r ?t till att f?r?nga vatten.

Under fotosyntesens l?tta fas bildas energirika f?reningar: ATP och NADP H. Vid nedbrytningen (fotolysen) av vattenmolekyler sl?pps molekyl?rt syre ut i atmosf?ren.

Reaktioner sker i kloroplasternas inre milj?. De kan uppst? b?de i n?rvaro av ljus och utan det. Organiska ?mnen syntetiseras (CO 2 reduceras till glukos) med hj?lp av energin som bildades i ljusfasen.

Processen f?r koldioxidreduktion ?r cyklisk och kallas Calvin cykel . Uppkallad efter den amerikanske forskaren M. Calvin, som uppt?ckte denna cykliska process.

Cykeln b?rjar med reaktionen av atmosf?risk koldioxid med ribulosbifosfat. Processen katalyseras av ett enzym karboxylas . Ribulosbifosfat ?r ett socker med fem kolatomer kombinerat med tv? fosforsyraenheter. Happening hela raden kemiska transformationer, som var och en katalyserar sitt eget specifika enzym. Hur bildas slutprodukten av fotosyntesen? glukos och ribulosbifosfat reduceras ocks?.

Den ?vergripande ekvationen f?r fotosyntesprocessen ?r:

6C02 + 6H20 -> C6H12O6 + 602

Tack vare fotosyntesprocessen absorberas ljusenergi fr?n solen och omvandlas till energin fr?n kemiska bindningar av syntetiserade kolhydrater. Energi ?verf?rs genom n?ringskedjor till heterotrofa organismer. Vid fotosyntesen absorberas koldioxid och syre frig?rs. Allt syre i atmosf?ren ?r av fotosyntetiskt ursprung. ?ver 200 miljarder ton fritt syre sl?pps ut ?rligen. Syre skyddar livet p? jorden fr?n ultraviolett str?lning, vilket skapar en ozonsk?ld av atmosf?ren.

Processen f?r fotosyntes ?r ineffektiv, eftersom endast 1-2% omvandlas till syntetiserat organiskt material. solenergi. Detta beror p? att v?xter inte absorberar ljus tillr?ckligt, en del av det absorberas av atmosf?ren osv. Mest av solljus reflekteras fr?n jordens yta tillbaka ut i rymden.

FOTOSYNTES ?r

fotosyntes ?r kolhydrater.

generella egenskaper

I Ljusfas

1. Fotofysiskt stadium

2. Fotokemiskt stadium

II M?rk fas

3.

MENANDE

4. Ozonsk?rm.

Pigment av fotosyntetiska v?xter, deras fysiologiska roll.

· Klorofyll - Det h?r gr?nt pigment som best?mmer v?xtens gr?na f?rg; med dess deltagande best?ms fotosyntesprocessen. F?rbi kemisk struktur det ?r ett Mg-komplex av olika tetrapyrroler. Klorofyller har en porfyrinstruktur och ?r strukturellt n?ra hem.

I klorofyllets pyrrolgrupper finns system med alternerande dubbel- och enkelbindningar. Detta ?r klorofyllets kromoforgrupp, som best?mmer absorptionen av vissa str?lar i solspektrumet och dess f?rg. D-porfyrk?rnor ?r 10 nm och l?ngden p? fytolresten ?r 2 nm.

Klorofyllmolekyler ?r pol?ra, dess porfyrink?rna har hydrofila egenskaper och fytol?nden ?r hydrofob. Denna egenskap hos klorofyllmolekylen best?mmer dess specifika placering i kloroplastmembranen.

Porfyrindelen av molekylen ?r associerad med protein, och fytoldelen ?r neds?nkt i lipidskiktet.

Klorofyll av en levande intakt cell har f?rm?gan att reversibelt fotooxidera och fotoreducera. F?rm?gan till redoxreaktioner ?r associerad med n?rvaron i klorofyllmolekylen av konjugerade dubbelbindningar med mobila p-elektroner och N-atomer med odefinierade elektroner.

FYSIOLOGISK ROLL

1) absorberar ljusenergi selektivt,

2) lagra den i form av elektronisk excitationsenergi,

3) fotokemiskt omvandla energin i det exciterade tillst?ndet till den kemiska energin av prim?ra fotoreducerade och fotooxiderade f?reningar.

· Karotenoider - Det h?r fettl?sliga pigment av gula, orange och r?da f?rger finns i kloroplasterna hos alla v?xter. Karotenoider finns i alla h?gre v?xter och i m?nga mikroorganismer. Dessa ?r de vanligaste pigmenten med en m?ngd olika funktioner. Karotenoider har maximal absorption i de violettbl? och bl? delarna av ljusspektrat. De ?r inte kapabla till fluorescens, till skillnad fr?n klorofyll.

Karotenoider inkluderar 3 grupper av f?reningar:

Orange eller r?da karotener;

Gula xantofyller;

Karotenoidsyror.

FYSIOLOGISK ROLL

1) Ljusabsorption som ytterligare pigment;

2) Skydd av klorofyllmolekyler fr?n irreversibel fotooxidation;

3) Sl?ckning av aktiva radikaler;

4) Delta i fototropism, eftersom bidra till skottets tillv?xtriktning.

· Phycobiliner - Det h?r r?da och bl? pigment som finns i cyanobakterier och vissa alger. Phycobiliner best?r av 4 p? varandra f?ljande pyrrolringar. Fykobiliner ?r kromofora grupper av globulinproteiner som kallas phycobilinproteiner. De ?r indelade i:

- fykoerytriner – r?da vita;

- phycocyanin – bl? ekorrar;

- alofykocyanin – bl? ekorrar.

Alla av dem har fluorescerande f?rm?ga. Phycobiliner har maximal absorption i de orangea, gula och gr?na delarna av ljusspektrumet och g?r att algerna mer fullt ut kan utnyttja ljuset som tr?nger in i vattnet.

P? ett djup av 30 m f?rsvinner r?da str?lar helt

P? ett djup av 180 m - gul

P? 320 m djup – gr?n

P? ett djup av mer ?n 500 m tr?nger inte bl? och violetta str?lar in.

Fykobiliner ?r ytterligare pigment, ungef?r 90 % av ljusenergin som absorberas av fykobiliner ?verf?rs till klorofyll.

FYSIOLOGISK ROLL

1) Ljusabsorptionsmaxima f?r fykobiliner ligger mellan de tv? absorptionsmaxima f?r klorofyll: i de orangea, gula och gr?na delarna av spektrat.

2) Phycobilins utf?r funktionerna av ett ljussk?rdande komplex i alger.

3) V?xter har fykobilin-fytokrom, det ?r inte involverat i fotosyntesen, men ?r en fotoreceptor f?r r?tt ljus och utf?r en reglerande funktion i v?xtceller.

K?rnan i det fotofysiska stadiet. Fotokemiskt stadium. Cyklisk och icke-cyklisk elektrontransport.

K?rnan i det fotofysiska stadiet

Det fotofysiska stadiet ?r det viktigaste, eftersom utf?r ?verg?ngen och omvandlingen av energi fr?n ett system till ett annat (att leva fr?n icke-levande).

Fotokemiskt stadium

Fotokemiska reaktioner av fotosyntes- dessa ?r reaktioner d?r ljusenergi omvandlas till energin av kemiska bindningar, i f?rsta hand till energin av fosforbindningar ATP. Det ?r ATP som s?kerst?ller f?rloppet av alla processer, samtidigt, under p?verkan av ljus, s?nderdelas vatten och en reducerad produkt bildas. NADP och sticker ut O2.

Energin fr?n absorberade ljuskvanta fl?dar fr?n hundratals pigmentmolekyler i ljussk?rdekomplexet till en klorofyllf?llamolekyl, vilket ger en elektron till acceptorn - oxiderande. Elektronen g?r in i elektrontransportkedjan; det antas att ljussk?rdekomplexet best?r av 3 delar:

huvudantennkomponent

· tv? fotofixeringssystem.

Antennklorofyllkomplexet ?r neds?nkt i tjockleken av tylakoidmembranet hos kloroplaster; kombinationen av antennpigmentmolekyler och reaktionscentrum utg?r fotosystemet i fotosyntesprocessen 2 fotosystem deltar:

· det har fastst?llts att fotosystem 1 inkluderar ljusfokuserande pigment och reaktionscentrum 1,

· fotosystem 2 inkluderar ljusfokuserande pigment Och reaktionscentrum 2.

Klorofyllf?lla fotosystem 1 absorberar ljus fr?n en l?ng v?gl?ngd 700 nm. P? sekunden systemet 680 nm. Ljus absorberas separat av dessa tv? fotosystem, och normal fotosyntes kr?ver att de deltar samtidigt. ?verf?ring l?ngs en kedja av b?rare involverar en serie redoxreaktioner d?r antingen en v?teatom eller elektroner ?verf?rs.

Det finns tv? typer av elektronfl?de:

· cyklisk

· icke-cyklisk.

Med ett cykliskt fl?de av elektroner fr?n en klorofyllmolekyl ?verf?rs till acceptorn fr?n klorofyllmolekylen och g?r tillbaka till den , med icke-cykliskt fl?de fotooxidation av vatten sker och elektron?verf?ring fr?n vatten till NADP Energin som frig?rs under redoxreaktioner anv?nds delvis f?r syntes av ATP.

Fotosystem I

Ljussk?rdande komplex I inneh?ller cirka 200 klorofyllmolekyler.

I det f?rsta fotosystemets reaktionscentrum finns en dimer av klorofyll a med ett absorptionsmaximum vid 700 nm (P700). Efter excitation av ett l?tt kvantum ?terst?ller det den prim?ra acceptorn - klorofyll a, som ?terst?ller den sekund?ra (vitamin K 1 eller fyllokinon), varefter elektronen ?verf?rs till ferredoxin, vilket minskar NADP med hj?lp av enzymet ferredoxin-NADP-reduktas.

Plastocyaninproteinet, reducerat i b 6 f-komplexet, transporteras till reaktionscentrumet i det f?rsta fotosystemet fr?n det intratylakoida utrymmet och ?verf?r en elektron till den oxiderade P700.

Fotosystem II

Ett fotosystem ?r en upps?ttning SSC:er, ett fotokemiskt reaktionscentrum och elektronb?rare. Ljussk?rdande komplex II inneh?ller 200 molekyler klorofyll a, 100 molekyler klorofyll b, 50 molekyler karotenoider och 2 molekyler feofytin. Reaktionscentrum f?r fotosystem II ?r ett pigment-proteinkomplex bel?get i tylakoidmembran och omgivet av SSC. Den inneh?ller en dimer av klorofyll a med ett absorptionsmaximum vid 680 nm (P680). Energin fr?n ett ljuskvantum fr?n SSC ?verf?rs slutligen till det, som ett resultat av vilket en av elektronerna flyttar till ett h?gre energitillst?nd, dess f?rbindelse med k?rnan f?rsvagas och den exciterade P680-molekylen blir ett starkt reduktionsmedel (E0 = -0,7 V).

P680 reducerar feofytin, sedan ?verf?rs elektronen till kinoner som ing?r i PS II och sedan till plastokinoner, transporteras i reducerad form till b6f-komplexet. En plastokinonmolekyl b?r 2 elektroner och 2 protoner, som tas fr?n stroma.

Fyllningen av elektronvakansen i P680-molekylen sker p? grund av vatten. PS II inneh?ller ett vattenoxiderande komplex som inneh?ller 4 manganjoner i det aktiva centret. F?r att bilda en syremolekyl kr?vs tv? vattenmolekyler, vilket ger 4 elektroner. D?rf?r utf?rs processen i 4 cykler och f?r dess fullst?ndiga implementering kr?vs 4 kvanta ljus. Komplexet ?r bel?get p? sidan av det intratylakoida utrymmet och de resulterande 4 protonerna sl?pps ut i det.

S?ledes ?r det totala resultatet av arbetet med PS II oxidationen av 2 vattenmolekyler med hj?lp av 4 ljuskvanter med bildning av 4 protoner i det intratylakoida utrymmet och 2 reducerade plastokinoner i membranet.

Fotosyntetisk fosforylering. Mekanismen f?r koppling av elektrontransport med bildandet av en transmembrangradient av elektrokemisk potential. Strukturell och funktionell organisation och funktionsmekanism f?r ATP-syntetaskomplexet.

Fotosyntetisk fosforylering- syntes av ATP fr?n ADP och oorganisk fosfor i kloroplaster, kopplat till ljusinducerad elektrontransport.

Enligt de tv? typerna av elektronfl?de s?rskiljs cyklisk och icke-cyklisk fotofosforylering.

?verf?ringen av elektroner l?ngs den cykliska fl?deskedjan ?r associerad med syntesen av tv? ATP-bindningar med h?g energi. All ljusenergi som absorberas av pigmentet i reaktionscentrumet i fotosystem I spenderas endast p? syntesen av ATP. Med cyklisk F. f. inga reducerande ekvivalenter f?r kolets kretslopp bildas och ingen O2 frig?rs. Cyklisk f. f. beskrivs av ekvationen:

Icke-cyklisk f. f. associerad med fl?det av elektroner fr?n vatten genom transport?rerna av fotosystem I och II NADP +. Ljusenergi i denna process lagras i h?genergibindningar av ATP, den reducerade formen av NADPH2 och molekyl?rt syre. Den ?vergripande ekvationen f?r en icke-cyklisk funktionell funktion. f?ljande:

Mekanismen f?r koppling av elektrontransport med bildandet av en transmembrangradient av elektrokemisk potential

Kemosmotisk teori. Elektronb?rare ?r asymmetriskt lokaliserade i membran. I detta fall alternerar elektronb?rare (cytokromer) med elektron- och protonb?rare (plastokinoner). Plastokinonmolekylen accepterar f?rst tv? elektroner: HRP + 2e - -> HRP -2.

Plastokinon ?r ett derivat av kinon, i ett helt oxiderat tillst?nd inneh?ller det tv? syreatomer kopplade till kolringen med dubbelbindningar. I ett helt reducerat tillst?nd kombineras syreatomerna i bensenringen med protoner: f?r att bilda en elektriskt neutral form: PX -2 + 2H + -> PCN 2. Protoner sl?pps ut i utrymmet i tylakoiden. S?lunda, n?r ett elektronpar ?verf?rs fr?n Chl 680 till Chl 700, inre utrymme protoner ackumuleras i tylakoider. Som ett resultat av den aktiva ?verf?ringen av protoner fr?n stroman till det intratylakoida utrymmet skapas en elektrokemisk potential av v?te (DmH +) p? membranet, som har tv? komponenter: kemisk DmH (koncentration), som resulterar fr?n j?mn f?rdelning H + joner p? olika sidor av membranet, och elektriska, p? grund av motsatt laddning p? olika sidor av membranet (p? grund av ansamling av protoner p? insidan av membranet).

__________________________________________________________________________

Strukturell och funktionell organisation och funktionsmekanism f?r ATP-syntetaskomplexet

Strukturell och funktionell organisation. Konjugeringen av protondiffusion genom membranet utf?rs av ett makromolekyl?rt enzymkomplex som kallas ATP-syntas eller kopplingsfaktor. Detta komplex ?r formad som en svamp och best?r av tv? delar - kopplingsfaktorer: en rund m?ssa F1 som sticker ut fr?n utanf?r membran (det katalytiska centrumet av enzymet ?r bel?get i det), och benen ?r neds?nkta i membranet. Membrandelen best?r av polypeptidsubenheter och bildar en protonkanal i membranet genom vilken v?tejoner kommer in i konjugationsfaktorn F1. F 1-proteinet ?r ett proteinkomplex som best?r av ett membran, samtidigt som det beh?ller f?rm?gan att katalysera hydrolysen av ATP. Isolerad F 1 kan inte syntetisera ATP. F?rm?gan att syntetisera ATP ?r en egenskap hos ett enda Fo-F1-komplex inb?ddat i membranet. Detta beror p? det faktum att arbetet med ATP-syntas under ATP-syntes ?r f?rknippat med ?verf?ringen av protoner genom det. Riktad transport av protoner ?r endast m?jlig om ATP-syntas ?r inb?ddat i membranet.

Funktionsmekanism. Det finns tv? hypoteser om mekanismen f?r fosforylering (direkt mekanism och indirekt). Enligt den f?rsta hypotesen binder fosfatgruppen och ADP till enzymet vid det aktiva st?llet f?r F1-komplexet. Tv? protoner r?r sig genom kanalen l?ngs koncentrationsgradienten och kombineras med fosfatsyren f?r att bilda vatten. Enligt den andra hypotesen (indirekt mekanism) kombineras ADP och oorganisk fosfor spontant i enzymets aktiva plats. Den resulterande ATP ?r dock h?rt bunden till enzymet, och energi kr?vs f?r att frig?ra det. Energi levereras av protoner, som binder till enzymet, ?ndrar dess konformation, varefter ATP fris?tts.

C4 fotosyntesv?g

C 4-v?g f?r fotosyntes eller Hatch-Slack-cykel

De australiska forskarna M. Hatch och K. Slack beskrev fotosyntesens C4-v?g, karakteristisk f?r tropiska och subtropiska v?xter av enhj?rtbladiga och tv?hj?rtbladiga v?xter av 16 familjer ( sockerr?r, majs, etc.). De flesta av de v?rsta ogr?sen ?r C4-v?xter, och de flesta gr?dor ?r C3-v?xter. Bladen p? dessa v?xter inneh?ller tv? typer av kloroplaster: vanliga i mesofyllcellerna och stora kloroplaster som inte har grana och fotosystem II i mantelcellerna som omger k?rlknippena.

I cytoplasman av mesofyllceller tills?tter fosfoenolpyruvatkarboxylas CO 2 till fosfoenolpyrodruvsyra och bildar oxalo?ttiksyra. Det transporteras till kloroplaster, d?r det reduceras till ?ppelsyra med deltagande av NADPH (NADP+-beroende malatdehydrogenasenzym). I n?rvaro av ammoniumjoner omvandlas oxalo?ttiksyra till asparaginsyra (enzymet aspartataminotransferas). ?ppelsyra och (eller) asparaginsyror passerar in i kloroplasterna i mantelcellerna och dekarboxyleras till pyrodruvsyra och CO 2 . CO 2 ing?r i Calvin-cykeln och pyrodruvsyra ?verf?rs till mesofyllceller, d?r den omvandlas till fosfoenolpyrodruvsyra.

Beroende p? vilken syra - malat eller aspartat - som transporteras in i mantelcellerna delas v?xter in i tv? typer: malat och aspartat. I mantelcellerna dekarboxyleras dessa C4-syror, vilket f?rekommer i olika v?xter sker med deltagande av olika enzymer: NADP+-beroende dekarboxylerande malatdehydrogenas (NADP+-MDH), NAD+-beroende dekarboxylerande malatdehydrogenas (?ppelsyraenzym, NAD+-MDH) och PEP-karboxykinas (PEP-KK). D?rf?r delas v?xter in i ytterligare tre undertyper: NADP + -MDG-v?xter, NAD + -MDG-v?xter, FEP-KK-v?xter.

Denna mekanism g?r att v?xter kan fotosyntetisera n?r de ?r st?ngda pga h?g temperatur stomata. Dessutom bildas produkterna fr?n Calvin-cykeln i kloroplasterna i mantelcellerna som omger k?rlknippena. Detta fr?mjar det snabba utfl?det av fotoassimilater och ?kar d?rmed intensiteten av fotosyntesen.

Fotosyntes enligt typen av Crassulaceae (suckulenter) ?r v?gen.

P? torra platser finns det suckulenta v?xter vars stomata ?r ?ppna p? natten och st?ngda p? dagen f?r att minska transpirationen. F?r n?rvarande finns denna typ av fotosyntes i representanter f?r 25 familjer.

I suckulenter (kaktusar och v?xter fr?n familjen Crassulaceae ( Crassulaceae) processerna f?r fotosyntes separeras inte i rymden, som i andra C4-v?xter, utan i tiden. Denna typ av fotosyntes kallas CAM-v?gen (crassulation acid metabolism). Stomata ?r vanligtvis st?ngda under dagen, vilket f?rhindrar f?rlust av vatten genom transpiration, och ?ppna p? natten. I m?rker kommer CO 2 in i bladen, d?r fosfoenolpyruvatkarboxylas kombinerar det med fosfoenolpyrodruvsyra och bildar oxalo?ttiksyra. Det reduceras av NADPH-beroende malatdehydrogenas till ?ppelsyra, som ackumuleras i vakuoler. Under dagen passerar ?ppelsyra fr?n vakuolen in i cytoplasman, d?r den dekarboxyleras f?r att bilda CO 2 och pyrodruvsyra. CO 2 diffunderar in i kloroplaster och g?r in i Calvin-cykeln.

S? den m?rka fasen av fotosyntesen ?r uppdelad i tid: CO 2 absorberas p? natten och ?terst?lls under dagen, malat bildas fr?n PAL, karboxylering i v?vnader sker tv? g?nger: PEP karboxyleras p? natten, RuBP karboxyleras p? dagen .

CAM-anl?ggningar ?r indelade i tv? typer: NADP-MDG-anl?ggningar, PEP-KK-anl?ggningar.

Liksom C4 ?r CAM-typen ytterligare, som tillf?r CO 2 till C3-cykeln i v?xter anpassade till livet under f?rh?llanden f?rh?jda temperaturer eller brist p? fukt. I vissa anl?ggningar fungerar denna cykel alltid, i andra fungerar den bara under ogynnsamma f?rh?llanden.

Fotorespiration.

Fotorespiration ?r en ljusaktiverad process f?r fris?ttning av CO 2 och absorption av O 2. (INTE RELATERAD TILL FOTOSYNTES ELLER ANDNING). Eftersom den prim?ra produkten av fotorespiration ?r glykolsyra, kallas det ocks? glykolatv?gen. Fotorespirationen ?kar med l?g CO 2 -halt och h?g O 2 -koncentration i luften. Under dessa f?rh?llanden katalyserar kinte karboxyleringen av ribulos-1,5-bisfosfat, utan dess klyvning till 3-fosfoglycerin- och 2-fosfoglykolsyror. Den senare defosforyleras f?r att bilda glykolsyra.

Glykolsyra passerar fr?n kloroplasten till peroxisomen, d?r den oxideras av glykolatoxidas till glyoxylsyra. Den resulterande v?teperoxiden s?nderdelas av katalas som finns i peroxisomen. Glyoxylsyra amineras f?r att bilda glycin. Glycin transporteras till mitokondrien, d?r serin syntetiseras fr?n tv? glycinmolekyler och CO 2 fris?tts.

Serin kan komma in i peroxisomen och, under inverkan av aminotransferas, ?verf?r aminogruppen till pyrodruvsyra f?r att bilda alanin, och omvandlas sj?lv till hydroxipyrodruvsyra. Den senare, med deltagande av NADPH, reduceras till glycerolsyra. Det g?r ?ver i kloroplaster, d?r det ing?r i Calvin-cykeln och 3 PHA bildas.

V?xtandning

En levande cell ?r en ?ppen energisystem, hon lever och beh?ller sin individualitet tack vare det konstanta energifl?det. S? snart detta tillfl?de upph?r, uppst?r desorganisering och d?d av kroppen. Energin fr?n solljus som lagras i organiskt material under fotosyntesen frig?rs igen och anv?nds f?r en m?ngd olika livsprocesser.

I naturen finns det tv? huvudprocesser under vilka energin fr?n solljus som lagras i organiskt material frig?rs: andning och j?sning. Andning ?r den aeroba oxidativa nedbrytningen av organiska f?reningar till enkla oorganiska f?reningar, ?tf?ljd av frig?ring av energi. Fermentering ?r en anaerob process f?r nedbrytning av organiska f?reningar till enklare, ?tf?ljd av frig?rande av energi. Vid andning ?r elektronacceptorn syre, vid fermentering organiska f?reningar.

Den ?vergripande ekvationen f?r andningsprocessen ?r:

С6Н1206 + 602 -> 6С02 + 6Н20 + 2824 kJ.

Andningsv?gar

Det finns tv? huvudsystem och tv? huvudv?gar f?r omvandling av andningssubstratet eller oxidation av kolhydrater:

1) glykolys + Krebs-cykel (glykolytisk); Denna v?g f?r andningsutbyte ?r den vanligaste och best?r i sin tur av tv? faser. Den f?rsta fasen ?r anaerob (glykolys), den andra fasen ?r aerob. Dessa faser ?r lokaliserade i olika cellfack. Den anaeroba fasen av glykolysen ?r i cytoplasman, den aeroba fasen ?r i mitokondrierna. Vanligtvis b?rjar andningens kemi ?verv?gas med glukos. Samtidigt finns det lite glukos i v?xtceller, eftersom slutprodukterna av fotosyntesen ?r sackaros som den huvudsakliga transportformen av socker i v?xten eller reservkolhydrater (st?rkelse, etc.). F?r att bli ett substrat f?r andning m?ste sackaros och st?rkelse d?rf?r hydrolyseras f?r att bilda glukos.

2) pentosfosfat (apotomiskt). De relativa rollerna f?r dessa andningsv?gar kan variera beroende p? v?xttyp, ?lder, utvecklingsstadium och beroende p? milj?faktorer. Processen f?r v?xtandning f?rekommer i alla yttre f?rh?llanden, d?r livet ?r m?jligt. V?xtorganismen har inga anpassningar f?r att reglera temperaturen, s? andningsprocessen sker vid temperaturer fr?n -50 till +50°C. V?xter saknar ocks? anpassningar f?r att uppr?tth?lla enhetlig f?rdelning av syre genom alla v?vnader. Det var behovet av att utf?ra andningsprocessen under olika f?rh?llanden som ledde till utvecklingen i utvecklingsprocessen av olika respiratoriska metaboliska v?gar och till en ?nnu st?rre variation av enzymsystem som utf?r enskilda stadier av andning. Det ?r viktigt att notera sammankopplingen av alla metaboliska processer i kroppen. Att ?ndra den respiratoriska metaboliska v?gen leder till djupg?ende f?r?ndringar i hela v?xternas metabolism.

Energi

11 ATP bildas som ett resultat av arbetet av CK och respiratoriska och 1 ATP som ett resultat av substratfosforylering. Under denna reaktion bildas en molekyl av GTP (refosforyleringsreaktionen leder till bildandet av ATP).

1 oms?ttning av CK under aeroba f?rh?llanden leder till bildandet av 12 ATP

Integrativ

P? niv?n av CK kombineras katabolismv?garna f?r proteiner, fetter och kolhydrater. Krebs-cykeln ?r en central metabolisk v?g som kombinerar nedbrytnings- och syntesprocesserna v?sentliga komponenter celler.

Amfibolisk

Metaboliter av CK ?r nyckeln, p? deras niv? kan de byta fr?n en typ av metabolism till en annan.

13.ETC: Komponentlokalisering. Mekanismen f?r oxidativ fosforylering. Mitchells kemiosmotiska teori.

Elektron transport kedja- detta ?r en kedja av redoxmedel som p? ett visst s?tt finns i kloroplasternas membran och som utf?r fotoinducerad elektrontransport fr?n vatten till NADP+. Drivkraften f?r elektrontransport genom fotosyntesens ETC ?r redoxreaktioner i reaktionscentra (RC) i tv? fotosystem (PS). Den prim?ra separationen av laddningar i PS1 RC leder till bildandet av ett starkt reduktionsmedel A0, vars redoxpotential s?kerst?ller minskningen av NADP + genom en kedja av mellanliggande b?rare. I RC PS2 leder fotokemiska reaktioner till bildandet av ett starkt oxidationsmedel P680, vilket orsakar en rad redoxreaktioner som leder till oxidation av vatten och frig?ring av syre. Reduktionen av P700 som bildas i PS1 RC sker p? grund av elektroner som mobiliseras fr?n vatten av fotosystem II, med deltagande av mellanliggande elektronb?rare (plastokinoner, redoxkofaktorer av cytokromkomplexet och plastocyanin). I motsats till de prim?ra fotoinducerade reaktionerna av laddningsseparation i reaktionscentra, som g?r emot den termodynamiska gradienten, sker elektron?verf?ring i andra delar av ETC l?ngs gradienten av redoxpotentialen och ?tf?ljs av frig?randet av energi, som anv?nds f?r att syntes av ATP.

Komponenterna i mitokondriella ETC ?r ordnade i f?ljande ordning:

Ett par elektroner fr?n NADH eller succinat ?verf?rs l?ngs ETC till syre, som reduceras och l?gger till tv? protoner, bildar vatten.

Definition och allm?nna egenskaper f?r fotosyntes, betydelsen av fotosyntes

FOTOSYNTES ?r processen f?r bildning av organiska ?mnen fr?n CO2 och H2O i ljuset, med deltagande av fotosyntetiska pigment.

Ur biokemisk synvinkel, fotosyntes ?r redoxprocess f?r omvandling av stabila molekyler av oorganiska ?mnen CO2 och H2O till molekyler av organiska ?mnen – kolhydrater.

generella egenskaper

6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + O2

Processen f?r fotosyntes best?r av tv? faser och flera stadier som sker sekventiellt.

I Ljusfas

1. Fotofysiskt stadium– f?rekommer i det inre membranet av kloroplaster och ?r f?rknippat med absorption av solenergi av pigmentsystem.

2. Fotokemiskt stadium- sker i kloroplasternas inre membran och ?r f?rknippad med omvandling av solenergi till kemisk energi ATP och NADPH2 och fotolys av vatten.

II M?rk fas

3. Biokemiskt stadium eller Calvin-cykel- ?ger rum i kloroplasternas stroma. I detta skede reduceras koldioxid till kolhydrater.

MENANDE

1. S?kerst?lla konstansen av CO2 i luften. Bindningen av CO 2 under fotosyntesen kompenserar till stor del f?r dess fris?ttning som ett resultat av andra processer (andning, fermentering, vulkanisk aktivitet, m?nsklighetens industriella aktivitet).

2. Hindrar utveckling v?xthuseffekt. En del solljus reflekteras fr?n jordens yta i form av v?rme infrar?da str?lar. CO 2 absorberar infrar?d str?lning och d?rigenom beh?ller v?rmen p? jorden. En ?kning av CO 2 -halten i atmosf?ren kan bidra till en temperaturh?jning, det vill s?ga skapa en v?xthuseffekt. Men det h?ga inneh?llet av CO 2 i luften aktiverar fotosyntesen och d?rf?r kommer koncentrationen av CO 2 i luften att minska igen.

3. Ansamling av syre i atmosf?ren. Till en b?rjan fanns det v?ldigt lite syre i jordens atmosf?r. Nu ?r dess inneh?ll 21 volymprocent luft. I grund och botten ?r detta syre en produkt av fotosyntes.

4. Ozonsk?rm. Ozon (O 3) bildas som ett resultat av fotodissociation av syremolekyler under inverkan av solstr?lning p? ca 25 km h?jd. Skyddar allt liv p? jorden fr?n destruktiva str?lar.

Fotosyntes ?r den process som resulterar i att v?xtceller och vissa typer av bakterier bildar och frig?r syre.

Grundl?ggande koncept

Fotosyntes ?r inget annat ?n en kedja av unika fysiska och kemiska reaktioner. Vad best?r den av? Gr?na v?xter, liksom vissa bakterier, absorberar solljus och omvandlar dem till elektromagnetisk energi. Slutresultatet av fotosyntes ?r energin av kemiska bindningar av olika organiska f?reningar.

I en v?xt som uts?tts f?r solljus sker redoxreaktioner i en viss sekvens. Vatten och v?te, som ?r donatorreducerande medel, r?r sig i form av elektroner till det acceptoroxiderande medlet (koldioxid och acetat). Som ett resultat bildas reducerade kolhydratf?reningar, liksom syre, som frig?rs av v?xter.

Historien om studien av fotosyntes

Under m?nga ?rtusenden var m?nniskan ?vertygad om att en v?xts n?ring sker genom dess rotsystem genom jorden. I b?rjan av 1500-talet genomf?rde den holl?ndska naturforskaren Jan Van Helmont ett experiment med att odla en v?xt i en kruka. Efter att ha v?gt jorden f?re plantering och efter att plantan n?tt en viss storlek, drog han slutsatsen att alla representanter f?r floran fick n?ring huvudsakligen fr?n vatten. Forskare h?ll fast vid denna teori under de kommande tv? ?rhundradena.

Ett ov?ntat men korrekt antagande om v?xtn?ring gjordes 1771 av den engelske kemisten Joseph Priestley. Experimenten han genomf?rde bevisade ?vertygande att v?xter ?r kapabla att rena luft som tidigare var ol?mplig f?r m?nsklig andning. N?got senare drogs slutsatsen att dessa processer ?r om?jliga utan medverkan av solljus. Forskare har funnit att gr?na v?xtblad g?r mer ?n att bara omvandla koldioxiden de f?r till syre. Utan denna process ?r deras liv om?jligt. Tillsammans med vatten och mineralsalter fungerar koldioxid som f?da f?r v?xter. Detta ?r den huvudsakliga betydelsen av fotosyntes f?r alla representanter f?r floran.

Syrets roll f?r livet p? jorden

Experimenten som utf?rdes av den engelske kemisten Priestley hj?lpte m?nskligheten att f?rklara varf?r luften p? v?r planet fortfarande andas. Livet uppr?tth?lls trots allt stor m?ngd levande organismer och f?rbr?nning av otaliga ljus.

Livets uppkomst p? jorden f?r miljarder ?r sedan var helt enkelt om?jligt. Atmosf?ren p? v?r planet inneh?ll inte fritt syre. Allt f?r?ndrades med v?xternas tillkomst. Allt syre i atmosf?ren idag ?r resultatet av fotosyntes som sker i gr?na blad. Denna process f?r?ndrade jordens utseende och gav impulser till livets utveckling. Denna ov?rderliga betydelse av fotosyntes ins?gs fullt ut av m?nskligheten f?rst i slutet av 1700-talet.

Det ?r inte en ?verdrift att s?ga att sj?lva existensen av m?nniskor p? v?r planet beror p? tillst?ndet i v?xtv?rlden. Vikten av fotosyntes ligger i dess ledande roll f?r f?rekomsten av olika biosf?rprocesser. I p? global skala Denna fantastiska fysikalisk-kemiska reaktion leder till bildandet av organiska ?mnen fr?n oorganiska.

Klassificering av fotosyntesprocesser

Tre viktiga reaktioner intr?ffar i ett gr?nt blad. De representerar fotosyntes. Tabellen d?r dessa reaktioner registreras anv?nds i studiet av biologi. Dess linjer inkluderar:

Fotosyntes;
- gasutbyte;
- avdunstning av vatten.

De fysikalisk-kemiska reaktioner som uppst?r i v?xten under dagsljus till?ter gr?na blad att frig?ra koldioxid och syre. I m?rker - bara den f?rsta av dessa tv? komponenter.

Syntesen av klorofyll i vissa v?xter sker ?ven i l?g och diffus belysning.

Huvudstadier

Det finns tv? faser av fotosyntes, som ?r n?ra besl?ktade med varandra. I det f?rsta steget omvandlas ljusstr?larnas energi till h?genergif?reningar ATP och universella reduktionsmedel NADPH. Dessa tv? element ?r de prim?ra produkterna av fotosyntesen.

I det andra (m?rka) steget anv?nds den resulterande ATP och NADPH f?r att fixera koldioxid tills den reduceras till kolhydrater. Fotosyntesens tv? faser skiljer sig inte bara ?t i tid. De f?rekommer ocks? i olika utrymmen. F?r alla som studerar ?mnet "fotosyntes" i biologi, kommer en tabell med en exakt indikation p? egenskaperna f?r de tv? faserna att hj?lpa till att f? en mer exakt f?rst?else av processen.

Mekanism f?r syreproduktion

N?r v?xter absorberar koldioxid, syntetiseras n?rings?mnen. Denna process utf?rs i gr?na pigment som kallas klorofyller, under p?verkan av solstr?lar. Huvudkomponenterna i denna fantastiska reaktion ?r:

Ljus;
- kloroplaster;
- vatten;
- koldioxid;
- temperatur.

Sekvens av fotosyntes

V?xter producerar syre i etapper. Huvudstadierna i fotosyntesen ?r f?ljande:

Absorption av ljus av klorofyller;
- uppdelning av vatten som erh?lls fr?n jord i syre och v?te av kloroplaster (intracellul?ra organeller av gr?nt pigment);
- f?rflyttning av en del av syre till atmosf?ren och den andra f?r v?xternas andningsprocessen;
- bildning av sockermolekyler i proteingranulat (pyrenoider) hos v?xter;
- produktion av st?rkelse, vitaminer, fetter etc. som ett resultat av att blanda socker med kv?ve.

Trots att fotosyntesen kr?ver solljus kan denna reaktion ?ven ske under artificiellt ljus.

Florans roll f?r jorden

De grundl?ggande processerna som f?rekommer i ett gr?nt blad har redan studerats ganska fullst?ndigt av biologin. Fotosyntesens betydelse f?r biosf?ren ?r enorm. Detta ?r den enda reaktionen som leder till en ?kning av m?ngden fri energi.

Under fotosyntesen bildas etthundrafemtio miljarder ton organiska ?mnen varje ?r. Dessutom sl?pper v?xter under denna period n?stan 200 miljoner ton syre. I detta avseende kan det h?vdas att fotosyntesens roll ?r enorm f?r hela m?nskligheten, eftersom denna process fungerar som den huvudsakliga energik?llan p? jorden.

I processen med en unik fysikalisk-kemisk reaktion sker cykeln av kol, syre och m?nga andra element. Detta inneb?r en annan viktig betydelse av fotosyntes i naturen. Denna reaktion uppr?tth?ller en viss sammans?ttning av atmosf?ren d?r liv p? jorden ?r m?jligt.

En process som sker i v?xter begr?nsar m?ngden koldioxid, vilket f?rhindrar att den ackumuleras i ?kade koncentrationer. Detta ?r ocks? en viktig roll f?r fotosyntesen. P? jorden tack gr?na v?xter den s? kallade v?xthuseffekten skapas inte. Flora skyddar p? ett tillf?rlitligt s?tt v?r planet fr?n ?verhettning.

Flora som bas f?r n?ring

Fotosyntesens roll f?r skog och Lantbruk. Gr?nsaksv?rlden?r en n?ringsbas f?r alla heterotrofa organismer. Men betydelsen av fotosyntes ligger inte bara i absorptionen av koldioxid av gr?na blad och produktionen av s?dana. f?rdig produkt unik reaktion som socker. V?xter ?r kapabla att omvandla kv?ve- och svavelf?reningar till ?mnen som utg?r deras kroppar.

Hur g?r det till? Vilken betydelse har fotosyntes i v?xtlivet? Denna process utf?rs genom att v?xten producerar nitratjoner. Dessa element finns i markvatten. De kommer in i v?xten genom rotsystemet. Cellerna i en gr?n organism bearbetar nitratjoner till aminosyror, som utg?r proteinkedjor. Processen f?r fotosyntes producerar ocks? fettkomponenter. De ?r viktiga reserv?mnen f?r v?xter. S?ledes inneh?ller fr?na av m?nga frukter n?ringsrik olja. Denna produkt ?r ocks? viktig f?r m?nniskor, eftersom den anv?nds inom livsmedels- och jordbruksindustrin.

Fotosyntesens roll i v?xtodlingen

I jordbruksf?retagens v?rldspraxis anv?nds resultaten av att studera de grundl?ggande m?nstren f?r v?xtutveckling och tillv?xt i stor utstr?ckning. Som ni vet ?r grunden f?r v?xtbildning fotosyntes. Dess intensitet beror i sin tur p? vattenregim gr?dor, s?v?l som fr?n deras mineraln?ring. Hur uppn?r en person en ?kning av gr?dansitet och bladstorlek s? att v?xten utnyttjar solens energi maximalt och tar koldioxid fr?n atmosf?ren? F?r att uppn? detta optimeras f?ruts?ttningarna f?r mineraln?ring och vattenf?rs?rjning till jordbruksgr?dor.

Det har bevisats vetenskapligt att avkastningen beror p? omr?det f?r gr?na blad, s?v?l som p? intensiteten och varaktigheten av de processer som sker i dem. Men samtidigt leder en ?kning av gr?dansiteten till skuggning av bladen. Solljus kan inte tr?nga igenom dem, och p? grund av d?lig ventilation luftmassor koldioxid kommer in i sm? volymer. Som ett resultat av detta minskar aktiviteten i fotosyntesprocessen och v?xternas produktivitet minskar.

Fotosyntesens roll f?r biosf?ren

Enligt de mest grova uppskattningarna ?r det bara autotrofa v?xter som lever i v?rldshavets vatten som ?rligen omvandlar fr?n 20 till 155 miljarder ton kol till organiskt material. Och detta trots att solstr?larnas energi endast anv?nds av dem med 0,11%. R?rande landv?xter, d? absorberar de ?rligen fr?n 16 till 24 miljarder ton kol. Alla dessa data indikerar p? ett ?vertygande s?tt hur viktig fotosyntes ?r i naturen. Endast som ett resultat av denna reaktion fylls atmosf?ren p? med molekyl?rt syre n?dv?ndigt f?r livet, vilket ?r n?dv?ndigt f?r f?rbr?nning, andning och olika produktionsverksamhet. Vissa forskare tror att n?r koldioxidniv?erna i atmosf?ren ?kar ?kar fotosynteshastigheten. Samtidigt fylls atmosf?ren p? med saknat syre.

Fotosyntesens kosmiska roll

Gr?na v?xter ?r mellanh?nder mellan v?r planet och solen. De f?ngar den himmelska kroppens energi och s?kerst?ller att det finns liv p? v?r planet.

Fotosyntes ?r en process som kan diskuteras i kosmisk skala, eftersom den en g?ng bidrog till omvandlingen av bilden av v?r planet. Tack vare reaktionen som sker i gr?na l?v f?rsvinner inte solens str?lar i rymden. Det f?rvandlas till kemisk energi av nybildade organiska ?mnen.

Det m?nskliga samh?llet beh?ver fotosyntesens produkter inte bara f?r mat, utan ocks? f?r ekonomiska aktiviteter.

Men inte bara de solstr?larna som faller p? v?r jord f?r n?rvarande ?r viktiga f?r m?nskligheten. De fotosyntesprodukter som erh?lls f?r miljontals ?r sedan ?r extremt n?dv?ndiga f?r liv och produktionsaktiviteter. De ?r bel?gna i planetens tarmar i form av lager kol, br?nnbar gas och olja, torvavlagringar.

Fotosyntes ?r en upps?ttning processer f?r att forma ljusenergi till energin av kemiska bindningar av organiska ?mnen med deltagande av fotosyntetiska f?rg?mnen.

Denna typ av n?ring ?r karakteristisk f?r v?xter, prokaryoter och vissa typer av encelliga eukaryoter.

Under naturlig syntes omvandlas kol och vatten, i samverkan med ljus, till glukos och fritt syre:

6CO2 + 6H2O + ljusenergi -> C6H12O6 + 6O2

Modern v?xtfysiologi f?rst?r begreppet fotosyntes som en fotoautotrofisk funktion, vilket ?r en upps?ttning processer f?r absorption, omvandling och anv?ndning av ljusenergikvanta i olika icke-spontana reaktioner, inklusive omvandlingen av koldioxid till organiskt material.

Faser

Fotosyntes i v?xter f?rekommer i blad genom kloroplaster- Halvautonoma dubbelmembranorganeller som tillh?r klassen plastider. Den platta formen p? pl?tarna s?kerst?ller h?gkvalitativ absorption och fullt utnyttjande av ljusenergi och koldioxid. Vattnet som beh?vs f?r naturlig syntes kommer fr?n r?tterna genom vattenledande v?vnad. Gasutbyte sker genom diffusion genom stomata och delvis genom nagelbandet.

Kloroplaster ?r fyllda med f?rgl?st stroma och penetreras av lameller, som n?r de f?rbinds med varandra bildar tylakoider. Det ?r i dem som fotosyntesen sker. Cyanobakterier sj?lva ?r kloroplaster, s? apparaten f?r naturlig syntes i dem ?r inte separerad i en separat organell.

Fotosyntesen forts?tter med deltagande av pigment, som vanligtvis ?r klorofyller. Vissa organismer inneh?ller ett annat pigment, en karotenoid eller fykobilin. Prokaryoter har pigmentet bakterioklorofyll, och dessa organismer sl?pper inte syre efter att naturlig syntes ?r avslutad.

Fotosyntesen g?r igenom tv? faser - ljus och m?rk. Var och en av dem k?nnetecknas av vissa reaktioner och interagerande ?mnen. L?t oss ta en n?rmare titt p? processen f?r fotosyntesens faser.

Ljus

F?rsta fasen av fotosyntesen k?nnetecknas av bildningen av h?genergiprodukter, som ?r ATP, den cellul?ra energik?llan, och NADP, reduktionsmedlet. I slutet av steget produceras syre som en biprodukt. Ljusstadiet uppst?r n?dv?ndigtvis med solljus.

Processen f?r fotosyntes sker i tylakoidmembran med deltagande av elektrontransportproteiner, ATP-syntetas och klorofyll (eller annat pigment).

Funktionen hos elektrokemiska kedjor, genom vilka elektroner och delvis v?teprotoner ?verf?rs, bildas i komplexa komplex som bildas av pigment och enzymer.

Beskrivning av l?ttfasprocessen:

1. N?r den uts?tts f?r solljus pl?tplattor v?xtorganismer klorofyllelektroner exciteras i plattornas struktur;
2. I aktivt tillst?nd l?mnar partiklarna pigmentmolekylen och landar p? utsidan av tylakoiden, som ?r negativt laddad. Detta sker samtidigt med oxidation och efterf?ljande reduktion av klorofyllmolekyler, som tar bort n?sta elektroner fr?n vattnet som kommer in i bladen;
3. Sedan sker fotolys av vatten med bildning av joner, som donerar elektroner och omvandlas till OH-radikaler som kan delta i ytterligare reaktioner;
4. Dessa radikaler kombineras sedan f?r att bilda vattenmolekyler och fritt syre som sl?pps ut i atmosf?ren;
5. Tylakoidmembranet f?rv?rvar p? ena sidan Positiv laddning p? grund av v?tejonen, och ? den andra - negativ p? grund av elektroner;
6. N?r en skillnad p? 200 mV uppn?s mellan membranets sidor passerar protoner genom enzymet ATP-syntetas, vilket leder till omvandlingen av ADP till ATP (fosforyleringsprocess);
7. Med det atom?ra v?tet frigjort fr?n vatten reduceras NADP + till NADP H2;

Medan fritt syre sl?pps ut i atmosf?ren under reaktioner deltar ATP och NADP H2 i den m?rka fasen av naturlig syntes.

M?rk

En obligatorisk komponent f?r detta steg ?r koldioxid, som v?xter st?ndigt absorberar fr?n den yttre milj?n genom stomata i l?ven. De m?rka fasprocesserna ?ger rum i kloroplastens stroma. Eftersom det i detta skede inte kr?vs mycket solenergi och det kommer att produceras tillr?ckligt med ATP och NADP H2 under ljusfasen, kan reaktioner i organismer ske b?de dag och natt. Processer i detta skede sker snabbare ?n i det f?reg?ende.

Helheten av alla processer som sker i den m?rka fasen presenteras i form av en unik kedja av sekventiella omvandlingar av koldioxid som kommer fr?n den yttre milj?n:

1. Den f?rsta reaktionen i en s?dan kedja ?r fixeringen av koldioxid. N?rvaron av enzymet RiBP-karboxylas bidrar till det snabba och smidiga reaktionsf?rloppet, vilket resulterar i bildandet av en f?rening med sex kolatomer som bryts ner till 2 molekyler fosfoglycerinsyra;
2. Sedan uppst?r en ganska komplex cykel, inklusive ett visst antal reaktioner, efter fullbordandet av vilka fosfoglycerinsyra omvandlas till naturligt socker - glukos. Denna process kallas Calvin-cykeln;

Tillsammans med socker sker ocks? bildning av fettsyror, aminosyror, glycerol och nukleotider.

K?rnan i fotosyntesen

Fr?n tabellen som j?mf?r de ljusa och m?rka faserna av naturlig syntes kan du kort beskriva essensen av var och en av dem. Den l?tta fasen intr?ffar i kloroplastens grana med obligatoriskt inf?rande av ljusenergi i reaktionen. Reaktionerna involverar komponenter som elektron?verf?ringsproteiner, ATP-syntetas och klorofyll, som n?r de interagerar med vatten bildar fritt syre, ATP och NADP H2. F?r den m?rka fasen, som f?rekommer i kloroplastens stroma, ?r solljus inte n?dv?ndigt. ATP och NADP H2 som erh?llits i f?reg?ende steg, n?r de interagerar med koldioxid, bildar naturligt socker (glukos).

Som framg?r av ovanst?ende f?refaller fotosyntesen vara ett ganska komplext och flerstegsfenomen, inklusive m?nga reaktioner som involverar olika ?mnen. Som ett resultat av naturlig syntes erh?lls syre, vilket ?r n?dv?ndigt f?r andning av levande organismer och deras skydd mot ultraviolett str?lning genom bildandet av ozonskiktet.