Fotosinteza - një sistem unik i proceseve për krijimin e substancave organike nga substancat inorganike me ndihmën e klorofilit dhe energjisë së dritës dhe lëshimit të oksigjenit në atmosferë, i zbatuar në një shkallë të madhe në tokë dhe në ujë.
Të gjitha proceset e fazës së errët të fotosintezës zhvillohen pa konsumim të drejtpërdrejtë të dritës, por substancat me energji të lartë (ATP dhe NADPH), të cilat formohen me pjesëmarrjen e energjisë së dritës gjatë fazës së dritës të fotosintezës, luajnë një rol të rëndësishëm në to. Gjatë fazës së errët, energjia e lidhjeve makroenergjetike ATP shndërrohet në energji kimike të përbërjeve organike të molekulave të karbohidrateve. Kjo do të thotë se energjia e dritës së diellit ruhet, si të thuash, në lidhjet kimike midis atomeve të substancave organike, gjë që ka një rëndësi të madhe në energjinë e biosferës dhe veçanërisht për jetën e të gjithë popullsisë së gjallë të planetit tonë.
Fotosinteza ndodh në kloroplastet e qelizës dhe është sinteza e karbohidrateve në qelizat që përmbajnë klorofil, e cila ndodh me konsumimin e energjisë nga rrezet e diellit. Të bëjë dallimin ndërmjet fazave të lehta dhe të ritmit të fotosintezës. Faza e dritës, me konsumimin e drejtpërdrejtë të kuanteve të dritës, i siguron procesit të sintezës energjinë e nevojshme në formën e NADH dhe ATP. Faza e errët - pa pjesëmarrjen e dritës, por përmes një sërë reaksionesh kimike (Cikli Calvin) siguron formimin e karbohidrateve, kryesisht glukozës. Rëndësia e fotosintezës në biosferë është e madhe.
Në këtë faqe materiale për temat:
Fazat e lehta dhe të errëta të fotosintezës abstrakte
Zgjidhja e testit të fotosintezës së fazës së errët
Faza e lehtë dhe proceset e errëta
Raport mbi fazën e errët të fotosintezës
Reaksionet e lehta të fotosintezës ndodhin në
Pyetje rreth këtij materiali:
Çdo gjallesë në planet ka nevojë për ushqim ose energji për të mbijetuar. Disa organizma ushqehen me krijesa të tjera, ndërsa të tjerët mund të prodhojnë lëndët e tyre ushqyese. ata vetë prodhojnë ushqim, glukozë, në një proces të quajtur fotosintezë.
Fotosinteza dhe frymëmarrja janë të ndërlidhura. Rezultati i fotosintezës është glukoza, e cila ruhet si energji kimike në. Kjo energji kimike e ruajtur vjen nga shndërrimi i karbonit inorganik (dioksidi i karbonit) në karbon organik. Procesi i frymëmarrjes çliron energjinë kimike të ruajtur.
Përveç ushqimeve që prodhojnë, bimët kanë nevojë edhe për karbon, hidrogjen dhe oksigjen për të mbijetuar. Uji i thithur nga toka siguron hidrogjen dhe oksigjen. Gjatë fotosintezës, karboni dhe uji përdoren për të sintetizuar ushqimin. Bimët gjithashtu kanë nevojë për nitrate për të prodhuar aminoacide (një aminoacid është një përbërës në prodhimin e proteinave). Përveç kësaj, ata kanë nevojë për magnez për të prodhuar klorofil.
Shënimi: Gjallesat që varen nga ushqime të tjera quhen. Barngrënësit si lopët si dhe bimët që hanë insekte janë shembuj të heterotrofëve. Gjërat që prodhojnë ushqimin e tyre quhen. Bimët e gjelbra dhe algat janë shembuj të autotrofeve.
Në këtë artikull, do të mësoni më shumë se si ndodh fotosinteza në bimë dhe kushtet e nevojshme për këtë proces.
Përcaktimi i fotosintezës
Fotosinteza është procesi kimik me të cilin bimët, disa dhe algat prodhojnë glukozë dhe oksigjen nga dioksidi i karbonit dhe uji, duke përdorur vetëm dritën si burim energjie.
Ky proces është jashtëzakonisht i rëndësishëm për jetën në Tokë, sepse falë tij çlirohet oksigjeni, nga i cili varet e gjithë jeta.
Pse bimët kanë nevojë për glukozë (ushqim)?
Ashtu si njerëzit dhe gjallesat e tjera, edhe bimët kanë nevojë për ushqim për t'i mbajtur ato gjallë. Vlera e glukozës për bimët është si më poshtë:
- Glukoza nga fotosinteza përdoret gjatë frymëmarrjes për të çliruar energjinë që i nevojitet bimës për procese të tjera jetësore.
- Qelizat bimore gjithashtu konvertojnë një pjesë të glukozës në niseshte, e cila përdoret sipas nevojës. Për këtë arsye, bimët e ngordhura përdoren si biomasë sepse ruajnë energji kimike.
- Glukoza është gjithashtu e nevojshme për të prodhuar kimikate të tjera si proteinat, yndyrat dhe sheqernat bimore, të cilat nevojiten për rritjen dhe proceset e tjera të rëndësishme.
Fazat e fotosintezës
Procesi i fotosintezës ndahet në dy faza: të lehta dhe të errëta.
Faza e lehtë e fotosintezës
Siç sugjeron emri, fazat e dritës kanë nevojë për rrezet e diellit. Në reaksionet e varura nga drita, energjia e dritës së diellit absorbohet nga klorofili dhe shndërrohet në energji kimike të ruajtur në formën e një molekule bartëse të elektroneve NADPH (nikotinamid adenine dinukleotid fosfat) dhe një molekule energjie ATP (adenozinë trifosfat). Fazat e lehta ndodhin në membranat tilakoid brenda kloroplastit.
Faza e errët e fotosintezës ose cikli i Kalvinit
Në fazën e errët ose ciklin Calvin, elektronet e ngacmuara nga faza e dritës sigurojnë energji për formimin e karbohidrateve nga molekulat e dioksidit të karbonit. Fazat e pavarura nga drita quhen ndonjëherë cikli Calvin për shkak të natyrës ciklike të procesit.
Megjithëse fazat e errëta nuk përdorin dritën si reagent (dhe si rezultat, mund të ndodhin ditën ose natën), ato kanë nevojë për produktet e reaksioneve të varura nga drita për të funksionuar. Molekulat e pavarura nga drita varen nga molekulat bartëse të energjisë - ATP dhe NADPH - për të krijuar molekula të reja karbohidratesh. Pas transferimit të energjisë, molekulat e bartësve të energjisë kthehen në fazat e dritës për të marrë elektrone më energjike. Përveç kësaj, disa enzima të fazës së errët aktivizohen nga drita.
Diagrami fazor i fotosintezës
Shënimi: Kjo do të thotë që fazat e errëta nuk do të vazhdojnë nëse bimët janë të privuar nga drita për një kohë të gjatë, pasi ato përdorin produkte të fazës së lehtë.
Struktura e gjetheve të bimës
Ne nuk mund ta studiojmë plotësisht fotosintezën pa ditur më shumë për strukturën e gjethes. Gjethja është përshtatur për të luajtur një rol jetik në procesin e fotosintezës.
Struktura e jashtme e gjetheve
- Sheshi
Një nga karakteristikat më të rëndësishme të bimëve është sipërfaqja e madhe e gjetheve. Shumica e bimëve jeshile kanë gjethe të gjera, të sheshta dhe të hapura që mund të kapin aq energji diellore (dritë dielli) sa nevojitet për fotosintezën.
- Vena qendrore dhe bisht i gjethes
Vena qendrore dhe bisht i gjethes bashkohen dhe formojnë bazën e gjethes. Bishtaja e vendos gjethen në mënyrë që të marrë sa më shumë dritë.
- Teh i gjethes
Gjethet e thjeshta kanë një pllakë gjethe, ndërsa gjethet komplekse kanë disa. Tehu i gjethes është një nga komponentët më të rëndësishëm të gjethes, i cili është i përfshirë drejtpërdrejt në procesin e fotosintezës.
- Venat
Një rrjet venash në gjethe e çon ujin nga kërcejtë te gjethet. Glukoza e çliruar drejtohet edhe në pjesë të tjera të bimës nga gjethet përmes venave. Përveç kësaj, këto pjesë të fletës mbështesin dhe e mbajnë pllakën prej llamarine të sheshtë për të kapur më shumë rrezet e diellit. Vendndodhja e venave (venimi) varet nga lloji i bimës.
- Baza e fletës
Baza e gjethes është pjesa më e ulët e saj, e cila është e artikuluar me kërcellin. Shpesh, një numër i çiftëzuar stipulash ndodhet në bazën e gjethes.
- Skaji i fletës
Në varësi të llojit të bimës, skaji i gjethes mund të ketë një formë të ndryshme, duke përfshirë: buzë të plota, të dhëmbëzuara, të dhëmbëzuara, të dhëmbëzuara, të kripura, etj.
- Maja e gjethes
Ashtu si buza e gjethes, maja vjen në forma të ndryshme, duke përfshirë: të mprehtë, të rrumbullakosur, të mpirë, të zgjatur, të tërhequr, etj.
Struktura e brendshme e gjetheve
Më poshtë është një diagram i ngjashëm i strukturës së brendshme të indeve të gjetheve:
- Kutikula
Kutikula vepron si shtresa kryesore mbrojtëse në sipërfaqen e bimës. Zakonisht është më i trashë në pjesën e sipërme të fletës. Kutikula është e mbuluar me një substancë të ngjashme me dyllin që mbron bimën nga uji.
- Epidermë
Epiderma është shtresa e qelizave që është indi integrues i gjethes. Funksioni i tij kryesor është të mbrojë indet e brendshme të gjethes nga dehidratimi, dëmtimet mekanike dhe infeksionet. Ai gjithashtu rregullon procesin e shkëmbimit të gazit dhe transpirimit.
- Mezofili
Mezofila është indi kryesor bimor. Këtu zhvillohet procesi i fotosintezës. Në shumicën e bimëve, mezofila ndahet në dy shtresa: e sipërmja është e mbuluar dhe ajo e poshtme është sfungjer.
- Qelizat mbrojtëse
Qelizat mbrojtëse janë qeliza të specializuara në epidermën e gjetheve që përdoren për të kontrolluar shkëmbimin e gazit. Ata kanë një funksion mbrojtës për stomatat. Poret stomatale bëhen të mëdha kur uji është i lirë; përndryshe, qelizat mbrojtëse bëhen të dobëta.
- Stoma
Fotosinteza varet nga depërtimi i dioksidit të karbonit (CO2) nga ajri përmes stomatave në indin mezofil. Oksigjeni (O2), i prodhuar si nënprodukt i fotosintezës, e lë bimën përmes stomatës. Kur stomatat janë të hapura, uji humbet nga avullimi dhe duhet të plotësohet përmes rrjedhës së transpirimit me ujë të përthithur nga rrënjët. Bimët detyrohen të balancojnë sasinë e CO2 të absorbuar nga ajri dhe humbjen e ujit përmes poreve stomatale.
Kushtet për fotosintezën
Më poshtë janë kushtet që u duhen bimëve për të kryer procesin e fotosintezës:
- Dioksid karboni. Një gaz natyror pa ngjyrë, pa erë që gjendet në ajër dhe ka emërtimin shkencor CO2. Formohet kur karboni dhe komponimet organike digjen, dhe gjithashtu ndodh gjatë frymëmarrjes.
- Uji... Një kimikat i lëngshëm i pastër, pa erë dhe pa shije (në kushte normale).
- Drita. Ndërsa drita artificiale është gjithashtu e përshtatshme për bimët, drita natyrale e diellit tenton të krijojë kushte më të mira për fotosintezën sepse përmban rrezatim natyror UV që ka një efekt pozitiv mbi bimët.
- Klorofili.Është një pigment jeshil që gjendet në gjethet e bimëve.
- Ushqyese dhe minerale. Kimikatet dhe komponimet organike që rrënjët e bimëve thithin nga toka.
Çfarë formohet si rezultat i fotosintezës?
- Glukoza;
- Oksigjen.
(Energjia e dritës tregohet në kllapa pasi nuk është materie)
Shënimi: Bimët marrin CO2 nga ajri përmes gjetheve dhe ujin nga toka përmes rrënjëve të tyre. Energjia e dritës vjen nga dielli. Oksigjeni që rezulton lëshohet në ajër nga gjethet. Glukoza që rezulton mund të shndërrohet në substanca të tjera si niseshteja, e cila përdoret si rezervë energjie.
Nëse faktorët që nxisin fotosintezën mungojnë ose janë të pranishëm në mjaft, kjo mund të ndikojë negativisht në bimë. Për shembull, më pak dritë krijon kushte të favorshme për insektet që hanë gjethet e bimës dhe mungesa e ujit ngadalësohet.
Ku bëhet fotosinteza?
Fotosinteza zhvillohet brenda qelizave bimore, në plastide të vogla të quajtura kloroplaste. Kloroplastet (që gjenden kryesisht në shtresën e mezofilit) përmbajnë një substancë të gjelbër të quajtur klorofil. Më poshtë janë pjesët e tjera të qelizës që punojnë me kloroplastin për të kryer fotosintezën.
Struktura e qelizave bimore
Funksionet e pjesëve të qelizave bimore
- : siguron mbështetje strukturore dhe mekanike, mbron qelizat nga, rregullon dhe përcakton formën e qelizës, kontrollon shpejtësinë dhe drejtimin e rritjes dhe u jep formë bimëve.
- : ofron një platformë për shumicën e proceseve kimike të kontrolluara nga enzimat.
- : vepron si një pengesë, duke kontrolluar lëvizjen e substancave brenda dhe jashtë qelizës.
- : siç përshkruhet më sipër, ato përmbajnë klorofil, një substancë e gjelbër që thith energjinë e dritës gjatë fotosintezës.
- : një zgavër brenda citoplazmës qelizore që ruan ujin.
- : përmban një shenjë gjenetike (ADN) që kontrollon aktivitetin e qelizave.
Klorofili thith energjinë e dritës që nevojitet për fotosintezën. Është e rëndësishme të theksohet se jo të gjitha gjatësitë e valëve të ngjyrave të dritës absorbohen. Bimët thithin kryesisht valët e kuqe dhe blu - ato nuk thithin dritën në rangun e gjelbër.
Dioksidi i karbonit nga fotosinteza
Bimët marrin dioksid karboni nga ajri përmes gjetheve të tyre. Dioksidi i karbonit depërton përmes një vrime të vogël në fund të gjethes të quajtur stomata.
Pjesa e poshtme e gjethes ka qeliza të lirshme për të lejuar dioksidin e karbonit të arrijë qelizat e tjera në gjethe. Gjithashtu lejon që oksigjeni i prodhuar gjatë fotosintezës të largohet lehtësisht nga gjethet.
Dioksidi i karbonit është i pranishëm në ajrin që thithim në përqendrime shumë të ulëta dhe është një faktor i domosdoshëm në fazën e errët të fotosintezës.
Drita në procesin e fotosintezës
Fleta zakonisht ka një sipërfaqe të madhe, kështu që mund të thithë shumë dritë. Sipërfaqja e sipërme e saj mbrohet nga humbja e ujit, sëmundjet dhe moti nga një shtresë dylli (kutikula). Pjesa e sipërme e gjethes është vendi ku bie drita. Kjo shtresë mezofile quhet palisadë. Është përshtatur për të thithur një sasi të madhe drite, sepse përmban shumë kloroplaste.
Në fazat e dritës, procesi i fotosintezës rritet me më shumë dritë. Më shumë molekula klorofili jonizohen dhe më shumë ATP dhe NADPH gjenerohen nëse fotonet e dritës fokusohen në gjethen e gjelbër. Edhe pse drita është jashtëzakonisht e rëndësishme në fazat e dritës, duhet theksuar se sasitë e tepërta të saj mund të dëmtojnë klorofilin dhe të zvogëlojnë fotosintezën.
Fazat e dritës nuk varen shumë nga temperatura, uji ose dioksidi i karbonit, megjithëse të gjitha ato nevojiten për të përfunduar procesin e fotosintezës.
Uji në procesin e fotosintezës
Bimët e marrin ujin që u nevojitet për fotosintezën përmes rrënjëve të tyre. Ata kanë qime rrënjë që rriten në tokë. Rrënjët kanë një sipërfaqe të madhe dhe mure të hollë që lejojnë që uji të kalojë lehtësisht.
Imazhi tregon bimët dhe qelizat e tyre me ujë të mjaftueshëm (majtas) dhe mungesë uji (djathtas).
Shënimi: Qelizat rrënjësore nuk përmbajnë kloroplaste sepse ato zakonisht janë në errësirë dhe nuk mund të fotosintezojnë.
Nëse bima nuk thith ujë të mjaftueshëm, ajo thahet. Pa ujë, bima nuk do të jetë në gjendje të fotosintezojë mjaft shpejt dhe madje mund të vdesë.
Sa i rëndësishëm është uji për bimët?
- Ofron minerale të tretura që mbështesin shëndetin e bimëve;
- Është një mjet për transport;
- Mbështet stabilitetin dhe drejtësinë;
- Ftoh dhe hidraton;
- Bën të mundur kryerjen e reaksioneve të ndryshme kimike në qelizat bimore.
Rëndësia e fotosintezës në natyrë
Procesi biokimik i fotosintezës përdor energjinë nga rrezet e diellit për të kthyer ujin dhe dioksidin e karbonit në oksigjen dhe glukozë. Glukoza përdoret si blloqe ndërtuese në bimë për rritjen e indeve. Kështu, fotosinteza është mënyra në të cilën formohen rrënjët, kërcelli, gjethet, lulet dhe frutat. Pa procesin e fotosintezës, bimët nuk mund të rriten ose të riprodhohen.
- Prodhuesit
Për shkak të aftësisë së tyre fotosintetike, bimët njihen si prodhuese dhe formojnë shtyllën kurrizore të pothuajse çdo zinxhiri ushqimor në tokë. (Algat janë ekuivalente e bimëve në). I gjithë ushqimi që hamë vjen nga organizma që janë fotosintetikë. Ne i hamë këto bimë drejtpërdrejt ose hamë kafshë të tilla si lopë ose derra që konsumojnë ushqime bimore.
- Shtylla kurrizore e zinxhirit ushqimor
Brenda sistemeve ujore, bimët dhe algat gjithashtu formojnë shtyllën kurrizore të zinxhirit ushqimor. Algat shërbejnë si ushqim për, të cilat, nga ana tjetër, veprojnë si burim ushqimi për organizmat më të mëdhenj. Pa fotosintezën në mjedisin ujor, jeta do të ishte e pamundur.
- Heqja e dioksidit të karbonit
Fotosinteza konverton dioksidin e karbonit në oksigjen. Gjatë fotosintezës, dioksidi i karbonit nga atmosfera hyn në bimë dhe më pas lirohet si oksigjen. Në botën e sotme, ku nivelet e dioksidit të karbonit po rriten me një ritëm alarmues, çdo proces që largon dioksidin e karbonit nga atmosfera është i rëndësishëm për mjedisin.
- Cikli i lëndëve ushqyese
Bimët dhe organizmat e tjerë fotosintetikë luajnë një rol jetik në ciklin e lëndëve ushqyese. Azoti në ajër fiksohet në indet e bimëve dhe bëhet i disponueshëm për prodhimin e proteinave. Gjurmë elementët që gjenden në tokë gjithashtu mund të përfshihen në indet bimore dhe të vihen në dispozicion të barngrënësve më poshtë në zinxhirin ushqimor.
- Varësia ndaj fotosintetikës
Fotosinteza varet nga intensiteti dhe cilësia e dritës. Në ekuator, ku rrezet e diellit janë të bollshme gjatë gjithë vitit dhe uji nuk është një faktor kufizues, bimët rriten me ritme të larta dhe mund të bëhen mjaft të mëdha. Në të kundërt, fotosinteza në pjesët më të thella të oqeanit është më pak e zakonshme, sepse drita nuk depërton në këto shtresa dhe si rezultat, ky ekosistem është më steril.
Membranat tilakoid përmbajnë një numër të madh proteinash dhe pigmente me peshë të ulët molekulare, të lira dhe të kombinuara me proteina, të cilat kombinohen në dy komplekse komplekse të quajtura fotosistemi I dhe fotosistemi I I. Bërthama e secilit prej këtyre fotosistemeve është një proteinë që përmban pigment jeshil klorofilit të aftë për të thithur dritën në zonën e kuqe të spektrit. Pigmente të ndryshme që përbëjnë komplekset fotosintetike janë të afta të kapin edhe dritën shumë të dobët dhe të transferojnë energjinë e saj në klorofil; prandaj, fotosinteza mund të vazhdojë edhe nën dritë të ulët (për shembull, në hijen e pemëve ose në mot me re).
Thithja e një sasie drite nga molekula e klorofilit të fotosistemit II çon në ngacmimin e tij, domethënë, një nga elektronet transferohet në një nivel më të lartë energjie. Ky elektron transferohet në zinxhirin e bartësve të elektroneve, ose më saktë, në pigmente dhe proteina citokromi të tretura në membranën tilakoidale, disi të kujton citokromet e membranës së brendshme mitokondriale (shih figurën). Për analogji me zinxhirin e transportit të elektroneve mitokondriale, ka një rënie në energjinë e një elektroni gjatë transferimit të tij nga bartësi në transportues. Një pjesë e energjisë së saj shpenzohet në transferimin e protoneve nëpër membranë nga stroma e kloroplastit në tilakoid. Kështu, në membranën tilakoid shfaqet gradienti i përqendrimit të protonit ... Ky gradient mund të përdoret me një enzimë të veçantë. ATP sintetaza për sintezën e ATP nga ADP dhe H 3 PO 4 (F n). ato. në kloroplastet realizohet i njëjti parim i ashtuquajtur "diga", i cili u konsiderua më herët në shembullin e mitokondrive. Sinteza e ATP-së gjatë fazës së lehtë të fotosintezës quhet fotofosforilimi ... Ky emër është për faktin se përdor energjinë e dritës së diellit. Një tipar dallues i fosforilimit oksidativ në mitokondri është se energjia për sintezën e ATP gjenerohet gjatë oksidimit të substrateve organike (shih seksionin "").
Reduktimi i klorofilit të oksiduar, i cili ka "humbur" një elektron, të fotosistemit II ndodh si rezultat i aktivitetit të një enzime të veçantë që dekompozon një molekulë uji, duke marrë elektrone prej saj (molekulat):
H 2 O -> 2e - + 2H + + 1 / 2O 2
Procesi i mësipërm është quajtur fotoliza e ujit , dhe rrjedh në anën e brendshme të membranës tilakoidale. Ky proces çon në një rritje edhe më të madhe të gradientit të përqendrimit të protoneve në membranë dhe, rrjedhimisht, në sintezë shtesë të ATP.
Domethënë, mund të themi se uji është një “furnizues” i elektroneve për klorofilin. Një nënprodukt i këtij reaksioni është oksigjeni molekular, i cili, për shkak të difuzionit, largohet nga kloroplastet dhe lëshohet në atmosferë përmes stomatave.
Le të përpiqemi të gjurmojmë më tej "fatin" e elektroneve të shkëputura nga klorofili i fotosistemit II. Ata kalojnë nëpër zinxhirin bartës dhe hyjnë në qendrën e reagimit të fotosistemit I, i cili gjithashtu përmban një molekulë klorofili. Kjo molekulë klorofil gjithashtu thith një sasi drite dhe e transferon energjinë e saj në një nga elektronet, duke e ngritur atë në një nivel më të lartë energjie. Një elektron, duke kaluar nëpër një zinxhir të proteinave të veçanta bartëse, transferohet në molekulën NADP +. Kjo molekulë NADP + merr një elektron më shumë në ciklin tjetër, kap një proton nga stroma e kloroplastit dhe reduktohet në NADPH.
Pra, elektronet që janë "shkëputur" nga molekula e ujit marrin energji të lartë për shkak të përthithjes së kuanteve të dritës nga klorofilet e fotosistemeve II dhe I, pastaj, duke kaluar nëpër zinxhirin bartës, ato reduktojnë NADP +. Një pjesë e energjisë së këtyre elektroneve shpenzohet për transferimin e protoneve nëpër membranën tilakoidale dhe krijimin e një gradient përqendrimi. Pastaj energjia e gradientit të protonit do të përdoret për të sintetizuar ATP nga enzima ATP sintaza.
Fotosinteza Është një grup procesesh për sintezën e përbërjeve organike nga ato inorganike për shkak të shndërrimit të energjisë së dritës në energji të lidhjeve kimike. Organizmat fototrofikë përfshijnë bimët jeshile, disa prokariote - cianobakteret, bakteret e squfurit të purpurt dhe të gjelbër, flagjelat e bimëve.
Hulumtimi në procesin e fotosintezës filloi në gjysmën e dytë të shekullit të 18-të. Një zbulim i rëndësishëm u bë nga shkencëtari i shquar rus K.A.Timiryazev, i cili vërtetoi doktrinën e rolit kozmik të bimëve të gjelbra. Bimët thithin rrezet e diellit dhe shndërrojnë energjinë e dritës në energjinë e lidhjeve kimike të përbërjeve organike të sintetizuara prej tyre. Kështu, ata sigurojnë ruajtjen dhe zhvillimin e jetës në Tokë. Shkencëtari gjithashtu vërtetoi teorikisht dhe provoi eksperimentalisht rolin e klorofilit në thithjen e dritës gjatë fotosintezës.
Klorofilet janë pigmenti kryesor fotosintetik. Në strukturë, ato janë të ngjashme me hemin e hemoglobinës, por në vend të hekurit përmbajnë magnez. Përmbajtja e hekurit është e nevojshme për të siguruar sintezën e molekulave të klorofilit. Ka disa klorofile që ndryshojnë në strukturën e tyre kimike. E detyrueshme për të gjithë fototrofet është klorofil a . Klorofilib gjendet në bimët e gjelbra, klorofil c - në diatome dhe algat kafe. Klorofili d karakteristikë e algave të kuqe.
Bakteret fotosintetike jeshile dhe vjollce kanë të veçanta bakteroklorofilet ... Fotosinteza bakteriale ka shumë të përbashkëta me fotosintezën e bimëve. Ai ndryshon në atë që sulfuri i hidrogjenit është dhuruesi i hidrogjenit në baktere dhe ujit në bimë. Baktereve të gjelbra dhe vjollcë u mungon fotosistemi II. Fotosinteza bakteriale nuk shoqërohet me çlirimin e oksigjenit. Ekuacioni i përgjithshëm i fotosintezës bakteriale:
6С0 2 + 12H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 12S + 6Н 2 0.
Fotosinteza bazohet në procesin redoks. Ajo shoqërohet me transferimin e elektroneve nga komponimet që sigurojnë elektrone dhuruese në komponimet që i pranojnë ato - pranuesit. Energjia e dritës shndërrohet në energji të përbërjeve organike të sintetizuara (karbohidrateve).
Membranat e kloroplastit kanë struktura të veçanta - qendrat e reagimit që përmbajnë klorofil. Në bimët e gjelbra dhe cianobakteret, dallohen dy sisteme fotografike – i pari (unë) dhe e dyta (II) , të cilat kanë qendra të ndryshme reagimi dhe janë të ndërlidhura përmes sistemit të transportit të elektroneve.
Dy faza të fotosintezës
Procesi i fotosintezës përbëhet nga dy faza: të lehta dhe të errëta.
Ndodh vetëm kur ka dritë në membranat e brendshme të mitokondrive në membranat e strukturave të veçanta - tilakoidet ... Pigmentet fotosintetike kapin kuantet e lehta (fotonet). Kjo çon në "ngacmimin" e një prej elektroneve të molekulës së klorofilit. Me ndihmën e molekulave bartëse, elektroni lëviz në sipërfaqen e jashtme të membranës tilakoidale, duke marrë një energji të caktuar potenciale.
Ky elektron në fotosistemi I mund të kthehet në nivelin e tij të energjisë dhe ta rivendosë atë. NADP (nikotinamid adenine dinukleotid fosfat) gjithashtu mund të transferohet. Duke ndërvepruar me jonet e hidrogjenit, elektronet e zvogëlojnë këtë përbërje. NADP i reduktuar (NADPH) furnizon hidrogjen për të reduktuar CO2 atmosferike në glukozë.
Procese të ngjashme ndodhin në fotosistemi II ... Elektronet e ngacmuara mund të transferohen në fotosistemin I dhe të restaurohen. Rivendosja e fotosistemit II ndodh në kurriz të elektroneve të furnizuara nga molekulat e ujit. Molekulat e ujit shpërbëhen (fotoliza e ujit) në protone hidrogjeni dhe oksigjen molekular, i cili lëshohet në atmosferë. Elektronet përdoren për të rivendosur fotosistemin II. Ekuacioni i fotolizës së ujit:
2H 2 0 → 4H + + 0 2 + 2e.
Kur elektronet kthehen nga sipërfaqja e jashtme e membranës tilakoid në nivelin e mëparshëm të energjisë, energjia çlirohet. Ai ruhet në formën e lidhjeve kimike të molekulave ATP, të cilat sintetizohen gjatë reaksioneve në të dy fotosistemet. Sinteza e ATP me ADP dhe acid fosforik quhet fotofosforilimi ... Një pjesë e energjisë përdoret për avullimin e ujit.
Gjatë fazës së lehtë të fotosintezës formohen komponime të pasura me energji: ATP dhe NADPH.Gjatë zbërthimit (fotolizës) të një molekule uji lëshohet në atmosferë oksigjeni molekular.
Reaksionet zhvillohen në mjedisin e brendshëm të kloroplasteve. Ato mund të ndodhin me ose pa dritë. Substancat organike sintetizohen (CO2 reduktohet në glukozë) duke përdorur energjinë që formohet në fazën e dritës.
Procesi i rikuperimit të dioksidit të karbonit është ciklik dhe quhet Cikli Calvin ... Emërtuar sipas studiuesit amerikan M. Calvin, i cili zbuloi këtë proces ciklik.
Cikli fillon me reaksionin e dioksidit të karbonit atmosferik me ribulezobifosfat. Enzima katalizon procesin karboksilaza ... Bifosfati Ribule është një sheqer me pesë karbon i kombinuar me dy mbetje të acidit fosforik. Një sërë transformimesh kimike ndodhin, secila prej të cilave katalizon enzimën e vet specifike. Si produkti final formohet fotosinteza glukozë , dhe gjithashtu ribulezobifosfati është restauruar.
Ekuacioni i përgjithshëm i procesit të fotosintezës:
6C0 2 + 6H 2 0 → C 6 H 12 O 6 + 60 2
Falë procesit të fotosintezës, energjia e dritës e Diellit absorbohet dhe shndërrohet në energji të lidhjeve kimike të karbohidrateve të sintetizuara. Energjia transferohet te organizmat heterotrofikë përmes zinxhirëve ushqimorë. Në procesin e fotosintezës, dioksidi i karbonit absorbohet dhe oksigjeni lëshohet. I gjithë oksigjeni atmosferik është me origjinë fotosintetike. Mbi 200 miliardë tonë oksigjen të lirë çlirohen çdo vit. Oksigjeni mbron jetën në Tokë nga rrezatimi ultravjollcë duke krijuar një mburojë ozoni në atmosferë.
Procesi i fotosintezës është i paefektshëm, pasi vetëm 1-2% e energjisë diellore transferohet në lëndën organike të sintetizuar. Kjo për faktin se bimët nuk thithin dritën sa duhet, një pjesë e saj thithet nga atmosfera, etj. Pjesa më e madhe e dritës së diellit reflektohet nga sipërfaqja e Tokës përsëri në hapësirë.
Fotosinteza është një proces mjaft kompleks dhe përfshin dy faza: dritën, e cila ndodh gjithmonë ekskluzivisht në dritë dhe errësirë. Të gjitha proceset zhvillohen brenda kloroplasteve në organe të veçanta të vogla - tilakoidet. Gjatë fazës së dritës, një sasi drite absorbohet nga klorofili, duke rezultuar në formimin e molekulave ATP dhe NADPH. Në këtë rast, uji shpërbëhet, duke formuar jone hidrogjeni dhe duke lëshuar një molekulë oksigjeni. Shtrohet pyetja, cilat janë këto substanca misterioze të pakuptueshme: ATP dhe NADH?
ATP është një molekulë organike e veçantë që gjendet në të gjithë organizmat e gjallë dhe shpesh quhet monedhë "energji". Janë këto molekula që përmbajnë lidhje me energji të lartë dhe janë burimi i energjisë për çdo sintezë organike dhe procese kimike në trup. Epo, NADPH është në të vërtetë një burim hidrogjeni, ai përdoret drejtpërdrejt në sintezën e substancave organike me molekulare të lartë - karbohidratet, e cila ndodh në fazën e dytë, të errët të fotosintezës duke përdorur dioksid karboni. Por le të fillojmë me radhë.
Faza e lehtë e fotosintezës
Kloroplastet përmbajnë shumë molekula klorofile dhe të gjitha thithin rrezet e diellit. Në të njëjtën kohë, drita absorbohet nga pigmente të tjera, por ata nuk dinë të kryejnë fotosintezën. Vetë procesi ndodh vetëm në disa molekula klorofile, nga të cilat ka shumë pak. Molekula të tjera të klorofilit, karotenoideve dhe substancave të tjera formojnë antenë speciale, si dhe komplekse të korrjes së dritës (SSC). Ato, si antenat, thithin kuantet e dritës dhe transmetojnë ngacmimin në qendra të veçanta të reagimit ose kurthe. Këto qendra janë të vendosura në fotosisteme, nga të cilat bimët kanë dy: fotosistemin II dhe fotosistemin I. Ato përmbajnë molekula të veçanta të klorofilit: përkatësisht, në fotosistemin II - P680, dhe në fotosistemin I - P700. Ata thithin dritën pikërisht me këtë gjatësi vale (680 dhe 700 nm).
Diagrami e bën më të qartë se si çdo gjë duket dhe ndodh gjatë fazës së lehtë të fotosintezës.
Në figurë, shohim dy fotosisteme me klorofil P680 dhe P700. Figura tregon gjithashtu bartësit përmes të cilëve kryhet transporti i elektroneve.
Pra: të dy molekulat e klorofilit të dy fotosistemeve thithin një sasi drite dhe ngacmohen. Elektroni e- (i kuq në figurë) shkon në një nivel më të lartë energjie.
Elektronet e ngacmuara kanë një energji shumë të lartë, ato shkëputen dhe hyjnë në një zinxhir të veçantë bartës, i cili ndodhet në membranat e tilakoideve - strukturat e brendshme të kloroplasteve. Figura tregon se nga fotosistemi II nga klorofili P680 një elektron kalon në plastokinon dhe nga fotosistemi I nga klorofili P700 në feredoksinë. Në vetë molekulat e klorofilit, në vend të elektroneve pas shkëputjes së tyre, formohen vrima blu me ngarkesë pozitive. Çfarë duhet bërë?
Për të kompensuar mungesën e një elektroni, molekula e klorofilit P680 e fotosistemit II merr elektrone nga uji, ndërsa formohen jonet e hidrogjenit. Përveç kësaj, është për shkak të dekompozimit të ujit që formohet oksigjeni i lëshuar në atmosferë. Dhe molekula e klorofilit P700, siç shihet nga figura, kompenson mungesën e elektroneve përmes sistemit bartës nga fotosistemi II.
Në përgjithësi, sado e vështirë të jetë, kështu vazhdon faza e lehtë e fotosintezës, thelbi i saj kryesor qëndron në transferimin e elektroneve. Nga figura mund të shihet gjithashtu se, paralelisht me transportin e elektroneve, jonet e hidrogjenit H + lëvizin nëpër membranë dhe ato grumbullohen brenda tilakoidit. Meqenëse ka shumë prej tyre atje, ato lëvizin nga jashtë me ndihmën e një faktori të veçantë bashkues, i cili është portokalli në figurë, i paraqitur në të djathtë dhe duket si një kërpudha.
Si përfundim, shohim fazën përfundimtare të transportit të elektroneve, rezultati i së cilës është formimi i përbërjes së lartpërmendur NADH. Dhe për shkak të transferimit të joneve H +, sintetizohet një monedhë energjie - ATP (shihet në figurën në të djathtë).
Pra, faza e dritës e fotosintezës përfundon, oksigjeni u lëshua në atmosferë, u formuan ATP dhe NADH. Ç'pritet më tej? Ku është organiku i premtuar? Dhe pastaj vjen faza e errët, e cila përbëhet kryesisht nga proceset kimike.
Faza e errët e fotosintezës
Për fazën e errët të fotosintezës, një komponent i detyrueshëm është dioksidi i karbonit - CO2. Prandaj, bima duhet ta thithë vazhdimisht atë nga atmosfera. Për këtë qëllim, në sipërfaqen e gjethes ekzistojnë struktura të veçanta - stomata. Kur ato hapen, CO2 hyn në brendësi të gjethes, tretet në ujë dhe hyn në reaksionin e fazës së dritës të fotosintezës.
Gjatë fazës së dritës, në shumicën e bimëve, CO2 lidhet me një përbërje organike me pesë karbon (i cili është një zinxhir prej pesë molekulash karboni), duke rezultuar në dy molekula të një përbërjeje me tre karbon (acidi 3-fosfoglicerik). Sepse Rezultati parësor janë pikërisht këto komponime me tre karbon; bimët me këtë lloj fotosinteze quhen bimë C3.
Sinteza e mëtejshme në kloroplaste është mjaft e ndërlikuar. Në fund të fundit, formohet një përbërje me gjashtë karbon, nga e cila më pas mund të sintetizohet glukoza, saharoza ose niseshteja. Është në formën e këtyre substancave organike që bima grumbullon energji. Vetëm një pjesë e vogël e tyre mbetet në fletë dhe përdoret për nevojat e saj. Pjesa tjetër e karbohidrateve udhëtojnë nëpër bimë dhe shkojnë pikërisht aty ku nevojitet më shumë energji, për shembull, në pikat e rritjes.