Pernahkah anda terfikir berapa banyak organisma hidup yang terdapat di planet ini?! Lagipun, mereka semua perlu menyedut oksigen untuk menjana tenaga dan menghembus karbon dioksida. Ia adalah karbon dioksida yang menjadi punca utama fenomena seperti kesesakan di dalam bilik. Ia berlaku apabila terdapat ramai orang di dalamnya, dan bilik itu tidak berventilasi untuk masa yang lama. Selain itu, kemudahan perindustrian, kereta persendirian dan pengangkutan awam memenuhi udara dengan bahan toksik.
Memandangkan perkara di atas, satu persoalan yang logik sepenuhnya timbul: bagaimana kita tidak mati lemas kemudian, jika semua kehidupan adalah sumber karbon dioksida beracun? Penyelamat semua makhluk hidup dalam keadaan ini adalah fotosintesis. Apakah proses ini dan mengapa ia perlu?
Hasilnya ialah pelarasan keseimbangan karbon dioksida dan ketepuan udara dengan oksigen. Proses sedemikian hanya diketahui oleh wakil dunia flora, iaitu tumbuhan, kerana ia hanya berlaku dalam sel mereka.
Fotosintesis itu sendiri adalah prosedur yang sangat kompleks, bergantung pada keadaan tertentu dan berlaku dalam beberapaperingkat.
Definisi konsep
Mengikut definisi saintifik, bahan organik ditukar kepada bahan organik semasa fotosintesis pada peringkat sel dalam organisma autotrof akibat pendedahan kepada cahaya matahari.
Secara ringkasnya, fotosintesis ialah proses yang mana perkara berikut berlaku:
- Tumbuhan itu tepu dengan kelembapan. Sumber lembapan boleh menjadi air dari tanah atau udara tropika lembap.
- Klorofil (bahan khas yang terdapat dalam tumbuhan) bertindak balas kepada tenaga suria.
- Pembentukan makanan yang diperlukan untuk wakil-wakil flora, yang tidak dapat mereka peroleh sendiri dengan cara heterotrofik, tetapi mereka sendiri adalah pengeluarnya. Dengan kata lain, tumbuhan makan apa yang mereka hasilkan. Ini adalah hasil fotosintesis.
Tahap satu
Secara praktikal setiap tumbuhan mengandungi bahan hijau, yang mana ia boleh menyerap cahaya. Bahan ini tidak lebih daripada klorofil. Lokasinya ialah kloroplas. Tetapi kloroplas terletak di bahagian batang tumbuhan dan buahnya. Tetapi fotosintesis daun adalah biasa di alam semula jadi. Memandangkan yang terakhir ini agak mudah dalam strukturnya dan mempunyai permukaan yang agak besar, ini bermakna jumlah tenaga yang diperlukan untuk proses menyelamat untuk diteruskan akan menjadi lebih besar.
Apabila cahaya diserap oleh klorofil, cahaya yang terakhir berada dalam keadaan teruja danmenghantar mesej tenaga kepada molekul organik lain tumbuhan. Jumlah terbesar tenaga sedemikian diberikan kepada peserta dalam proses fotosintesis.
Peringkat Dua
Pembentukan fotosintesis pada peringkat kedua tidak memerlukan penyertaan mandatori cahaya. Ia terdiri daripada pembentukan ikatan kimia menggunakan karbon dioksida beracun yang terbentuk daripada jisim udara dan air. Terdapat juga sintesis banyak bahan yang memastikan aktiviti penting wakil flora. Ini adalah kanji, glukosa.
Dalam tumbuhan, unsur-unsur organik tersebut bertindak sebagai sumber pemakanan untuk bahagian-bahagian individu tumbuhan, sambil memastikan proses kehidupan yang normal. Bahan sedemikian juga diperoleh oleh wakil fauna yang memakan tumbuhan untuk makanan. Tubuh manusia tepu dengan bahan ini melalui makanan, yang termasuk dalam diet harian.
Apa? di mana? Bila?
Untuk bahan organik menjadi organik, adalah perlu untuk menyediakan keadaan yang sesuai untuk fotosintesis. Untuk proses yang sedang dipertimbangkan, pertama sekali, cahaya diperlukan. Kita bercakap tentang tiruan dan cahaya matahari. Secara semula jadi, aktiviti tumbuhan biasanya dicirikan oleh keamatan pada musim bunga dan musim panas, iaitu, apabila terdapat keperluan untuk sejumlah besar tenaga suria. Apa yang tidak boleh dikatakan tentang musim luruh, apabila semakin kurang cahaya, hari semakin pendek. Akibatnya, dedaunan menjadi kuning, dan kemudian jatuh sepenuhnya. Tetapi sebaik sahaja sinaran musim bunga pertama matahari bersinar, rumput hijau akan naik, mereka akan segera meneruskan aktiviti mereka.klorofil, dan pengeluaran aktif oksigen dan nutrien penting lain akan bermula.
Syarat untuk fotosintesis termasuk lebih daripada sekadar cahaya. Kelembapan juga harus mencukupi. Lagipun, tumbuhan mula-mula menyerap kelembapan, dan kemudian tindak balas bermula dengan penyertaan tenaga suria. Makanan tumbuhan adalah hasil daripada proses ini.
Hanya dengan kehadiran bahan hijau fotosintesis berlaku. Apakah klorofil, kami telah memberitahu di atas. Mereka bertindak sebagai sejenis konduktor antara cahaya atau tenaga suria dan tumbuhan itu sendiri, memastikan perjalanan hidup dan aktiviti mereka yang betul. Bahan hijau mempunyai keupayaan untuk menyerap banyak sinaran matahari.
Oksigen juga memainkan peranan penting. Untuk proses fotosintesis berjaya, tumbuhan memerlukan banyaknya, kerana ia mengandungi hanya 0.03% asid karbonik. Jadi, daripada 20,000 m3 udara, anda boleh mendapat 6 m3 asid. Bahan terakhir inilah yang menjadi bahan sumber utama glukosa, yang seterusnya, merupakan bahan yang diperlukan untuk kehidupan.
Terdapat dua peringkat fotosintesis. Yang pertama dipanggil terang, yang kedua adalah gelap.
Apakah mekanisme aliran peringkat cahaya
Peringkat cahaya fotosintesis mempunyai nama lain - fotokimia. Peserta utama pada peringkat ini ialah:
- tenaga suria;
- pelbagai pigmen.
Dengan komponen pertama, semuanya jelas, ia adalah cahaya matahari. TAPIitulah pigmen, tidak semua orang tahu. Mereka berwarna hijau, kuning, merah atau biru. Klorofil kumpulan "A" dan "B" tergolong dalam hijau, phycobilins kepada kuning dan merah / biru, masing-masing. Aktiviti fotokimia di kalangan peserta dalam peringkat proses ini hanya ditunjukkan oleh klorofil "A". Selebihnya memainkan peranan pelengkap, intipatinya ialah pengumpulan kuanta cahaya dan pengangkutannya ke pusat fotokimia.
Oleh kerana klorofil dikurniakan keupayaan untuk menyerap tenaga suria dengan berkesan pada panjang gelombang tertentu, sistem fotokimia berikut telah dikenal pasti:
- Pusat fotokimia 1 (bahan hijau kumpulan "A") - pigmen 700 termasuk dalam komposisi, menyerap sinar cahaya, panjangnya kira-kira 700 nm. Pigmen ini memainkan peranan asas dalam menghasilkan produk peringkat cahaya fotosintesis.
- Pusat fotokimia 2 (bahan hijau kumpulan "B") - komposisi termasuk pigmen 680, yang menyerap sinar cahaya, yang panjangnya ialah 680 nm. Dia mempunyai peranan sekunder, yang terdiri dalam fungsi menambah elektron yang hilang oleh pusat fotokimia 1. Ia dicapai kerana hidrolisis cecair.
Untuk 350–400 molekul pigmen yang menumpukan fluks cahaya dalam fotosistem 1 dan 2, hanya terdapat satu molekul pigmen, yang aktif secara fotokimia - klorofil kumpulan “A”.
Apa yang sedang berlaku?
1. Tenaga cahaya yang diserap oleh tumbuhan mempengaruhi pigmen 700 yang terkandung di dalamnya, yang berubah daripada keadaan biasa kepada keadaan teruja. Pigmen hilangelektron, mengakibatkan pembentukan lubang elektron yang dipanggil. Selanjutnya, molekul pigmen yang telah kehilangan elektron boleh bertindak sebagai penerimanya, iaitu bahagian yang menerima elektron, dan kembali kepada bentuknya.
2. Proses penguraian cecair di pusat fotokimia pigmen penyerap cahaya 680 fotosistem 2. Semasa penguraian air, elektron terbentuk, yang pada mulanya diterima oleh bahan seperti cytochrome C550 dan dilambangkan dengan huruf Q. Kemudian, daripada sitokrom, elektron memasuki rantai pembawa dan diangkut ke pusat fotokimia 1 untuk mengisi semula lubang elektron, yang merupakan hasil daripada penembusan quanta cahaya dan proses pengurangan pigmen 700.
Terdapat kes apabila molekul sedemikian mendapat kembali elektron yang serupa dengan yang sebelumnya. Ini akan mengakibatkan pembebasan tenaga cahaya dalam bentuk haba. Tetapi hampir selalu, elektron dengan cas negatif bergabung dengan protein besi-sulfur khas dan dipindahkan sepanjang salah satu rantai kepada pigmen 700, atau memasuki rantai pembawa lain dan bersatu semula dengan penerima kekal.
Dalam varian pertama, terdapat pengangkutan elektron jenis tertutup kitaran, dalam varian kedua - bukan kitaran.
Kedua-dua proses dimangkinkan oleh rantaian pembawa elektron yang sama pada peringkat pertama fotosintesis. Tetapi harus diperhatikan bahawa semasa fotofosforilasi jenis kitaran, titik awal dan pada masa yang sama pengangkutan adalah klorofil, manakala pengangkutan bukan kitaran membayangkan peralihan bahan hijau kumpulan "B" kepadaklorofil "A".
Ciri pengangkutan kitaran
Fosforilasi kitaran juga dipanggil fotosintesis. Hasil daripada proses ini, molekul ATP terbentuk. Pengangkutan ini berdasarkan pemulangan elektron dalam keadaan teruja kepada pigmen 700 melalui beberapa peringkat berturut-turut, akibatnya tenaga dibebaskan, yang mengambil bahagian dalam kerja sistem enzim pemfosforilasi untuk tujuan pengumpulan selanjutnya dalam ATP fosfat. bon. Iaitu, tenaga tidak dihamburkan.
Fosforilasi kitaran ialah tindak balas utama fotosintesis, yang berasaskan teknologi penjanaan tenaga kimia pada permukaan membran tilaktoid kloroplas menggunakan tenaga cahaya matahari.
Tanpa fosforilasi fotosintesis, tindak balas asimilasi dalam fasa gelap fotosintesis adalah mustahil.
Nuansa pengangkutan jenis bukan kitaran
Proses ini terdiri daripada pemulihan NADP+ dan pembentukan NADPH. Mekanisme ini berdasarkan pemindahan elektron kepada feredoxin, tindak balas pengurangannya dan peralihan seterusnya kepada NADP+ dengan pengurangan selanjutnya kepada NADPH.
Akibatnya, elektron yang kehilangan pigmen 700 diisi semula terima kasih kepada elektron air, yang terurai di bawah sinaran cahaya dalam fotosistem 2.
Jalur elektron bukan kitaran, yang alirannya juga membayangkan fotosintesis cahaya, dijalankan melalui interaksi kedua-dua sistem foto antara satu sama lain, menghubungkan rantai pengangkutan elektron mereka. Bercahayatenaga mengarahkan aliran elektron kembali. Apabila mengangkut dari pusat fotokimia 1 ke pusat 2, elektron kehilangan sebahagian daripada tenaganya disebabkan pengumpulan sebagai potensi proton pada permukaan membran tilaktoid.
Dalam fasa gelap fotosintesis, proses mencipta potensi jenis proton dalam rantai pengangkutan elektron dan eksploitasinya untuk pembentukan ATP dalam kloroplas adalah hampir sama sepenuhnya dengan proses yang sama dalam mitokondria. Tetapi ciri masih ada. Thylactoid dalam keadaan ini adalah mitokondria yang bertukar ke dalam. Ini adalah sebab utama elektron dan proton bergerak merentasi membran dalam arah yang bertentangan berbanding dengan aliran pengangkutan dalam membran mitokondria. Elektron diangkut ke luar, manakala proton terkumpul di bahagian dalam matriks thylactic. Yang terakhir hanya menerima caj positif, dan membran luar tilaktoid adalah negatif. Ia berikutan bahawa laluan kecerunan jenis proton adalah bertentangan dengan laluannya dalam mitokondria.
Ciri seterusnya boleh dipanggil tahap pH yang besar dalam potensi proton.
Ciri ketiga ialah kehadiran hanya dua tapak konjugasi dalam rantai tilaktoid dan, sebagai hasilnya, nisbah molekul ATP kepada proton ialah 1:3.
Kesimpulan
Pada peringkat pertama, fotosintesis ialah interaksi tenaga cahaya (buatan dan bukan buatan) dengan tumbuhan. Bahan hijau bertindak balas kepada sinar - klorofil, yang kebanyakannya terdapat dalam daun.
Pembentukan ATP dan NADPH adalah hasil daripada tindak balas sedemikian. Produk ini penting untuk tindak balas gelap berlaku. Oleh itu, peringkat terang adalah proses yang wajib, tanpanya peringkat kedua - peringkat gelap - tidak akan berlaku.
Peringkat gelap: intipati dan ciri
Fotosintesis gelap dan tindak balasnya ialah prosedur karbon dioksida menjadi bahan asal organik dengan penghasilan karbohidrat. Pelaksanaan tindak balas sedemikian berlaku dalam stroma kloroplas dan produk peringkat pertama fotosintesis - cahaya mengambil bahagian aktif di dalamnya.
Mekanisme peringkat gelap fotosintesis adalah berdasarkan proses asimilasi karbon dioksida (juga dipanggil karboksilasi fotokimia, kitaran Calvin), yang dicirikan oleh kitaran. Terdiri daripada tiga fasa:
- Carboxylation - penambahan CO2.
- Fasa pemulihan.
- Fasa penjanaan semula ribulosa difosfat.
Ribulophosphate, gula dengan lima atom karbon, difosforilasi oleh ATP, menghasilkan ribulosa difosfat, yang selanjutnya dikarboksilasi dengan bergabung dengan produk CO2 dengan enam karbon, yang serta-merta terurai apabila berinteraksi dengan molekul air, menghasilkan dua zarah molekul asid fosfogliserik. Kemudian asid ini menjalani kursus pengurangan lengkap dalam pelaksanaan tindak balas enzimatik, yang mana kehadiran ATP dan NADP diperlukan untuk membentuk gula dengan tiga karbon - gula tiga karbon, triosa atau aldehid.fosfogliserol. Apabila dua triosa tersebut terkondensasi, molekul heksosa diperoleh, yang boleh menjadi sebahagian daripada molekul kanji dan dinyahpepijat dalam simpanan.
Fasa ini berakhir dengan penyerapan satu molekul CO semasa proses fotosintesis2 dan penggunaan tiga molekul ATP dan empat atom H. Heksosa fosfat meminjamkan dirinya kepada tindak balas daripada kitaran pentosa fosfat, menghasilkan ribulosa fosfat dijana semula, yang boleh bergabung semula dengan molekul asid karbonik yang lain.
Tindak balas karboksilasi, pemulihan, penjanaan semula tidak boleh dipanggil khusus secara eksklusif untuk sel di mana fotosintesis berlaku. Anda tidak boleh menyatakan apakah proses "homogen" sama ada, kerana perbezaan masih wujud - semasa proses pemulihan, NADPH digunakan dan bukan OVERH.
Penambahan CO2 oleh ribulosa difosfat dimangkinkan oleh ribulosa difosfat karboksilase. Hasil tindak balas ialah 3-fosfogliserat, yang dikurangkan oleh NADPH2 dan ATP kepada gliseraldehid-3-fosfat. Proses pengurangan dimangkinkan oleh glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. Yang terakhir ini mudah ditukar kepada dihidroksiaseton fosfat. fruktosa bifosfat terbentuk. Sebahagian daripada molekulnya mengambil bahagian dalam proses penjanaan semula ribulosa difosfat, menutup kitaran, dan bahagian kedua digunakan untuk mencipta rizab karbohidrat dalam sel fotosintesis, iaitu, fotosintesis karbohidrat berlaku.
Tenaga cahaya diperlukan untuk fosforilasi dan sintesis bahan organikasal, dan tenaga pengoksidaan bahan organik diperlukan untuk fosforilasi oksidatif. Itulah sebabnya tumbuh-tumbuhan menyediakan kehidupan untuk haiwan dan organisma lain yang heterotrofik.
Fotosintesis dalam sel tumbuhan berlaku dengan cara ini. Produknya adalah karbohidrat, yang diperlukan untuk mencipta rangka karbon bagi banyak bahan wakil dunia flora, yang berasal dari organik.
Bahan jenis nitrogen-organik diasimilasikan dalam organisma fotosintesis disebabkan oleh pengurangan nitrat tak organik, dan sulfur - disebabkan oleh pengurangan sulfat kepada kumpulan sulfhidril asid amino. Membekalkan pembentukan protein, asid nukleik, lipid, karbohidrat, kofaktor iaitu fotosintesis. Apa itu "pelbagai" bahan adalah penting untuk tumbuh-tumbuhan telah pun ditekankan, tetapi tidak satu perkataan pun dikatakan mengenai produk sintesis sekunder, yang merupakan bahan perubatan yang berharga (flavonoid, alkaloid, terpenes, polifenol, steroid, asid organik dan lain-lain). Oleh itu, tanpa keterlaluan, kita boleh mengatakan bahawa fotosintesis adalah kunci kepada kehidupan tumbuhan, haiwan dan manusia.
