A keni menduar ndonjëherë se sa organizma të gjallë ka në planet?! Dhe në fund të fundit, ata të gjithë duhet të thithin oksigjen në mënyrë që të gjenerojnë energji dhe të nxjerrin dioksid karboni. Është dioksidi i karbonit ai që është shkaku kryesor i një fenomeni të tillë si mbytja në dhomë. Bëhet kur ka shumë njerëz në të dhe dhoma nuk ajroset për një kohë të gjatë. Përveç kësaj, objektet industriale, automobili privat dhe transporti publik mbushin ajrin me substanca toksike.
Duke pasur parasysh sa më sipër, lind një pyetje krejtësisht logjike: si nuk u mbytëm atëherë, nëse e gjithë jeta është një burim i dioksidit të karbonit helmues? Shpëtimtari i të gjitha qenieve të gjalla në këtë situatë është fotosinteza. Cili është ky proces dhe pse është i nevojshëm?
Rezultati i tij është rregullimi i ekuilibrit të dioksidit të karbonit dhe ngopja e ajrit me oksigjen. Një proces i tillë është i njohur vetëm për përfaqësuesit e botës së florës, pra bimëve, pasi ndodh vetëm në qelizat e tyre.
Fotosinteza në vetvete është një procedurë jashtëzakonisht komplekse, në varësi të kushteve të caktuara dhe që ndodh në disafaza.
Përkufizimi i konceptit
Sipas përkufizimit shkencor, substancat organike shndërrohen në substanca organike gjatë fotosintezës në nivel qelizor në organizmat autotrofikë për shkak të ekspozimit ndaj dritës së diellit.
Për ta thënë më thjesht, fotosinteza është procesi me anë të të cilit ndodh sa më poshtë:
- Bima është e ngopur me lagështi. Burimi i lagështisë mund të jetë uji nga toka ose ajri i lagësht tropikal.
- Klorofila (një substancë e veçantë që gjendet në bimë) reagon ndaj energjisë diellore.
- Formimi i ushqimit të nevojshëm për përfaqësuesit e florës, të cilin ata nuk janë në gjendje ta marrin vetë në mënyrë heterotrofike, por ata vetë janë prodhuesit e tij. Me fjalë të tjera, bimët hanë atë që prodhojnë. Ky është rezultat i fotosintezës.
Faza e parë
Praktikisht çdo bimë përmban një substancë të gjelbër, falë së cilës mund të thithë dritën. Kjo substancë nuk është gjë tjetër veçse klorofil. Vendndodhja e tij është kloroplastet. Por kloroplastet ndodhen në pjesën e kërcellit të bimës dhe në frutat e saj. Por fotosinteza e gjetheve është veçanërisht e zakonshme në natyrë. Meqenëse kjo e fundit është mjaft e thjeshtë në strukturë dhe ka një sipërfaqe relativisht të madhe, që do të thotë se sasia e energjisë e nevojshme për të vazhduar procesin e shpëtimit do të jetë shumë më e madhe.
Kur drita përthithet nga klorofila, kjo e fundit është në gjendje eksitimi dhetransmeton mesazhe energjitike tek molekulat e tjera organike të bimës. Sasia më e madhe e kësaj energjie shkon tek pjesëmarrësit në procesin e fotosintezës.
Faza e Dytë
Formimi i fotosintezës në fazën e dytë nuk kërkon pjesëmarrjen e detyrueshme të dritës. Ai konsiston në formimin e lidhjeve kimike duke përdorur dioksid karboni helmues të formuar nga masat e ajrit dhe uji. Ekziston gjithashtu një sintezë e shumë substancave që sigurojnë aktivitetin jetësor të përfaqësuesve të florës. Këto janë niseshteja, glukoza.
Në bimë, elementë të tillë organikë veprojnë si burim ushqimi për pjesët individuale të bimës, duke siguruar rrjedhën normale të proceseve jetësore. Substanca të tilla merren edhe nga përfaqësuesit e faunës që hanë bimë për ushqim. Trupi i njeriut ngopet me këto substanca nëpërmjet ushqimit, i cili përfshihet në dietën e përditshme.
Çfarë? Ku? Kur?
Që substancat organike të bëhen organike, është e nevojshme të sigurohen kushte të përshtatshme për fotosintezë. Për procesin në shqyrtim, para së gjithash, nevojitet dritë. Po flasim për rrezet artificiale dhe diellin. Në natyrë, aktiviteti i bimëve zakonisht karakterizohet me intensitet në pranverë dhe verë, pra kur ka nevojë për një sasi të madhe të energjisë diellore. Çfarë nuk mund të thuhet për stinën e vjeshtës, kur ka gjithnjë e më pak dritë, dita po shkurtohet. Si rezultat, gjethja bëhet e verdhë, dhe më pas bie plotësisht. Por sapo rrezet e para të pranverës të shkëlqejnë, do të ngrihet bari i gjelbër, ata do të rifillojnë menjëherë aktivitetet e tyre.do të fillojë klorofilet dhe prodhimi aktiv i oksigjenit dhe lëndëve të tjera jetike.
Kushtet për fotosintezë përfshijnë më shumë sesa thjesht dritë. Lagështia gjithashtu duhet të jetë e mjaftueshme. Në fund të fundit, bima së pari thith lagështinë, dhe më pas fillon një reagim me pjesëmarrjen e energjisë diellore. Ushqimi bimor është rezultat i këtij procesi.
Vetëm në prani të lëndës së gjelbër ndodh fotosinteza. Çfarë janë klorofilet, kemi thënë tashmë më lart. Ato veprojnë si një lloj përcjellësi midis dritës ose energjisë diellore dhe vetë bimës, duke siguruar rrjedhën e duhur të jetës dhe veprimtarisë së tyre. Substancat jeshile kanë aftësinë të thithin shumë nga rrezet e diellit.
Oksigjeni gjithashtu luan një rol të rëndësishëm. Që procesi i fotosintezës të jetë i suksesshëm, bimëve u duhet shumë, pasi përmban vetëm 0,03% acid karbonik. Pra, nga 20,000 m3 ajër, mund të merrni 6 m3 acid. Është substanca e fundit që është materiali kryesor burimor për glukozën, e cila, nga ana tjetër, është një substancë e nevojshme për jetën.
Ka dy faza të fotosintezës. E para quhet dritë, e dyta është e errët.
Cili është mekanizmi i rrjedhës së fazës së dritës
Faza e lehtë e fotosintezës ka një emër tjetër - fotokimik. Pjesëmarrësit kryesorë në këtë fazë janë:
- energjia diellore;
- llojshmëri pigmentesh.
Me komponentin e parë, gjithçka është e qartë, është rrezet e diellit. PORse çfarë janë pigmentet, jo të gjithë e dinë. Ato janë jeshile, të verdhë, të kuqe ose blu. Klorofilet e grupeve "A" dhe "B" i përkasin të gjelbër, fikobilinat në të verdhë dhe të kuqe / blu, përkatësisht. Aktiviteti fotokimik midis pjesëmarrësve në këtë fazë të procesit tregohet vetëm nga klorofilet "A". Pjesa tjetër luan një rol plotësues, thelbi i të cilit është mbledhja e kuanteve të dritës dhe transportimi i tyre në qendrën fotokimike.
Për shkak se klorofili është i pajisur me aftësinë për të thithur efektivisht energjinë diellore në një gjatësi vale të caktuar, janë identifikuar sistemet fotokimike të mëposhtme:
- Qendra fotokimike 1 (substancat jeshile të grupit "A") - pigmenti 700 përfshihet në përbërje, duke thithur rrezet e dritës, gjatësia e së cilës është afërsisht 700 nm. Ky pigment luan një rol themelor në krijimin e produkteve të fazës së lehtë të fotosintezës.
- Qendra fotokimike 2 (substancat jeshile të grupit "B") - përbërja përfshin pigmentin 680, i cili thith rrezet e dritës, gjatësia e së cilës është 680 nm. Ai ka një rol dytësor, i cili konsiston në funksionin e rimbushjes së elektroneve të humbura nga qendra fotokimike 1. Arrihet për shkak të hidrolizës së lëngut.
Për 350–400 molekula pigmenti që përqendrojnë flukset e dritës në fotosistemet 1 dhe 2, ekziston vetëm një molekulë pigmenti, e cila është fotokimikisht aktive - klorofili i grupit "A".
Çfarë po ndodh?
1. Energjia e dritës e përthithur nga bima ndikon në pigmentin 700 që përmban, i cili ndryshon nga gjendja normale në gjendje të ngacmuar. Pigmenti humbetelektron, duke rezultuar në formimin e të ashtuquajturës vrima elektronike. Më tej, molekula e pigmentit që ka humbur një elektron mund të veprojë si pranues i tij, domethënë ana që merr elektronin dhe të kthehet në formën e tij.
2. Procesi i zbërthimit të lëngshëm në qendrën fotokimike të pigmentit 680 që thith dritën e fotosistemit 2. Gjatë zbërthimit të ujit formohen elektrone, të cilat fillimisht pranohen nga një substancë si citokromi C550 dhe shënohen me shkronjën Q. Më pas, nga citokromi, elektronet hyjnë në zinxhirin bartës dhe transportohen në qendrën fotokimike 1 për të rimbushur vrimën elektronike, e cila ishte rezultat i depërtimit të kuanteve të dritës dhe procesit të reduktimit të pigmentit 700.
Ka raste kur një molekulë e tillë merr përsëri një elektron identik me atë të mëparshëm. Kjo do të rezultojë në çlirimin e energjisë së dritës në formën e nxehtësisë. Por pothuajse gjithmonë, një elektron me një ngarkesë negative kombinohet me proteina të veçanta hekur-squfuri dhe transferohet përgjatë njërit prej zinxhirëve në pigmentin 700, ose hyn në një zinxhir tjetër bartës dhe ribashkohet me një pranues të përhershëm.
Në variantin e parë ka një transport elektronik ciklik të tipit të mbyllur, në të dytin - jociklik.
Të dy proceset katalizohen nga i njëjti zinxhir i bartësve të elektroneve në fazën e parë të fotosintezës. Por duhet theksuar se gjatë fotofosforilimit të tipit ciklik, pika fillestare dhe në të njëjtën kohë fundore e transportit është klorofili, ndërsa transporti jociklik nënkupton kalimin e substancës së gjelbër të grupit "B" në.klorofili "A".
Veçoritë e transportit ciklik
Fosforilimi ciklik quhet gjithashtu fotosintetik. Si rezultat i këtij procesi, formohen molekulat ATP. Ky transport bazohet në kthimin e elektroneve në një gjendje të ngacmuar në pigmentin 700 përmes disa fazave të njëpasnjëshme, si rezultat i të cilave lirohet energji, e cila merr pjesë në punën e sistemit të enzimës fosforiluese me qëllim të akumulimit të mëtejshëm në fosfat ATP. obligacionet. Kjo do të thotë, energjia nuk shpërndahet.
Fosforilimi ciklik është reaksioni parësor i fotosintezës, i cili bazohet në teknologjinë e gjenerimit të energjisë kimike në sipërfaqet membranore të tilaktoideve të kloroplastit duke përdorur energjinë e dritës së diellit.
Pa fosforilim fotosintetik, reaksionet e asimilimit në fazën e errët të fotosintezës janë të pamundura.
Nuanancat e transportit të tipit jociklik
Procesi konsiston në restaurimin e NADP+ dhe formimin e NADPH. Mekanizmi bazohet në transferimin e një elektroni në feredoksinë, reaksionin e tij reduktues dhe kalimin pasues në NADP+ me reduktim të mëtejshëm në NADPH.
Si rezultat, elektronet që humbën pigmentin 700 rimbushen falë elektroneve të ujit, i cili zbërthehet nën rrezet e dritës në fotosistem 2.
Rruga jo-ciklike e elektroneve, rrjedha e së cilës nënkupton edhe fotosintezën e dritës, kryhet nëpërmjet ndërveprimit të të dy fotosistemeve me njëri-tjetrin, lidh zinxhirët e tyre të transportit të elektroneve. Shkëlqyeshëmenergjia drejton rrjedhën e elektroneve prapa. Kur transportohen nga qendra fotokimike 1 në qendrën 2, elektronet humbasin një pjesë të energjisë së tyre për shkak të akumulimit si një potencial protoni në sipërfaqen e membranës së tilaktoideve.
Në fazën e errët të fotosintezës, procesi i krijimit të një potenciali të tipit proton në zinxhirin e transportit të elektroneve dhe shfrytëzimi i tij për formimin e ATP në kloroplaste është pothuajse plotësisht identik me të njëjtin proces në mitokondri. Por veçoritë janë ende të pranishme. Tilaktoidet në këtë situatë janë mitokondri të kthyera nga brenda. Kjo është arsyeja kryesore që elektronet dhe protonet lëvizin nëpër membranë në drejtim të kundërt në lidhje me rrjedhën e transportit në membranën mitokondriale. Elektronet transportohen në pjesën e jashtme, ndërsa protonet grumbullohen në brendësi të matricës tilaktike. Ky i fundit pranon vetëm një ngarkesë pozitive, dhe membrana e jashtme e tilaktoidit është negative. Nga kjo rrjedh se rruga e gradientit të tipit proton është e kundërt me rrugën e tij në mitokondri.
Veçoria tjetër mund të quhet një nivel i madh pH në potencialin e protoneve.
Karakteristika e tretë është prania e vetëm dy vendeve të konjugimit në zinxhirin tilaktoid dhe, si rezultat, raporti i molekulës ATP ndaj protoneve është 1:3.
Përfundim
Në fazën e parë, fotosinteza është ndërveprimi i energjisë së dritës (artificiale dhe jo artificiale) me një bimë. Substancat jeshile reagojnë ndaj rrezeve - klorofilet, shumica e të cilave gjenden në gjethe.
Formimi i ATP dhe NADPH është rezultat i një reagimi të tillë. Këto produkte janë thelbësore për shfaqjen e reaksioneve të errëta. Prandaj, faza e dritës është një proces i detyrueshëm, pa të cilin nuk do të zhvillohet faza e dytë - faza e errët.
Faza e errët: thelbi dhe veçoritë
Fotosinteza e errët dhe reaksionet e saj janë procedura e dioksidit të karbonit në substanca me origjinë organike me prodhimin e karbohidrateve. Zbatimi i reaksioneve të tilla ndodh në stromën e kloroplastit dhe produktet e fazës së parë të fotosintezës - drita merr pjesë aktive në to.
Mekanizmi i fazës së errët të fotosintezës bazohet në procesin e asimilimit të dioksidit të karbonit (i quajtur edhe karboksilimi fotokimik, cikli Calvin), i cili karakterizohet nga ciklikiteti. Përbëhet nga tre faza:
- Karboksilimi - shtimi i CO2.
- Faza e rikuperimit.
- Faza e rigjenerimit të ribuloz difosfatit.
Ribulofosfati, një sheqer me pesë atome karboni, fosforilohet nga ATP, duke rezultuar në difosfat ribuloz, i cili më tej karboksilohet duke u kombinuar me produktin CO2 me gjashtë karbone, të cilat në çast dekompozohen kur ndërveprojnë me një molekulë uji, duke krijuar dy grimca molekulare të acidit fosfoglicerik. Pastaj ky acid i nënshtrohet një kursi reduktimi të plotë në zbatimin e një reaksioni enzimatik, për të cilin kërkohet prania e ATP dhe NADP për të formuar një sheqer me tre karbon - një sheqer me tre karbon, triozë ose aldehid.fosfoglicerina. Kur dy trioza të tilla kondensohen, përftohet një molekulë heksoze, e cila mund të bëhet pjesë përbërëse e molekulës së niseshtës dhe të korrigjohet në rezervë.
Kjo fazë përfundon me përthithjen e një molekule CO gjatë procesit të fotosintezës2 dhe përdorimin e tre molekulave ATP dhe katër atomeve H. Fosfati i heksozës i jepet vetes reaksioneve të ciklit të fosfatit pentozë, ribulozofosfati që rezulton rigjenerohet, i cili mund të rikombinohet me një molekulë tjetër të acidit karbonik.
Reaksionet e karboksilimit, restaurimit, rigjenerimit nuk mund të quhen specifike ekskluzivisht për qelizën në të cilën ndodh fotosinteza. Nuk mund të thuash as se çfarë është një kurs "homogjen" i proceseve, pasi dallimi ekziston ende - gjatë procesit të rikuperimit, përdoret NADPH dhe jo OVERH.
Shtimi i CO2 nga ribuloz difosfati katalizohet nga ribuloz difosfat karboksilaza. Produkti i reagimit është 3-fosfoglicerati, i cili reduktohet nga NADPH2 dhe ATP në gliceraldehid-3-fosfat. Procesi i reduktimit katalizohet nga gliceraldehid-3-fosfat dehidrogjenaza. Ky i fundit konvertohet lehtësisht në fosfat dihidroksiaceton. formohet bisfosfati i fruktozës. Disa nga molekulat e tij marrin pjesë në procesin e rigjenerimit të difosfatit ribuloz, duke mbyllur ciklin, dhe pjesa e dytë përdoret për të krijuar rezerva karbohidratesh në qelizat e fotosintezës, domethënë ndodh fotosinteza e karbohidrateve.
Energjia e dritës është e nevojshme për fosforilimin dhe sintezën e substancave organikeorigjinën, dhe energjia e oksidimit të substancave organike është e nevojshme për fosforilimin oksidativ. Kjo është arsyeja pse bimësia siguron jetë për kafshët dhe organizmat e tjerë që janë heterotrofikë.
Fotosinteza në një qelizë bimore ndodh në këtë mënyrë. Produkti i saj janë karbohidratet, të nevojshme për krijimin e skeleteve karbonike të shumë substancave të përfaqësuesve të botës së florës, të cilat janë me origjinë organike.
Substancat e tipit azot-organik asimilohen në organizmat fotosintetikë për shkak të reduktimit të nitrateve inorganike, dhe squfurit - për shkak të reduktimit të sulfateve në grupe sulfhidrile të aminoacideve. Siguron formimin e proteinave, acideve nukleike, lipideve, karbohidrateve, kofaktorëve, përkatësisht fotosintezës. Ajo që është një "asortiment" substancash është jetike për bimët, tashmë është theksuar, por nuk është thënë asnjë fjalë për produktet e sintezës dytësore, të cilat janë substanca medicinale të vlefshme (flavonoidet, alkaloidet, terpenet, polifenolet, steroidet, acidet organike etj.). Prandaj, pa ekzagjerim, mund të themi se fotosinteza është çelësi i jetës së bimëve, kafshëve dhe njerëzve.
