Te-ai întrebat vreodată câte organisme vii există pe planetă?! Și la urma urmei, toți au nevoie să inhaleze oxigen pentru a genera energie și pentru a expira dioxid de carbon. Dioxidul de carbon este cauza principală a unui astfel de fenomen precum înfundarea în cameră. Are loc atunci când este multă lume în ea, iar camera nu este ventilată mult timp. În plus, instalațiile industriale, automobilele private și transportul public umplu aerul cu substanțe toxice.
Având în vedere cele de mai sus, se ridică o întrebare complet logică: cum nu ne-am sufocat atunci, dacă toată viața este o sursă de dioxid de carbon otrăvitor? Salvatorul tuturor ființelor vii aflate în această situație este fotosinteza. Ce este acest proces și de ce este necesar?
Rezultatul său este reglarea echilibrului de dioxid de carbon și saturația aerului cu oxigen. Un astfel de proces este cunoscut doar de reprezentanții lumii florei, adică ai plantelor, deoarece are loc numai în celulele lor.
Fotosinteza în sine este o procedură extrem de complexă, în funcție de anumite condiții și care are loc în mai multeetape.
Definiția conceptului
Conform definiției științifice, substanțele organice sunt transformate în substanțe organice în timpul fotosintezei la nivel celular în organismele autotrofe, datorită expunerii la lumina soarelui.
Pentru a spune mai simplu, fotosinteza este procesul prin care apare următoarele:
- Planta este saturată de umiditate. Sursa de umiditate poate fi apa din sol sau aerul tropical umed.
- Clorofila (o substanță specială găsită în plante) reacționează la energia solară.
- Formarea hranei necesare reprezentanților florei, pe care ei nu sunt capabili să o obțină singuri în mod heterotrof, dar ei înșiși sunt producătorii ei. Cu alte cuvinte, plantele mănâncă ceea ce produc. Acesta este rezultatul fotosintezei.
Etapa întâi
Practic fiecare plantă conține o substanță verde, datorită căreia poate absorbi lumina. Această substanță nu este altceva decât clorofilă. Localizarea sa este cloroplastele. Dar cloroplastele sunt localizate în partea tulpină a plantei și în fructele acesteia. Dar fotosinteza frunzelor este deosebit de comună în natură. Deoarece acesta din urmă este destul de simplu ca structură și are o suprafață relativ mare, ceea ce înseamnă că cantitatea de energie necesară pentru ca procesul de salvare să se desfășoare va fi mult mai mare.
Când lumina este absorbită de clorofilă, aceasta din urmă este într-o stare de excitare șitransmite mesaje energetice altor molecule organice ale plantei. Cea mai mare cantitate de astfel de energie merge către participanții la procesul de fotosinteză.
Etapa a doua
Formarea fotosintezei în a doua etapă nu necesită participarea obligatorie a luminii. Constă în formarea de legături chimice folosind dioxid de carbon otrăvitor format din mase de aer și apă. Există, de asemenea, o sinteză a multor substanțe care asigură activitatea vitală a reprezentanților florei. Acestea sunt amidon, glucoză.
În plante, astfel de elemente organice acționează ca o sursă de nutriție pentru părțile individuale ale plantei, asigurând în același timp cursul normal al proceselor de viață. Astfel de substanțe sunt obținute și de reprezentanții faunei care mănâncă plante pentru hrană. Corpul uman este saturat cu aceste substanțe prin alimente, care sunt incluse în dieta zilnică.
Ce? Unde? Când?
Pentru ca substanțele organice să devină organice, este necesar să se asigure condiții adecvate pentru fotosinteză. Pentru procesul luat în considerare, în primul rând, este nevoie de lumină. Vorbim despre lumina artificială și solară. În natură, activitatea plantelor se caracterizează de obicei prin intensitate primăvara și vara, adică atunci când este nevoie de o cantitate mare de energie solară. Ce nu se poate spune despre sezonul de toamnă, când este din ce în ce mai puțină lumină, ziua se scurtează. Drept urmare, frunzișul devine galben și apoi cade complet. Dar, de îndată ce primele raze de primăvară ale soarelui strălucesc, iarba verde va răsări, își vor relua imediat activitățile.clorofilele și producția activă de oxigen și alți nutrienți vitali va începe.
Condițiile pentru fotosinteză includ mai mult decât lumina. Umiditatea ar trebui să fie, de asemenea, suficientă. La urma urmei, planta absoarbe mai întâi umiditatea, apoi începe o reacție cu participarea energiei solare. Hrana vegetală este rezultatul acestui proces.
Numai în prezența materiei verzi are loc fotosinteza. Ce sunt clorofilele, am spus deja mai sus. Acţionează ca un fel de conductor între lumina sau energia solară şi planta însăşi, asigurând cursul corect al vieţii şi activităţii lor. Substanțele verzi au capacitatea de a absorbi multe dintre razele soarelui.
Oxigenul joacă, de asemenea, un rol important. Pentru ca procesul de fotosinteză să aibă succes, plantele au nevoie de mult, deoarece conține doar 0,03% acid carbonic. Deci, de la 20.000 m3 de aer, puteți obține 6 m3 de acid. Această din urmă substanță este principala sursă de glucoză, care, la rândul său, este o substanță necesară vieții.
Există două etape ale fotosintezei. Primul se numește lumină, al doilea este întuneric.
Care este mecanismul fluxului luminii
Etapa de lumină a fotosintezei are un alt nume - fotochimic. Principalii participanți la această etapă sunt:
- energie solară;
- varietate de pigmenți.
Cu prima componentă, totul este clar, este lumina soarelui. DARasta sunt pigmentii, nu stie toata lumea. Sunt verzi, galbeni, roșii sau albastre. Clorofilele din grupele „A” și „B” aparțin verdelui, ficobilinele la galben și, respectiv, roșu/albastru. Activitatea fotochimică în rândul participanților în această etapă a procesului este prezentată numai de clorofilele „A”. Restul joacă un rol complementar, a cărui esență este colectarea cuantelor de lumină și transportul lor către centrul fotochimic.
Deoarece clorofila este înzestrată cu capacitatea de a absorbi eficient energia solară la o anumită lungime de undă, au fost identificate următoarele sisteme fotochimice:
- Centrul fotochimic 1 (substanțe verzi din grupa "A") - pigmentul 700 este inclus în compoziție, care absoarbe razele de lumină, a căror lungime este de aproximativ 700 nm. Acest pigment joacă un rol fundamental în crearea produselor din stadiul luminos al fotosintezei.
- Centrul fotochimic 2 (substanțe verzi din grupa „B”) - compoziția include pigmentul 680, care absoarbe razele de lumină, a căror lungime este de 680 nm. El are un rol secundar, care constă în funcția de refacere a electronilor pierduți de centrul fotochimic 1. Se realizează datorită hidrolizei lichidului.
Pentru 350–400 de molecule de pigment care concentrează fluxurile de lumină în fotosistemele 1 și 2, există o singură moleculă de pigment, care este activ fotochimic - clorofila din grupa „A”.
Ce se întâmplă?
1. Energia luminoasă absorbită de plantă afectează pigmentul 700 conținut în aceasta, care trece de la starea normală la starea excitată. Pigmentul pierdeelectron, rezultând în formarea așa-numitei găuri de electroni. În plus, molecula de pigment care a pierdut un electron poate acționa ca acceptor, adică partea care primește electronul și poate reveni la forma sa.
2. Procesul de descompunere lichidă în centrul fotochimic al pigmentului absorbant de lumină 680 al fotosistemului 2. În timpul descompunerii apei se formează electroni, care sunt acceptați inițial de o substanță precum citocromul C550 și sunt notați cu litera Q. Apoi, din citocrom, electronii intră în lanțul purtător și sunt transportați în centrul fotochimic 1 pentru a umple gaura de electroni, care a fost rezultatul pătrunderii cuantelor de lumină și al procesului de reducere a pigmentului 700.
Există cazuri când o astfel de moleculă primește înapoi un electron identic cu cel precedent. Acest lucru va duce la eliberarea de energie luminoasă sub formă de căldură. Dar aproape întotdeauna, un electron cu sarcină negativă se combină cu proteine speciale fier-sulf și este transferat de-a lungul unuia dintre lanțuri la pigmentul 700 sau intră într-un alt lanț purtător și se reunește cu un acceptor permanent.
În prima variantă, există un transport de electroni de tip închis ciclic, în a doua - neciclic.
Ambele procese sunt catalizate de același lanț de purtători de electroni în prima etapă a fotosintezei. Dar trebuie remarcat faptul că în timpul fotofosforilării de tip ciclic, punctul inițial și în același timp final al transportului este clorofila, în timp ce transportul neciclic implică tranziția substanței verzi din grupa „B” laclorofilă „A”.
Caracteristici ale transportului ciclic
Fosforilarea ciclică este numită și fotosintetică. Ca rezultat al acestui proces, se formează molecule de ATP. Acest transport se bazează pe întoarcerea electronilor în stare excitată la pigmentul 700 prin mai multe etape succesive, în urma cărora este eliberată energie, care participă la activitatea sistemului enzimatic de fosforilare în scopul acumulării ulterioare în ATP fosfat. obligațiuni. Adică, energia nu este disipată.
Fosforilarea ciclică este reacția primară a fotosintezei, care se bazează pe tehnologia de generare a energiei chimice pe suprafețele membranei tilactoidelor cloroplastice folosind energia luminii solare.
Fără fosforilarea fotosintetică, reacțiile de asimilare în faza întunecată a fotosintezei sunt imposibile.
Nuanțele transportului de tip non-ciclic
Procesul constă în refacerea NADP+ și formarea NADPH. Mecanismul se bazează pe transferul unui electron la ferredoxină, reacția de reducere a acestuia și tranziția ulterioară la NADP+ cu reducerea suplimentară la NADPH.
Ca urmare, electronii care au pierdut pigmentul 700 sunt reumpluți datorită electronilor apei, care se descompune sub razele de lumină din fotosistemul 2.
Calea neciclică a electronilor, al cărei flux implică și fotosinteza luminii, se realizează prin interacțiunea ambelor fotosisteme între ele, leagă lanțurile lor de transport de electroni. Luminosenergia direcționează fluxul de electroni înapoi. La transportul de la centrul fotochimic 1 la centrul 2, electronii își pierd o parte din energia datorită acumulării ca potențial de protoni pe suprafața membranei tilactoizilor.
În faza întunecată a fotosintezei, procesul de creare a unui potențial de tip proton în lanțul de transport de electroni și exploatarea acestuia pentru formarea de ATP în cloroplaste este aproape complet identic cu același proces din mitocondrii. Dar caracteristicile sunt încă prezente. Tilactoizii în această situație sunt mitocondrii întoarse pe dos. Acesta este principalul motiv pentru care electronii și protonii se deplasează prin membrană în direcția opusă față de fluxul de transport în membrana mitocondrială. Electronii sunt transportați în exterior, în timp ce protonii sunt acumulați în interiorul matricei tilactice. Acesta din urmă acceptă doar o sarcină pozitivă, iar membrana exterioară a tilactoidei este negativă. Rezultă că calea gradientului de tip proton este opusă drumului său în mitocondrii.
Următoarea caracteristică poate fi numită un nivel mare de pH al potențialului protonilor.
A treia caracteristică este prezența a doar două situsuri de conjugare în lanțul tilactoid și, ca urmare, raportul dintre molecula de ATP și protoni este de 1:3.
Concluzie
În prima etapă, fotosinteza este interacțiunea energiei luminoase (artificială și neartificială) cu o plantă. Substanțele verzi reacționează la razele - clorofilele, dintre care majoritatea se găsesc în frunze.
Formarea ATP și NADPH este rezultatul unei astfel de reacții. Aceste produse sunt esențiale pentru apariția reacțiilor întunecate. Prin urmare, etapa luminii este un proces obligatoriu, fără de care a doua etapă - etapa întunecată - nu va avea loc.
Scena întunecată: esență și caracteristici
Fotosinteza întunecată și reacțiile sale sunt procedura de transformare a dioxidului de carbon în substanțe de origine organică cu producerea de carbohidrați. Implementarea unor astfel de reacții are loc în stroma cloroplastei și produsele primei etape a fotosintezei - lumina participă activ la ele.
Mecanismul etapei întunecate a fotosintezei se bazează pe procesul de asimilare a dioxidului de carbon (numit și carboxilare fotochimică, ciclul Calvin), care se caracterizează prin ciclicitate. Constă din trei faze:
- Carboxilare - adăugare de CO2.
- Fază de recuperare.
- Faza de regenerare a ribulozei difosfat.
Ribulofosfat, un zahăr cu cinci atomi de carbon, este fosforilat de ATP, rezultând ribuloză difosfat, care este în continuare carboxilat prin combinarea cu produsul CO2 cu șase atomi de carbon, care instantaneu se descompun atunci când interacționează cu o moleculă de apă, creând două particule moleculare de acid fosfogliceric. Apoi, acest acid suferă un curs de reducere completă în implementarea unei reacții enzimatice, pentru care este necesară prezența ATP și NADP pentru a forma un zahăr cu trei atomi de carbon - un zahăr cu trei atomi de carbon, trioză sau aldehidă.fosfoglicerol. Când două astfel de trioze se condensează, se obține o moleculă de hexoză, care poate deveni parte integrantă a moleculei de amidon și poate fi depanată în rezervă.
Această fază se termină cu absorbția unei molecule de CO în timpul procesului de fotosinteză2 și utilizarea a trei molecule de ATP și patru atomi de H. Fosfatul de hexoză se pretează reacțiilor din ciclul pentozei fosfat, fosfatul de ribuloză rezultat este regenerat, care se poate recombina cu o altă moleculă de acid carbonic.
Reacțiile de carboxilare, restaurare, regenerare nu pot fi numite specifice exclusiv celulei în care are loc fotosinteza. Nici nu puteți spune ce este un curs „omogen” de procese, deoarece diferența încă există - în timpul procesului de recuperare, se folosește NADPH și nu OVERH.
Adăugarea de CO2 de către ribuloză difosfat este catalizată de ribuloză difosfat carboxilază. Produsul de reacție este 3-fosfoglicerat, care este redus cu NADPH2 și ATP la gliceraldehidă-3-fosfat. Procesul de reducere este catalizat de gliceraldehida-3-fosfat dehidrogenaza. Acesta din urmă este ușor transformat în dihidroxiacetonă fosfat. se formează fructoză bifosfat. Unele dintre moleculele sale iau parte la procesul de regenerare al ribulozei difosfat, închizând ciclul, iar a doua parte este folosită pentru a crea rezerve de carbohidrați în celulele de fotosinteză, adică are loc fotosinteza carbohidraților.
Energia luminii este necesara pentru fosforilarea si sinteza substantelor organiceorigine, iar energia de oxidare a substanțelor organice este necesară pentru fosforilarea oxidativă. Acesta este motivul pentru care vegetația oferă viață animalelor și altor organisme care sunt heterotrofe.
Fotosinteza într-o celulă vegetală are loc în acest fel. Produsul său sunt carbohidrații, necesari pentru a crea scheletele de carbon ale multor substanțe ale reprezentanților lumii florei, care sunt de origine organică.
Substanțele de tip azot-organic sunt asimilate în organismele fotosintetice datorită reducerii nitraților anorganici, iar sulful - datorită reducerii sulfaților la grupări sulfhidril ale aminoacizilor. Asigură formarea de proteine, acizi nucleici, lipide, carbohidrați, cofactori și anume fotosinteza. Ceea ce este un „sortament” de substanțe vitale pentru plante a fost deja subliniat, dar nu s-a spus un cuvânt despre produsele de sinteză secundară, care sunt substanțe medicinale valoroase (flavonoide, alcaloizi, terpene, polifenoli, steroizi, acizi organici și altele).). Prin urmare, fără a exagera, putem spune că fotosinteza este cheia vieții plantelor, animalelor și oamenilor.
