פוטוסינתזה - מה זה? בשלב הפוטוסינתזה. תנאי הפוטוסינתזה

האם אי פעם תהיתם כמה בעולם של אורגניזמים חיים?! ובגלל כל מה שהם צריכים לנשום חמצן לפתח אנרגיה ופולטים דו תחמוצת הפחמן. כלומר פחמן דו חמצני - הגורם העיקרי לתופעה זו, כמו בחדר המחניק. היא מתרחשת כאשר יש הרבה אנשים, והחדר במשך זמן רב היא לא שודר. בנוסף, חומרים רעילים למלא את מתקני מיזוג, רכב פרטי לתחבורה ציבורית.

לאור האמור לעיל, קיימת שאלה הגיונית: איך אנחנו לא נחנקנו עדיין, אם כל החיים הוא המקור של פחמן דו חמצני רעיל? המושיע של כל היצורים החיים במצב זה משמש הפוטוסינתזה. מהו התהליך ומהי נחיצותה?

תוצאתה - מאזן הפחמן הדו-חמצני ו הרוויה חמצן מן האוויר. תהליך זה ידוע רק נציגי הצומח של העולם, ישנם צמחים, כמו קורה רק בתאים שלהם.

הפוטוסינתזה עצמו - הליך מסובך מאוד, תלוי בתנאים מסוימים, וכן מתקיימת בכמה שלבים.

ההגדרה

על פי ההגדרה המדעית, חומרים אורגניים ב במהלך הפוטוסינתזה מומרות אורגני ברמה התאית, אוטוטרופי אורגניזמים עקב חשיפה לאור השמש.

כדי לומר בשפה מובנת יותר, פוטוסינתזה היא תהליך שבו התקיים אחד מאלה:

1. המפעל רווי לחות. מקור הרטיבות עלול להיות מים או מהאוויר הטרופי לח הקרקע.
2. היא מתרחשת תגובת כלורופיל (חומר ספציפי אשר נכללה הצמח) את ההשפעה של אנרגיה סולארית.
3. מזון החינוך פלורה חיוני שהם מייצרים בעצמם אינם מסוגלים בדרך heterotrophic, בעוד שהם עצמם אינם היצרן שלה. במילים אחרות, הצמחים ניזונים מהעובדה שהם עצמם מייצרים. זוהי התוצאה של פוטוסינתזה.

שלב ראשון

כמעט כל צמח מכיל חומר ירוק, שבאמצעותו היא יכולה לקלוט אור. חומר זה הוא לא יותר מאשר כלורופיל. מיקומו - כלורופלסטים. אך כלורופלסטים ממוקמים הגבעול של הצמח ואת הפירות שלה. אבל במיוחד נפוץ פוטוסינתזה עלה הטבע. מאז שהאחרון הוא די פשוט במבנה שלו ויש לו שטח פנים גדול יחסית, מה שאומר כי היקף האנרגיה הדרושה להתרחשות של מושיע של התהליך יהיה הרבה יותר.

כאשר האור נספג על ידי כלורופיל, שהאחרון במצב של התרגשות, ועל הבטחות האנרגיה שלהם הועברו מולקולות אורגניות אחרות של הצמח. המספר הגדול ביותר של אנרגיה כזו הולך תהליך הפוטוסינתזה משתתפת.

שלב שני

פוטוסינתזה החינוך בשלב השני אינו מחייב את השתתפותם של העולם. הוא מורכב ביצירת קשרים כימיים עם השימוש של פחמן דו חמצני רעיל המופק מי מסת אוויר. גם את הסינתזה של הסט של חומרים המספקים את היכולת לחיות וצומח. אלה הם עמילן, גלוקוז.

בצמחים כגון אלמנטים אורגניים לשמש מקור הכוח של חלקים בודדים של הצמח, תוך מתן במהלך הדברים הרגיל של תהליכים חיוניים. חומרים אלה מיוצרים וחי, אשר משתמש בצמחים כמקור מזון. הגוף האנושי רווי חומרים אלה דרך מזון, אשר כלול בתזונה היומית.

מה? איפה? מתי?

לחומר האורגני האורגני הפך, יש צורך לספק תנאים מתאימים פוטוסינתזה. במשך תהליך זה נדרש מלכתחילה את האור. אנחנו מדברים על מלאכותית, ואור השמש. טבע בדרך כלל פעילות המפעל מתאפיינת בעצמה של האביב והקיץ, כי הוא, כאשר יש צורך לקבל כמות גדולה של אנרגיה סולארית. לא ניתן לומר על הנקבוביות הסתיו, כאשר האורות דולקים פחות, יום קצר. כתוצאה מכך, העלים מצהיבים, ולאחר מכן לחלוטין ליפול. אבל ברגע הקרני לזרוח באביב הראשון של השמש, עולה דשא ירוק מייד לחדש כלורופיל פעילותה, וכן יחל בפיתוח פעיל של חומרים מזינים וחמצן ואחרים, שהן טבע חיוני.

תנאי פוטוסינתזה לכלול לא רק בנוכחות אור הסביבה. רטיבות גם צריכה להיות מספיק. אחרי הכל, הצמח סופג לחות הראשונה, ולאחר מכן מתחילה להיווצר התגובה עם אנרגיה סולארית. התוצאה של תהליך זה היא מוצרי תזונת צמח.

רק אם יש פוטוסינתזה חומר ירוק. מהו כלורופיל, שהזכרנו לעיל. הם סוג של מנצח בין אור או אנרגיה סולארית הצמח עצמו, הבטחת הדרך הנכונה חייהם ופעילותם. יש חומרי גרין שמש ריבוי קיבולת קליטה.

זה משחק תפקיד משמעותי וחמצן. כדי תהליך הפוטוסינתזה היה מוצלח, הצמחים זקוקים לו הרבה, כי הרכב שלה מכיל רק 0.03% חומצה פחמתית. לפיכך מתוך 20 000 מ ^{'3 של} אוויר יכול לקבל 6 מ ³ חומצה. זהו המרכיב האחרון - הזינה עיקרית גלוקוז, אשר בתורו, הוא חומר הכרחי לחיים.

ישנם שני שלבים של פוטוסינתזה. הראשון נקרא אור, והשנייה - בחושך.

מה שלב אור פעפוע מנגנון

שלב האור של פוטוסינתזה הוא שם אחר - פוטו. המשתתפים העיקריים בשלב זה הם:

• אנרגיה סולארית;
• פיגמנטים שונים.

עם הרכיב הראשון ברור, זה אור שמש. אבל מה הם פיגמנטים לא מכירים. הם באים בירוק, צהוב, אדום או כחול. כדי לכלול קבוצות כלורופיל ירוק "A" ו "B" אל צהוב ואדום / כחול - phycobilins בהתאמה. פעילות פוטוכימי רק כלורופיל התערוכה בקרב המשתתפים בשלב זה של תהליך "A". השאר שייך התפקיד המשלים, שעיקרה - האוסף של קוונטים של אור והתחבורה שלהם למרכז פוטו.

מאז כלורופיל ניחן את ספיגת הקיבולת היעילה של אנרגיה סולארית עם אורך גל מסוים הבא מערכות פוטו זוהה:

- מרכז 1 פוטוכימי (קבוצת "A" חומר ירוק) - נכלל קרני אור 700 הפיגמנט סופג שאורכה כ 700 ננומטר. הפיגמנט הזה שייך התפקיד המהותי ביצירת מוצרים של במת אור פוטוסינתזה.

מרכז 2 פוטוכימי (קבוצת חומר ירוקה "B") - - חלק הפיגמנט 680 נכלל כי סופג קרן אור של 680 ננומטר האורך. הוא הבעלים של השחקן, אשר מורכב במילוי תפקידי האלקטרונים איבד במרכז פוטו 1. זו מושגת באמצעות נוזל הידרוליזה.

בשעת 350- 400 מולקולות של פיגמנטים כי ונתיבי אור מרוכזים ב photosystem 1 ו 2 יש רק מולקולה אחת של הפיגמנט, אשר פעיל photochemically - קבוצה כלורופיל "A".

מה קורה?

1. אנרגית האור נספגת על ידי המפעל, יש השפעה על הפיגמנט המצוי בו 700, אשר עוברת מהמצב הרגיל למצב של עירור. פיגמנט מאבד אלקטרון, וכתוצאה מכך חור אלקטרון שנקרא. בהמשך, המולקולה הפיגמנט כי איבד אלקטרון, עשויה לשמש acceptor שלה, כלומר, המפלגה מקבלת אלקטרונים, ולהחזיר את הטופס.

2. תהליך הפירוק פוטו של הנוזל במרכז האור סופג הפיגמנט 680 photosystem 2. לאחר הפירוק של אלקטרונים יצרו מים שבמקור מתקבלים חומר כגון C550 ציטוכרום, וזוהו על ידי האות ש ואז, על ידי אלקטרונים ציטוכרום להיכנס נשאים מעגל מועברים למרכז 1 עבור פוטו חורים למלא דואר, שהוא התוצאה של חדירת קוונטים של אור ואת תהליך ההחלמה של הפיגמנט 700.

ישנם פעמים כאשר מולקולה כזו חוזרת אלקטרון נשאר זהה. זה יוביל לבידוד של אנרגיית אור כמו חום. אבל כמעט תמיד אלקטרון בעל מטען שלילי, בשילוב עם חלבוני ברזל-גופרית מיוחד מתבצע על אחת מהרשתות או הפיגמנט 700 נופל לתוך עוד מעגל וקטור והתאחד עם acceptor מתמיד.

בשנת ההתגלמות הראשונה, ישנו סוג סגור תחבורה מחזורית אלקטרונים, ובמקרה השני - המחזורי.

שני התהליכים ליפול בשלב הראשון של תהליך הפוטוסינתזה תחת מזרזות את אותה שרשרת של ספקים אלקטרונים. אבל יש לציין כי עבור photophosphorylation הסוג המחזורי להתחיל ולסיים בו זמנית הובלת נקודת Chl, ואילו כאשר המעבר המחזורי כרוך בהעברת קבוצה "B" ירוקה חומר לכלורופיל "A".

תכונות של תחבורה מחזורית

זירחון של מחזורים המכונה גם פוטוסינתזה. כתוצאה מתהליך זה מיוצר מולקולת ATP. הבסיס לכך הוא הובלת ההחזרה אחרי כמה שלבים רצופים במדינת האלקטרונים הנרגשת על הפיגמנט 700, לפיה אנרגיה משתחררת, החלק המקבל במערכת אנזים phosphorylating הצטברות נוספת אג"ח פוספט של ATP. כלומר, האנרגיה אינה התפוגגה.

זירחון של מחזורי הוא התגובה הראשונית של פוטוסינתזה, מבוסס על היווצרות של אנרגית טכנולוגיה כימית על הכלורופלסט tilaktoidov משטחים הממברנה באמצעות אנרגית שמש.

ללא תגובת זירחון פוטוסינתזת התבוללות השלב האפל של פוטוסינתזה בלתי אפשרית.

ניואנסים להובלת סוג noncyclic

התהליך מורכב מתאושש NADP + ו- NADPH היווצרות של N *. המנגנון מבוסס על העברת אלקטרון ferredoxin צמצום התגובה שלה והמעבר לאחר NADP + עם הפחתה נוספת H. * NADP

כתוצאה מכך, אלקטרונים אשר אבדו הפיגמנט 700, אלקטרונים להתחדש באמצעות מים אשר מפורק על ידי קרן אור photosystem 2.

נתיב אציקליים של אלקטרונים הזורמים גם מרמז פוטוסינתזת אור מתבצעת על ידי מגיב ביחד שניים photosystems, ומחבר אותם בשרשרת אלקטרון-תחבורה. אלקטרונים באנרגית אור מכוונים את הזרימה בחזרה. במהלך הובלה של מרכז פוטו 1 למרכז 2 אלקטרונים לאבד חלק מהאנרגיה שלהם עקב הצטברות כפוטנציאל פרוטונים על tilaktoidov משטח הממברנה.

בשלב האפל של תהליך הפוטוסינתזה של יצירת פוטנציאל פרוטון-סוג בשרשרת העברת אלקטרונים, ופעולות ליצירת ATP ב כלורופלסטים הוא כמעט זהה עם אותו תהליך במיטוכונדריה. אבל תכונות עדיין קיימות. Tilaktoidami במצב הזה הוא טוויסט המיטוכונדריה בצד הלא הנכון. זוהי הסיבה העיקרית כי האלקטרונים לבין הפרוטונים לנוע דרך הממברנה בכיוון ההפוך ביחס לזרימת העברת קרום המיטוכונדריה. האלקטרונים מועברים אל מחוץ, ואת הפרוטונים מצטברים הפנים של tilaktoidnogo מטריקס. לאחרונה לוקח רק מטען חיובי, ואת tilaktoida הקרום החיצוני - שלילי. מכאן נובע כי הנתיב של סוג שיפוע פרוטון היפך דרכה המיטוכונדריה.

תכונה נוספת היא pH הגבוהה הפוטנציאל של פרוטונים.

התכונה השלישית היא הנוכחות של רק שתי שרשרות tilaktoidnoy אתרי נטייה וכתוצאה מכך היחס בין מולקולות של ATP כדי פרוטונים שווים 1: 3.

מסקנה

בשלב הראשון של תהליך הפוטוסינתזה היא האינטראקציה של אנרגית אור (המלאכותי neiskusstvennoy) מהצמח. מגיב קרנות חומר ירוק - כלורופיל, שרובו כלול העלים.

ההיווצרות של H * ATP ו NADP - התוצאה של תגובה כזו. מוצרים אלה נחוצים הקרים תגובות כהות. כתוצאה מכך, בשלב האור - מחייב תהליך, שבלעדיו זה יהיה הצעד השני - בחושך.

השלב כהה: המהות ומוזרויות

פוטוסינתזת התגובה שלה כהות היא חומר אורגני הליך דו תחמוצת הפחמן כדי להשיג פחמימות. יישום התגובות האלה להתרחש ב stroma הכלורופלסט ואת השתתפותם הפעילה של המוצרים לעשות את הצעד הראשון של פוטוסינתזה - אור.

מנגנון הפוטוסינתזה מבוסס כהה צעד על תהליך ההתבוללות של פחמן דו-חמצני (המכונה גם carboxylation פוטו, מחזור קלווין), המאופיינת מחזורית. הוא מורכב משלושה שלבים:

1. Carbonation - הצטרפות CO _2.
2. שלב Restorative.
3. ribulozodifosfat התחדשות שלב.

Ribulofosfat - סוכר עם חמישה אטומים של פחמן - ניתן ההליך של זירחון על חשבון ATP, וכתוצאה מכך ribulozodifosfat, אשר נתונה אז carboxylation ידי חיבור המוצר CO ₂ עם שישה פחמנים, אשר מתפרק מייד במגע עם מולקולת מים, יצירת שני phosphoglyceric מולקולרי מיני חומצה . ואז החומצה עוברת שיקום מלא ביישום תגובות אנזימטיות עבורו נדרש בנוכחות ATP ו NADP ליצירת סוכר לשלושה פחמנים - שלוש-חמצני סוכר, triose או אלדהיד phosphoglyceraldehyde. כאשר שתי מולקולות hexose מרוכזות triose כזה מתקבלת, אשר יכול להיות חלק מולקולת עמילן המילואים מבאגים.

שלב זה מסתיים בכך במהלך תהליך הפוטוסינתזה, נספג על ידי מולקולה אחת של CO ₂ ו באמצעות שלוש מולקולות ATP וארבעה אטומי H Geksozofosfat מקובל התגובות של מחזור פוספט פנטוז, וכתוצאה מכך ribulozofosfata התחדשות שיכולה להתאחד עם מולקולה נוספת של חומצה פחמתית.

התגובה Carboxylation, התאוששות, התחדשות לא יכול להיחשב אך ורק תאים ספציפיים שבהם הפוטוסינתזה מתרחש. מהו תהליכי זרימה "אחידים", גם לא יכול לומר, כי יש עדיין הבדל - כאשר תהליך ההתאוששות משתמש NADPH + H ולא NAD + H.

ההצטרפות CO ₂ ribulozodifosfat עובר קטליזה, המספקת ribulozodifosfatkarboksilaza. מוצר התגובה הוא 3-phosphoglycerate, מתאושש על חשבון NADPH * H2 ו- ATP כדי glyceraldehyde-3-פוספט. תהליך ההפחתה catalysed ידי דהידרוגנז glyceraldehyde 3-פוספט. זה האחרון מומר בקלות לתוך דהידרוקסיאצטון פוספט. Fruktozobisfosfata ההיווצרות. חלק המולקולות שלו מעורב ribulozodifosfat תהליך ההתחדשות, סגירת המעגל, ואת החלק השני מופעל כדי ליצור פחמימות מילואי תאים פוטוסינתטיים, דהיינו יש לו את הפוטוסינתזה של פחמימות.

אנרגיית האור נדרש עבור זירחון וסינתזה של חומרים אורגניים, ואת האנרגיה של חמצון של חומרים אורגניים נדרש עבור זרחון חמצוני. לכן הצמחייה מספקת חיים לבעלי חיים ואורגניזמים אחרים, כי הם heterotrophic.

פוטוסינתזה בתאי צמח מתרחשת בדרך זו. מוצריה הם פחמימות הדרושים ליצירת מגוון שלדי פחמן חומרים של פלורה של העולם כי הם ממקור אורגני.

חומרים חנקן אורגני נספג באורגניזמים המבצעים פוטוסינתזה סוג של צמצום של ניטראט אורגניים, וגופרית - בשל ירידה של סולפטים לקבוצות sulfhydryl של חומצות אמינו. מספק את ההיווצרות של חלבונים, חומצות גרעין, שומנים, פחמימות, קו-פקטורים הוא פוטוסינתזה. מהו "מגש" של חומרים חיוניים עבור הצמח כבר הדגיש, אבל על מוצרי סינתזה משנית כי הם חומרים מרפאים בעל ערך (פלבנואידים, אלקלואידים, טרפנים, פוליפנולים, סטרואידים, orgkisloty ואחרים), לא נאמרה מילה. לכן, אין זה מוגזם לומר כי פוטוסינתזה - המפתח לחיים של צמחים, חיות ובני אדם.