Heb je je ooit afgevraagd hoeveel levende organismen er op de planeet zijn?! En ze moeten tenslotte allemaal zuurstof inademen om energie op te wekken en kooldioxide uitademen. Het is kooldioxide dat de belangrijkste oorzaak is van een fenomeen als benauwdheid in de kamer. Het vindt plaats wanneer er veel mensen in zijn en de ruimte lange tijd niet wordt geventileerd. Bovendien vullen industriële faciliteiten, particuliere auto's en openbaar vervoer de lucht met giftige stoffen.
Gezien het bovenstaande rijst een volkomen logische vraag: hoe zijn we toen niet gestikt, als al het leven een bron is van giftige kooldioxide? De redder van alle levende wezens in deze situatie is fotosynthese. Wat is dit proces en waarom is het nodig?
Het resultaat is de aanpassing van de balans van koolstofdioxide en de verzadiging van de lucht met zuurstof. Een dergelijk proces is alleen bekend bij vertegenwoordigers van de flora, dat wil zeggen planten, omdat het alleen in hun cellen voorkomt.
Fotosynthese zelf is een uiterst complexe procedure, afhankelijk van bepaalde omstandigheden en in meerdere gevallenstadia.
Definitie van begrip
Volgens de wetenschappelijke definitie worden organische stoffen tijdens fotosynthese op cellulair niveau in autotrofe organismen door blootstelling aan zonlicht omgezet in organische stoffen.
Om het eenvoudiger te zeggen, fotosynthese is het proces waarbij het volgende gebeurt:
- De plant is verzadigd met vocht. De bron van vocht kan water uit de grond of vochtige tropische lucht zijn.
- Chlorofyl (een speciale stof die in planten voorkomt) reageert op zonne-energie.
- De vorming van het voedsel dat nodig is voor vertegenwoordigers van de flora, die ze niet alleen op een heterotrofe manier kunnen krijgen, maar ze zijn zelf de producent. Met andere woorden, planten eten wat ze produceren. Dit is het resultaat van fotosynthese.
Fase één
Vrijwel elke plant bevat een groene substantie, waardoor hij licht kan absorberen. Deze stof is niets meer dan chlorofyl. De locatie is chloroplasten. Maar chloroplasten bevinden zich in het stengelgedeelte van de plant en zijn vruchten. Maar bladfotosynthese komt vooral in de natuur veel voor. Aangezien de laatste vrij eenvoudig van structuur is en een relatief groot oppervlak heeft, zal de hoeveelheid energie die nodig is om het reddingsproces te laten verlopen veel groter zijn.
Wanneer licht wordt geabsorbeerd door chlorofyl, is de laatste in een staat van opwinding en zijnverzendt energieberichten naar andere organische moleculen van de plant. De grootste hoeveelheid van dergelijke energie gaat naar de deelnemers aan het fotosyntheseproces.
Fase twee
De vorming van fotosynthese in de tweede fase vereist niet de verplichte deelname van licht. Het bestaat uit de vorming van chemische bindingen met behulp van giftige koolstofdioxide gevormd uit luchtmassa's en water. Er is ook een synthese van veel stoffen die zorgen voor de vitale activiteit van vertegenwoordigers van de flora. Dit zijn zetmeel, glucose.
In planten fungeren dergelijke organische elementen als voedingsbron voor afzonderlijke delen van de plant, terwijl ze zorgen voor de normale levensloop. Dergelijke stoffen worden ook verkregen door vertegenwoordigers van de fauna die planten eten als voedsel. Het menselijk lichaam is verzadigd met deze stoffen via voedsel, dat deel uitmaakt van de dagelijkse voeding.
Wat? Waar? Wanneer?
Om ervoor te zorgen dat organische stoffen organisch worden, is het noodzakelijk om geschikte omstandigheden voor fotosynthese te creëren. Voor het betreffende proces is allereerst licht nodig. We hebben het over kunstmatig en zonlicht. In de natuur wordt plantenactiviteit meestal gekenmerkt door intensiteit in de lente en zomer, dat wil zeggen wanneer er een grote hoeveelheid zonne-energie nodig is. Wat niet gezegd kan worden over het herfstseizoen, wanneer er steeds minder licht is, wordt de dag korter. Als gevolg hiervan wordt het blad geel en v alt het er dan volledig af. Maar zodra de eerste lentestralen van de zon schijnen, zal het groene gras opkomen, zullen ze onmiddellijk hun activiteiten hervatten.chlorofylen, en de actieve productie van zuurstof en andere essentiële voedingsstoffen zal beginnen.
De voorwaarden voor fotosynthese omvatten meer dan alleen licht. Vocht zou ook voldoende moeten zijn. De plant neemt immers eerst vocht op en dan begint een reactie met de deelname van zonne-energie. Plantenvoeding is het resultaat van dit proces.
Alleen in aanwezigheid van groene materie vindt fotosynthese plaats. Wat zijn chlorofylen, hebben we hierboven al verteld. Ze fungeren als een soort geleider tussen licht of zonne-energie en de plant zelf en zorgen voor de juiste loop van hun leven en activiteit. Groene stoffen hebben het vermogen om veel van de zonnestralen te absorberen.
Zuurstof speelt ook een belangrijke rol. Om het proces van fotosynthese te laten slagen, hebben planten er veel van nodig, omdat het slechts 0,03% koolzuur bevat. Dus van 20.000 m3 lucht kun je 6 m3 zuur krijgen. Het is deze laatste stof die de belangrijkste grondstof is voor glucose, die op zijn beurt een stof is die nodig is voor het leven.
Er zijn twee stadia van fotosynthese. De eerste heet licht, de tweede is donker.
Wat is het mechanisme van de lichtfasestroom
Het lichte stadium van fotosynthese heeft een andere naam - fotochemisch. De belangrijkste deelnemers in deze fase zijn:
- zonne-energie;
- verscheidenheid aan pigmenten.
Bij het eerste onderdeel is alles duidelijk, het is zonlicht. MAARdat is wat pigmenten zijn, dat weet niet iedereen. Ze zijn groen, geel, rood of blauw. Chlorofylen van groepen "A" en "B" behoren tot respectievelijk groen, phycobilins tot geel en rood/blauw. Fotochemische activiteit onder de deelnemers in deze fase van het proces wordt alleen getoond door chlorofylen "A". De rest speelt een complementaire rol, waarvan de essentie het verzamelen van lichtquanta en hun transport naar het fotochemische centrum is.
Omdat chlorofyl het vermogen heeft om zonne-energie bij een bepaalde golflengte effectief te absorberen, zijn de volgende fotochemische systemen geïdentificeerd:
- Fotochemisch centrum 1 (groene stoffen van groep "A") - pigment 700 is opgenomen in de samenstelling en absorbeert lichtstralen, waarvan de lengte ongeveer 700 nm is. Dit pigment speelt een fundamentele rol bij het maken van producten in het lichte stadium van fotosynthese.
- Fotochemisch centrum 2 (groene stoffen van groep "B") - de samenstelling bevat pigment 680, dat lichtstralen absorbeert, waarvan de lengte 680 nm is. Hij heeft een secundaire rol, die bestaat uit het aanvullen van de elektronen die verloren zijn gegaan door het fotochemische centrum 1. Het wordt bereikt door de hydrolyse van de vloeistof.
Voor 350–400 pigmentmoleculen die de lichtstromen in fotosystemen 1 en 2 concentreren, is er slechts één pigmentmolecuul, dat fotochemisch actief is - chlorofyl van groep "A".
Wat is er aan de hand?
1. De door de plant geabsorbeerde lichtenergie beïnvloedt het daarin aanwezige pigment 700, dat van de normale toestand in de aangeslagen toestand verandert. Pigment verliestelektron, wat resulteert in de vorming van het zogenaamde elektronengat. Verder kan het pigmentmolecuul dat een elektron heeft verloren, fungeren als zijn acceptor, dat wil zeggen, de kant die het elektron ontvangt, en terugkeren naar zijn vorm.
2. Het proces van vloeibare ontbinding in het fotochemische centrum van het lichtabsorberende pigment 680 van fotosysteem 2. Tijdens de ontbinding van water worden elektronen gevormd, die aanvankelijk worden geaccepteerd door een stof zoals cytochroom C550 en worden aangeduid met de letter Q. Dan, van het cytochroom komen de elektronen de dragerketen binnen en worden getransporteerd naar fotochemisch centrum 1 om het elektronengat aan te vullen, wat het resultaat was van de penetratie van lichtquanta en het reductieproces van pigment 700.
Er zijn gevallen waarin zo'n molecuul een elektron terugkrijgt dat identiek is aan het vorige. Hierdoor komt lichtenergie vrij in de vorm van warmte. Maar bijna altijd combineert een elektron met een negatieve lading zich met speciale ijzer-zwavel-eiwitten en wordt het langs een van de ketens overgebracht naar pigment 700, of gaat het een andere dragerketen binnen en herenigt zich met een permanente acceptor.
In de eerste variant is er een cyclisch gesloten type elektronentransport, in de tweede - niet-cyclisch.
Beide processen worden gekatalyseerd door dezelfde keten van elektronendragers in de eerste fase van fotosynthese. Maar het moet worden opgemerkt dat tijdens fotofosforylering van het cyclische type, het initiële en tegelijkertijd het eindpunt van transport chlorofyl is, terwijl niet-cyclisch transport de overgang van de groene substantie van groep "B" naarchlorofyl "A".
Kenmerken van cyclisch transport
Cyclische fosforylering wordt ook wel fotosynthese genoemd. Als resultaat van dit proces worden ATP-moleculen gevormd. Dit transport is gebaseerd op de terugkeer van elektronen in aangeslagen toestand naar pigment 700 via verschillende opeenvolgende stadia, waardoor energie vrijkomt, die deelneemt aan het werk van het fosforylerende enzymsysteem ten behoeve van verdere accumulatie in ATP-fosfaat obligaties. Dat wil zeggen, energie wordt niet gedissipeerd.
Cyclische fosforylering is de primaire reactie van fotosynthese, die is gebaseerd op de technologie van het genereren van chemische energie op de membraanoppervlakken van chloroplast-thylactoïden met behulp van de energie van zonlicht.
Zonder fotosynthetische fosforylering zijn assimilatiereacties in de donkere fase van fotosynthese onmogelijk.
De nuances van transport van niet-cyclisch type
Het proces bestaat uit het herstel van NADP+ en de vorming van NADPH. Het mechanisme is gebaseerd op de overdracht van een elektron naar ferredoxine, de reductiereactie en de daaropvolgende overgang naar NADP+ met verdere reductie tot NADPH.
Als resultaat worden de elektronen die pigment 700 verloren hebben weer aangevuld dankzij de elektronen van water, dat ontleedt onder lichtstralen in het fotosysteem 2.
Het niet-cyclische pad van elektronen, waarvan de stroom ook lichtfotosynthese impliceert, wordt uitgevoerd door de interactie van beide fotosystemen met elkaar, verbindt hun elektronentransportketens. lichtgevendenergie stuurt de stroom van elektronen terug. Bij transport van fotochemisch centrum 1 naar centrum 2 verliezen elektronen een deel van hun energie door accumulatie als een protonpotentiaal op het membraanoppervlak van thylactoïden.
In de donkere fase van fotosynthese is het proces van het creëren van een proton-type potentiaal in de elektronentransportketen en het gebruik ervan voor de vorming van ATP in chloroplasten bijna volledig identiek aan hetzelfde proces in mitochondriën. Maar functies zijn nog steeds aanwezig. Thylactoïden zijn in deze situatie mitochondriën die binnenstebuiten zijn gekeerd. Dit is de belangrijkste reden dat elektronen en protonen over het membraan bewegen in de tegenovergestelde richting van de transportstroom in het mitochondriale membraan. Elektronen worden naar buiten getransporteerd, terwijl protonen zich ophopen in het binnenste van de thylactische matrix. De laatste accepteert alleen een positieve lading en het buitenmembraan van de thylactoide is negatief. Hieruit volgt dat het pad van de proton-type gradiënt tegengesteld is aan zijn pad in mitochondriën.
Het volgende kenmerk kan een hoog pH-niveau in de potentiaal van protonen worden genoemd.
Het derde kenmerk is de aanwezigheid van slechts twee conjugatieplaatsen in de thylactoïdeketen en als resultaat is de verhouding van het ATP-molecuul tot protonen 1:3.
Conclusie
In de eerste fase is fotosynthese de interactie van lichtenergie (kunstmatig en niet-kunstmatig) met een plant. Groene stoffen reageren op de stralen - chlorofylen, waarvan de meeste in bladeren worden aangetroffen.
De vorming van ATP en NADPH is het resultaat van zo'n reactie. Deze producten zijn essentieel voor het optreden van donkerreacties. Daarom is de lichte fase een verplicht proces, zonder welke de tweede fase - de donkere fase - niet zal plaatsvinden.
Donkere fase: essentie en kenmerken
Donkere fotosynthese en zijn reacties zijn de procedure van koolstofdioxide in stoffen van organische oorsprong met de productie van koolhydraten. De implementatie van dergelijke reacties vindt plaats in het stroma van de chloroplast en de producten van de eerste fase van fotosynthese - licht speelt er een actieve rol in.
Het mechanisme van de donkere fase van fotosynthese is gebaseerd op het proces van assimilatie van kooldioxide (ook wel fotochemische carboxylatie genoemd, de Calvin-cyclus), dat wordt gekenmerkt door cycliciteit. Bestaat uit drie fasen:
- Carboxylering - toevoeging van CO2.
- Herstelfase.
- Ribulose difosfaat regeneratiefase.
Ribulofosfaat, een suiker met vijf koolstofatomen, wordt gefosforyleerd door ATP, wat resulteert in ribulosedifosfaat, dat verder wordt gecarboxyleerd door te combineren met CO2-product met zes koolstofatomen, dat onmiddellijk ontleden bij interactie met een watermolecuul, waardoor twee moleculaire deeltjes fosfoglycerinezuur ontstaan. Vervolgens ondergaat dit zuur een volledige reductie bij de implementatie van een enzymatische reactie, waarvoor de aanwezigheid van ATP en NADP vereist is om een suiker met drie koolstofatomen te vormen - een suiker met drie koolstofatomen, triose of aldehydefosfoglycerol. Wanneer twee van dergelijke triosen condenseren, wordt een hexosemolecuul verkregen, dat een integraal onderdeel van het zetmeelmolecuul kan worden en in reserve kan worden gedebugd.
Deze fase eindigt met de absorptie van één CO-molecuul tijdens het fotosyntheseproces2 en het gebruik van drie ATP-moleculen en vier H-atomen Hexosefosfaat leent zich voor de reacties van de pentosefosfaatcyclus, wordt het resulterende ribulosefosfaat geregenereerd, dat kan recombineren met een ander koolzuurmolecuul.
Reacties van carboxylatie, restauratie, regeneratie kunnen niet exclusief worden genoemd voor de cel waarin fotosynthese plaatsvindt. Je kunt ook niet zeggen wat een "homogeen" procesverloop is, aangezien het verschil nog steeds bestaat - tijdens het herstelproces wordt NADPH gebruikt en niet OVERH.
De toevoeging van CO2 door ribulosedifosfaat wordt gekatalyseerd door ribulosedifosfaatcarboxylase. Het reactieproduct is 3-fosfoglyceraat, dat door NADPH2 en ATP wordt gereduceerd tot glyceraldehyde-3-fosfaat. Het reductieproces wordt gekatalyseerd door glyceraldehyde-3-fosfaatdehydrogenase. Dit laatste wordt gemakkelijk omgezet in dihydroxyacetonfosfaat. fructosebisfosfaat wordt gevormd. Sommige van zijn moleculen nemen deel aan het regeneratieproces van ribulosedifosfaat, waardoor de cyclus wordt gesloten, en het tweede deel wordt gebruikt om koolhydraatreserves in fotosynthesecellen te creëren, dat wil zeggen, koolhydraatfotosynthese vindt plaats.
Lichtenergie is nodig voor fosforylering en synthese van organische stoffenoorsprong, en de oxidatie-energie van organische stoffen is noodzakelijk voor oxidatieve fosforylering. Daarom biedt vegetatie leven aan dieren en andere organismen die heterotroof zijn.
Fotosynthese in een plantencel gebeurt op deze manier. Het product is koolhydraten, die nodig zijn om de koolstofskeletten te creëren van veel stoffen van de vertegenwoordigers van de wereld van de flora, die van organische oorsprong zijn.
Stoffen van het stikstof-organische type worden geassimileerd in fotosynthetische organismen vanwege de reductie van anorganische nitraten en zwavel - vanwege de reductie van sulfaten tot sulfhydrylgroepen van aminozuren. Zorgt voor de vorming van eiwitten, nucleïnezuren, lipiden, koolhydraten, cofactoren, namelijk fotosynthese. Wat een "assortiment" van stoffen is die van vitaal belang zijn voor planten is al benadrukt, maar er werd met geen woord gerept over de producten van secundaire synthese, die waardevolle medicinale stoffen zijn (flavonoïden, alkaloïden, terpenen, polyfenolen, steroïden, organische zuren en andere). Daarom kunnen we zonder overdrijving zeggen dat fotosynthese de sleutel is tot het leven van planten, dieren en mensen.
