ფოტოსინთეზის პირველი ეტაპი. ფოტოსინთეზის პროცესი: მოკლედ და ნათლად ბავშვებისთვის

პლანეტაზე ყველა ცოცხალ არსებას გადარჩენისთვის საკვები ან ენერგია სჭირდება. ზოგიერთი ორგანიზმი იკვებება სხვა არსებებით, ზოგს კი შეუძლია საკუთარი საკვები ნივთიერებების წარმოება. ისინი აწარმოებენ საკუთარ საკვებს, გლუკოზას, პროცესში, რომელსაც ეწოდება ფოტოსინთეზი.

ფოტოსინთეზი და სუნთქვა ურთიერთკავშირშია. ფოტოსინთეზის შედეგია გლუკოზა, რომელიც ინახება ქიმიური ენერგიის სახით. ეს შენახული ქიმიური ენერგია წარმოიქმნება არაორგანული ნახშირბადის (ნახშირორჟანგი) ორგანულ ნახშირბადად გარდაქმნის შედეგად. სუნთქვის პროცესი ათავისუფლებს შენახულ ქიმიურ ენერგიას.

მათ მიერ წარმოებული პროდუქტების გარდა, მცენარეებს გადარჩენისთვის ასევე სჭირდებათ ნახშირბადი, წყალბადი და ჟანგბადი. ნიადაგიდან შთანთქმული წყალი უზრუნველყოფს წყალბადს და ჟანგბადს. ფოტოსინთეზის დროს ნახშირბადი და წყალი გამოიყენება საკვების სინთეზისთვის. მცენარეებს ასევე სჭირდებათ ნიტრატები ამინომჟავების შესაქმნელად (ამინომჟავა არის ინგრედიენტი ცილის შესაქმნელად). გარდა ამისა, მათ სჭირდებათ მაგნიუმი ქლოროფილის წარმოებისთვის.

შენიშვნა:ცოცხალ არსებებს, რომლებიც სხვა საკვებზეა დამოკიდებული, ეწოდება . ჰეტეროტროფების მაგალითებია ბალახოვანი ცხოველები, როგორიცაა ძროხები და მცენარეები, რომლებიც მწერებს ჭამენ. ცოცხალ არსებებს, რომლებიც აწარმოებენ საკუთარ საკვებს, ეწოდება. მწვანე მცენარეები და წყალმცენარეები ავტოტროფების მაგალითებია.

ამ სტატიაში თქვენ შეიტყობთ უფრო მეტს იმის შესახებ, თუ როგორ ხდება ფოტოსინთეზი მცენარეებში და ამ პროცესისთვის აუცილებელ პირობებზე.

ფოტოსინთეზის განმარტება

ფოტოსინთეზი არის ქიმიური პროცესი, რომლის დროსაც მცენარეები, ზოგიერთი წყალმცენარეები წარმოქმნიან გლუკოზას და ჟანგბადს ნახშირორჟანგიდან და წყლისგან, ენერგიის წყაროდ მხოლოდ სინათლის გამოყენებით.

ეს პროცესი უაღრესად მნიშვნელოვანია დედამიწაზე სიცოცხლისთვის, რადგან გამოყოფს ჟანგბადს, რომელზეც მთელი სიცოცხლეა დამოკიდებული.

რატომ სჭირდებათ მცენარეებს გლუკოზა (საკვები)?

ადამიანებისა და სხვა ცოცხალი არსებების მსგავსად, მცენარეებსაც სჭირდებათ კვება გადარჩენისთვის. გლუკოზის მნიშვნელობა მცენარეებისთვის შემდეგია:

• ფოტოსინთეზის შედეგად წარმოქმნილი გლუკოზა გამოიყენება სუნთქვის დროს ენერგიის გასათავისუფლებლად, რომელიც მცენარეს სჭირდება სხვა სასიცოცხლო პროცესებისთვის.
• მცენარეთა უჯრედები ასევე გარდაქმნიან გლუკოზის ნაწილს სახამებლად, რომელიც გამოიყენება საჭიროებისამებრ. ამ მიზეზით, მკვდარი მცენარეები გამოიყენება ბიომასად, რადგან ისინი ინახავენ ქიმიურ ენერგიას.
• გლუკოზა ასევე საჭიროა სხვა ქიმიკატების შესაქმნელად, როგორიცაა ცილები, ცხიმები და მცენარეული შაქარი, რომლებიც საჭიროა ზრდისა და სხვა მნიშვნელოვანი პროცესების მხარდასაჭერად.

ფოტოსინთეზის ფაზები

ფოტოსინთეზის პროცესი ორ ფაზად იყოფა: ღია და ბნელი.

ფოტოსინთეზის მსუბუქი ფაზა

როგორც სახელი გვთავაზობს, სინათლის ფაზები მზის შუქს მოითხოვს. სინათლეზე დამოკიდებულ რეაქციებში მზის სინათლის ენერგია შეიწოვება ქლოროფილით და გარდაიქმნება შენახულ ქიმიურ ენერგიად ელექტრონის გადამტანი მოლეკულის NADPH (ნიკოტინამიდ ადენინ დინუკლეოტიდ ფოსფატი) და ენერგიის მოლეკულის ATP (ადენოზინტრიფოსფატი) სახით. მსუბუქი ფაზები წარმოიქმნება თილაკოიდურ მემბრანებში ქლოროპლასტის შიგნით.

ფოტოსინთეზის ბნელი ფაზა ან კალვინის ციკლი

ბნელ ფაზაში ან კალვინის ციკლში, სინათლის ფაზიდან აღგზნებული ელექტრონები უზრუნველყოფენ ენერგიას ნახშირორჟანგის მოლეკულებიდან ნახშირწყლების ფორმირებისთვის. სინათლისგან დამოუკიდებელ ფაზებს ზოგჯერ უწოდებენ კალვინის ციკლს პროცესის ციკლური ბუნების გამო.

მიუხედავად იმისა, რომ ბნელი ფაზები არ იყენებენ სინათლეს, როგორც რეაგენტს (და, შედეგად, შეიძლება მოხდეს დღის ან ღამის განმავლობაში), ისინი საჭიროებენ შუქზე დამოკიდებული რეაქციების პროდუქტებს ფუნქციონირებისთვის. სინათლისგან დამოუკიდებელი მოლეკულები დამოკიდებულია ენერგიის გადამზიდავ მოლეკულებზე ATP და NADPH ახალი ნახშირწყლების მოლეკულების შესაქმნელად. ენერგიის გადაცემის შემდეგ, ენერგიის გადამზიდავი მოლეკულები ბრუნდებიან სინათლის ფაზებში, რათა წარმოქმნან მეტი ენერგიული ელექტრონები. გარდა ამისა, რამდენიმე მუქი ფაზის ფერმენტი აქტიურდება სინათლის მიერ.

ფოტოსინთეზის ფაზების დიაგრამა

შენიშვნა:ეს ნიშნავს, რომ ბნელი ფაზები არ გაგრძელდება, თუ მცენარეებს ძალიან დიდი ხნით მოკლებული იქნება სინათლე, რადგან ისინი იყენებენ სინათლის ფაზების პროდუქტებს.

მცენარის ფოთლების სტრუქტურა

ჩვენ არ შეგვიძლია სრულად შევისწავლოთ ფოტოსინთეზი ფოთლის სტრუქტურის შესახებ მეტი არ ვიცით. ფოთოლი ადაპტირებულია სასიცოცხლო როლის შესასრულებლად ფოტოსინთეზის პროცესში.

ფოთლების გარე სტრუქტურა

• მოედანი

მცენარეების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მათი ფოთლების დიდი ზედაპირი. მწვანე მცენარეების უმეტესობას აქვს ფართო, ბრტყელი და ღია ფოთლები, რომლებსაც შეუძლიათ დაიჭირონ იმდენი მზის ენერგია (მზის შუქი), რამდენიც საჭიროა ფოტოსინთეზისთვის.

• ცენტრალური ვენა და ფოთოლი

ცენტრალური ვენა და ფოთოლი უერთდებიან ერთმანეთს და ქმნიან ფოთლის ფუძეს. ფოთოლი ათავსებს ფოთოლს ისე, რომ მან მიიღოს რაც შეიძლება მეტი სინათლე.

• ფოთლის პირი

მარტივ ფოთლებს აქვს ერთი ფოთოლი, ხოლო რთულ ფოთლებს რამდენიმე. ფოთლის პირი ფოთლის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი კომპონენტია, რომელიც უშუალოდ მონაწილეობს ფოტოსინთეზის პროცესში.

• ვენები

ფოთლებში არსებული ვენების ქსელი წყალს ღეროებიდან ფოთლებზე გადააქვს. გამოთავისუფლებული გლუკოზა ასევე იგზავნება მცენარის სხვა ნაწილებში ფოთლებიდან ვენების მეშვეობით. გარდა ამისა, ამ ფოთლის ნაწილები მხარს უჭერენ და ინარჩუნებენ ფოთლის პირს ბრტყელზე, მზის შუქის უფრო მეტი დაჭერისთვის. ვენების განლაგება დამოკიდებულია მცენარის ტიპზე.

• ფოთლის ფუძე

ფოთლის ძირი მისი ყველაზე დაბალი ნაწილია, რომელიც ღეროსთან არის მიბმული. ხშირად, ფოთლის ძირში არის წყვილი ღეროები.

• ფოთლის კიდე

მცენარის სახეობიდან გამომდინარე, ფოთლის კიდეს შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული ფორმები, მათ შორის: მთლიანი, დაკბილული, დაკბილული, ჩაჭრილი, კრენატი და ა.შ.

• ფოთლის წვერი

ფოთლის კიდის მსგავსად, წვერი აქვს სხვადასხვა ფორმებს, მათ შორის: მკვეთრი, მომრგვალო, ბლაგვი, წაგრძელებული, გამოწეული და ა.შ.

ფოთლების შიდა სტრუქტურა

ქვემოთ მოცემულია ფოთლის ქსოვილების შიდა სტრუქტურის ახლო დიაგრამა:

• კუტიკულა

კუტიკულა მოქმედებს როგორც მთავარი, დამცავი ფენა მცენარის ზედაპირზე. როგორც წესი, ის უფრო სქელია ფოთლის თავზე. კუტიკულა დაფარულია ცვილის მსგავსი ნივთიერებით, რომელიც იცავს მცენარეს წყლისგან.

• ეპიდერმისი

ეპიდერმისი არის უჯრედების ფენა, რომელიც წარმოადგენს ფოთლის დაფარულ ქსოვილს. მისი ძირითადი ფუნქციაა ფოთლის შიდა ქსოვილების დაცვა დეჰიდრატაციისგან, მექანიკური დაზიანებისა და ინფექციებისგან. ის ასევე არეგულირებს გაზის გაცვლის და ტრანსპირაციის პროცესს.

• მეზოფილი

მეზოფილი მცენარის ძირითადი ქსოვილია. სწორედ აქ ხდება ფოტოსინთეზის პროცესი. მცენარეთა უმეტესობაში მეზოფილი იყოფა ორ ფენად: ზედა პალისადია, ქვედა კი სპონგური.

• თავდაცვის გალიები

მცველი უჯრედები არის სპეციალიზირებული უჯრედები ფოთლების ეპიდერმისში, რომლებიც გამოიყენება გაზის გაცვლის გასაკონტროლებლად. ისინი ასრულებენ დამცავ ფუნქციას სტომატისთვის. სტომატალური ფორები ხდება დიდი, როდესაც წყალი თავისუფლად არის ხელმისაწვდომი, წინააღმდეგ შემთხვევაში დამცავი უჯრედები დუნე ხდება.

• სტომა

ფოტოსინთეზი დამოკიდებულია ნახშირორჟანგის (CO2) შეღწევაზე ჰაერიდან სტომატის მეშვეობით მეზოფილის ქსოვილში. ჟანგბადი (O2), რომელიც წარმოიქმნება ფოტოსინთეზის გვერდითი პროდუქტის სახით, ტოვებს მცენარეს სტომატის მეშვეობით. როდესაც სტომატები ღიაა, წყალი იკარგება აორთქლების შედეგად და ტრანსპირაციის ნაკადის მეშვეობით უნდა შეიცვალოს ფესვების მიერ შთანთქმული წყლით. მცენარეები იძულებულნი არიან დააბალანსონ ჰაერიდან შთანთქმული CO2-ის რაოდენობა და წყლის დაკარგვა სტომატური ფორებით.

ფოტოსინთეზისთვის საჭირო პირობები

ქვემოთ მოცემულია პირობები, რომლებიც მცენარეებს სჭირდებათ ფოტოსინთეზის პროცესის განსახორციელებლად:

• Ნახშირორჟანგი.უფერო, უსუნო, ბუნებრივი აირი, რომელიც გვხვდება ჰაერში და აქვს სამეცნიერო სახელი CO2. იგი წარმოიქმნება ნახშირბადის და ორგანული ნაერთების წვის დროს და ასევე ხდება სუნთქვის დროს.
• წყალი. გამჭვირვალე, თხევადი ქიმიური ნივთიერება, რომელიც არის უსუნო და უგემოვნო (ნორმალურ პირობებში).
• Მსუბუქი.მიუხედავად იმისა, რომ ხელოვნური განათება ასევე კარგია მცენარეებისთვის, ბუნებრივი მზის სინათლე ზოგადად უკეთეს პირობებს იძლევა ფოტოსინთეზისთვის, რადგან ის შეიცავს ბუნებრივ ულტრაიისფერ გამოსხივებას, რომელიც დადებითად მოქმედებს მცენარეებზე.
• ქლოროფილი.ეს არის მწვანე პიგმენტი, რომელიც გვხვდება მცენარის ფოთლებში.
• ნუტრიენტები და მინერალები.ქიმიკატები და ორგანული ნაერთები, რომლებსაც მცენარის ფესვები შთანთქავს ნიადაგიდან.

რა წარმოიქმნება ფოტოსინთეზის შედეგად?

• გლუკოზა;
• ჟანგბადი.

(შუქის ენერგია ნაჩვენებია ფრჩხილებში, რადგან ეს არ არის მატერია)

შენიშვნა:მცენარეები იღებენ CO2-ს ჰაერიდან ფოთლების მეშვეობით, ხოლო წყალი ნიადაგიდან ფესვების მეშვეობით. სინათლის ენერგია მზისგან მოდის. შედეგად მიღებული ჟანგბადი ჰაერში გამოიყოფა ფოთლებიდან. შედეგად მიღებული გლუკოზა შეიძლება გარდაიქმნას სხვა ნივთიერებებად, როგორიცაა სახამებელი, რომელიც გამოიყენება ენერგიის შესანახად.

თუ ფოტოსინთეზის ხელშემწყობი ფაქტორები არ არსებობს ან არასაკმარისი რაოდენობითაა წარმოდგენილი, მცენარეზე შეიძლება უარყოფითად იმოქმედოს. მაგალითად, ნაკლები სინათლე ქმნის ხელსაყრელ პირობებს მწერებისთვის, რომლებიც ჭამენ მცენარის ფოთლებს, ხოლო წყლის ნაკლებობა ანელებს მას.

სად ხდება ფოტოსინთეზი?

ფოტოსინთეზი ხდება მცენარის უჯრედებში, პატარა პლასტიდებში, რომლებსაც ქლოროპლასტები ეწოდება. ქლოროპლასტები (ძირითადად მეზოფილის ფენაში გვხვდება) შეიცავს მწვანე ნივთიერებას, რომელსაც ქლოროფილს უწოდებენ. ქვემოთ მოცემულია უჯრედის სხვა ნაწილები, რომლებიც მუშაობენ ქლოროპლასტთან ფოტოსინთეზის განსახორციელებლად.

მცენარეული უჯრედის სტრუქტურა

მცენარეული უჯრედის ნაწილების ფუნქციები

• : უზრუნველყოფს სტრუქტურულ და მექანიკურ მხარდაჭერას, იცავს უჯრედებს, აფიქსირებს და განსაზღვრავს უჯრედის ფორმას, აკონტროლებს ზრდის სიჩქარეს და მიმართულებას და აძლევს ფორმას მცენარეებს.
• : უზრუნველყოფს პლატფორმას ფერმენტებით კონტროლირებადი ქიმიური პროცესების უმეტესობისთვის.
• : მოქმედებს როგორც ბარიერი, აკონტროლებს ნივთიერებების მოძრაობას უჯრედში და მის გარეთ.
• : როგორც ზემოთ იყო აღწერილი, ისინი შეიცავს ქლოროფილს, მწვანე ნივთიერებას, რომელიც შთანთქავს სინათლის ენერგიას ფოტოსინთეზის პროცესში.
• : ღრუ უჯრედის ციტოპლაზმაში, რომელიც ინახავს წყალს.
• : შეიცავს გენეტიკურ ნიშანს (დნმ), რომელიც აკონტროლებს უჯრედის აქტივობას.

ქლოროფილი შთანთქავს სინათლის ენერგიას, რომელიც საჭიროა ფოტოსინთეზისთვის. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ სინათლის ყველა ფერის ტალღის სიგრძე არ შეიწოვება. მცენარეები უპირველეს ყოვლისა შთანთქავენ წითელ და ლურჯ ტალღის სიგრძეებს - ისინი არ შთანთქავენ სინათლეს მწვანე დიაპაზონში.

ნახშირორჟანგი ფოტოსინთეზის დროს

მცენარეები იღებენ ნახშირორჟანგს ჰაერიდან ფოთლების მეშვეობით. ნახშირორჟანგი ჟონავს ფოთლის ფსკერზე არსებული პატარა ხვრელიდან - სტომატით.

ფოთლის ქვედა ნაწილს აქვს თავისუფლად განლაგებული უჯრედები, რათა ნახშირორჟანგი მიაღწიოს ფოთლებში არსებულ სხვა უჯრედებს. ეს ასევე საშუალებას აძლევს ფოტოსინთეზის შედეგად წარმოქმნილ ჟანგბადს ადვილად დატოვოს ფოთოლი.

ნახშირორჟანგი იმყოფება ჰაერში, რომელსაც ჩვენ ვსუნთქავთ ძალიან დაბალი კონცენტრაციით და აუცილებელი ფაქტორია ფოტოსინთეზის ბნელ ფაზაში.

სინათლე ფოტოსინთეზის დროს

ფოთოლს, როგორც წესი, აქვს დიდი ზედაპირი, ასე რომ მას შეუძლია ბევრი სინათლის შთანთქმა. მისი ზედა ზედაპირი დაცულია წყლის დაკარგვისგან, დაავადებებისგან და ამინდის ზემოქმედებისგან ცვილისებრი ფენით (კუტიკულა). ფურცლის ზედა არის ადგილი, სადაც შუქი ხვდება. ამ მეზოფილის ფენას პალიზადა ეწოდება. იგი ადაპტირებულია დიდი რაოდენობით სინათლის შთანთქმისთვის, რადგან შეიცავს ბევრ ქლოროპლასტს.

სინათლის ფაზების დროს ფოტოსინთეზის პროცესი იზრდება მეტი სინათლით. მეტი ქლოროფილის მოლეკულა იონიზდება და მეტი ATP და NADPH წარმოიქმნება, თუ სინათლის ფოტონები კონცენტრირებულია მწვანე ფოთოლზე. მიუხედავად იმისა, რომ სინათლე ძალზე მნიშვნელოვანია ფოტოფაზებში, უნდა აღინიშნოს, რომ გადაჭარბებულმა რაოდენობამ შეიძლება დააზიანოს ქლოროფილი და შეამციროს ფოტოსინთეზის პროცესი.

სინათლის ფაზები არ არის ძალიან დამოკიდებული ტემპერატურაზე, წყალზე ან ნახშირორჟანგზე, თუმცა ისინი ყველა საჭიროა ფოტოსინთეზის პროცესის დასასრულებლად.

წყალი ფოტოსინთეზის დროს

მცენარეები იღებენ წყალს, რომელიც საჭიროა ფოტოსინთეზისთვის, ფესვების მეშვეობით. მათ აქვთ ფესვის თმა, რომელიც იზრდება ნიადაგში. ფესვები ხასიათდება დიდი ზედაპირით და თხელი კედლებით, რაც საშუალებას აძლევს წყალს ადვილად გაიაროს მათში.

სურათზე ნაჩვენებია მცენარეები და მათი უჯრედები საკმარისი რაოდენობით წყლით (მარცხნივ) და მისი ნაკლებობით (მარჯვნივ).

შენიშვნა:ფესვის უჯრედები არ შეიცავს ქლოროპლასტს, რადგან ისინი ჩვეულებრივ სიბნელეში არიან და არ შეუძლიათ ფოტოსინთეზირება.

თუ მცენარე არ შთანთქავს საკმარის წყალს, ის ჭკნება. წყლის გარეშე მცენარე ვერ შეძლებს საკმარისად სწრაფად ფოტოსინთეზს და შეიძლება მოკვდეს კიდეც.

რა მნიშვნელობა აქვს წყალს მცენარეებისთვის?

• უზრუნველყოფს დაშლილ მინერალებს, რომლებიც ხელს უწყობენ მცენარეთა ჯანმრთელობას;
• არის სატრანსპორტო საშუალება;
• ინარჩუნებს სტაბილურობას და სისწორეს;
• გრილებს და ტენიანდება;
• შესაძლებელს ხდის მცენარეთა უჯრედებში სხვადასხვა ქიმიური რეაქციების განხორციელებას.

ფოტოსინთეზის მნიშვნელობა ბუნებაში

ფოტოსინთეზის ბიოქიმიური პროცესი იყენებს მზის ენერგიას წყლისა და ნახშირორჟანგის ჟანგბადად და გლუკოზად გადაქცევისთვის. გლუკოზა გამოიყენება როგორც სამშენებლო მასალა მცენარეებში ქსოვილის ზრდისთვის. ამრიგად, ფოტოსინთეზი არის მეთოდი, რომლითაც ყალიბდება ფესვები, ღეროები, ფოთლები, ყვავილები და ნაყოფი. ფოტოსინთეზის პროცესის გარეშე მცენარეები ვერ გაიზრდებიან და ვერ გამრავლდებიან.

• პროდიუსერები

მათი ფოტოსინთეზური უნარის გამო, მცენარეები ცნობილია როგორც მწარმოებლები და ემსახურებიან დედამიწის თითქმის ყველა კვების ჯაჭვის საფუძველს. (წყალმცენარეები მცენარეების ეკვივალენტია). ყველა საკვები, რომელსაც ჩვენ ვჭამთ, მოდის ფოტოსინთეზური ორგანიზმებიდან. ჩვენ ვჭამთ ამ მცენარეებს პირდაპირ ან ვჭამთ ცხოველებს, როგორიცაა ძროხები ან ღორები, რომლებიც მოიხმარენ მცენარეულ საკვებს.

• კვების ჯაჭვის საფუძველი

წყლის სისტემებში მცენარეები და წყალმცენარეებიც ქმნიან კვების ჯაჭვის საფუძველს. წყალმცენარეები ემსახურებიან საკვებს, რომლებიც, თავის მხრივ, მოქმედებენ როგორც კვების წყარო უფრო დიდი ორგანიზმებისთვის. წყლის გარემოში ფოტოსინთეზის გარეშე სიცოცხლე შეუძლებელი იქნებოდა.

• ნახშირორჟანგის მოცილება

ფოტოსინთეზი ნახშირორჟანგს გარდაქმნის ჟანგბადად. ფოტოსინთეზის დროს ატმოსფეროდან ნახშირორჟანგი შედის მცენარეში და შემდეგ გამოიყოფა ჟანგბადის სახით. დღევანდელ მსოფლიოში, სადაც ნახშირორჟანგის დონე საგანგაშო ტემპებით იზრდება, ნებისმიერი პროცესი, რომელიც ატმოსფეროდან ნახშირორჟანგს შლის, ეკოლოგიურად მნიშვნელოვანია.

• ნუტრიენტების ციკლი

მცენარეები და სხვა ფოტოსინთეზური ორგანიზმები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ საკვები ნივთიერებების ციკლში. ჰაერში აზოტი ფიქსირდება მცენარის ქსოვილში და ხელმისაწვდომი ხდება ცილების შესაქმნელად. ნიადაგში ნაპოვნი მიკროელემენტები ასევე შეიძლება შევიდეს მცენარეულ ქსოვილში და ხელმისაწვდომი გახდეს ბალახისმჭამელებისთვის კვებითი ჯაჭვის შემდგომ.

• ფოტოსინთეზური დამოკიდებულება

ფოტოსინთეზი დამოკიდებულია სინათლის ინტენსივობასა და ხარისხზე. ეკვატორზე, სადაც მზის სინათლე უამრავია მთელი წლის განმავლობაში და წყალი არ არის შემზღუდველი ფაქტორი, მცენარეებს აქვთ მაღალი ზრდის ტემპი და შეიძლება საკმაოდ დიდი გახდნენ. პირიქით, ფოტოსინთეზი ნაკლებად ხშირად ხდება ოკეანის ღრმა ნაწილებში, რადგან სინათლე არ აღწევს ამ ფენებში, რაც იწვევს უფრო უნაყოფო ეკოსისტემას.

ფოტოსინთეზი არის ორგანული ნივთიერებების წარმოქმნის პროცესი მწვანე მცენარეებში. ფოტოსინთეზმა შექმნა მცენარეთა მთელი მასა დედამიწაზე და გაჯერებული ატმოსფერო ჟანგბადით.

როგორ იკვებება მცენარე?

ადრე ხალხი დარწმუნებული იყო, რომ მცენარეები ნიადაგიდან იღებდნენ საკვებს. მაგრამ ერთმა გამოცდილებამ აჩვენა, რომ ეს ასე არ არის.

მიწის ქოთანში ხე დარგეს. ამავე დროს, გაზომეს როგორც დედამიწის, ასევე ხის მასა. როდესაც, რამდენიმე წლის შემდეგ, ორივე კვლავ აწონეს, აღმოჩნდა, რომ დედამიწის მასა მხოლოდ რამდენიმე გრამით შემცირდა, მცენარის მასა კი მრავალი კილოგრამით გაიზარდა.

მიწას მხოლოდ წყალი ემატებოდა. საიდან გაჩნდა ეს კილოგრამი მცენარეული მასა?

ჰაერიდან. მცენარეებში ყველა ორგანული ნივთიერება იქმნება ატმოსფერული ნახშირორჟანგისა და ნიადაგის წყლისგან.

TOP 2 სტატიავინც ამას კითხულობს

ენერგია

ცხოველები და ადამიანები ჭამენ მცენარეებს სიცოცხლისთვის ენერგიის მისაღებად. ეს ენერგია ორგანული ნივთიერებების ქიმიურ კავშირებშია. Საიდან არის?

ცნობილია, რომ სინათლის გარეშე მცენარე ნორმალურად ვერ იზრდება. სინათლე არის ენერგია, რომლითაც მცენარე აშენებს თავისი სხეულის ორგანულ ნივთიერებებს.

არ აქვს მნიშვნელობა რა სახის განათებაა ეს, მზის თუ ელექტრო. სინათლის ნებისმიერი სხივი ატარებს ენერგიას, რომელიც იქცევა ქიმიური ბმების ენერგიად და წებოს მსგავსად ატომებს ორგანული ნივთიერებების დიდ მოლეკულებში უჭირავს.

სად ხდება ფოტოსინთეზი?

ფოტოსინთეზი ხდება მხოლოდ მცენარეების მწვანე ნაწილებში, უფრო სწორედ, მცენარეთა უჯრედების სპეციალურ ორგანოებში - ქლოროპლასტებში.

ბრინჯი. 1. ქლოროპლასტები მიკროსკოპის ქვეშ.

ქლოროპლასტები პლასტიდის სახეობაა. ისინი ყოველთვის მწვანეა, რადგან შეიცავს მწვანე ნივთიერებას - ქლოროფილს.

ქლოროპლასტი გამოყოფილია უჯრედის დანარჩენი ნაწილისგან მემბრანით და აქვს მარცვლის სახე. ქლოროპლასტის შიგთავსს სტრომა ეწოდება. სწორედ აქ იწყება ფოტოსინთეზის პროცესები.

ბრინჯი. 2. ქლოროპლასტის შიდა სტრუქტურა.

ქლოროპლასტები ჰგავს ქარხანას, რომელიც იღებს ნედლეულს:

• ნახშირორჟანგი (ფორმულა – CO₂);
• წყალი (H2O).

წყალი ფესვებიდან მოდის, ნახშირორჟანგი კი ატმოსფეროდან ფოთლების სპეციალური ხვრელების მეშვეობით. სინათლე არის ენერგია ქარხნის მუშაობისთვის, ხოლო შედეგად მიღებული ორგანული ნივთიერებები არის პროდუქტები.

პირველ რიგში, ნახშირწყლები (გლუკოზა) იწარმოება, მაგრამ შემდგომში ისინი ქმნიან სხვადასხვა სუნისა და გემოს მრავალ ნივთიერებას, რომელიც ძალიან უყვართ ცხოველებსა და ადამიანებს.

ქლოროპლასტებიდან მიღებული ნივთიერებები გადადის მცენარის სხვადასხვა ორგანოში, სადაც ინახება ან გამოიყენება.

ფოტოსინთეზის რეაქცია

ზოგადად, ფოტოსინთეზის განტოლება ასე გამოიყურება:

CO₂ + H2O = ორგანული ნივთიერებები + O2 (ჟანგბადი)

მწვანე მცენარეები მიეკუთვნება ავტოტროფების ჯგუფს (ითარგმნება როგორც "მე ვიკვებები") - ორგანიზმები, რომლებსაც არ სჭირდებათ სხვა ორგანიზმები ენერგიის მისაღებად.

ფოტოსინთეზის მთავარი ფუნქციაა ორგანული ნივთიერებების შექმნა, საიდანაც აგებულია მცენარის სხეული.

ჟანგბადის გამოყოფა პროცესის გვერდითი ეფექტია.

ფოტოსინთეზის მნიშვნელობა

ფოტოსინთეზის როლი ბუნებაში ძალიან დიდია. მისი წყალობით შეიქმნა პლანეტის მთელი მცენარეული სამყარო.

ბრინჯი. 3. ფოტოსინთეზი.

ფოტოსინთეზის წყალობით მცენარეები:

• წარმოადგენს ატმოსფეროს ჟანგბადის წყაროს;
• მზის ენერგიის გადაქცევა ცხოველებისთვის და ადამიანებისთვის ხელმისაწვდომ ფორმად.

დედამიწაზე სიცოცხლე შესაძლებელი გახდა ატმოსფეროში საკმარისი ჟანგბადის დაგროვებით. ვერც ადამიანი და ვერც ცხოველები ვერ იცხოვრებდნენ იმ შორეულ დროში, როცა ის იქ არ იყო, ან ცოტა იყო.

რომელი მეცნიერება სწავლობს ფოტოსინთეზის პროცესს?

ფოტოსინთეზი შესწავლილია სხვადასხვა მეცნიერებაში, მაგრამ ყველაზე მეტად ბოტანიკასა და მცენარეთა ფიზიოლოგიაში.

ბოტანიკა არის მეცნიერება მცენარეების შესახებ და ამიტომ სწავლობს მას, როგორც მცენარეთა მნიშვნელოვან სასიცოცხლო პროცესს.

მცენარეთა ფიზიოლოგია ყველაზე დეტალურად სწავლობს ფოტოსინთეზს. ფიზიოლოგებმა დაადგინეს, რომ ეს პროცესი რთულია და აქვს ეტაპები:

• მსუბუქი;
• ბნელი

ეს ნიშნავს, რომ ფოტოსინთეზი იწყება სინათლეში, მაგრამ მთავრდება სიბნელეში.

რა ვისწავლეთ?

ამ თემის მე-5 კლასში ბიოლოგიის შესწავლის შემდეგ, შეგიძლიათ მოკლედ და ნათლად ახსნათ ფოტოსინთეზი, როგორც მცენარეებში არაორგანული ნივთიერებებისგან (CO2 და H2O) ორგანული ნივთიერებების წარმოქმნის პროცესი. მისი მახასიათებლები: ადგილი აქვს მწვანე პლასტიდებში (ქლოროპლასტები), თან ახლავს ჟანგბადის გამოყოფა და ხორციელდება სინათლის ზემოქმედებით.

ტესტი თემაზე

ანგარიშის შეფასება

Საშუალო რეიტინგი: 4.5. სულ მიღებული შეფასებები: 397.

როგორ ავხსნათ ისეთი რთული პროცესი, როგორიცაა ფოტოსინთეზი მოკლედ და ნათლად? მცენარეები ერთადერთი ცოცხალი ორგანიზმია, რომელსაც შეუძლია საკუთარი საკვების წარმოება. როგორ აკეთებენ ამას? ზრდისთვის ისინი იღებენ ყველა საჭირო ნივთიერებას გარემოდან: ნახშირორჟანგი ჰაერიდან, წყლისა და ნიადაგიდან. მათ ასევე სჭირდებათ ენერგია, რომელსაც მზის სხივებისგან იღებენ. ეს ენერგია იწვევს გარკვეულ ქიმიურ რეაქციებს, რომლის დროსაც ნახშირორჟანგი და წყალი გარდაიქმნება გლუკოზაში (საკვებად) და ხდება ფოტოსინთეზი. პროცესის არსი შეიძლება მოკლედ და ნათლად აიხსნას სკოლის ასაკის ბავშვებსაც კი.

"ნათელთან ერთად"

სიტყვა "ფოტოსინთეზი" მომდინარეობს ორი ბერძნული სიტყვიდან - "ფოტო" და "სინთეზი", რომელთა კომბინაცია ნიშნავს "სინათლესთან ერთად". მზის ენერგია გარდაიქმნება ქიმიურ ენერგიად. ფოტოსინთეზის ქიმიური განტოლება:

6CO 2 + 12H 2 O + სინათლე = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

ეს ნიშნავს, რომ ნახშირორჟანგის 6 მოლეკულა და წყლის თორმეტი მოლეკულა გამოიყენება (მზის შუქთან ერთად) გლუკოზის წარმოებისთვის, რის შედეგადაც ექვსი მოლეკულა ჟანგბადი და ექვსი მოლეკულა წყალი. თუ ამას წარმოადგენთ როგორც სიტყვიერ განტოლებას, მიიღებთ შემდეგს:

წყალი + მზე => გლუკოზა + ჟანგბადი + წყალი.

მზე ენერგიის ძალიან ძლიერი წყაროა. ადამიანები ყოველთვის ცდილობენ გამოიყენონ ის ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის, სახლების იზოლირებისთვის, წყლის გასათბობად და ა.შ. მცენარეებმა მილიონობით წლის წინ „გაერკვია“ მზის ენერგიის გამოყენება, რადგან ეს აუცილებელი იყო მათი გადარჩენისთვის. ფოტოსინთეზი შეიძლება მოკლედ და ნათლად აიხსნას ასე: მცენარეები იყენებენ მზის სინათლის ენერგიას და გარდაქმნიან მას ქიმიურ ენერგიად, რის შედეგადაც არის შაქარი (გლუკოზა), რომლის ჭარბი რაოდენობა სახამებლის სახით ინახება ფოთლებში, ფესვებში, ღეროებში. და მცენარის თესლები. მზის ენერგია გადაეცემა მცენარეებს, ასევე ცხოველებს, რომლებიც ამ მცენარეებს ჭამენ. როდესაც მცენარეს სჭირდება საკვები ნივთიერებები ზრდისა და სხვა სასიცოცხლო პროცესებისთვის, ეს რეზერვები ძალიან სასარგებლოა.

როგორ შთანთქავენ მცენარეები მზის ენერგიას?

მოკლედ და ნათლად რომ ვისაუბროთ ფოტოსინთეზზე, ღირს დავსვათ კითხვა, თუ როგორ ახერხებენ მცენარეები მზის ენერგიის შთანთქმას. ეს ხდება ფოთლების სპეციალური სტრუქტურის გამო, რომელშიც შედის მწვანე უჯრედები - ქლოროპლასტები, რომლებიც შეიცავს სპეციალურ ნივთიერებას, რომელსაც ქლოროფილს უწოდებენ. ეს არის ის, რაც აძლევს ფოთლებს მწვანე ფერს და პასუხისმგებელია მზის სხივებისგან ენერგიის შთანთქმაზე.

რატომ არის ფოთლების უმეტესობა ფართო და ბრტყელი?

ფოტოსინთეზი ხდება მცენარის ფოთლებში. გასაოცარი ფაქტი ის არის, რომ მცენარეები ძალიან კარგად არიან ადაპტირებული მზის შუქის დასაჭერად და ნახშირორჟანგის შთანთქმისთვის. ფართო ზედაპირის წყალობით, გაცილებით მეტი შუქი დაიჭერს. სწორედ ამ მიზეზით, მზის პანელები, რომლებიც ზოგჯერ სახლების სახურავებზეა დამონტაჟებული, ასევე ფართო და ბრტყელია. რაც უფრო დიდია ზედაპირი, მით უკეთესია შეწოვა.

კიდევ რა არის მნიშვნელოვანი მცენარეებისთვის?

ადამიანების მსგავსად, მცენარეებსაც სჭირდებათ სასარგებლო საკვები ნივთიერებები, რათა დარჩეს ჯანმრთელი, გაიზარდოს და კარგად შეასრულოს სასიცოცხლო ფუნქციები. ისინი იღებენ წყალში გახსნილ მინერალებს ნიადაგიდან ფესვების მეშვეობით. თუ ნიადაგს აკლია მინერალური ელემენტები, მცენარე ნორმალურად ვერ განვითარდება. ფერმერები ხშირად ამოწმებენ ნიადაგს, რათა დარწმუნდნენ, რომ მას აქვს საკმარისი საკვები ნივთიერებები კულტურებისთვის. წინააღმდეგ შემთხვევაში, მიმართეთ მცენარეთა კვებისა და ზრდისთვის აუცილებელი მინერალების შემცველი სასუქების გამოყენებას.

რატომ არის ფოტოსინთეზი ასე მნიშვნელოვანი?

ბავშვებისთვის ფოტოსინთეზის მოკლედ და ნათლად ასახსნელად, ღირს იმის თქმა, რომ ეს პროცესი მსოფლიოში ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ქიმიური რეაქციაა. რა მიზეზები აქვს ასეთ ხმამაღალ განცხადებას? პირველ რიგში, ფოტოსინთეზი კვებავს მცენარეებს, რომლებიც, თავის მხრივ, კვებავენ პლანეტის ყველა სხვა ცოცხალ არსებას, მათ შორის ცხოველებსა და ადამიანებს. მეორეც, ფოტოსინთეზის შედეგად, სუნთქვისთვის საჭირო ჟანგბადი გამოიყოფა ატმოსფეროში. ყველა ცოცხალი არსება ისუნთქავს ჟანგბადს და ამოისუნთქავს ნახშირორჟანგს. საბედნიეროდ, მცენარეები პირიქით აკეთებენ, ამიტომ ისინი ძალიან მნიშვნელოვანია ადამიანებისა და ცხოველებისთვის, რადგან აძლევენ მათ სუნთქვის უნარს.

საოცარი პროცესი

როგორც ჩანს, მცენარეებმაც იციან სუნთქვა, მაგრამ ადამიანებისა და ცხოველებისგან განსხვავებით, ისინი ჰაერიდან შთანთქავენ ნახშირორჟანგს და არა ჟანგბადს. მცენარეებიც სვამენ. ამიტომ საჭიროა მათი მორწყვა, თორემ დაიღუპებიან. ფესვთა სისტემის დახმარებით წყალი და საკვები ნივთიერებები მცენარის სხეულის ყველა ნაწილში გადაიგზავნება, ნახშირორჟანგი კი ფოთლებზე არსებული პატარა ხვრელების მეშვეობით შეიწოვება. ქიმიური რეაქციის დაწყების გამომწვევი ფაქტორი მზის სხივია. მიღებულ ყველა მეტაბოლურ პროდუქტს მცენარეები საკვებად იყენებენ, ჟანგბადი გამოიყოფა ატმოსფეროში. ასე შეგიძლიათ მოკლედ და ნათლად აგიხსნათ, როგორ ხდება ფოტოსინთეზის პროცესი.

ფოტოსინთეზი: ფოტოსინთეზის მსუბუქი და ბნელი ფაზები

განხილული პროცესი შედგება ორი ძირითადი ნაწილისგან. ფოტოსინთეზის ორი ეტაპია (აღწერილობა და ცხრილი ქვემოთ). პირველს სინათლის ფაზას უწოდებენ. ის ჩნდება მხოლოდ თილაკოიდურ მემბრანებში სინათლის არსებობისას ქლოროფილის, ელექტრონის გადამტანი ცილების და ფერმენტ ATP სინთეტაზას მონაწილეობით. კიდევ რას მალავს ფოტოსინთეზი? განათეთ და შეცვალეთ ერთმანეთი დღისა და ღამის პროგრესის დროს (კალვინის ციკლები). ბნელ ფაზაში ხდება იგივე გლუკოზის, მცენარეების საკვების წარმოება. ამ პროცესს ასევე უწოდებენ სინათლისგან დამოუკიდებელ რეაქციას.

დასკვნა

ყოველივე ზემოთქმულიდან შეიძლება გამოვიდეს შემდეგი დასკვნები:

• ფოტოსინთეზი არის პროცესი, რომელიც გამოიმუშავებს ენერგიას მზისგან.
• მზის სინათლის ენერგია ქლოროფილით გარდაიქმნება ქიმიურ ენერგიად.
• ქლოროფილი მცენარეებს აძლევს მწვანე ფერს.
• ფოტოსინთეზი ხდება მცენარის ფოთლის უჯრედების ქლოროპლასტებში.
• ნახშირორჟანგი და წყალი აუცილებელია ფოტოსინთეზისთვის.
• ნახშირორჟანგი მცენარეში ხვდება პაწაწინა ხვრელების, სტომატების მეშვეობით და მათში ჟანგბადი გამოდის.
• წყალი მცენარეში შეიწოვება მისი ფესვების მეშვეობით.
• ფოტოსინთეზის გარეშე მსოფლიოში საკვები არ იქნებოდა.

ფოტოსინთეზი არის

ფოტოსინთეზი არის ნახშირწყლები.

ზოგადი მახასიათებლები

I სინათლის ფაზა

1. ფოტოფიზიკური ეტაპი

2. ფოტოქიმიური ეტაპი

II ბნელი ფაზა

3.

მნიშვნელობა

4. ოზონის ეკრანი.

ფოტოსინთეზური მცენარეების პიგმენტები, მათი ფიზიოლოგიური როლი.

· ქლოროფილი - ეს მწვანე პიგმენტი, რომელიც განსაზღვრავს მცენარის მწვანე ფერს, მისი მონაწილეობით განისაზღვრება ფოტოსინთეზის პროცესი. მისი ქიმიური სტრუქტურის მიხედვით, იგი წარმოადგენს სხვადასხვა ტეტრაპიროლების Mg-კომპლექსს. ქლოროფილებს აქვთ პორფირინის სტრუქტურა და სტრუქტურულად ახლოს არიან ჰემთან.

ქლოროფილის პიროლის ჯგუფებში არის ორმაგი და ერთჯერადი ბმების მონაცვლეობის სისტემები. ეს არის ქლოროფილის ქრომოფორული ჯგუფი, რომელიც განსაზღვრავს მზის სპექტრის გარკვეული სხივების შეწოვას და მის ფერს. D პორფირის ბირთვები არის 10 ნმ, ხოლო ფიტოლის ნარჩენების სიგრძე 2 ნმ.

ქლოროფილის მოლეკულები პოლარულია, მის პორფირინის ბირთვს აქვს ჰიდროფილური თვისებები, ხოლო ფიტოლის ბოლო ჰიდროფობიურია. ქლოროფილის მოლეკულის ეს თვისება განსაზღვრავს მის სპეციფიკურ მდებარეობას ქლოროპლასტის გარსებში.

მოლეკულის პორფირინის ნაწილი დაკავშირებულია პროტეინთან, ხოლო ფიტოლური ნაწილი ჩაეფლო ლიპიდურ შრეში.

ცოცხალი ხელუხლებელი უჯრედის ქლოროფილს აქვს შექცევადად ფოტოოქსიდიზაციის და ფოტორედუქციის უნარი. რედოქსის რეაქციების უნარი დაკავშირებულია ქლოროფილის მოლეკულაში კონიუგირებული ორმაგი ბმების არსებობასთან მოძრავ p-ელექტრონებთან და N ატომებთან განუსაზღვრელი ელექტრონებით.

ფიზიოლოგიური როლი

1) შერჩევითად შთანთქავს სინათლის ენერგიას,

2) შეინახეთ იგი ელექტრონული აგზნების ენერგიის სახით,

3) ფოტოქიმიურად გადაიყვანეთ აღგზნებული მდგომარეობის ენერგია პირველადი ფოტოშემცირებული და ფოტო დაჟანგული ნაერთების ქიმიურ ენერგიად.

· კაროტინოიდები - ეს ცხიმში ხსნადი ყვითელი, ნარინჯისფერი და წითელი ფერის პიგმენტები წარმოდგენილია ყველა მცენარის ქლოროპლასტებში. კაროტინოიდები გვხვდება ყველა მაღალ მცენარესა და ბევრ მიკროორგანიზმში. ეს არის ყველაზე გავრცელებული პიგმენტები სხვადასხვა ფუნქციით. კაროტინოიდებს აქვთ მაქსიმალური შთანთქმა სინათლის სპექტრის იისფერ-ლურჯ და ლურჯ ნაწილებში. მათ არ შეუძლიათ ფლუორესცენცია, განსხვავებით ქლოროფილისგან.

კაროტინოიდები მოიცავს ნაერთების 3 ჯგუფს:

ნარინჯისფერი ან წითელი კაროტინები;

ყვითელი ქსანტოფილები;

კაროტინოიდების მჟავები.

ფიზიოლოგიური როლი

1) სინათლის შთანთქმა დამატებითი პიგმენტების სახით;

2) ქლოროფილის მოლეკულების დაცვა შეუქცევადი ფოტოჟანგვისგან;

3) აქტიური რადიკალების ჩაქრობა;

4) მონაწილეობა ფოტოტროპიზმში, რადგან ხელს უწყობს გასროლის ზრდის მიმართულებას.

· ფიკობილინები - ეს წითელი და ლურჯი პიგმენტები ნაპოვნი ციანობაქტერიებსა და ზოგიერთ წყალმცენარეებში. ფიკობილინი შედგება 4 ზედიზედ პიროლის რგოლისგან. ფიკობილინები არის გლობულინის ცილების ქრომოფორული ჯგუფები, რომლებსაც უწოდებენ ფიკობილინის ცილებს. ისინი იყოფა:

- ფიკოერიტრინები -წითელი თეთრები;

- ფიკოციანინი -ლურჯი ციყვი;

- ალოფიკოციანინი -ლურჯი ციყვები.

ყველა მათგანს აქვს ფლუორესცენტური უნარი. ფიკობილინს აქვს მაქსიმალური შთანთქმა სინათლის სპექტრის ნარინჯისფერ, ყვითელ და მწვანე ნაწილებში და წყალმცენარეებს საშუალებას აძლევს უფრო სრულად გამოიყენონ წყალში შეღწევადი შუქი.

30 მ სიღრმეზე წითელი სხივები მთლიანად ქრება

180 მ სიღრმეზე - ყვითელი

320 მ სიღრმეზე – მწვანე

500 მ-ზე მეტ სიღრმეზე ლურჯი და იისფერი სხივები არ აღწევს.

ფიკობილინები დამატებითი პიგმენტებია; ფიკობილინის მიერ შთანთქმული სინათლის ენერგიის დაახლოებით 90% გადადის ქლოროფილში.

ფიზიოლოგიური როლი

1) ფიკობილინის სინათლის შთანთქმის მაქსიმუმი განლაგებულია ქლოროფილის ორ შთანთქმის მაქსიმუმს შორის: სპექტრის ნარინჯისფერ, ყვითელ და მწვანე ნაწილებში.

2) ფიკობილინები ასრულებენ წყალმცენარეებში სინათლის მოსავლის კომპლექსის ფუნქციებს.

3) მცენარეებს აქვთ ფიკობილინ-ფიტოქრომი, ის არ მონაწილეობს ფოტოსინთეზში, მაგრამ არის წითელი სინათლის ფოტორეცეპტორი და ასრულებს მარეგულირებელ ფუნქციას მცენარეთა უჯრედებში.

ფოტოფიზიკური ეტაპის არსი. ფოტოქიმიური ეტაპი. ციკლური და არაციკლური ელექტრონების ტრანსპორტი.

ფოტოფიზიკური ეტაპის არსი

ფოტოფიზიკური ეტაპი ყველაზე მნიშვნელოვანია, რადგან ახორციელებს ენერგიის გადასვლას და გარდაქმნას ერთი სისტემიდან მეორეში (ცოცხალი არაცოცხალიდან).

ფოტოქიმიური ეტაპი

ფოტოსინთეზის ფოტოქიმიური რეაქციები- ეს არის რეაქციები, რომლებშიც სინათლის ენერგია გარდაიქმნება ქიმიური ბმების ენერგიად, უპირველეს ყოვლისა, ფოსფორის ობლიგაციების ენერგიად. ATP. ეს არის ATP, რომელიც უზრუნველყოფს ყველა პროცესის მიმდინარეობას; ამავდროულად, სინათლის გავლენის ქვეშ, წყალი იშლება და წარმოიქმნება შემცირებული პროდუქტი. NADPდა გამოირჩევა O2.

აბსორბირებული სინათლის კვანტების ენერგია მიედინება სინათლის მომპოვებელი კომპლექსის ასობით პიგმენტური მოლეკულიდან ერთ ქლოროფილის ხაფანგის მოლეკულამდე, რაც ელექტრონს აძლევს მიმღებს - ჟანგავს. ელექტრონი შედის ელექტრონის სატრანსპორტო ჯაჭვში; ვარაუდობენ, რომ სინათლის მოსავლის კომპლექსი შედგება 3 ნაწილისგან:

ანტენის მთავარი კომპონენტი

· ორი ფოტო ფიქსაციის სისტემა.

ანტენის ქლოროფილის კომპლექსი ჩაეფლო ქლოროპლასტების თილაკოიდური მემბრანის სისქეში; ანტენის პიგმენტის მოლეკულებისა და რეაქციის ცენტრის ერთობლიობა წარმოადგენს ფოტოსისტემას ფოტოსინთეზის პროცესში. მონაწილეობს 2 ფოტოსისტემა:

· დადგინდა, რომ ფოტოსისტემა 1მოიცავს სინათლის ფოკუსირებული პიგმენტები და რეაქციის ცენტრი 1,

· ფოტოსისტემა 2მოიცავს სინათლის ფოკუსირებული პიგმენტებიდა რეაქციის ცენტრი 2.

ქლოროფილის ხაფანგის ფოტოსისტემა 1შთანთქავს სინათლეს გრძელი ტალღის სიგრძიდან 700 ნმ. მეორეშისისტემა 680 ნმ. სინათლე ცალ-ცალკე შეიწოვება ამ ორი ფოტოსისტემის მიერ და ნორმალური ფოტოსინთეზი მოითხოვს მათ ერთდროულ მონაწილეობას. გადატანა მატარებლების ჯაჭვის გასწვრივ მოიცავს რედოქს რეაქციების სერიას, რომელშიც გადადის წყალბადის ატომი ან ელექტრონები.

ელექტრონების ნაკადის ორი ტიპი არსებობს:

· ციკლური

· არაციკლური.

ელექტრონების ციკლური ნაკადითქლოროფილის მოლეკულისგან გადაეცემა მიმღებს ქლოროფილის მოლეკულიდან და უბრუნდება მას უკან , არაციკლური ნაკადით ხდება წყლის ფოტო დაჟანგვა და ელექტრონის გადატანა წყლიდან NADP-ში რედოქსის რეაქციების დროს გამოთავისუფლებული ენერგია ნაწილობრივ გამოიყენება ატფ-ის სინთეზისთვის.

ფოტოსისტემა I

სინათლის მოსავლის კომპლექსი I შეიცავს დაახლოებით 200 ქლოროფილის მოლეკულას.

პირველი ფოტოსისტემის რეაქციის ცენტრში არის ქლოროფილის დიმერი a-ს შთანთქმის მაქსიმალური 700 ნმ (P700). სინათლის კვანტით აგზნების შემდეგ იგი აღადგენს პირველად მიმღებს - ქლოროფილს a, რომელიც აღადგენს მეორად მიმღებს (ვიტამინი K 1 ან ფილოქინონი), რის შემდეგაც ელექტრონი გადადის ფერედოქსინში, რომელიც ამცირებს NADP ფერმენტ ფერედოქსინ-NADP რედუქტაზას გამოყენებით.

პლასტოციანინის ცილა, შემცირებული b 6 f კომპლექსში, ტრანსპორტირდება პირველი ფოტოსისტემის რეაქციის ცენტრში ინტრათილაკოიდური სივრცის მხრიდან და გადასცემს ელექტრონს დაჟანგულ P700-ში.

ფოტოსისტემა II

ფოტოსისტემა არის SSC-ების ერთობლიობა, ფოტოქიმიური რეაქციის ცენტრი და ელექტრონის მატარებლები. სინათლის მოსავლის კომპლექსი II შეიცავს 200 მოლეკულას ქლოროფილს a, 100 მოლეკულას ქლოროფილს b, 50 მოლეკულას კაროტინოიდს და 2 მოლეკულას ფეოფიტინს. ფოტოსისტემის II რეაქციის ცენტრი არის პიგმენტურ-ცილოვანი კომპლექსი, რომელიც მდებარეობს თილაკოიდურ მემბრანებში და გარშემორტყმულია SSC-ით. იგი შეიცავს ქლოროფილის დიმერს 680 ნმ შთანთქმის მაქსიმალური (P680). SSC-დან სინათლის კვანტის ენერგია საბოლოოდ გადაეცემა მას, რის შედეგადაც ერთ-ერთი ელექტრონი გადადის უფრო მაღალ ენერგეტიკულ მდგომარეობაში, მისი კავშირი ბირთვთან სუსტდება და აღგზნებული P680 მოლეკულა ხდება ძლიერი აღმდგენი აგენტი (E0 = -0,7 ვ).

P680 ამცირებს ფეოფიტინს, შემდეგ ელექტრონი გადადის ქინონებში, რომლებიც PS II-ის ნაწილია და შემდეგ პლასტოქინონებში, რომლებიც ტრანსპორტირდება შემცირებული სახით b6f კომპლექსში. პლასტოკინონის ერთი მოლეკულა ატარებს 2 ელექტრონს და 2 პროტონს, რომლებიც აღებულია სტრომიდან.

P680 მოლეკულაში ელექტრონის ვაკანსიის შევსება ხდება წყლის გამო. PS II მოიცავს წყლის დაჟანგვის კომპლექსს, რომელიც შეიცავს 4 მანგანუმის იონს აქტიურ ცენტრში. ერთი ჟანგბადის მოლეკულის შესაქმნელად საჭიროა წყლის ორი მოლეკულა, რომელიც იძლევა 4 ელექტრონს. ამიტომ პროცესი 4 ციკლად მიმდინარეობს და მისი სრული განხორციელებისთვის საჭიროა სინათლის 4 კვანტა. კომპლექსი მდებარეობს ინტრათილაკოიდური სივრცის მხარეს და შედეგად 4 პროტონი გამოიყოფა მასში.

ამრიგად, PS II-ის მუშაობის მთლიანი შედეგია წყლის 2 მოლეკულის დაჟანგვა 4 მსუბუქი კვანტის დახმარებით ინტრათილაკოიდურ სივრცეში 4 პროტონის და მემბრანაში 2 შემცირებული პლასტოქინონის წარმოქმნით.

ფოტოსინთეზური ფოსფორილირება. ელექტრონების ტრანსპორტირების მექანიზმი ელექტროქიმიური პოტენციალის ტრანსმემბრანული გრადიენტის წარმოქმნით. ატფ სინთეტაზას კომპლექსის სტრუქტურული და ფუნქციური ორგანიზაცია და მოქმედების მექანიზმი.

ფოტოსინთეზური ფოსფორილირება- ატფ-ის სინთეზი ADP-დან და არაორგანული ფოსფორიდან ქლოროპლასტებში, სინათლის გამოწვეულ ელექტრონის ტრანსპორტთან ერთად.

ელექტრონების ნაკადის ორი ტიპის მიხედვით განასხვავებენ ციკლურ და არაციკლურ ფოტოფოსფორილირებას.

ელექტრონების გადატანა ციკლური ნაკადის ჯაჭვის გასწვრივ დაკავშირებულია ორი მაღალი ენერგიის ATP ბმის სინთეზთან. I ფოტოსისტემის რეაქციის ცენტრის პიგმენტის მიერ შთანთქმული მთელი სინათლის ენერგია იხარჯება მხოლოდ ATP-ის სინთეზზე. ციკლური F. f. ნახშირბადის ციკლისთვის არ წარმოიქმნება შემცირების ეკვივალენტები და არ გამოიყოფა O2. ციკლური ვ. აღწერილია განტოლებით:

არაციკლური f. f. დაკავშირებულია ელექტრონების ნაკადთან წყლიდან I და II NADP + ფოტოსისტემის გადამტანების მეშვეობით. სინათლის ენერგია ამ პროცესში ინახება ATP-ის მაღალ ენერგიულ ობლიგაციებში, NADPH2-ის შემცირებულ ფორმაში და მოლეკულურ ჟანგბადში. არაციკლური ფუნქციური ფუნქციის საერთო განტოლება. შემდეგი:

ელექტრონების ტრანსპორტირების მექანიზმი ელექტროქიმიური პოტენციალის ტრანსმემბრანული გრადიენტის წარმოქმნით

ქიმიოზური თეორია.ელექტრონის მატარებლები ლოკალიზებულია მემბრანებში ასიმეტრიულად. ამ შემთხვევაში ელექტრონის მატარებლები (ციტოქრომები) მონაცვლეობენ ელექტრონისა და პროტონის მატარებლებთან (პლასტოქინონები). პლასტოკინონის მოლეკულა ჯერ იღებს ორ ელექტრონს: HRP + 2e - -> HRP -2.

პლასტოკინონი არის ქინონის წარმოებული, სრულად დაჟანგულ მდგომარეობაში იგი შეიცავს ორ ჟანგბადის ატომს, რომლებიც დაკავშირებულია ნახშირბადის რგოლთან ორმაგი ბმებით. მთლიანად შემცირებულ მდგომარეობაში, ჟანგბადის ატომები ბენზოლის რგოლში ერწყმის პროტონებს: ქმნიან ელექტრულად ნეიტრალურ ფორმას: PX -2 + 2H + -> PCN 2. პროტონები გამოიყოფა თილაკოიდის სივრცეში. ამრიგად, როდესაც ელექტრონების წყვილი გადადის Chl 680-დან Chl 700-მდე, პროტონები გროვდება თილაკოიდების შიდა სივრცეში. პროტონების აქტიური გადაცემის შედეგად სტრომიდან ინტრათილაკოიდურ სივრცეში, მემბრანაზე იქმნება წყალბადის ელექტროქიმიური პოტენციალი (ΔμH +), რომელსაც აქვს ორი კომპონენტი: ქიმიური ΔμH (კონცენტრაცია), რომელიც გამოწვეულია H-ის არათანაბარი განაწილებით. + იონები მემბრანის სხვადასხვა მხარეს და ელექტრული, საპირისპირო მუხტის გამო მემბრანის სხვადასხვა მხარეს (მემბრანის შიგნით პროტონების დაგროვების გამო).

__________________________________________________________________________

ატფ სინთეტაზას კომპლექსის სტრუქტურული და ფუნქციური ორგანიზაცია და მოქმედების მექანიზმი

სტრუქტურული და ფუნქციური ორგანიზაცია.მემბრანის მეშვეობით პროტონის დიფუზიის კონიუგაცია ხორციელდება მაკრომოლეკულური ფერმენტის კომპლექსით, ე.წ. ატფ სინთაზა ან დაწყვილების ფაქტორი. ეს კომპლექსი სოკოს ფორმისაა და შედგება ორი ნაწილისგან - შემაერთებელი ფაქტორები: მრგვალი ქუდი F 1, რომელიც გამოდის მემბრანის გარედან (მასში მდებარეობს ფერმენტის კატალიზური ცენტრი) და მემბრანაში ჩაძირული ფეხი. მემბრანის ნაწილი შედგება პოლიპეპტიდური ქვედანაყოფებისგან და ქმნის პროტონულ არხს მემბრანაში, რომლის მეშვეობითაც წყალბადის იონები შედიან კონიუგაციის ფაქტორში F1. F 1 ცილა არის ცილოვანი კომპლექსი, რომელიც შედგება მემბრანისგან, ხოლო ის ინარჩუნებს ატფ-ის ჰიდროლიზის კატალიზების უნარს. იზოლირებულ F 1-ს არ შეუძლია ატფ-ის სინთეზირება. ატფ-ის სინთეზის უნარი მემბრანაში ჩადგმული ერთი F 0 -F 1 კომპლექსის თვისებაა. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ატფ სინთეზის დროს ატფ სინთაზას მუშაობა დაკავშირებულია მის მეშვეობით პროტონების გადაცემასთან. პროტონების მიმართული ტრანსპორტირება შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მემბრანაში ჩასმულია ATP სინთაზა.

მოქმედების მექანიზმი.არსებობს ორი ჰიპოთეზა ფოსფორილირების მექანიზმთან დაკავშირებით (პირდაპირი მექანიზმი და არაპირდაპირი). პირველი ჰიპოთეზის მიხედვით, ფოსფატის ჯგუფი და ADP უკავშირდებიან ფერმენტს F1 კომპლექსის აქტიურ ადგილზე. ორი პროტონი მოძრაობს არხში კონცენტრაციის გრადიენტის გასწვრივ და აერთიანებს ფოსფატ ჟანგბადს წყლის წარმოქმნით. მეორე ჰიპოთეზის მიხედვით (არაპირდაპირი მექანიზმი) ADP და არაორგანული ფოსფორი სპონტანურად ერწყმის ფერმენტის აქტიურ ადგილს. თუმცა, მიღებული ატფ მჭიდროდ არის დაკავშირებული ფერმენტთან და მის გასათავისუფლებლად ენერგიაა საჭირო. ენერგია მიეწოდება პროტონებს, რომლებიც უკავშირდებიან ფერმენტს, ცვლიან მის კონფორმაციას, რის შემდეგაც ATP გამოიყოფა.

C4 ფოტოსინთეზის გზა

C 4-ფოტოსინთეზის გზა ან ჰეჩ-სლაკის ციკლი

ავსტრალიელმა მეცნიერებმა M. Hatch-მა და K. Slack-მა აღწერეს C 4 ფოტოსინთეზური გზა, რომელიც დამახასიათებელია ტროპიკული და სუბტროპიკული მცენარეებისთვის მონოკოტილედონებისა და 16 ოჯახის დიკოტილედონებისთვის (შაქრის ლერწამი, სიმინდი და სხვ.). ყველაზე ცუდი სარეველა არის C4 მცენარეები, ხოლო კულტურების უმეტესობა არის C3 მცენარეები. ამ მცენარის ფოთლები შეიცავს ორ სახეობის ქლოროპლასტს: ჩვეულებრივს მეზოფილის უჯრედებში და დიდ ქლოროპლასტებს, რომლებსაც არ აქვთ გრანა და ფოტოსისტემა II სისხლძარღვთა შეკვრების მიმდებარე გარსების უჯრედებში.

მეზოფილის უჯრედების ციტოპლაზმაში, ფოსფოენოლპირუვატ კარბოქსილაზა ამატებს CO 2-ს ფოსფოენოლპირუვინის მჟავას, წარმოქმნის ოქსალოძმარმჟავას. იგი ტრანსპორტირდება ქლოროპლასტებში, სადაც მცირდება ვაშლის მჟავამდე NADPH-ის მონაწილეობით (NADP+ დამოკიდებული მალატდეჰიდროგენაზას ფერმენტი). ამონიუმის იონების თანდასწრებით ოქსალოძმარმჟავა გარდაიქმნება ასპარტინის მჟავად (ფერმენტი ასპარტატ ამინოტრანსფერაზა). ვაშლის და (ან) ასპარტინის მჟავები გადადიან გარსის უჯრედების ქლოროპლასტებში და დეკარბოქსილირდებიან პირუვინის მჟავად და CO2-მდე. CO 2 შედის კალვინის ციკლში, ხოლო პირუვიკ მჟავა გადადის მეზოფილის უჯრედებში, სადაც ის გარდაიქმნება ფოსფოენოლპირუვინ მჟავად.

იმისდა მიხედვით, თუ რომელი მჟავა - მალატი ან ასპარტატი - ტრანსპორტირდება გარსის უჯრედებში, მცენარეები იყოფა ორ ტიპად: მალატი და ასპარტატი. გარსის უჯრედებში ეს C4 მჟავები დეკარბოქსილირებულია, რაც გვხვდება სხვადასხვა მცენარეებში სხვადასხვა ფერმენტების მონაწილეობით: NADP+-დამოკიდებული დეკარბოქსილაციური მალატდეჰიდროგენაზა (NADP+-MDH), NAD+ დამოკიდებული დეკარბოქსილირებადი მალატდეჰიდროგენაზა (ვაშლის ფერმენტი, NAD+-MDH) და PEP-კარბოქსიკინაზა (PEP-CK). ამრიგად, მცენარეები იყოფა კიდევ სამ ქვეტიპად: NADP + -MDG მცენარეები, NAD + -MDG მცენარეები, FEP-KK მცენარეები.

ეს მექანიზმი საშუალებას აძლევს მცენარეებს განახორციელონ ფოტოსინთეზი, როდესაც სტომატები დახურულია მაღალი ტემპერატურის გამო. გარდა ამისა, კალვინის ციკლის პროდუქტები წარმოიქმნება სისხლძარღვთა შეკვრების მიმდებარე გარსების უჯრედების ქლოროპლასტებში. ეს ხელს უწყობს ფოტოასიმილაციის სწრაფ გადინებას და ამით ზრდის ფოტოსინთეზის ინტენსივობას.

ფოტოსინთეზი Crassulaceae (succulents) ტიპის მიხედვით არის გზა.

მშრალ ადგილებში არის წვნიანი მცენარეები, რომელთა სტომატები ღიაა ღამით და დახურულია დღის განმავლობაში ტრანსპირაციის შესამცირებლად. ამჟამად ამ ტიპის ფოტოსინთეზი გვხვდება 25 ოჯახის წარმომადგენელში.

სუკულენტებში (კაქტუსები და Crassulaceae ოჯახის მცენარეები ( Crassulaceae) ფოტოსინთეზის პროცესები განცალკევებულია არა სივრცეში, როგორც სხვა C4 მცენარეებში, არამედ დროში. ფოტოსინთეზის ამ ტიპს ეწოდება CAM (კრასულაციური მჟავის მეტაბოლიზმი). სტომატები ჩვეულებრივ დახურულია დღის განმავლობაში, რაც ხელს უშლის წყლის დაკარგვას ტრანსპირაციის გზით და ღიაა ღამით. სიბნელეში CO 2 შედის ფოთლებში, სადაც ფოსფოენოლპირუვატ კარბოქსილაზა ამატებს მას ფოსფოენოლპირუვინის მჟავას და წარმოქმნის ოქსალოძმარმჟავას. იგი მცირდება NADPH-დამოკიდებული მალატდეჰიდროგენაზათ ვაშლის მჟავამდე, რომელიც გროვდება ვაკუოლებში. დღის განმავლობაში ვაკუოლიდან ვაკუოლიდან ციტოპლაზმაში გადადის ვაშლის მჟავა, სადაც დეკარბოქსილირდება CO 2-ისა და პირუვინის მჟავის წარმოქმნით. CO 2 დიფუზირდება ქლოროპლასტებში და შედის კალვინის ციკლში.

ასე რომ, ფოტოსინთეზის ბნელი ფაზა იყოფა დროში: CO 2 შეიწოვება ღამით და აღდგება დღის განმავლობაში, მალატი წარმოიქმნება PAL-დან, ქსოვილებში კარბოქსილაცია ხდება ორჯერ: PEP კარბოქსილირდება ღამით, RuBP კარბოქსილირდება დღის განმავლობაში. .

CAM მცენარეები იყოფა ორ ტიპად: NADP-MDG მცენარეები, PEP-KK მცენარეები.

C4-ის მსგავსად, CAM ტიპი არის დამატებითი, რომელიც აწვდის CO 2-ს C3 ციკლს მცენარეებში, რომლებიც ადაპტირებულია მაღალი ტემპერატურის ან ტენიანობის ნაკლებობის პირობებში საცხოვრებლად. ზოგიერთ მცენარეში ეს ციკლი ყოველთვის ფუნქციონირებს, ზოგში კი მხოლოდ არახელსაყრელ პირობებში.

ფოტორესპირაცია.

ფოტორესპირაცია არის სინათლის გააქტიურებული პროცესი CO 2-ის გამოყოფისა და O 2-ის შთანთქმის. (არ არის დაკავშირებული ფოტოსინთეზთან ან სუნთქვასთან). ვინაიდან ფოტორესპირაციის პირველადი პროდუქტია გლიკოლის მჟავა, მას გლიკოლატის გზასაც უწოდებენ. ფოტორესპირაცია იზრდება CO 2 დაბალი შემცველობით და ჰაერში მაღალი O 2 კონცენტრაციით. ამ პირობებში ქლოროპლასტის რიბულოზა ბისფატ კარბოქსილაზა კატალიზებს არა რიბულოზა-1,5-ბისფოსფატის კარბოქსილირებას, არამედ მის დაშლას 3-ფოსფოგლიცერიულ და 2-ფოსფოგლიკოლის მჟავებად. ეს უკანასკნელი დეფოსფორილირდება გლიკოლის მჟავის წარმოქმნით.

გლიკოლის მჟავა ქლოროპლასტისგან გადადის პეროქსიზომაში, სადაც გლიკოლატ ოქსიდაზას მიერ იჟანგება გლიოქსილის მჟავად. მიღებული წყალბადის ზეჟანგი იშლება პეროქსისომაში არსებული კატალაზას მიერ. გლიოქსილის მჟავა ამინირებულია გლიცინის შესაქმნელად. გლიცინი ტრანსპორტირდება მიტოქონდრიაში, სადაც სერინი სინთეზირდება გლიცინის ორი მოლეკულისგან და გამოიყოფა CO 2.

სერინს შეუძლია შევიდეს პეროქსისომაში და ამინოტრანსფერაზას მოქმედებით გადასცემს ამინოჯგუფს პირუვიკ მჟავაში ალანინის წარმოქმნით და თავად გარდაიქმნება ჰიდროქსიპირუვინ მჟავად. ეს უკანასკნელი, NADPH-ის მონაწილეობით, მცირდება გლიცერინის მჟავამდე. ის გადადის ქლოროპლასტებში, სადაც შედის კალვინის ციკლში და იქმნება 3 PHA.

მცენარის სუნთქვა

ცოცხალი უჯრედი ღია ენერგეტიკული სისტემაა, ის ცხოვრობს და ინარჩუნებს ინდივიდუალობას ენერგიის მუდმივი ნაკადის გამო. როგორც კი ეს შემოდინება შეჩერდება, ხდება სხეულის დეზორგანიზება და სიკვდილი. ფოტოსინთეზის დროს ორგანულ ნივთიერებებში შენახული მზის შუქის ენერგია კვლავ გამოიყოფა და გამოიყენება სხვადასხვა სასიცოცხლო პროცესებისთვის.

ბუნებაში, არსებობს ორი ძირითადი პროცესი, რომლის დროსაც გამოიყოფა ორგანულ ნივთიერებებში შენახული მზის ენერგია: სუნთქვა და დუღილი. სუნთქვა არის ორგანული ნაერთების აერობული ჟანგვითი დაშლა მარტივ არაორგანულ ნაერთებად, რასაც თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა. დუღილი არის ორგანული ნაერთების უფრო მარტივ ნაერთებად დაშლის ანაერობული პროცესი, რომელსაც თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა. სუნთქვის შემთხვევაში ელექტრონის მიმღები არის ჟანგბადი, დუღილის შემთხვევაში ორგანული ნაერთები.

სუნთქვის პროცესის საერთო განტოლებაა:

С6Н1206 + 602 -> 6С02 + 6Н20 + 2824 კჯ.

სასუნთქი გზები

არსებობს ორი ძირითადი სისტემა და ორი ძირითადი გზა რესპირატორული სუბსტრატის ტრანსფორმაციისთვის ან ნახშირწყლების დაჟანგვისთვის:

1) გლიკოლიზი + კრებსის ციკლი (გლიკოლიზური); რესპირატორული გაცვლის ეს გზა ყველაზე გავრცელებულია და, თავის მხრივ, შედგება ორი ფაზისგან. პირველი ფაზა არის ანაერობული (გლიკოლიზი), მეორე ფაზა არის აერობული. ეს ფაზები ლოკალიზებულია უჯრედის სხვადასხვა განყოფილებაში. გლიკოლიზის ანაერობული ფაზა ციტოპლაზმაშია, აერობული ფაზა მიტოქონდრიაში. ჩვეულებრივ, სუნთქვის ქიმიის გათვალისწინება იწყება გლუკოზით. ამავდროულად, მცენარის უჯრედებში მცირეა გლუკოზა, რადგან ფოტოსინთეზის საბოლოო პროდუქტებია საქაროზა, როგორც შაქრის მთავარი სატრანსპორტო ფორმა მცენარეში ან სარეზერვო ნახშირწყლები (სახამებელი და ა.შ.). ამიტომ, იმისათვის, რომ გახდეს სუნთქვის სუბსტრატი, საქაროზა და სახამებელი უნდა იყოს ჰიდროლიზებული გლუკოზის შესაქმნელად.

2) პენტოზა ფოსფატი (აპოტომური). ამ რესპირატორული გზების ფარდობითი როლი შეიძლება განსხვავდებოდეს მცენარის ტიპის, ასაკის, განვითარების სტადიისა და გარემო ფაქტორების მიხედვით. მცენარის სუნთქვის პროცესი ხდება ყველა გარე პირობებში, რომლებშიც სიცოცხლე შესაძლებელია. მცენარეულ ორგანიზმს არ გააჩნია ტემპერატურის რეგულირების ადაპტაცია, ამიტომ სუნთქვის პროცესი მიმდინარეობს -50-დან +50°C-მდე ტემპერატურაზე. მცენარეებს ასევე არ აქვთ ადაპტაცია, რათა შეინარჩუნონ ჟანგბადის ერთგვაროვანი განაწილება ყველა ქსოვილში. ეს იყო სუნთქვის პროცესის განხორციელების საჭიროება სხვადასხვა პირობებში, რამაც განაპირობა სხვადასხვა რესპირატორული მეტაბოლური გზების ევოლუციის პროცესში განვითარება და ფერმენტული სისტემების კიდევ უფრო დიდი მრავალფეროვნება, რომლებიც ახორციელებენ სუნთქვის ცალკეულ ეტაპებს. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს ორგანიზმში ყველა მეტაბოლური პროცესის ურთიერთდაკავშირება. რესპირატორული მეტაბოლური გზის შეცვლა იწვევს მცენარის მთელ მეტაბოლიზმში ღრმა ცვლილებებს.

ენერგია

11 ATP წარმოიქმნება CK და რესპირატორული მუშაობის შედეგად და 1 ATP სუბსტრატის ფოსფორილირების შედეგად. ამ რეაქციის დროს წარმოიქმნება GTP-ის ერთი მოლეკულა (რეფოსფორილირების რეაქცია იწვევს ატფ-ის წარმოქმნას).

კკ 1 ბრუნვა აერობულ პირობებში იწვევს 12 ატფ-ის წარმოქმნას

ინტეგრაციული

CK დონეზე, ცილების, ცხიმებისა და ნახშირწყლების კატაბოლიზმის გზები გაერთიანებულია. კრებსის ციკლი არის ცენტრალური მეტაბოლური გზა, რომელიც აერთიანებს უჯრედების ძირითადი კომპონენტების დაშლისა და სინთეზის პროცესებს.

ამფიბოლური

CK-ის მეტაბოლიტები საკვანძოა; მათ დონეზე, მათ შეუძლიათ გადაერთონ ერთი ტიპის მეტაბოლიზმიდან მეორეზე.

13.ETC: კომპონენტების ლოკალიზაცია. ოქსიდაციური ფოსფორილირების მექანიზმი. მიტჩელის ქიმიოსმოტიკური თეორია.

ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი- ეს არის რედოქს აგენტების ჯაჭვი, რომელიც მდებარეობს გარკვეული გზით ქლოროპლასტების მემბრანაში, რომელიც ახორციელებს ფოტოინდუცირებულ ელექტრონების ტრანსპორტირებას წყლიდან NADP +-მდე. ელექტრონის ტრანსპორტირების მამოძრავებელი ძალა ფოტოსინთეზის ETC-ის მეშვეობით არის რედოქსული რეაქციები ორი ფოტოსისტემის (PS) რეაქციის ცენტრში (RC). მუხტების პირველადი განცალკევება PS1 RC-ში იწვევს ძლიერი შემცირების აგენტის A0 წარმოქმნას, რომლის რედოქს პოტენციალი უზრუნველყოფს NADP + შემცირებას შუალედური მატარებლების ჯაჭვის მეშვეობით. RC PS2-ში, ფოტოქიმიური რეაქციები იწვევს ძლიერი ჟანგვის აგენტის P680 წარმოქმნას, რაც იწვევს რედოქს რეაქციებს, რაც იწვევს წყლის დაჟანგვას და ჟანგბადის გამოყოფას. PS1 RC-ში წარმოქმნილი P700-ის შემცირება ხდება წყლიდან მობილიზებული ელექტრონების გამო, ელექტრონების შუალედური მატარებლების მონაწილეობით (პლასტოქინონები, ციტოქრომული კომპლექსის რედოქს კოფაქტორები და პლასტოციანინი). რეაქციის ცენტრებში მუხტის განცალკევების პირველადი ფოტოინდუცირებული რეაქციებისგან განსხვავებით, თერმოდინამიკური გრადიენტის საწინააღმდეგოდ, ელექტრონების გადაცემა ETC-ის სხვა ნაწილებში ხდება რედოქს პოტენციალის გრადიენტის გასწვრივ და თან ახლავს ენერგიის გამოყოფას, რომელიც გამოიყენება ატფ-ის სინთეზი.

მიტოქონდრიული ETC-ის კომპონენტები განლაგებულია შემდეგი თანმიმდევრობით:

ელექტრონების წყვილი NADH-დან ან სუქცინატიდან ETC-ის გასწვრივ გადადის ჟანგბადში, რომელიც შემცირების და ორი პროტონის დამატებით წარმოქმნის წყალს.

ფოტოსინთეზის განმარტება და ზოგადი მახასიათებლები, ფოტოსინთეზის მნიშვნელობა

ფოტოსინთეზი არისსინათლეში CO2-დან და H2O-დან ორგანული ნივთიერებების წარმოქმნის პროცესი, ფოტოსინთეზური პიგმენტების მონაწილეობით.

ბიოქიმიური თვალსაზრისით, ფოტოსინთეზი არისარაორგანული ნივთიერებების CO2 და H2O სტაბილური მოლეკულების ორგანული ნივთიერებების მოლეკულებად გარდაქმნის რედოქსის პროცესი - ნახშირწყლები.

ზოგადი მახასიათებლები

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + O 2

ფოტოსინთეზის პროცესი შედგება ორი ფაზისგან და რამდენიმე ეტაპისგან, რომლებიც თანმიმდევრულად მიმდინარეობს.

I სინათლის ფაზა

1. ფოტოფიზიკური ეტაპი– გვხვდება ქლოროპლასტების შიდა მემბრანაში და ასოცირდება პიგმენტური სისტემების მიერ მზის ენერგიის შთანთქმასთან.

2. ფოტოქიმიური ეტაპი- ხდება ქლოროპლასტების შიდა მემბრანაში და დაკავშირებულია მზის ენერგიის ქიმიურ ენერგიად ATP და NADPH2 გადაქცევასთან და წყლის ფოტოლიზთან.

II ბნელი ფაზა

3. ბიოქიმიური ეტაპი ან კალვინის ციკლი- ადგილი აქვს ქლოროპლასტების სტრომაში. ამ ეტაპზე ნახშირორჟანგი მცირდება ნახშირწყლებად.

მნიშვნელობა

1. ჰაერში CO2-ის მუდმივობის უზრუნველყოფა. CO 2-ის შეერთება ფოტოსინთეზის დროს დიდწილად ანაზღაურებს მის გამოყოფას სხვა პროცესების შედეგად (სუნთქვა, დუღილი, ვულკანური აქტივობა, კაცობრიობის სამრეწველო აქტივობა).

2. ხელს უშლის სათბურის ეფექტის განვითარებას.მზის გარკვეული ნაწილი აირეკლება დედამიწის ზედაპირიდან თერმული ინფრაწითელი სხივების სახით. CO 2 შთანთქავს ინფრაწითელ გამოსხივებას და ამით ინარჩუნებს სითბოს დედამიწაზე. ატმოსფეროში CO 2 შემცველობის ზრდამ შეიძლება ხელი შეუწყოს ტემპერატურის ზრდას, ანუ შექმნას სათბურის ეფექტი. თუმცა, CO 2-ის მაღალი შემცველობა ჰაერში ააქტიურებს ფოტოსინთეზს და, შესაბამისად, CO 2-ის კონცენტრაცია ჰაერში კვლავ შემცირდება.

3. ატმოსფეროში ჟანგბადის დაგროვება.თავდაპირველად, დედამიწის ატმოსფეროში ძალიან ცოტა ჟანგბადი იყო. ახლა მისი შემცველობა არის ჰაერის მოცულობის 21%. ძირითადად, ეს ჟანგბადი ფოტოსინთეზის პროდუქტია.

4. ოზონის ეკრანი.ოზონი (O 3) წარმოიქმნება ჟანგბადის მოლეკულების ფოტოდისოციაციის შედეგად, მზის რადიაციის გავლენის ქვეშ, დაახლოებით 25 კმ სიმაღლეზე. იცავს დედამიწაზე არსებულ მთელ სიცოცხლეს დამანგრეველი სხივებისგან.

ფოტოსინთეზი არის ორგანული ნივთიერებების სინთეზი ნახშირორჟანგიდან და წყლისგან სინათლის ენერგიის სავალდებულო გამოყენებით: 6CO 2 +6H 2 O + Q სინათლე →C 6 H 12 O 6 +6O 2. ფოტოსინთეზი რთული მრავალსაფეხურიანი პროცესია; ფოტოსინთეზის რეაქციები იყოფა ორ ჯგუფად: მსუბუქი ფაზის რეაქციები და ბნელი ფაზის რეაქციები.

მსუბუქი ფაზა. წარმოიქმნება მხოლოდ სინათლის არსებობისას თილაკოიდურ გარსებში ქლოროფილის, ელექტრონის გადამტანი ცილების და ფერმენტ ATP სინთეტაზას მონაწილეობით. სინათლის კვანტის გავლენით ქლოროფილის ელექტრონები აღგზნდებიან, ტოვებენ მოლეკულას და შედიან თილაკოიდური მემბრანის გარე მხარეს, რომელიც საბოლოოდ უარყოფითად დამუხტული ხდება. ოქსიდირებული ქლოროფილის მოლეკულები მცირდება, ელექტრონებს იღებენ ინტრათილაკოიდურ სივრცეში მდებარე წყლიდან. ეს იწვევს წყლის დაშლას და ფოტოლიზს: H 2 O+ Q სინათლე →H + +OH - . ჰიდროქსიდის იონები ტოვებენ ელექტრონებს, გადაიქცევიან რეაქტიულ რადიკალებად ∙OH: OH - →∙OH+e - . ∙OH რადიკალები გაერთიანდებიან და წარმოქმნიან წყალს და თავისუფალ ჟანგბადს: 4HO∙→ 2H 2 O+O 2. ამ შემთხვევაში, ჟანგბადი ამოღებულია გარე გარემოში და პროტონები გროვდება თილაკოიდის შიგნით "პროტონის რეზერვუარში". შედეგად, თილაკოიდური მემბრანა, ერთი მხრივ, დადებითად არის დამუხტული H +-ის გამო, ხოლო მეორეს მხრივ, ელექტრონების გამო, უარყოფითად დამუხტულია. როდესაც პოტენციური სხვაობა თილაკოიდური მემბრანის გარე და შიდა მხარეებს შორის 200 მვ-ს აღწევს, პროტონები გადაადგილდებიან ATP სინთეზის არხებში და ADP ფოსფორილირდება ATP-მდე; ატომური წყალბადი გამოიყენება სპეციფიკური მატარებლის NADP + NADP∙H 2-მდე აღსადგენად: 2H + +2 e - + NADP→ NADP∙H 2. ამრიგად, სინათლის ფაზაში ხდება წყლის ფოტოლიზი, რომელსაც თან ახლავს სამი მნიშვნელოვანი პროცესი: 1) ატფ-ის სინთეზი; 2) NADP∙H 2-ის ფორმირება; 3) ჟანგბადის წარმოქმნა. ჟანგბადი დიფუზირდება ატმოსფეროში, ATP და NADP∙H 2 ტრანსპორტირდება ქლოროპლასტის სტრომაში და მონაწილეობენ ბნელი ფაზის პროცესებში.

ბნელი ფაზა. გვხვდება ქლოროპლასტის სტრომაში. მისი რეაქციები მოითხოვს სინათლის ენერგიას, ამიტომ ისინი წარმოიქმნება არა მხოლოდ სინათლეში, არამედ სიბნელეში. ბნელი ფაზის რეაქციები წარმოადგენს ნახშირორჟანგის თანმიმდევრული გარდაქმნების ჯაჭვს (ჰაერიდან), რაც იწვევს გლუკოზის და სხვა ორგანული ნივთიერებების წარმოქმნას. პირველი, CO 2 ფიქსაცია ხდება, მიმღები არის შაქრის რიბულოზა ბიფოსფატი, რომელიც კატალიზირებულია რიბულოზა ბიფოსფატ კარბოქსილაზას მიერ. რიბულოზა ბიფოსფატის კარბოქსილირების შედეგად წარმოიქმნება არასტაბილური ექვსნახშირბადოვანი ნაერთი, რომელიც მაშინვე იშლება ფოსფოგლიცერინის მჟავის ორ მოლეკულად. შემდეგ ხდება რეაქციების ციკლი, რომელშიც, შუალედური პროდუქტების სერიის მეშვეობით, PGA გარდაიქმნება გლუკოზად. გამოყენებულია სინათლის ფაზაში წარმოქმნილი ATP და NADPH 2 ენერგია. (კალვინის ციკლი).

23. Co2-ის ასიმილაციის რეაქციები ფოტოსინთეზის ბნელ ფაზაში.

კალვინის ციკლი არის CO 2-ის ასიმილაციის მთავარი გზა. დეკარბოქსილირების ფაზა - ნახშირორჟანგი აკავშირებს რიბულოზა ბიფოსფატს და ქმნის ფოსფოგლიცერატის ორ მოლეკულას. ეს რეაქცია კატალიზებულია რიბულოზა ბიფოსფატ კარბოზილაზას მიერ.