Fotosintēzes pirmā fāze. Fotosintēzes process: īsi un skaidri bērniem

Katrai dzīvai būtnei uz planētas ir nepieciešama pārtika vai enerģija, lai izdzīvotu. Daži organismi barojas ar citiem radījumiem, bet citi var ražot savas barības vielas. Viņi paši ražo savu pārtiku, glikozi, procesā, ko sauc par fotosintēzi.

Fotosintēze un elpošana ir savstarpēji saistītas. Fotosintēzes rezultāts ir glikoze, kas tiek uzglabāta kā ķīmiskā enerģija. Šī uzkrātā ķīmiskā enerģija rodas no neorganiskā oglekļa (oglekļa dioksīda) pārvēršanas organiskajā oglekli. Elpošanas process atbrīvo uzkrāto ķīmisko enerģiju.

Papildus produktiem, ko tie ražo, augiem ir nepieciešams arī ogleklis, ūdeņradis un skābeklis, lai tie izdzīvotu. Ūdens, kas absorbēts no augsnes, nodrošina ūdeņradi un skābekli. Fotosintēzes laikā ogleklis un ūdens tiek izmantoti pārtikas sintezēšanai. Augiem ir nepieciešami arī nitrāti, lai iegūtu aminoskābes (aminoskābe ir sastāvdaļa olbaltumvielu iegūšanai). Turklāt viņiem ir nepieciešams magnijs, lai ražotu hlorofilu.

Piezīme: Dzīvās būtnes, kas ir atkarīgas no citiem pārtikas produktiem, sauc par . Heterotrofu piemēri ir zālēdāji, piemēram, govis un augi, kas ēd kukaiņus. Tiek sauktas dzīvās būtnes, kas pašas ražo pārtiku. Zaļie augi un aļģes ir autotrofu piemēri.

Šajā rakstā jūs uzzināsit vairāk par to, kā augos notiek fotosintēze un kādi ir šim procesam nepieciešamie apstākļi.

Fotosintēzes definīcija

Fotosintēze ir ķīmisks process, kurā augi, dažas aļģes, ražo glikozi un skābekli no oglekļa dioksīda un ūdens, kā enerģijas avotu izmantojot tikai gaismu.

Šis process ir ārkārtīgi svarīgs dzīvībai uz Zemes, jo tas atbrīvo skābekli, no kura ir atkarīga visa dzīvība.

Kāpēc augiem nepieciešama glikoze (pārtika)?

Tāpat kā cilvēkiem un citām dzīvām būtnēm, arī augiem ir nepieciešams uzturs, lai izdzīvotu. Glikozes nozīme augiem ir šāda:

• Fotosintēzes rezultātā iegūtā glikoze tiek izmantota elpošanas laikā, lai atbrīvotu enerģiju, kas augam nepieciešama citiem dzīvībai svarīgiem procesiem.
• Arī augu šūnas daļu glikozes pārvērš cietē, ko izmanto pēc vajadzības. Šī iemesla dēļ mirušos augus izmanto kā biomasu, jo tie uzglabā ķīmisko enerģiju.
• Glikoze ir nepieciešama arī citu ķīmisko vielu, piemēram, olbaltumvielu, tauku un augu cukuru, ražošanai, kas nepieciešamas augšanas un citu svarīgu procesu atbalstam.

Fotosintēzes fāzes

Fotosintēzes process ir sadalīts divās fāzēs: gaišajā un tumšajā.

Fotosintēzes gaismas fāze

Kā norāda nosaukums, gaismas fāzēm ir nepieciešama saules gaisma. No gaismas atkarīgās reakcijās saules gaismas enerģiju absorbē hlorofils un pārvērš uzkrātajā ķīmiskajā enerģijā elektronu nesējmolekulas NADPH (nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfāta) un enerģijas molekulas ATP (adenozīntrifosfāta) formā. Vieglās fāzes rodas tilakoīdu membrānās hloroplastā.

Fotosintēzes jeb Kalvina cikla tumšā fāze

Tumšajā fāzē jeb Kalvina ciklā gaismas fāzes ierosinātie elektroni nodrošina enerģiju ogļhidrātu veidošanai no oglekļa dioksīda molekulām. No gaismas neatkarīgās fāzes dažkārt sauc par Kalvina ciklu procesa cikliskā rakstura dēļ.

Lai gan tumšās fāzes neizmanto gaismu kā reaģentu (un tā rezultātā var rasties dienas vai nakts laikā), lai tās darbotos, ir nepieciešami no gaismas atkarīgu reakciju produkti. No gaismas neatkarīgas molekulas ir atkarīgas no enerģijas nesējmolekulām ATP un NADPH, lai radītu jaunas ogļhidrātu molekulas. Kad enerģija tiek pārnesta, enerģijas nesēja molekulas atgriežas gaismas fāzēs, lai ražotu enerģiskākus elektronus. Turklāt gaisma aktivizē vairākus tumšās fāzes fermentus.

Fotosintēzes fāžu diagramma

Piezīme: Tas nozīmē, ka tumšās fāzes neturpināsies, ja augiem pārāk ilgi būs liegta gaisma, jo tie izmanto gaišo fāžu produktus.

Augu lapu struktūra

Mēs nevaram pilnībā izpētīt fotosintēzi, nezinot vairāk par lapas struktūru. Lapa ir pielāgota, lai spēlētu būtisku lomu fotosintēzes procesā.

Lapu ārējā struktūra

• Kvadrāts

Viena no svarīgākajām augu īpašībām ir lielais to lapu virsmas laukums. Lielākajai daļai zaļo augu ir platas, plakanas un atvērtas lapas, kas spēj uztvert tik daudz saules enerģijas (saules gaismas), cik nepieciešams fotosintēzei.

• Centrālā vēna un kāts

Centrālā vēna un kāts savienojas un veido lapas pamatni. Kātiņš novieto lapu tā, lai tā saņemtu pēc iespējas vairāk gaismas.

• Lapu plāksne

Vienkāršām lapām ir viena lapas, savukārt sarežģītajām lapām ir vairākas. Lapas plātne ir viena no svarīgākajām lapas sastāvdaļām, kas ir tieši iesaistīta fotosintēzes procesā.

• Vēnas

Vēnu tīkls lapās transportē ūdeni no kātiem uz lapām. Izdalītā glikoze caur vēnām tiek nosūtīta arī uz citām auga daļām no lapām. Turklāt šīs lapu daļas atbalsta un notur lapas lāpstiņu plakanu, lai labāk uztvertu saules gaismu. Vēnu izvietojums (venācija) ir atkarīgs no auga veida.

• Lapu pamatne

Lapas pamatne ir tās zemākā daļa, kas ir šarnīra ar kātu. Bieži vien lapas pamatnē ir stublāju pāris.

• Lapas mala

Atkarībā no auga veida lapas malai var būt dažādas formas, tai skaitā: vesela, robaina, zobaina, robaina, cirtaina utt.

• Lapas gals

Tāpat kā lapas malai, arī galam ir dažādas formas, tostarp: ass, noapaļots, strups, iegarens, izstiepts utt.

Lapu iekšējā struktūra

Zemāk ir cieša lapu audu iekšējās struktūras diagramma:

• Kutikula

Kutikula darbojas kā galvenais, aizsargājošais slānis uz auga virsmas. Kā likums, tas ir biezāks lapas augšpusē. Kutikulu klāj vaskam līdzīga viela, kas pasargā augu no ūdens.

• Epiderma

Epiderma ir šūnu slānis, kas ir lapas pārklājošais audi. Tās galvenā funkcija ir aizsargāt lapas iekšējos audus no dehidratācijas, mehāniskiem bojājumiem un infekcijām. Tas arī regulē gāzu apmaiņas un transpirācijas procesu.

• Mezofils

Mezofils ir auga galvenie audi. Šeit notiek fotosintēzes process. Lielākajā daļā augu mezofils ir sadalīts divos slāņos: augšējais ir palisādes slānis, bet apakšējais - porains.

• Aizsardzības būri

Aizsargu šūnas ir specializētas lapu epidermas šūnas, ko izmanto, lai kontrolētu gāzu apmaiņu. Viņi veic stomata aizsargfunkciju. Stomatālās poras kļūst lielas, ja ūdens ir brīvi pieejams, pretējā gadījumā aizsargšūnas kļūst gausas.

• Stoma

Fotosintēze ir atkarīga no oglekļa dioksīda (CO2) iekļūšanas no gaisa caur stomatu mezofila audos. Skābeklis (O2), kas veidojas kā fotosintēzes blakusprodukts, atstāj augu caur stomatītu. Kad stomas ir atvērtas, ūdens tiek zaudēts iztvaikošanas rezultātā, un tas caur transpirācijas plūsmu ir jāaizstāj ar ūdeni, ko absorbē saknes. Augi ir spiesti līdzsvarot no gaisa absorbētā CO2 daudzumu un ūdens zudumu caur stomatālās porām.

Fotosintēzei nepieciešamie apstākļi

Šie ir nosacījumi, kas augiem ir nepieciešami, lai veiktu fotosintēzes procesu:

• Oglekļa dioksīds. Bezkrāsaina, bez smaržas dabasgāze, kas atrodama gaisā un kuras zinātniskais nosaukums ir CO2. Tas veidojas oglekļa un organisko savienojumu sadegšanas laikā, kā arī notiek elpošanas laikā.
• Ūdens. Dzidra, šķidra ķīmiska viela, kas ir bez smaržas un garšas (normālos apstākļos).
• Gaisma. Lai gan mākslīgā gaisma ir laba arī augiem, dabiskā saules gaisma parasti nodrošina labākus apstākļus fotosintēzei, jo satur dabisko ultravioleto starojumu, kas pozitīvi ietekmē augus.
• Hlorofils. Tas ir zaļš pigments, kas atrodams augu lapās.
• Uzturvielas un minerālvielas.Ķīmiskās vielas un organiskie savienojumi, ko augu saknes absorbē no augsnes.

Kas rodas fotosintēzes rezultātā?

• Glikoze;
• Skābeklis.

(Gaismas enerģija ir parādīta iekavās, jo tā nav matērija)

Piezīme: Augi CO2 iegūst no gaisa caur savām lapām un ūdeni no augsnes caur saknēm. Gaismas enerģija nāk no Saules. Iegūtais skābeklis tiek izvadīts gaisā no lapām. Iegūto glikozi var pārvērst citās vielās, piemēram, cietē, ko izmanto kā enerģijas krātuvi.

Ja fotosintēzi veicinošu faktoru nav vai tie ir nepietiekamā daudzumā, augs var tikt negatīvi ietekmēts. Piemēram, mazāk gaismas rada labvēlīgus apstākļus kukaiņiem, kas ēd auga lapas, un ūdens trūkums to palēnina.

Kur notiek fotosintēze?

Fotosintēze notiek augu šūnās, mazos plastidos, ko sauc par hloroplastiem. Hloroplasti (galvenokārt atrodami mezofila slānī) satur zaļu vielu, ko sauc par hlorofilu. Zemāk ir citas šūnas daļas, kas strādā ar hloroplastu, lai veiktu fotosintēzi.

Augu šūnas uzbūve

Augu šūnu daļu funkcijas

• : nodrošina strukturālu un mehānisku atbalstu, aizsargā šūnas no, fiksē un nosaka šūnu formu, kontrolē augšanas ātrumu un virzienu un piešķir augiem formu.
• : nodrošina platformu lielākajai daļai fermentu kontrolētu ķīmisko procesu.
• : darbojas kā barjera, kontrolējot vielu kustību šūnā un no tās.
• : kā aprakstīts iepriekš, tie satur hlorofilu, zaļu vielu, kas fotosintēzes procesā absorbē gaismas enerģiju.
• : dobums šūnas citoplazmā, kas uzglabā ūdeni.
• : satur ģenētisko zīmi (DNS), kas kontrolē šūnas darbību.

Hlorofils absorbē gaismas enerģiju, kas nepieciešama fotosintēzei. Ir svarīgi atzīmēt, ka ne visi gaismas krāsu viļņu garumi tiek absorbēti. Augi galvenokārt absorbē sarkano un zilo viļņu garumu - tie neuzsūc gaismu zaļajā diapazonā.

Oglekļa dioksīds fotosintēzes laikā

Augi caur lapām uzņem oglekļa dioksīdu no gaisa. Oglekļa dioksīds izplūst caur nelielu caurumu lapas apakšā - stomatu.

Lapas apakšējā daļā ir brīvi izvietotas šūnas, lai oglekļa dioksīds varētu sasniegt citas lapu šūnas. Tas arī ļauj fotosintēzes radītajam skābeklim viegli atstāt lapu.

Oglekļa dioksīds atrodas gaisā, ko elpojam, ļoti zemā koncentrācijā, un tas ir nepieciešams faktors fotosintēzes tumšajā fāzē.

Gaisma fotosintēzes laikā

Lapai parasti ir liels virsmas laukums, tāpēc tā var absorbēt daudz gaismas. Tās augšējo virsmu no ūdens zuduma, slimībām un laikapstākļu iedarbības aizsargā vaska slānis (kutikula). Lapas augšdaļa ir vieta, kur trāpa gaisma. Šo mezofila slāni sauc par palisādi. Tas ir pielāgots liela daudzuma gaismas absorbēšanai, jo satur daudz hloroplastu.

Gaismas fāzēs fotosintēzes process palielinās līdz ar vairāk gaismas. Ja gaismas fotoni koncentrējas uz zaļas lapas, tiek jonizēts vairāk hlorofila molekulu un rodas vairāk ATP un NADPH. Lai gan gaisma ir ārkārtīgi svarīga fotofāzēs, jāņem vērā, ka pārmērīgs daudzums var sabojāt hlorofilu un samazināt fotosintēzes procesu.

Gaismas fāzes nav ļoti atkarīgas no temperatūras, ūdens vai oglekļa dioksīda, lai gan tās visas ir nepieciešamas, lai pabeigtu fotosintēzes procesu.

Ūdens fotosintēzes laikā

Fotosintēzei nepieciešamo ūdeni augi iegūst caur savām saknēm. Viņiem ir sakņu matiņi, kas aug augsnē. Saknēm ir raksturīgs liels virsmas laukums un plānas sienas, kas ļauj ūdenim viegli iziet cauri tām.

Attēlā redzami augi un to šūnas ar pietiekami daudz ūdens (pa kreisi) un tā trūkums (pa labi).

Piezīme: Sakņu šūnas nesatur hloroplastus, jo tās parasti atrodas tumsā un nespēj fotosintēzēt.

Ja augs neuzsūc pietiekami daudz ūdens, tas novīst. Bez ūdens augs nespēs pietiekami ātri fotosintēzēt un var pat nomirt.

Kāda ir ūdens nozīme augiem?

• Nodrošina izšķīdušās minerālvielas, kas atbalsta augu veselību;
• Ir transportēšanas līdzeklis;
• Saglabā stabilitāti un stāvumu;
• Atdzesē un piesātina ar mitrumu;
• Ļauj augu šūnās veikt dažādas ķīmiskas reakcijas.

Fotosintēzes nozīme dabā

Fotosintēzes bioķīmiskajā procesā tiek izmantota saules gaismas enerģija, lai ūdeni un oglekļa dioksīdu pārvērstu skābeklī un glikozē. Glikoze tiek izmantota kā celtniecības bloki augos audu augšanai. Tādējādi fotosintēze ir metode, ar kuras palīdzību veidojas saknes, stublāji, lapas, ziedi un augļi. Bez fotosintēzes procesa augi nespēs augt vai vairoties.

• Ražotāji

Pateicoties savām fotosintēzes spējām, augi ir pazīstami kā ražotāji un kalpo par gandrīz katras Zemes barības ķēdes pamatu. (Aļģes ir līdzvērtīgas augiem). Visa pārtika, ko mēs ēdam, nāk no organismiem, kas ir fotosintēzes. Mēs ēdam šos augus tieši vai ēdam dzīvniekus, piemēram, govis vai cūkas, kas patērē augu pārtiku.

• Barības ķēdes pamats

Ūdens sistēmās augi un aļģes veido arī barības ķēdes pamatu. Aļģes kalpo kā barība, kas savukārt kalpo kā uztura avots lielākiem organismiem. Bez fotosintēzes ūdens vidē dzīvība nebūtu iespējama.

• Oglekļa dioksīda noņemšana

Fotosintēze pārvērš oglekļa dioksīdu par skābekli. Fotosintēzes laikā oglekļa dioksīds no atmosfēras nonāk augā un pēc tam tiek atbrīvots kā skābeklis. Mūsdienu pasaulē, kur oglekļa dioksīda līmenis pieaug satraucošā ātrumā, jebkurš process, kas izvada oglekļa dioksīdu no atmosfēras, ir svarīgs videi.

• Uzturvielu riteņbraukšana

Augiem un citiem fotosintēzes organismiem ir būtiska nozīme barības vielu ciklā. Slāpeklis gaisā tiek fiksēts augu audos un kļūst pieejams olbaltumvielu radīšanai. Mikroelementi, kas atrodami augsnē, var tikt iekļauti arī augu audos un kļūt pieejami zālēdājiem tālāk barības ķēdē.

• Fotosintētiskā atkarība

Fotosintēze ir atkarīga no gaismas intensitātes un kvalitātes. Pie ekvatora, kur visu gadu ir daudz saules gaismas un ūdens nav ierobežojošs faktors, augiem ir augsts augšanas ātrums un tie var kļūt diezgan lieli. Un otrādi, dziļākajās okeāna daļās fotosintēze notiek retāk, jo gaisma neiekļūst šajos slāņos, kā rezultātā ekosistēma ir neauglīga.

Fotosintēze ir organisko vielu veidošanās process zaļajos augos. Fotosintēze radīja visu augu masu uz Zemes un piesātināja atmosfēru ar skābekli.

Kā augs barojas?

Iepriekš cilvēki bija pārliecināti, ka augi visas uzturā nepieciešamās vielas ņem no augsnes. Taču viena pieredze rāda, ka tas tā nav.

Augsnes podā tika iestādīts koks. Tajā pašā laikā tika izmērīta gan zemes, gan koka masa. Kad pēc dažiem gadiem abus vēlreiz nosvēra, atklājās, ka zemes masa ir samazinājusies tikai par dažiem gramiem, bet auga – par daudziem kilogramiem.

Augsnei tika pievienots tikai ūdens. No kurienes radās šie kilogrami augu masas?

No gaisa. Visas organiskās vielas augos rodas no atmosfēras oglekļa dioksīda un augsnes ūdens.

TOP 2 rakstikuri lasa kopā ar šo

Enerģija

Dzīvnieki un cilvēki ēd augus, lai iegūtu enerģiju dzīvībai. Šo enerģiju satur organisko vielu ķīmiskās saites. No kurienes viņa ir?

Ir zināms, ka augs nevar normāli augt bez gaismas. Gaisma ir enerģija, ar kuru augs veido sava ķermeņa organiskās vielas.

Nav svarīgi, kāda veida gaisma tā ir, saules vai elektriskā. Jebkurš gaismas stars nes enerģiju, kas kļūst par ķīmisko saišu enerģiju un, tāpat kā līme, notur atomus lielās organisko vielu molekulās.

Kur notiek fotosintēze?

Fotosintēze notiek tikai augu zaļajās daļās jeb precīzāk, īpašos augu šūnu orgānos – hloroplastos.

Rīsi. 1. Hloroplasti zem mikroskopa.

Hloroplasti ir plastida veids. Tie vienmēr ir zaļi, jo satur zaļo vielu – hlorofilu.

Hloroplastu no pārējās šūnas atdala membrāna, un tam ir grauda izskats. Hloroplasta iekšpusi sauc par stromu. Šeit sākas fotosintēzes procesi.

Rīsi. 2. Hloroplasta iekšējā struktūra.

Hloroplasti ir kā rūpnīca, kas saņem izejvielas:

• oglekļa dioksīds (formula – CO₂);
• ūdens (H₂O).

Ūdens nāk no saknēm, un oglekļa dioksīds nāk no atmosfēras caur īpašiem caurumiem lapās. Gaisma ir enerģija rūpnīcas darbībai, un iegūtās organiskās vielas ir produkti.

Pirmkārt, tiek ražoti ogļhidrāti (glikoze), bet pēc tam tie veido daudzas dažādas smaržas un garšas vielas, kuras tik ļoti mīl dzīvnieki un cilvēki.

No hloroplastiem iegūtās vielas tiek transportētas uz dažādiem auga orgāniem, kur tās tiek uzglabātas vai izmantotas.

Fotosintēzes reakcija

Kopumā fotosintēzes vienādojums izskatās šādi:

CO₂ + H2O = organiskā viela + O2 (skābeklis)

Zaļie augi pieder pie autotrofu grupas (tulkojumā “es baroju pats”) - organismiem, kuriem enerģijas iegūšanai nav vajadzīgi citi organismi.

Fotosintēzes galvenā funkcija ir organisko vielu radīšana, no kurām tiek veidots augu ķermenis.

Skābekļa izdalīšanās ir procesa blakusparādība.

Fotosintēzes nozīme

Fotosintēzes loma dabā ir ārkārtīgi liela. Pateicoties viņam, tika izveidota visa planētas augu pasaule.

Rīsi. 3. Fotosintēze.

Pateicoties fotosintēzei, augi:

• ir atmosfēras skābekļa avots;
• pārvērst saules enerģiju dzīvniekiem un cilvēkiem pieejamā formā.

Dzīvība uz Zemes kļuva iespējama, atmosfērā uzkrājot pietiekamu daudzumu skābekļa. Ne cilvēks, ne dzīvnieki nevarēja dzīvot tajos tālajos laikos, kad viņa tur nebija, vai arī viņa bija maz.

Kāda zinātne pēta fotosintēzes procesu?

Fotosintēze tiek pētīta dažādās zinātnēs, bet visvairāk botānikā un augu fizioloģijā.

Botānika ir zinātne par augiem un tāpēc pēta to kā svarīgu augu dzīvības procesu.

Augu fizioloģija visdetalizētāk pēta fotosintēzi. Fizioloģijas zinātnieki ir konstatējuši, ka šis process ir sarežģīts un tam ir posmi:

• gaisma;
• tumšs

Tas nozīmē, ka fotosintēze sākas gaismā, bet beidzas tumsā.

Ko mēs esam iemācījušies?

Izpētījis šo tēmu 5. klases bioloģijā, jūs varat īsi un skaidri izskaidrot fotosintēzi kā organisko vielu veidošanās procesu no neorganiskām vielām (CO₂ un H₂O) augos. Tās pazīmes: tas notiek zaļajos plastidos (hloroplastos), tiek pavadīts ar skābekļa izdalīšanos un tiek veikts gaismas ietekmē.

Tests par tēmu

Ziņojuma izvērtēšana

Vidējais vērtējums: 4.5. Kopējais saņemto vērtējumu skaits: 397.

Kā īsi un skaidri izskaidrot tik sarežģītu procesu kā fotosintēze? Augi ir vienīgie dzīvie organismi, kas var ražot savu pārtiku. Kā viņi to dara? Augšanai viņi saņem visas nepieciešamās vielas no vides: oglekļa dioksīdu no gaisa, ūdens un augsnes. Viņiem nepieciešama arī enerģija, ko viņi iegūst no saules stariem. Šī enerģija izraisa noteiktas ķīmiskas reakcijas, kuru laikā oglekļa dioksīds un ūdens tiek pārvērsti glikozē (pārtikā) un notiek fotosintēze. Procesa būtību var īsi un skaidri izskaidrot pat skolas vecuma bērniem.

"Kopā ar gaismu"

Vārds "fotosintēze" cēlies no diviem grieķu vārdiem - "foto" un "sintēze", kuru kombinācija nozīmē "kopā ar gaismu". Saules enerģija tiek pārvērsta ķīmiskajā enerģijā. Fotosintēzes ķīmiskais vienādojums:

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

Tas nozīmē, ka glikozes ražošanai tiek izmantotas 6 oglekļa dioksīda molekulas un divpadsmit ūdens molekulas (kopā ar saules gaismu), kā rezultātā tiek iegūtas sešas skābekļa molekulas un sešas ūdens molekulas. Ja jūs to attēlojat kā verbālu vienādojumu, jūs saņemsiet šādu informāciju:

Ūdens + saule => glikoze + skābeklis + ūdens.

Saule ir ļoti spēcīgs enerģijas avots. Cilvēki vienmēr cenšas to izmantot elektrības ražošanai, māju siltināšanai, ūdens sildīšanai utt. Augi pirms miljoniem gadu “izdomāja”, kā izmantot saules enerģiju, jo tas bija nepieciešams to izdzīvošanai. Fotosintēzi var īsi un skaidri izskaidrot tā: augi izmanto saules gaismas enerģiju un pārvērš to ķīmiskajā enerģijā, kā rezultātā veidojas cukurs (glikoze), kura pārpalikums kā ciete tiek uzkrāts lapās, saknēs, kātos. un auga sēklas. Saules enerģija tiek nodota augiem, kā arī dzīvniekiem, kas ēd šos augus. Kad augam nepieciešamas barības vielas augšanai un citiem dzīvības procesiem, šīs rezerves ir ļoti noderīgas.

Kā augi absorbē enerģiju no saules?

Īsi un skaidri runājot par fotosintēzi, ir vērts pievērsties jautājumam par to, kā augiem izdodas absorbēt saules enerģiju. Tas notiek lapu īpašās struktūras dēļ, kurā ietilpst zaļās šūnas - hloroplasti, kas satur īpašu vielu, ko sauc par hlorofilu. Tas dod lapām zaļo krāsu un ir atbildīgs par saules gaismas enerģijas absorbciju.

Kāpēc lielākā daļa lapu ir platas un plakanas?

Fotosintēze notiek augu lapās. Pārsteidzošs fakts ir tas, ka augi ir ļoti labi pielāgoti saules gaismas uztveršanai un oglekļa dioksīda absorbcijai. Pateicoties plašajai virsmai, tiks uztverts daudz vairāk gaismas. Tieši šī iemesla dēļ arī saules paneļi, kas dažkārt tiek uzstādīti uz māju jumtiem, ir plati un plakani. Jo lielāka virsma, jo labāka uzsūkšanās.

Kas vēl ir svarīgi augiem?

Tāpat kā cilvēkiem, arī augiem ir vajadzīgas labvēlīgas barības vielas, lai tie būtu veseli, augtu un labi veiktu savas dzīvībai svarīgās funkcijas. Viņi caur saknēm iegūst ūdenī izšķīdinātas minerālvielas no augsnes. Ja augsnē trūkst minerālvielu, augs neattīstīsies normāli. Lauksaimnieki bieži pārbauda augsni, lai pārliecinātos, ka tajā ir pietiekami daudz barības vielu kultūru audzēšanai. Pretējā gadījumā izmantojiet mēslojumu, kas satur augu barošanai un augšanai nepieciešamās minerālvielas.

Kāpēc fotosintēze ir tik svarīga?

Lai bērniem īsi un skaidri izskaidrotu fotosintēzi, ir vērts pateikt, ka šis process ir viena no svarīgākajām ķīmiskajām reakcijām pasaulē. Kādi iemesli ir šādam skaļam paziņojumam? Pirmkārt, fotosintēze baro augus, kas savukārt baro visas citas dzīvās būtnes uz planētas, ieskaitot dzīvniekus un cilvēkus. Otrkārt, fotosintēzes rezultātā atmosfērā izdalās elpošanai nepieciešamais skābeklis. Visas dzīvās būtnes ieelpo skābekli un izelpo oglekļa dioksīdu. Par laimi, augi rīkojas pretēji, tāpēc tie ir ļoti svarīgi cilvēkiem un dzīvniekiem, jo ​​dod tiem iespēju elpot.

Apbrīnojams process

Arī augi, izrādās, prot elpot, taču atšķirībā no cilvēkiem un dzīvniekiem no gaisa uzsūc ogļskābo gāzi, nevis skābekli. Arī augi dzer. Tāpēc tie ir jālaista, pretējā gadījumā viņi nomirs. Ar sakņu sistēmas palīdzību ūdens un barības vielas tiek transportētas uz visām augu ķermeņa daļām, un oglekļa dioksīds tiek absorbēts caur maziem caurumiem uz lapām. Ķīmiskās reakcijas sākšanas ierosinātājs ir saules gaisma. Visus iegūtos vielmaiņas produktus augi izmanto uzturā, skābeklis tiek izvadīts atmosfērā. Tādā veidā jūs varat īsi un skaidri izskaidrot, kā notiek fotosintēzes process.

Fotosintēze: gaismas un tumšās fotosintēzes fāzes

Aplūkojamais process sastāv no divām galvenajām daļām. Ir divas fotosintēzes fāzes (apraksts un tabula zemāk). Pirmo sauc par gaismas fāzi. Tas notiek tikai gaismas klātbūtnē tilakoīdu membrānās, piedaloties hlorofilam, elektronu transporta proteīniem un enzīmam ATP sintetāzei. Ko vēl slēpj fotosintēze? Apgaismojiet un nomainiet viens otru dienas un nakts gaitā (Kalvina cikli). Tumšajā fāzē notiek tās pašas glikozes, augu barības, ražošana. Šo procesu sauc arī par gaismas neatkarīgu reakciju.

Secinājums

No visa iepriekš minētā var izdarīt šādus secinājumus:

• Fotosintēze ir process, kas ražo enerģiju no saules.
• Saules gaismas enerģiju hlorofils pārvērš ķīmiskajā enerģijā.
• Hlorofils piešķir augiem to zaļo krāsu.
• Fotosintēze notiek augu lapu šūnu hloroplastos.
• Oglekļa dioksīds un ūdens ir nepieciešami fotosintēzei.
• Oglekļa dioksīds iekļūst augā caur sīkiem caurumiem, stomām, un skābeklis iziet caur tiem.
• Ūdens iesūcas augā caur tā saknēm.
• Bez fotosintēzes pasaulē nebūtu pārtikas.

FOTOSINTĒZE ir

fotosintēze ir ogļhidrāti.

vispārīgās īpašības

I Gaismas fāze

1. Fotofiziskā stadija

2. Fotoķīmiskā stadija

II Tumšā fāze

3.

NOZĪME

4. Ozona ekrāns.

Fotosintētisko augu pigmenti, to fizioloģiskā loma.

· Hlorofils -Šo zaļais pigments, kas nosaka auga zaļo krāsu; ar tā līdzdalību tiek noteikts fotosintēzes process. Pēc ķīmiskās struktūras tas ir dažādu tetrapirolu Mg komplekss. Hlorofiliem ir porfirīna struktūra un tie ir strukturāli tuvu hemam.

Hlorofila pirola grupās ir mainīgas dubultās un vienkāršās saites. Šī ir hlorofila hromoforu grupa, kas nosaka noteiktu saules spektra staru absorbciju un tā krāsu. D porfīra serdeņi ir 10 nm, un fitola atlikuma garums ir 2 nm.

Hlorofila molekulas ir polāras, tās porfirīna kodolam ir hidrofilas īpašības, un fitola gals ir hidrofobs. Šī hlorofila molekulas īpašība nosaka tās īpašo atrašanās vietu hloroplastu membrānās.

Molekulas porfirīna daļa ir saistīta ar proteīnu, un fitola daļa ir iegremdēta lipīdu slānī.

Dzīvas neskartas šūnas hlorofilam ir spēja atgriezeniski fotooksidēties un fotoreducēties. Redoksreakciju spēja ir saistīta ar konjugētu dubultsaišu klātbūtni hlorofila molekulā ar kustīgiem p-elektroniem un N atomiem ar nenoteiktiem elektroniem.

FIZIOLOĢISKĀ LOMA

1) selektīvi absorbē gaismas enerģiju,

2) uzglabāt to elektroniskās ierosmes enerģijas veidā,

3) fotoķīmiski pārvērš ierosinātā stāvokļa enerģiju primāro fotoreducēto un fotooksidēto savienojumu ķīmiskajā enerģijā.

· Karotinoīdi -Šo taukos šķīstošie dzeltenās, oranžās un sarkanās krāsas pigmenti ir visu augu hloroplastos. Karotinoīdi ir atrodami visos augstākajos augos un daudzos mikroorganismos. Šie ir visizplatītākie pigmenti ar dažādām funkcijām. Karotinoīdiem ir maksimālā absorbcija gaismas spektra violeti zilajā un zilajā daļā. Atšķirībā no hlorofila tie nav spējīgi fluorescenci.

Karotinoīdi ietver 3 savienojumu grupas:

Oranži vai sarkani karotīni;

Dzeltenie ksantofili;

Karotinoīdu skābes.

FIZIOLOĢISKĀ LOMA

1) Gaismas absorbcija kā papildu pigmenti;

2) Hlorofila molekulu aizsardzība no neatgriezeniskas fotooksidācijas;

3) Aktīvo radikāļu dzēšana;

4) Piedalīties fototropismā, jo veicina dzinumu augšanas virzienu.

· Fikobilīni -Šo sarkanie un zilie pigmenti, kas atrodami zilaļģēs un dažās aļģēs. Fikobilīni sastāv no 4 secīgiem pirola gredzeniem. Fikobilīni ir globulīna proteīnu hromoforas grupas, ko sauc par fikobilīna proteīniem. Tie ir sadalīti:

- fikoeritrīni - sarkanie baltumi;

- fikocianīns - zilās vāveres;

- alofikocianīns - zilās vāveres.

Visiem tiem ir fluorescējoša spēja. Fikobilīni maksimāli absorbē gaismas spektra oranžo, dzelteno un zaļo daļu un ļauj aļģēm pilnīgāk izmantot gaismu, kas iekļūst ūdenī.

30 m dziļumā sarkanie stari pilnībā izzūd

180 m dziļumā - dzeltens

320 m dziļumā – zaļš

Vairāk nekā 500 m dziļumā zilie un violetie stari neiekļūst.

Fikobilīni ir papildu pigmenti; aptuveni 90% no gaismas enerģijas, ko absorbē fikobilīni, tiek pārnesti uz hlorofilu.

FIZIOLOĢISKĀ LOMA

1) Fikobilīnu gaismas absorbcijas maksimumi atrodas starp diviem hlorofila absorbcijas maksimumiem: spektra oranžajā, dzeltenajā un zaļajā daļā.

2) Fikobilīni pilda gaismas savākšanas kompleksa funkcijas aļģēs.

3) Augos ir fikobilīns-fitohroms, tas nav iesaistīts fotosintēzē, bet ir sarkanās gaismas fotoreceptors un veic regulēšanas funkciju augu šūnās.

Fotofiziskās stadijas būtība. Fotoķīmiskā stadija. Cikliskais un necikliskais elektronu transports.

Fotofiziskās stadijas būtība

Fotofiziskais posms ir vissvarīgākais, jo veic enerģijas pāreju un transformāciju no vienas sistēmas uz otru (dzīvo no nedzīvas).

Fotoķīmiskā stadija

Fotosintēzes fotoķīmiskās reakcijas- tās ir reakcijas, kurās gaismas enerģija tiek pārveidota ķīmisko saišu enerģijā, galvenokārt fosfora saišu enerģijā ATP. Tieši ATP nodrošina visu procesu norisi, tajā pašā laikā gaismas ietekmē sadalās ūdens un veidojas reducēts produkts. NADP un izceļas O2.

Absorbēto gaismas kvantu enerģija plūst no simtiem gaismas savākšanas kompleksa pigmenta molekulu uz vienu hlorofila slazda molekulu, dodot elektronu akceptoram - oksidējot. Elektrons nonāk elektronu transportēšanas ķēdē; tiek pieņemts, ka gaismas savākšanas komplekss sastāv no 3 daļām:

galvenā antenas sastāvdaļa

· divas foto fiksācijas sistēmas.

Antenas hlorofila komplekss ir iegremdēts hloroplastu tilakoīda membrānas biezumā; antenas pigmenta molekulu un reakcijas centra kombinācija veido fotosistēmu fotosintēzes procesā. Piedalās 2 fotosistēmas:

· ir konstatēts, ka fotosistēma 1 ietilpst gaismas fokusējošie pigmenti un reakcijas centrs 1,

· fotosistēma 2 ietilpst gaismu fokusējoši pigmenti Un reakcijas centrs 2.

Hlorofila slazdu fotosistēma 1 absorbē gaismu no gara viļņa garuma 700 nm. Otrajā sistēma 680 nm. Gaismu šīs divas fotosistēmas absorbē atsevišķi, un normālai fotosintēzei ir nepieciešama vienlaicīga to līdzdalība. Pārnešana pa nesēju ķēdi ietver virkni redoksreakciju, kurās tiek pārnests vai nu ūdeņraža atoms, vai elektroni.

Ir divu veidu elektronu plūsma:

· ciklisks

· neciklisks.

Ar ciklisku elektronu plūsmu no hlorofila molekulas tiek pārnestas uz akceptoru no hlorofila molekulas un atgriežas tajā atpakaļ , ar neciklisku plūsmu notiek ūdens fotooksidācija un elektronu pārnešana no ūdens uz NADP Redoksreakciju laikā izdalītā enerģija daļēji tiek izmantota ATP sintēzei.

Fotosistēma I

Gaismas ieguves komplekss I satur aptuveni 200 hlorofila molekulas.

Pirmās fotosistēmas reakcijas centrā atrodas hlorofila a dimērs ar absorbcijas maksimumu pie 700 nm (P700). Pēc ierosināšanas ar gaismas kvantu tas atjauno primāro akceptoru - hlorofilu a, kas atjauno sekundāro akceptoru (K 1 vitamīnu vai filohinonu), pēc tam elektrons tiek pārnests uz ferredoksīnu, kas samazina NADP, izmantojot fermentu ferredoksīna-NADP reduktāzi.

Plastocianīna proteīns, kas reducēts b 6 f kompleksā, tiek transportēts uz pirmās fotosistēmas reakcijas centru no intratilakoīda telpas puses un pārnes elektronu uz oksidēto P700.

Fotosistēma II

Fotosistēma ir SSC, fotoķīmiskās reakcijas centra un elektronu nesēju kopums. Gaismas novākšanas komplekss II satur 200 molekulas hlorofila a, 100 molekulas hlorofila b, 50 molekulas karotinoīdus un 2 molekulas feofitīna. II fotosistēmas reakcijas centrs ir pigmenta-olbaltumvielu komplekss, kas atrodas tilakoīdu membrānās un ko ieskauj SSC. Tas satur hlorofila a dimēru ar absorbcijas maksimumu pie 680 nm (P680). Uz to galu galā tiek pārnesta gaismas kvanta enerģija no SSC, kā rezultātā viens no elektroniem pāriet uz augstākas enerģijas stāvokli, tā savienojums ar kodolu tiek vājināts un ierosinātā P680 molekula kļūst par spēcīgu reducētāju (E0 = -0,7 V).

P680 samazina feofitīnu, pēc tam elektrons tiek pārnests uz hinoniem, kas ir daļa no PS II, un pēc tam uz plastohinoniem, kas reducētā veidā tiek transportēti uz b6f kompleksu. Viena plastohinona molekula nes 2 elektronus un 2 protonus, kas tiek ņemti no stromas.

Elektronu vakances aizpildīšana P680 molekulā notiek ūdens dēļ. PS II ietver ūdeni oksidējošu kompleksu, kas satur 4 mangāna jonus aktīvajā centrā. Lai izveidotu vienu skābekļa molekulu, ir nepieciešamas divas ūdens molekulas, kas dod 4 elektronus. Tāpēc process tiek veikts 4 ciklos un tā pilnīgai īstenošanai ir nepieciešami 4 gaismas kvanti. Komplekss atrodas intratilakoīdās telpas pusē, un tajā tiek atbrīvoti iegūtie 4 protoni.

Tādējādi kopējais PS II darba rezultāts ir 2 ūdens molekulu oksidēšana ar 4 gaismas kvantu palīdzību, veidojot 4 protonus intratilakoīdā telpā un 2 reducētus plastohinonus membrānā.

Fotosintētiskā fosforilēšana. Elektronu transporta savienojuma mehānisms ar elektroķīmiskā potenciāla transmembrānas gradienta veidošanos. ATP sintetāzes kompleksa strukturālā un funkcionālā organizācija un darbības mehānisms.

Fotosintētiskā fosforilēšana- ATP sintēze no ADP un neorganiskā fosfora hloroplastos, kopā ar gaismas inducētu elektronu transportu.

Atbilstoši diviem elektronu plūsmas veidiem izšķir ciklisko un neciklisko fotofosforilāciju.

Elektronu pārnešana pa cikliskās plūsmas ķēdi ir saistīta ar divu augstas enerģijas ATP saišu sintēzi. Visa gaismas enerģija, ko absorbē I fotosistēmas reakcijas centra pigments, tiek tērēta tikai ATP sintēzei. Ar ciklisku F. f. neveidojas oglekļa cikla reducējošie ekvivalenti un neizdalās O2. Cikliskā f. f. apraksta ar vienādojumu:

Neciklisks f. f. saistīta ar elektronu plūsmu no ūdens caur I un II fotosistēmas NADP + transportieriem. Gaismas enerģija šajā procesā tiek glabāta ATP, reducētās NADPH2 formas un molekulārā skābekļa saitēs ar augstu enerģiju. Necikliskas funkcionālas funkcijas kopējais vienādojums. sekojošs:

Elektronu transporta savienojuma mehānisms ar elektroķīmiskā potenciāla transmembrānas gradienta veidošanos

Ķīmosmotiskā teorija. Elektronu nesēji ir lokalizēti asimetriski membrānās. Šajā gadījumā elektronu nesēji (citohromi) mijas ar elektronu un protonu nesējiem (plastohinoniem). Plastohinona molekula vispirms pieņem divus elektronus: HRP + 2e - -> HRP -2.

Plastohinons ir hinona atvasinājums, pilnībā oksidētā stāvoklī tas satur divus skābekļa atomus, kas savienoti ar oglekļa gredzenu ar dubultsaitēm. Pilnībā reducētā stāvoklī skābekļa atomi benzola gredzenā savienojas ar protoniem: veido elektriski neitrālu formu: PX -2 + 2H + -> PCN 2. Protoni tiek izlaisti tilakoīda telpā. Tādējādi, kad elektronu pāris tiek pārnests no Chl 680 uz Chl 700, protoni uzkrājas tilakoīdu iekšējā telpā. Protonu aktīvās pārnešanas rezultātā no stromas uz intratilakoīdu telpu uz membrānas tiek izveidots ūdeņraža elektroķīmiskais potenciāls (ΔμH +), kuram ir divas sastāvdaļas: ķīmiskā ΔμH (koncentrācija), kas rodas no nevienmērīga H sadalījuma. + joni dažādās membrānas pusēs, un elektriskie, pretējā lādiņa dēļ dažādās membrānas pusēs (sakarā ar protonu uzkrāšanos membrānas iekšpusē).

__________________________________________________________________________

ATP sintetāzes kompleksa strukturālā un funkcionālā organizācija un darbības mehānisms

Strukturālā un funkcionālā organizācija. Protonu difūzijas konjugāciju caur membrānu veic makromolekulārais enzīmu komplekss, ko sauc ATP sintāze vai savienojuma faktors. Šis komplekss ir veidots kā sēne un sastāv no divām daļām - savienojuma faktoriem: apaļa vāciņa F 1, kas izvirzīta no membrānas ārpuses (tajā atrodas fermenta katalītiskais centrs), un membrānā iegremdētas kājas. Membrānas daļa sastāv no polipeptīdu apakšvienībām un veido membrānā protonu kanālu, caur kuru ūdeņraža joni nonāk konjugācijas faktorā F1. F 1 proteīns ir proteīnu komplekss, kas sastāv no membrānas, vienlaikus saglabājot spēju katalizēt ATP hidrolīzi. Izolētais F 1 nespēj sintezēt ATP. Spēja sintezēt ATP ir viena membrānā iestrādāta F 0 -F 1 kompleksa īpašība. Tas ir saistīts ar faktu, ka ATP sintāzes darbs ATP sintēzes laikā ir saistīts ar protonu pārnešanu caur to. Protonu virzīta transportēšana ir iespējama tikai tad, ja membrānā ir iestrādāta ATP sintāze.

Darbības mehānisms. Ir divas hipotēzes par fosforilēšanās mehānismu (tiešais mehānisms un netiešais). Saskaņā ar pirmo hipotēzi, fosfātu grupa un ADP saistās ar enzīmu F1 kompleksa aktīvajā vietā. Divi protoni pārvietojas pa kanālu pa koncentrācijas gradientu un savienojas ar fosfāta skābekli, veidojot ūdeni. Saskaņā ar otro hipotēzi (netiešais mehānisms) ADP un neorganiskais fosfors spontāni apvienojas fermenta aktīvajā vietā. Tomēr iegūtais ATP ir cieši saistīts ar fermentu, un tā atbrīvošanai ir nepieciešama enerģija. Enerģiju piegādā protoni, kas saistās ar fermentu, maina tā konformāciju, pēc tam izdalās ATP.

C4 fotosintēzes ceļš

C 4-fotosintēzes ceļš vai Hatch-Slack cikls

Austrāliešu zinātnieki M. Hačs un K. Sleks aprakstīja C 4 fotosintēzes ceļu, kas raksturīgs 16 ģimeņu viendīgļlapju un divdīgļlapju tropu un subtropu augiem (cukurniedres, kukurūza utt.). Lielākā daļa sliktāko nezāļu ir C4 augi, un lielākā daļa kultūraugu ir C3 augi. Šo augu lapās ir divu veidu hloroplasti: parastie mezofila šūnās un lieli hloroplasti, kuriem nav grana un fotosistēmas II apvalka šūnās, kas ieskauj asinsvadu saišķus.

Mezofila šūnu citoplazmā fosfoenolpiruvāta karboksilāze pievieno CO 2 fosfoenolpiruvskābei, veidojot oksaloetiķskābi. Tas tiek transportēts uz hloroplastiem, kur tas tiek reducēts par ābolskābi, piedaloties NADPH (NADP+ atkarīgais malāta dehidrogenāzes enzīms). Amonija jonu klātbūtnē skābeņetiķskābe tiek pārveidota par asparagīnskābi (enzīmu aspartātaminotransferāzi). Ābolskābe un (vai) asparagīnskābe nokļūst apvalka šūnu hloroplastos un tiek dekarboksilēta līdz pirovīnskābei un CO 2 . CO 2 tiek iekļauts Kalvina ciklā, un pirovīnskābe tiek pārnesta uz mezofila šūnām, kur tā tiek pārveidota par fosfoenolpirovīnskābi.

Atkarībā no tā, kura skābe - malāts vai aspartāts - tiek transportēta apvalka šūnās, augus iedala divos veidos: malātā un aspartātā. Apvalka šūnās šīs C4 skābes tiek dekarboksilētas, kas notiek dažādos augos ar dažādu enzīmu piedalīšanos: no NADP+ atkarīgā dekarboksilējošā malāta dehidrogenāze (NADP+-MDH), no NAD+ atkarīgā dekarboksilējošā malāta dehidrogenāze (ābolskābes enzīms, NAD+-MDH) un PEP-karboksikināze (PEP-CK). Tāpēc augus iedala vēl trīs apakštipos: NADP + -MDG augi, NAD + -MDG augi, FEP-KK augi.

Šis mehānisms ļauj augiem veikt fotosintēzi, kad stomas ir aizvērtas augstas temperatūras dēļ. Turklāt Kalvina cikla produkti veidojas apvalka šūnu hloroplastos, kas ieskauj asinsvadu saišķus. Tas veicina fotoasimilātu ātru aizplūšanu un tādējādi palielina fotosintēzes intensitāti.

Fotosintēze atbilstoši Crassulaceae (sukulentu) veidam ir PATS veids.

Sausos apgabalos ir sulīgi augi, kuru stomas ir atvērtas naktī un slēgtas dienā, lai samazinātu transpirāciju. Šobrīd šāda veida fotosintēze ir sastopama 25 ģimeņu pārstāvjiem.

Sukulentos (kaktusi un Crassulaceae dzimtas augi ( Crassulaceae) fotosintēzes procesi tiek atdalīti nevis telpā, kā citos C4 augos, bet gan laikā. Šo fotosintēzes veidu sauc par CAM (crassulation acid metabolism) ceļu. Stomāti parasti ir aizvērti dienas laikā, novēršot ūdens zudumu transpirācijas rezultātā, un atvērti naktī. Tumsā CO 2 nonāk lapās, kur fosfoenolpiruvāta karboksilāze to savieno ar fosfoenolpiruvskābi, veidojot oksaloetiķskābi. No NADPH atkarīgā malāta dehidrogenāze to reducē līdz ābolskābei, kas uzkrājas vakuolos. Dienas laikā ābolskābe no vakuolas nonāk citoplazmā, kur tā tiek dekarboksilēta, veidojot CO 2 un pirovīnskābi. CO 2 izkliedējas hloroplastos un nonāk Kalvina ciklā.

Tātad fotosintēzes tumšā fāze tiek sadalīta laikā: CO 2 tiek absorbēts naktī, bet dienas laikā tiek atjaunots, malāts veidojas no PAL, karboksilēšana audos notiek divas reizes: PEP tiek karboksilēts naktī, RuBP tiek karboksilēts dienā. .

CAM ražotnes iedala divos veidos: NADP-MDG rūpnīcas, PEP-KK rūpnīcas.

Tāpat kā C4, arī CAM tips ir papildu, piegādājot CO 2 C3 ciklam augos, kas pielāgoti dzīvošanai paaugstinātas temperatūras vai mitruma trūkuma apstākļos. Dažos augos šis cikls darbojas vienmēr, citos tas darbojas tikai nelabvēlīgos apstākļos.

Fotoelpošana.

Fotoelpošana ir gaismas aktivizēts CO 2 izdalīšanās un O 2 absorbcijas process (NAV SAISTĪTS AR FOTOSINTEZI VAI ELPOŠANU). Tā kā fotorespirācijas primārais produkts ir glikolskābe, to sauc arī par glikolāta ceļu. Fotoelpošana palielinās līdz ar zemu CO 2 saturu un augstu O 2 koncentrāciju gaisā. Šādos apstākļos hloroplastu ribulozes bisfāta karboksilāze katalizē nevis ribulozes-1,5-bisfosfāta karboksilēšanu, bet tā sadalīšanos 3-fosfoglicerīnskābes un 2-fosfoglikolskābēs. Pēdējais tiek defosforilēts, veidojot glikolskābi.

Glikolskābe no hloroplasta nonāk peroksisomā, kur to oksidē glikolāta oksidāze par glioksilskābi. Iegūto ūdeņraža peroksīdu sadala peroksisomā esošā katalāze. Glioksilskābe tiek aminēta, veidojot glicīnu. Glicīns tiek transportēts uz mitohondrijiem, kur no divām glicīna molekulām tiek sintezēts serīns un izdalās CO 2.

Serīns var iekļūt peroksisomā un aminotransferāzes ietekmē pārnes aminogrupu uz pirovīnskābi, veidojot alanīnu, un pats pārvēršas par hidroksipirovīnskābi. Pēdējais, piedaloties NADPH, tiek reducēts līdz glicerīnskābei. Tas pāriet hloroplastos, kur tiek iekļauts Kalvina ciklā un veidojas 3 PHA.

Augu elpošana

Dzīva šūna ir atvērta enerģijas sistēma, tā dzīvo un saglabā savu individualitāti, pateicoties pastāvīgai enerģijas plūsmai. Tiklīdz šis pieplūdums apstājas, notiek ķermeņa dezorganizācija un nāve. Fotosintēzes laikā organiskajās vielās uzkrātā saules gaismas enerģija atkal tiek atbrīvota un izmantota dažādiem dzīvības procesiem.

Dabā notiek divi galvenie procesi, kuru laikā izdalās organiskajās vielās uzkrātā saules gaismas enerģija: elpošana un fermentācija. Elpošana ir organisko savienojumu aerobā oksidatīvā sadalīšanās vienkāršos neorganiskos savienojumos, ko pavada enerģijas izdalīšanās. Fermentācija ir anaerobs organisko savienojumu sadalīšanās process vienkāršākos, ko pavada enerģijas izdalīšanās. Elpošanas gadījumā elektronu akceptors ir skābeklis, fermentācijas gadījumā organiskie savienojumi.

Kopējais elpošanas procesa vienādojums ir:

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

Elpošanas ceļi

Ir divas galvenās sistēmas un divi galvenie ceļi elpošanas substrāta transformācijai jeb ogļhidrātu oksidēšanai:

1) glikolīze + Krebsa cikls (glikolītisks); Šis elpošanas apmaiņas ceļš ir visizplatītākais un, savukārt, sastāv no divām fāzēm. Pirmā fāze ir anaeroba (glikolīze), otrā fāze ir aeroba. Šīs fāzes ir lokalizētas dažādos šūnu nodalījumos. Glikolīzes anaerobā fāze atrodas citoplazmā, aerobā fāze atrodas mitohondrijās. Parasti ar glikozi sāk domāt par elpošanas ķīmiju. Tajā pašā laikā augu šūnās ir maz glikozes, jo fotosintēzes galaprodukti ir saharoze kā galvenā cukura transportēšanas forma augā vai rezerves ogļhidrāti (ciete utt.). Tāpēc, lai kļūtu par substrātu elpošanai, saharozei un cietei jābūt hidrolizētai, veidojot glikozi.

2) pentozes fosfāts (apotomisks). Šo elpošanas ceļu relatīvā loma var atšķirties atkarībā no auga veida, vecuma, attīstības stadijas un atkarībā no vides faktoriem. Augu elpošanas process notiek visos ārējos apstākļos, kādos iespējama dzīvība. Auga organismam nav pielāgojumu temperatūras regulēšanai, tāpēc elpošanas process notiek temperatūrā no -50 līdz +50°C. Arī augiem trūkst pielāgojumu, lai nodrošinātu vienmērīgu skābekļa sadalījumu visos audos. Tieši nepieciešamība veikt elpošanas procesu dažādos apstākļos izraisīja dažādu elpceļu vielmaiņas ceļu attīstību un vēl lielāku enzīmu sistēmu daudzveidību, kas veic atsevišķus elpošanas posmus. Ir svarīgi atzīmēt visu vielmaiņas procesu savstarpējo saistību organismā. Elpošanas vielmaiņas ceļa maiņa noved pie pamatīgām izmaiņām visā augu metabolismā.

Enerģija

11 ATP veidojas CK un elpceļu darba rezultātā un 1 ATP substrāta fosforilēšanās rezultātā. Šīs reakcijas laikā veidojas viena GTP molekula (refosforilēšanas reakcija noved pie ATP veidošanās).

1 CK apgrozījums aerobos apstākļos izraisa 12 ATP veidošanos

Integratīvs

CK līmenī tiek apvienoti olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu katabolisma ceļi. Krebsa cikls ir centrālais vielmaiņas ceļš, kas apvieno būtisku šūnu komponentu sadalīšanās un sintēzes procesus.

Amfibolisks

CK metabolīti ir galvenie; to līmenī tie var pārslēgties no viena vielmaiņas veida uz citu.

13.ETC: komponentu lokalizācija. Oksidatīvās fosforilācijas mehānisms. Mičela ķīmijmotiskā teorija.

Elektronu transportēšanas ķēde- šī ir redoksu aģentu ķēde, kas noteiktā veidā atrodas hloroplastu membrānā, veicot fotoinducētu elektronu transportēšanu no ūdens uz NADP +. Elektronu transportēšanas dzinējspēks caur fotosintēzes ETC ir redoksreakcijas divu fotosistēmu (PS) reakcijas centros (RC). Primārā lādiņu atdalīšana PS1 RC noved pie spēcīga reducētāja A0 veidošanās, kura redokspotenciāls nodrošina NADP + samazināšanu caur starpnesēju ķēdi. RC PS2 fotoķīmisko reakciju rezultātā veidojas spēcīgs oksidētājs P680, kas izraisa virkni redoksreakciju, kas izraisa ūdens oksidēšanos un skābekļa izdalīšanos. P700, kas veidojas PS1 RC, reducēšana notiek, pateicoties II fotosistēmas elektroniem, kas mobilizēti no ūdens, piedaloties starpposma elektronu nesējiem (plastohinoni, citohroma kompleksa redokskofaktori un plastocianīns). Atšķirībā no primārajām fotoinducētām lādiņu atdalīšanas reakcijām reakcijas centros, ejot pret termodinamisko gradientu, elektronu pārnešana citās ETC daļās notiek pa redokspotenciāla gradientu, un to pavada enerģijas izdalīšanās, kas tiek izmantota. ATP sintēze.

Mitohondriju ETC sastāvdaļas ir sakārtotas šādā secībā:

Elektronu pāris no NADH vai sukcināta pa ETC tiek pārnests uz skābekli, kas, reducējot un pievienojot divus protonus, veido ūdeni.

Fotosintēzes definīcija un vispārīgie raksturojumi, fotosintēzes nozīme

FOTOSINTĒZE ir organisko vielu veidošanās process no CO2 un H2O gaismā, piedaloties fotosintēzes pigmentiem.

No bioķīmiskā viedokļa fotosintēze ir neorganisko vielu CO2 un H2O stabilo molekulu pārvēršanās organisko vielu molekulās redoksprocess – ogļhidrāti.

vispārīgās īpašības

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + O 2

Fotosintēzes process sastāv no divām fāzēm un vairākiem posmiem, kas notiek secīgi.

I Gaismas fāze

1. Fotofiziskā stadija– rodas hloroplastu iekšējā membrānā un ir saistīta ar saules enerģijas absorbciju pigmentu sistēmās.

2. Fotoķīmiskā stadija- notiek hloroplastu iekšējā membrānā un ir saistīta ar saules enerģijas pārvēršanu ķīmiskajā enerģijā ATP un NADPH2 un ūdens fotolīzi.

II Tumšā fāze

3. Bioķīmiskā stadija jeb Kalvina cikls- notiek hloroplastu stromā. Šajā posmā oglekļa dioksīds tiek reducēts līdz ogļhidrātiem.

NOZĪME

1. CO2 noturības nodrošināšana gaisā. CO 2 saistīšanās fotosintēzes laikā lielā mērā kompensē tā izdalīšanos citu procesu rezultātā (elpošana, fermentācija, vulkāniskā darbība, cilvēces rūpnieciskā darbība).

2. Novērš siltumnīcas efekta attīstību. Daļa saules gaismas tiek atstarota no Zemes virsmas termisko infrasarkano staru veidā. CO 2 absorbē infrasarkano starojumu un tādējādi saglabā siltumu uz Zemes. CO 2 satura palielināšanās atmosfērā var veicināt temperatūras paaugstināšanos, tas ir, radīt siltumnīcas efektu. Taču augstais CO 2 saturs gaisā aktivizē fotosintēzi un līdz ar to CO 2 koncentrācija gaisā atkal samazināsies.

3. Skābekļa uzkrāšanās atmosfērā. Sākotnēji Zemes atmosfērā bija ļoti maz skābekļa. Tagad tā saturs ir 21% gaisa tilpuma. Būtībā šis skābeklis ir fotosintēzes produkts.

4. Ozona ekrāns. Ozons (O 3) veidojas skābekļa molekulu fotodisociācijas rezultātā saules starojuma ietekmē aptuveni 25 km augstumā. Aizsargā visu dzīvību uz Zemes no postošajiem stariem.

Fotosintēze ir organisko vielu sintēze no oglekļa dioksīda un ūdens, obligāti izmantojot gaismas enerģiju: 6CO 2 +6H 2 O + Q gaisma →C 6 H 12 O 6 +6O 2. Fotosintēze ir sarežģīts daudzpakāpju process; Fotosintēzes reakcijas iedala divās grupās: gaismas fāzes reakcijas un tumšās fāzes reakcijas.

Gaismas fāze. Rodas tikai gaismas klātbūtnē tilakoīdu membrānās, piedaloties hlorofilam, elektronu transporta proteīniem un enzīmam ATP sintetāzei. Gaismas kvanta ietekmē hlorofila elektroni tiek satraukti, atstāj molekulu un nonāk tilakoīda membrānas ārējā pusē, kas galu galā kļūst negatīvi uzlādēta. Oksidētās hlorofila molekulas tiek reducētas, ņemot elektronus no ūdens, kas atrodas intratilakoīdā telpā. Tas noved pie ūdens sadalīšanās un fotolīzes: H 2 O+ Q gaisma →H + +OH - . Hidroksīda joni atdod savus elektronus, pārvēršoties par reaktīviem radikāļiem ∙OH: OH - →∙OH+e - . ∙OH radikāļi apvienojas, veidojot ūdeni un brīvo skābekli: 4HO∙→ 2H2O+O2. Šajā gadījumā skābeklis tiek izvadīts uz ārējo vidi, un protoni uzkrājas tilakoīda iekšpusē “protonu rezervuārā”. Tā rezultātā tilakoīda membrāna, no vienas puses, tiek uzlādēta pozitīvi, pateicoties H +, un, no otras puses, elektronu dēļ tiek uzlādēta negatīvi. Kad potenciālu starpība starp tilakoīda membrānas ārējo un iekšējo pusi sasniedz 200 mV, protoni tiek izspiesti pa ATP sintetāzes kanāliem un ADP tiek fosforilēts līdz ATP; atomu ūdeņradi izmanto, lai atjaunotu specifisko nesēju NADP + uz NADP∙H 2: 2H + +2 e - + NADP→ NADP∙H 2. Tādējādi gaišajā fāzē notiek ūdens fotolīze, ko pavada trīs svarīgi procesi: 1) ATP sintēze; 2) NADP∙H 2 veidošanās; 3) skābekļa veidošanās. Skābeklis izkliedējas atmosfērā, ATP un NADP∙H 2 tiek transportēti hloroplasta stromā un piedalās tumšās fāzes procesos.

Tumšā fāze. Rodas hloroplasta stromā. Tās reakcijām nepieciešama gaismas enerģija, tāpēc tās notiek ne tikai gaismā, bet arī tumsā. Tumšās fāzes reakcijas ir oglekļa dioksīda (no gaisa) secīgu transformāciju ķēde, kas izraisa glikozes un citu organisko vielu veidošanos. Pirmkārt, notiek CO 2 fiksācija, akceptors ir cukura ribulozes bifosfāts, ko katalizē ribulozes bifosfāta karboksilāze. Ribulozes bifosfāta karboksilēšanas rezultātā veidojas nestabils sešu oglekļa savienojums, kas nekavējoties sadalās divās fosfoglicerīnskābes molekulās. Tad notiek reakciju cikls, kurā, izmantojot virkni starpproduktu, PGA tiek pārveidots par glikozi. Tiek izmantota ATP un NADPH 2 enerģija, kas veidojas gaismas fāzē. (Kalvina cikls).

23. Co2 asimilācijas reakcijas fotosintēzes tumšajā fāzē.

Kalvina cikls ir galvenais CO 2 asimilācijas ceļš. Dekarboksilēšanas fāze – oglekļa dioksīds saistās ar ribulozes bifosfātu, veidojot divas fosfoglicerāta molekulas. Šo reakciju katalizē ribulozes bifosfāta karbozilāze.