ფოტოსინთეზის საფუძვლები - სასწავლო სახელმძღვანელო

ფოტოსინთეზის საფუძვლები - სასწავლო სახელმძღვანელო

შეიტყვეთ ფოტოსინთეზის შესახებ ნაბიჯ-ნაბიჯ ამ სწრაფი სასწავლო სახელმძღვანელოთი. დაწყება საფუძვლებიდან:

ფოტოსინთეზის ძირითადი ცნებების სწრაფი მიმოხილვა

  • მცენარეებში, ფოტოსინთეზი გამოიყენება მზის შუქისგან ენერგიის გადაქცევის ქიმიურ ენერგიად (გლუკოზა). ნახშირორჟანგი, წყალი და შუქი გამოიყენება გლუკოზისა და ჟანგბადის დასამზადებლად.
  • ფოტოსინთეზი არ არის ერთი ქიმიური რეაქცია, არამედ ქიმიური რეაქციების ერთობლიობა. საერთო რეაქციაა:
    6CO2 + 6 სთ2O + მსუბუქი. C6126 + 6O2
  • ფოტოსინთეზის რეაქციები შეიძლება დაიყოს, როგორც მსუბუქი დამოკიდებულ რეაქციები და მუქი რეაქციები.
  • ქლოროფილი წარმოადგენს ფოტოსინთეზის მთავარ მოლეკულას, თუმცა სხვა კარტინოიდული პიგმენტებიც მონაწილეობენ. ქლოროფილის ოთხი (4) ტიპი არსებობს: ა, ბ, გ და დ. მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ ჩვეულებრივ მცენარეებს ვთვლით, რომ აქვთ ქლოროფილი და ასრულებენ ფოტოსინთეზს, ბევრი მიკროორგანიზმი იყენებს ამ მოლეკულს, მათ შორის ზოგიერთ პროკარიოტურ უჯრედს. მცენარეებში, ქლოროფილი გვხვდება სპეციალურ სტრუქტურაში, რომელსაც ქლოროპლასტი ეწოდება.
  • ფოტოსინთეზისთვის რეაქციები ხდება ქლოროპლასტის სხვადასხვა ადგილებში. ქლოროპლასტს აქვს სამი მემბრანა (შიდა, გარეთა, თილაკოიდი) და იყოფა სამ განყოფილებად (სტრომა, თილაკოიდული სივრცე, ინტერსმემბრანული სივრცე). მუქი რეაქციები ხდება სტრომაში. მსუბუქი რეაქციები ხდება თილაკოიდური მემბრანებით.
  • ფოტოსინთეზის ერთზე მეტი ფორმა არსებობს. გარდა ამისა, სხვა ორგანიზმები ენერგიას გარდაქმნიან საკვებში არატოინთეზური რეაქციების გამოყენებით (მაგ. ლიტოტროფი და მეტანოგენური ბაქტერიები)
    ფოტოსინთეზის პროდუქტები

ფოტოსინთეზის ნაბიჯები

აქ მოცემულია ის ნაბიჯები, რომლებიც მცენარეთა და სხვა ორგანიზმების მიერ იყენებენ მზის ენერგიას ქიმიური ენერგიის შესაქმნელად:

  1. მცენარეებში, ფოტოსინთეზი ჩვეულებრივ გვხვდება ფოთლებში. აქ მცენარეებს შეუძლიათ მიიღონ ნედლეული ფოტოსინთეზისთვის ერთ მოსახერხებელ ადგილას. ნახშირორჟანგი და ჟანგბადი ფოთლები შედიან / გასასვლელით ფორების საშუალებით, რომელსაც ეწოდება stomata. წყალი ფესვებიდან ფოთლებს მიეწოდება სისხლძარღვთა სისტემის საშუალებით. ქლოროპლასტები, რომლებიც შიგნით ფოთლების უჯრედებშია, შთანთქავს მზის შუქს.
  2. ფოტოსინთეზის პროცესი იყოფა ორ მთავარ ნაწილად: შუქზე დამოკიდებული რეაქციები და მსუბუქი დამოუკიდებელი ან ბნელი რეაქციები. შუქზე დამოკიდებული რეაქცია ხდება, როდესაც მზის ენერგია არის აღებული იმისთვის, რომ შეიქმნას მოლეკულა, რომელსაც ეწოდება ATP (ადენოსინის ტრიფოსფატი). ბნელი რეაქცია ხდება, როდესაც ATP გამოიყენება გლუკოზის დასამზადებლად (კალვინის ციკლი).
  3. ქლოროფილი და სხვა კაროტინოიდები ქმნიან იმას, რასაც ანტენის კომპლექსები ეწოდება. ანტენის კომპლექსები გადააქვთ მსუბუქი ენერგია ერთ-ერთი ტიპის ფოტოქიმიური რეაქციის ცენტრში: P700, რომელიც არის Photosystem I, ან P680- ის ნაწილი, რომელიც Photosystem II- ის ნაწილია. ფოტოქიმიური რეაქციის ცენტრები განლაგებულია ქლოროპლასტის თილაკოიდულ გარსზე. აღელვებული ელექტრონები ელექტრონულ მიმღებებში გადადიან, რის შედეგადაც რეაქციის ცენტრი დაჟანგულ მდგომარეობაშია.
  4. მსუბუქი დამოუკიდებელი რეაქციები წარმოქმნის ნახშირწყლებს ATP და NADPH გამოყენებით, რომლებიც წარმოიქმნა მსუბუქი დამოკიდებულ რეაქციებისგან.

ფოტოსინთეზის მსუბუქი რეაქციები

ფოტოსინთეზის დროს შუქის ყველა ტალღა არ შეიწოვება. მწვანე, მცენარეთა უმეტესობის ფერი, სინამდვილეში არის ფერი, რომელიც აისახება. შუქი, რომელიც შეიწოვება, წყალს წყალბადსა და ჟანგბადში ჰყოფს:

H2O + მსუბუქი ენერგია → ½ O2 + 2H + + 2 ელექტრონი

  1. აღელვებული ელექტრონები Photosystem– დან ელექტრონული სატრანსპორტო ქსელით შემიძლია გამოვიყენო ჟანგვის P700 შემცირება. ეს ადგენს პროტონის გრადიენტს, რომელსაც შეუძლია შექმნას ATP. ამ მარყუჟის ელექტრონის ნაკადის საბოლოო შედეგი, რომელსაც ციკლური ფოსფორილიაცია ეწოდება, არის ATP და P700 წარმოქმნა.
  2. Photosystem– ის აღელვებული ელექტრონები მე შემიძლია სხვადასხვა ელექტრონული სატრანსპორტო ჯაჭვის ძირას ჩავდე NADPH წარმოება, რომელიც ნახშირწყლების სინთეზირებისთვის გამოიყენება. ეს არის არაციკლური გზა, რომლის დროსაც P700 მცირდება Photosystem II- ით გამოსახული ელექტრონის საშუალებით.
  3. Photosystem II– სგან აღელვებული ელექტრონი მიედინება ელექტრონული სატრანსპორტო ჯაჭვი აგზნებული P680– დან ოქსიდირებულ ფორმაში P700, ქმნის პროტონის გრადიენტს სტრომა და თილაკოიდებს შორის, რაც წარმოქმნის ATP– ს. ამ რეაქციის წმინდა შედეგს ეწოდება არაციკლური ფოტოფოსფორილირება.
  4. წყალი ხელს უწყობს ელექტრონს, რომელიც საჭიროა შემცირებული P680-ის რეგენერაციისთვის. NADP + –ის თითოეული მოლეკულის შემცირება NADPH– ს იყენებს ორი ელექტრონი და მოითხოვს ოთხ ფოტონს. წარმოიქმნება ატფ – ის ორი მოლეკულა.

ფოტოსინთეზის მუქი რეაქციები

ბნელ რეაქციებს არ სჭირდება შუქი, მაგრამ არც ისინი უშლიან ხელს. მცენარეთა უმეტესობისთვის მუქი რეაქციები ხდება დღის განმავლობაში. ბნელი რეაქცია ხდება ქლოროპლასტის სტრომაში. ამ რეაქციას ეწოდება ნახშირბადის ფიქსაცია ან კალვინის ციკლი. ამ რეაქციაში ნახშირორჟანგი გარდაიქმნება შაქარში ATP და NADPH გამოყენებით. ნახშირორჟანგი ერწყმის 5 ნახშირბადის შაქარს, 6-ნახშირბადის შაქრის შესაქმნელად. 6 ნახშირბადის შაქარი იყოფა ორ შაქრის მოლეკულში, გლუკოზასა და ფრუქტოზაში, რომელთა გამოყენება შეგიძლიათ საქაროზას დასამზადებლად. რეაქცია მოითხოვს 72 ფოტონის შუქს.

ფოტოსინთეზის ეფექტურობა შემოიფარგლება გარემო ფაქტორებით, მათ შორისაა მსუბუქი, წყალი და ნახშირორჟანგი. ცხელ ან მშრალ ამინდში მცენარეებმა შესაძლოა დახუჭონ სტომატოლოგია წყლის შესანარჩუნებლად. როდესაც სტომატოლოგია დახურულია, მცენარეებმა შეიძლება დაიწყონ ფოტომასპინაცია. მცენარეები, სახელწოდებით C4 მცენარეები ინარჩუნებენ ნახშირორჟანგის მაღალ დონეს უჯრედებში, რომლებიც ქმნიან გლუკოზას, რათა თავიდან აიცილონ ფოტომასტიური. C4 მცენარეები ნახშირწყლებს უფრო ეფექტურად წარმოქმნიან, ვიდრე C3 ნორმალურ მცენარეებს, იმ პირობით, რომ ნახშირორჟანგი შემოიფარგლება და საკმარისი შუქია, რეაქციის მხარდასაჭერად. ზომიერ ტემპერატურაზე მცენარეებზე ძალზე დიდი ტვირთი იდება, რათა C4 სტრატეგია ღირდეს (დასახელებულია 3 და 4, შუალედურ რეაქციაში ნახშირბადის რაოდენობის გამო). C4 მცენარეები ყვავის ცხელ კლიმატურ პირობებში. მოსმენილი კითხვები

აქ მოცემულია რამდენიმე კითხვა, რომელსაც შეგიძლიათ სთხოვოთ საკუთარ თავს, დაგეხმაროთ იმის დადგენაში, თუ ნამდვილად გესმით ფოსინთეზის საფუძვლები.

  1. განსაზღვრეთ ფოტოსინთეზი.
  2. რა მასალებია საჭირო ფოტოსინთეზისთვის? რა არის წარმოებული?
  3. დაწერეთ საერთო რეაქცია ფოტოსინთეზისთვის.
  4. აღწერეთ რა ხდება ფოტოსისტემის ციკლური ფოსფორილირების დროს I. როგორ იწვევს ელექტრონების გადაცემა ატფ – ს სინთეზს?
  5. აღწერეთ ნახშირბადის ფიქსაციის ან კალვინის ციკლის რეაქციები. რა ფერმენტი ახდენს რეაქციის კატალიზაციას? რა არის რეაქციის პროდუქტები?

თავს მზადყოფნით გრძნობთ თავს? მიიღეთ ფოტოსინთეზის ვიქტორინა!