Фотосинтезді түсіну: анықтау

Фотосинтез - күн сәулесінен алынған химиялық энергияны өндіретін өсімдіктер пайдаланатын химиялық процесс. Күн сәулесінен осы энергияның арқасында өсімдіктер ауаның құрамында топырақ суы мен көмірқышқыл газын глюкозаға айналдырады, ол энергияны қамтамасыз ететін және целлюлоза өндіруге мүмкіндік беретін маңызды қоректік заттар болып табылады.

Фотосинтез - Жердегі ең маңызды химиялық процесс, органикалық заттар күн сәулесінің энергиясынан синтезделеді.

Табиғатта басқа тірі жануарларды тамақтандыратын және гетеротроф деп аталатын ағзалар бар. Кейбір адамдар басқа да тіршіліктің органикалық заттарын қолданбай өздерінің тағамдарын синтездеуге қабілетті. Бұл ағзалар автотроф деп аталады. Бұл категорияда фотосинтез процесін жүзеге асыратын жасыл өсімдіктерді таба аласыз.

Фотосинтезді жүргізетін барлық өсімдіктер, балдырлар және цианобактериялар фотоэтотропты ағзалар болып саналады.

Сонымен қатар, фотосинтез жасайтын барлық өсімдіктер, балдырлар және цианобактериялар фотоэтотропты ағзалар болып саналады. Бұл энергия көзі күн сәулесі болып табылады және оның негізгі сутегі көзі су болып табылады, қалдық ретінде өндіріледі, көп жағдайда жердегі тіршіліктің маңызды оттегі.

Бейне фотосинтезі

Фотосинтез, Plantae патшалығының тамақтануының негізгі формасы хлоропласттарда орын алады, онда «фотосинтетикалық реакция орталықтары» деп аталатын арнайы протеиндер кездеседі, олар күн сәулесін сіңіреді және хлорофилл деп аталатын пигментті қамтиды. Фотосинтетикалық процеске араласады және өсімдіктерге тән жасыл түс береді.

Жарық энергиясы глюкозаның синтезінде қолдану үшін су молекуласынан (H2O) алынған сутегі тәрізді процесстерге қатысатын кейбір заттардан электрондарды ажырату үшін пайдаланылады, ол нысандарда жойылған оттегі ретінде қалдырады газ. Глюкозаға айналдырғанға дейін сутегі NADPH (Nicotinamide adenine dinucleotide fosphate) және ATP (Adenosine Triphosphate) сияқты энергияны сақтау үшін пайдаланылатын екі аралық қосылыстар жасау үшін қолданылады.

Өсімдіктердің планета айналасында фотосинтез жасайтын энергиялары 130 Тераватқа тең (10 × 12 ватт).

Фотосинтез

Фотосинтез процесінің теңдеуі:

CARBON DIOXIDE + WATER + PHOTONS → GLUCOSE + OXYGEN

→ Нәтижесінде:

6CO2 + 6H2O → C6H1206 + 6O2

Жыл сайын фотосинтез жасайтын ағзалар 100 000 миллион тонна көміртекті биомассаға айналдырады. Осы жерден өсімдіктердің маңызды қосылыстарын байқай аламыз, көмірқышқыл газын тұтынамыз және оттегіді қолайлы түрде жеткізе аламыз.

Глюкозаның өндірісі, қанттың түрі, өсімдіктің тамақтануы мен тыныс алу үшін қажет, крахмалды түрлендіруге, жасуша қабырғасын нығайтатын және қорғайтын целлюлоза жасайды және тыныс алу кезінде ыдырайды.

Фотосинтездің жылдамдығы әрдайым бірдей емес, себебі температура, жарық қарқындылығы және көмірқышқыл газының концентрациясы жылдамдығын өзгерте алады.

Фотосинтездің кезеңдері

Кез-келген процесс сияқты, фотосинтез дефекцияланған сатылардан тұрады, олар негізінен екі:

Жарқын фаза.

Жарыққа тәуелді кезеңде өсімдіктер жапырақ жасушаларында хлорофилл арқылы күн энергиясын тартып алады және энергияны сақтайтын аденозин трипосфаты немесе аденозин трипосфаты (ATP) деп аталатын молекуланы шығарады.

Мұны істеу үшін хлорофиллдің әр молекуласы фотонды жарықпен жұтып, осылайша электронды жоғалтады. Бұл электрон электронды тасымалдау тізбегіне өтеді, ол NADPH және ATP шығарады. Хлорофилл молекуласы жоғалған электронды қалпына келтіріп, топырақтан сіңірілетін су молекуласы фотолиз деп аталатын процесте бөлінеді, ол процесстен қалдық ретінде атмосфераға оттегінің молекуласын босатады.

Фотосинтез екі жақсы сараланған кезеңдерден тұрады: жеңіл фаза және қара фаза.

Қараңғы кезең.

Жеңіл фазада алынған өсімдік энергиясы глюкозаны судан және Жер атмосферасынан түсірілген көмірқышқыл газын синтездеу үшін пайдаланылады. Ол қара фазасы деп аталады, өйткені алдыңғы біреуден айырмашылығы күн сәулесінің қажеті жоқ.

RuBisCO энзимі атмосферадан көмірқышқыл газын басып шығарады және Кальвин циклі деп аталатын басқа процесте жарық фазасында құрылған NADPH және ATP-ні пайдаланады және содан кейін сахароза немесе крахмалға айналуы мүмкін үш көміртекті қант шығарады. Глюкоза молекуласын жасау үшін көмірқышқыл газының алты молекуласы қолданылады.

Кальвин-Бенсон циклы деп аталатын Calvin циклы үш кезеңнен тұрады:

1-саты. Көміртегі бекітілімі, ribulose diphosphate PGA (3-фосфоглицери қышқылы) үшін қолданылады.

2 саты. PGA NADPH және жарық фазасының ATP көмегімен қантқа дейін азаяды.

3 саты. Рибулозды дифосфат қалпына келтіріледі.

Өсімдіктер күн сәулесін 3-6% тиімділікпен химиялық энергияға айналдырады.

Өсімдіктердің жасушаларының бөліктері фотосинтезге қатысады.

Хлоропласттар

Бұл органеллалар өсімдіктер мен балдырларға ерекше. Хлоропласттардың негізгі функциясы фотосинтезді жүргізу болып табылады, себебі оларда хлорофилл мен процесті жүзеге асыру үшін қажетті басқа ферменттер бар.

Хлорофилл күн сәулесінің энергиясын сіңіреді және оны түрлендіреді және оны NADPH және ATP молекулаларынан сақтайды, ол судан оттегін босатады. Содан кейін олар осы энергияны беретін молекулаларды Calvin Cycle деп аталатын процесс барысында көмірқышқыл газынан органикалық молекулалар жасау үшін пайдаланады.

Типтік өсімдік жасушасының құрамында 10-дан 100 хлороплас бар.

Жасуша мембранасы

Ол су, газ және молекулалардың жасушасына кіруге және шығуға мүмкіндік береді.

Вакуола

Өсімдіктердің клеткалары су толтырылған және тонопласт деп аталатын мембранамен қапталған үлкен, орталық вакуумды қамтиды. Оның функциясы цитозол мен сопақ арасындағы молекулалардың қозғалысына бақылау жасау болып табылады.

Жасуша қабырға

Ол жасушаның мазмұнын қорғайтын целлюлозадан жасалған және оған күш пен қатаңдық береді. Сонымен қатар, ол көрші ұяшықтармен байланыс арналарын қамтиды.

Цитоплазма

Онда ферменттер мен протеиндер бар, оларда клеткаға фотосинтез жүргізу керек.

Жасуша ядросы

Фотосинтез кезінде қолданылатын ферменттер мен ақуыздардың ДНҚ-ның орналасуы.

Жануарлардың фотосинтезінің маңыздылығы

Фотосинтез Жердегі ең маңызды химиялық процесс болып табылады және тірі жануарлардың тіршілік етуі үшін өте қажет. Жануарлар, соның ішінде адамдар, өсімдіктер өмір сүргендіктен тұрады және фотосинтездің арқасында өмір сүреді.

Өсімдіктерді осы процесте тамақтандыруға болатындықтан, басқа ағзалар тамақ өнімдерін алады: тамыры, сабақтары, қабығы, жапырақтары, гүлдері мен жемістері. Екінші жағынан, процесс тыныс алу үшін маңызды өнімнің бірін шығарады: оттегі.

Соңғы уақытта өсімдіктердің болуы өнеркәсіптер мен автомобильдерді атмосфераға шығаратын зиянды газдарды азайтуға қабілеттілігі үшін қайта қаралды. Сондықтан жапырақты ормандар - Жер үшін «өкпе».

Фотосинтездің тарихы.

Швейцариялық Жан Сенебьер өсімдіктер көмірқышқыл газын пайдаланып, күн сәулесін алатын болса, оттегін босатқанын көрсетті.

XVII ғасырда ағылшынша Стефан Хейлс өсімдіктер ортаны тамақ көзі ретінде пайдаланды деген идеяны көтерді, алайда он сегізінші ғасырдың аяғына дейін тағы бір ағылшыншы Джозеф Пристли көкөністердің қандай да бір жолмен оттегіні тапқанын анықтады.

1778 жылы Жан Ингенхоцтің айтуынша, өсімдіктер адамдарға мас күйінде болатын газ шығарды, бірақ күн сәулесінің жарықтығы денсаулығына пайдалы оттегіні босатқан. Фотосинтезді жапырақта ғана жасаған.

1796 жылы швейцариялық Жан Сенебьер өсімдіктер көмірқышқыл газын пайдаланып, күн сәулесін алатын болса, оттегін босататынын көрсетті. Көп кешікпей, Николас Теодор де Сауссордың айтуынша, қосымша CO2-ге қосымша су қажет, бұл фотосинтездің негізгі схемасын анықтайды.

Онда ғалымдардың әртүрлі тобы жаңа құбылысқа жаңа нәрселер әкелді, әлі де шешуге болатын екі мәселе бар.

Инфографика фотосинтезі

(Кеңейту үшін басыңыз)