Tekstā ievietojiet “Dark. §14

FOTOSINTĒZE

organisko vielu, piemēram, cukuru un cietes, veidošanās dzīvās augu šūnās no neorganiskām - no CO2 un ūdens, izmantojot augu pigmentu absorbēto gaismas enerģiju. Tas ir pārtikas ražošanas process, no kura ir atkarīga visa dzīvā būtne – augi, dzīvnieki un cilvēki. Visi sauszemes augi un lielākā daļa ūdensaugu fotosintēzes laikā izdala skābekli. Tomēr dažiem organismiem ir raksturīga cita veida fotosintēze, kas notiek bez skābekļa izdalīšanās. Galveno fotosintēzes reakciju, kas notiek ar skābekļa izdalīšanos, var uzrakstīt šādā formā:

Organiskās vielas ietver visus oglekļa savienojumus, izņemot tā oksīdus un nitrīdus. Lielākais organisko vielu daudzums, kas rodas fotosintēzes laikā, ir ogļhidrāti (galvenokārt cukuri un ciete), aminoskābes (no kurām veidojas olbaltumvielas) un, visbeidzot, taukskābes (kas kopā ar glicerofosfātu kalpo kā materiāls tauku sintēzei). . No neorganiskām vielām visu šo savienojumu sintēzei nepieciešams ūdens (H2O) un oglekļa dioksīds (CO2). Aminoskābēm ir nepieciešams arī slāpeklis un sērs. Augi var absorbēt šos elementus oksīdu, nitrātu (NO3-) un sulfātu (SO42-) veidā vai citās, vairāk reducētās formās, piemēram, amonjakā (NH3) vai sērūdeņradi (sērūdeņradi H3S). Organisko savienojumu sastāvā var būt arī fosfors fotosintēzes laikā (augi to absorbē fosfāta veidā) un metālu joni – dzelzs un magnijs. Mangāns un daži citi elementi ir nepieciešami arī fotosintēzei, bet tikai nelielos daudzumos. Sauszemes augos visi šie neorganiskie savienojumi, izņemot CO2, nonāk caur saknēm. Augi CO2 iegūst no atmosfēras gaisa, kurā tā vidējā koncentrācija ir 0,03%. CO2 iekļūst lapās, un O2 izdalās no tām caur mazām epidermas atverēm, ko sauc par stomatiem. Stomatītu atvēršanos un aizvēršanos regulē īpašas šūnas - tās sauc par aizsargšūnām - arī zaļas un spēj veikt fotosintēzi. Kad gaisma nokrīt uz aizsargšūnām, tajās sākas fotosintēze. Tā produktu uzkrāšanās liek šīm šūnām izstiepties. Šajā gadījumā stomatālā atvere atveras plašāk, un CO2 iekļūst lapas apakšējos slāņos, kuru šūnas tagad var turpināt fotosintēzi. Stomata regulē arī ūdens iztvaikošanu ar lapām, tā saukto. transpirācija, jo lielākā daļa ūdens tvaiku iziet caur šīm atverēm. Ūdensaugi visas vajadzīgās barības vielas iegūst no ūdens, kurā tie dzīvo. Arī CO2 un bikarbonāta joni (HCO3-) ir atrodami gan jūras, gan saldūdenī. Aļģes un citi ūdensaugi tos iegūst tieši no ūdens. Gaisma fotosintēzē spēlē ne tikai katalizatora lomu, bet arī vienu no reaģentiem. Ievērojama daļa no gaismas enerģijas, ko augi izmanto fotosintēzes laikā, tiek uzkrāta ķīmiskās potenciālās enerģijas veidā fotosintēzes produktos. Fotosintēzei, kas notiek ar skābekļa izdalīšanos, jebkura redzamā gaisma no violetas (viļņa garums 400 nm) līdz vidēji sarkanai (700 nm) ir vairāk vai mazāk piemērota. Daži baktēriju fotosintēzes veidi, kas nav saistīti ar O2 izdalīšanos, var efektīvi izmantot gaismu ar garāku viļņa garumu līdz pat sarkanajam (900 nm). Fotosintēzes būtības noskaidrošana sākās mūsdienu ķīmijas dzimšanas laikā. Dž.Pristlija (1772), Dž.Ingenhausa (1780), Dž.Senebjē (1782), kā arī A. Lavuāzjē (1775, 1781) ķīmiskie pētījumi lika secināt, ka augi oglekļa dioksīdu pārvērš skābeklī. un šim procesam ir nepieciešama gaisma. Ūdens loma palika nezināma, līdz to 1808. gadā norādīja N. Sosīrs. Savos ļoti precīzajos eksperimentos viņš izmērīja augsnes podā augoša auga sausmasas pieaugumu, kā arī noteica absorbētā oglekļa dioksīda un izdalītā skābekļa daudzumu. Saussure apstiprināja, ka viss ogleklis, ko augs iekļauj organiskajās vielās, nāk no oglekļa dioksīda. Tajā pašā laikā viņš atklāja, ka augu sausnas pieaugums bija lielāks nekā starpība starp absorbētā oglekļa dioksīda svaru un atbrīvotā skābekļa svaru. Tā kā augsnes svars podā būtiski nemainījās, vienīgais iespējamais svara pieauguma avots bija ūdens. Tādējādi tika parādīts, ka viens no fotosintēzes reaģentiem ir ūdens. Fotosintēzes kā viena no enerģijas pārveidošanas procesiem nozīmi nevarēja novērtēt, kamēr nebija radusies pati ideja par ķīmisko enerģiju. 1845. gadā R. Majers nonāca pie secinājuma, ka fotosintēzes laikā gaismas enerģija tiek pārvērsta ķīmiskajā potenciālajā enerģijā, kas uzkrāta tās produktos.

FOTOSINTĒZE ir process, no kura ir atkarīga visa dzīvība uz Zemes. Tas notiek tikai augos. Fotosintēzes laikā augs no neorganiskām vielām ražo organiskās vielas, kas nepieciešamas visam dzīvajam. Oglekļa dioksīds, kas atrodas gaisā, nonāk lapā caur īpašām atverēm lapas epidermā, ko sauc par stomatiem; ūdens un minerālvielas no augsnes nonāk saknēs un no turienes caur auga vadošo sistēmu tiek transportētas uz lapām. Organisko vielu sintēzei nepieciešamo enerģiju no neorganiskajām piegādā Saule; šo enerģiju absorbē augu pigmenti, galvenokārt hlorofils. Šūnā organisko vielu sintēze notiek hloroplastos, kas satur hlorofilu. Brīvais skābeklis, kas rodas arī fotosintēzes laikā, tiek izlaists atmosfērā.

FOTOSINTEZES SHĒMA

Fotosintēzes loma. Fotosintēzes ķīmisko reakciju kopējo rezultātu katram produktam var aprakstīt ar atsevišķu ķīmisko vienādojumu. Vienkāršajai cukura glikozei vienādojums ir šāds:

Vienādojums parāda, ka zaļā augā gaismas enerģijas ietekmē no sešām ūdens molekulām un sešām oglekļa dioksīda molekulām veidojas viena glikozes molekula un sešas skābekļa molekulas. Glikoze ir tikai viens no daudzajiem augos sintezētajiem ogļhidrātiem. Zemāk ir vispārīgs vienādojums ogļhidrātu veidošanās ar n oglekļa atomiem molekulā:

Vienādojumi, kas apraksta citu organisko savienojumu veidošanos, nav tik vienkārši. Aminoskābju sintēzei ir nepieciešami papildu neorganiskie savienojumi, piemēram, cisteīna veidošanās:

Gaismas kā reaģenta lomu fotosintēzes procesā ir vieglāk parādīt, ja mēs pievēršamies citai ķīmiskai reakcijai, proti, degšanai. Glikoze ir viena no koksnes galvenās sastāvdaļas celulozes apakšvienībām. Glikozes sadegšanu apraksta ar šādu vienādojumu:

Šis vienādojums ir glikozes fotosintēzes vienādojuma apvērsums, izņemot to, ka gaismas enerģijas vietā tas galvenokārt ražo siltumu. Saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu, ja degšanas laikā enerģija izdalās, tad reversās reakcijas laikā, t.i. Fotosintēzes laikā tam jābūt absorbētam. Degšanas bioloģiskais analogs ir elpošana, tāpēc elpošanu apraksta ar tādu pašu vienādojumu kā nebioloģisko degšanu. Visām dzīvām šūnām, izņemot zaļās augu šūnas gaismā, bioķīmiskās reakcijas kalpo kā enerģijas avots. Elpošana ir galvenais bioķīmiskais process, kas atbrīvo fotosintēzes laikā uzkrāto enerģiju, lai gan starp šiem diviem procesiem var būt garas barības ķēdes. Jebkurai dzīvības izpausmei nepieciešama pastāvīga enerģijas pieplūde, un gaismas enerģija, ko fotosintēze pārvērš organisko vielu ķīmiskajā potenciālajā enerģijā un izmanto brīvā skābekļa izdalīšanai, ir vienīgais svarīgais primārais enerģijas avots visam dzīvajam. Pēc tam dzīvās šūnas oksidē ("sadedzina") šīs organiskās vielas ar skābekli, un daļa enerģijas, kas izdalās, skābeklim savienojoties ar oglekli, ūdeņradi, slāpekli un sēru, tiek uzkrāta izmantošanai dažādos dzīvības procesos, piemēram, kustībā vai augšanā. Savienojumā ar uzskaitītajiem elementiem skābeklis veido to oksīdus - oglekļa dioksīdu, ūdeni, nitrātus un sulfātus. Tādējādi cikls beidzas. Kāpēc brīvais skābeklis, kura vienīgais avots uz Zemes ir fotosintēze, ir tik nepieciešams visam dzīvajam? Iemesls ir tā augstā reaģētspēja. Neitrāla skābekļa atoma elektronu mākonī ir par diviem mazāk elektronu, nekā nepieciešams visstabilākajai elektronu konfigurācijai. Tāpēc skābekļa atomiem ir spēcīga tendence iegūt divus papildu elektronus, kas tiek panākts, apvienojoties (veidojot divas saites) ar citiem atomiem. Skābekļa atoms var veidot divas saites ar diviem dažādiem atomiem vai dubultsaiti ar vienu atomu. Katrā no šīm saitēm vienu elektronu piegādā skābekļa atoms, bet otru elektronu piegādā cits atoms, kas piedalās saites veidošanā. Piemēram, ūdens molekulā (H2O) katrs no diviem ūdeņraža atomiem piegādā savu vienīgo elektronu, lai izveidotu saiti ar skābekli, tādējādi apmierinot skābekļa raksturīgo vēlmi iegūt divus papildu elektronus. CO2 molekulā katrs no diviem skābekļa atomiem veido dubultsaiti ar vienu un to pašu oglekļa atomu, kuram ir četri savienojošie elektroni. Tādējādi gan H2O, gan CO2 skābekļa atomā ir tik daudz elektronu, cik nepieciešams stabilai konfigurācijai. Ja tomēr divi skābekļa atomi saistās viens ar otru, tad šo atomu elektronu orbitāles ļauj izveidoties tikai vienai saitei. Tādējādi vajadzība pēc elektroniem ir apmierināta tikai līdz pusei. Tāpēc O2 molekula, salīdzinot ar CO2 un H2O molekulām, ir mazāk stabila un reaktīvāka. Organiskie fotosintēzes produkti, piemēram, ogļhidrāti (CH2O)n, ir diezgan stabili, jo katrs no tajos esošajiem oglekļa, ūdeņraža un skābekļa atomiem saņem tik daudz elektronu, cik nepieciešams, lai izveidotu visstabilāko konfigurāciju. Fotosintēzes procesā, kas rada ogļhidrātus, divas ļoti stabilas vielas CO2 un H2O tiek pārvērstas vienā pilnīgi stabilā vielā (CH2O)n un vienā mazāk stabilā vielā O2. Milzīga O2 daudzuma uzkrāšanās atmosfērā fotosintēzes rezultātā un tā augstā reaktivitāte nosaka tās kā universāla oksidētāja lomu. Kad elements atsakās no elektroniem vai ūdeņraža atomiem, mēs sakām, ka elements ir oksidēts. Elektronu pievienošanu vai saišu veidošanos ar ūdeņradi, tāpat kā ar oglekļa atomiem fotosintēzē, sauc par reducēšanu. Izmantojot šos jēdzienus, fotosintēzi var definēt kā ūdens oksidēšanu kopā ar oglekļa dioksīda vai citu neorganisko oksīdu reducēšanu.

Fotosintēzes mehānisms. Gaismas un tumšās stadijas. Tagad ir noskaidrots, ka fotosintēze notiek divos posmos: gaišajā un tumšajā. Gaismas stadija ir gaismas izmantošanas process ūdens sadalīšanai; Tajā pašā laikā izdalās skābeklis un veidojas ar enerģiju bagāti savienojumi. Tumšā stadija ietver reakciju grupu, kas izmanto gaišās stadijas augstas enerģijas produktus, lai CO2 reduktu līdz vienkāršajam cukuram, t.i. oglekļa asimilācijai. Tāpēc tumšo stadiju sauc arī par sintēzes stadiju. Termins "tumšā stadija" nozīmē tikai to, ka gaisma tajā nav tieši iesaistīta. Mūsdienu priekšstati par fotosintēzes mehānismu veidojās, pamatojoties uz 1930.-1950.gados veiktajiem pētījumiem. Iepriekš daudzus gadus zinātniekus maldināja šķietami vienkārša, taču nepareiza hipotēze, saskaņā ar kuru O2 veidojas no CO2, un izdalītais ogleklis reaģē ar H2O, kā rezultātā veidojas ogļhidrāti. 30. gados, kad izrādījās, ka dažas sēra baktērijas fotosintēzes laikā neražo skābekli, bioķīmiķis K. van Nīls ierosināja, ka skābeklis, kas izdalās fotosintēzes laikā zaļajos augos, nāk no ūdens. Sēra baktērijās reakcija notiek šādi:

O2 vietā šie organismi ražo sēru. Van Nīls nonāca pie secinājuma, ka visus fotosintēzes veidus var aprakstīt ar vienādojumu

kur X ir skābeklis fotosintēzē, kas notiek ar O2 izdalīšanos, un sērs sēra baktēriju fotosintēzē. Van Nīls arī ierosināja, ka šis process ietver divus posmus: gaismas stadiju un sintēzes stadiju. Šo hipotēzi apstiprināja fiziologa R. Hilla atklājums. Viņš atklāja, ka iznīcinātas vai daļēji inaktivētas šūnas spēj veikt reakciju gaismā, kurā izdalās skābeklis, bet CO2 netiek samazināts (to sauca par Hila reakciju). Lai šī reakcija noritētu, bija nepieciešams pievienot kādu oksidētāju, kas spēj piesaistīt elektronus vai ūdeņraža atomus, ko atdod ūdens skābeklis. Viens no Hila reaģentiem ir hinons, kas, pievienojot divus ūdeņraža atomus, kļūst par dihidrohinonu. Citi Hila reaģenti saturēja dzelzs dzelzi (Fe3+ jonu), kas, pievienojot vienu elektronu no ūdens skābekļa, tika pārveidots par divvērtīgo dzelzi (Fe2+). Tādējādi tika parādīts, ka ūdeņraža atomu pāreja no skābekļa ūdenī uz oglekli var notikt neatkarīgas elektronu un ūdeņraža jonu kustības veidā. Tagad noskaidrots, ka enerģijas uzkrāšanai svarīga ir elektronu pāreja no viena atoma uz otru, savukārt ūdeņraža joni var pāriet ūdens šķīdumā un nepieciešamības gadījumā no tā atkal tikt izņemti. Hila reakcija, kurā gaismas enerģija tiek izmantota, lai izraisītu elektronu pāreju no skābekļa uz oksidētāju (elektronu akceptoru), bija pirmais pierādījums gaismas enerģijas pārvēršanai ķīmiskajā enerģijā un fotosintēzes gaismas stadijas modelis. Hipotēze, ka fotosintēzes laikā no ūdens tiek nepārtraukti piegādāts skābeklis, tika apstiprināta arī eksperimentos, izmantojot ūdeni, kas marķēts ar smagu skābekļa izotopu (18O). Tā kā skābekļa izotopiem (parastajam 16O un smagajam 18O) ir tādas pašas ķīmiskās īpašības, augi izmanto H218O tāpat kā H216O. Izrādījās, ka izdalītais skābeklis satur 18O. Citā eksperimentā augi veica fotosintēzi ar H216O un C18O2. Šajā gadījumā eksperimenta sākumā izdalītais skābeklis nesaturēja 18O. 50. gados augu fiziologs D. Arnons un citi pētnieki pierādīja, ka fotosintēze ietver gaismas un tumšās stadijas. No augu šūnām tika iegūti preparāti, kas spēj veikt visu gaismas stadiju. Izmantojot tos, bija iespējams konstatēt, ka gaismā notiek elektronu pārnešana no ūdens uz fotosintēzes oksidētāju, kas rezultātā kļūst par elektronu donoru oglekļa dioksīda reducēšanai nākamajā fotosintēzes posmā. Nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfāts kalpo kā elektronu nesējs. Tās oksidētā forma tiek apzīmēta ar NADP+, un tās reducētā forma (veidojas pēc divu elektronu un ūdeņraža jona pievienošanas) tiek apzīmēta ar NADPH. NADP+ slāpekļa atoms ir piecvērtīgs (četras saites un viens pozitīvs lādiņš), bet NADPHN tas ir trīsvērtīgs (trīs saites). NADP+ pieder pie t.s. koenzīmi. Koenzīmi kopā ar enzīmiem dzīvās sistēmās veic daudzas ķīmiskas reakcijas, taču atšķirībā no fermentiem tie mainās reakcijas laikā. Lielākā daļa pārveidotās gaismas enerģijas, kas uzkrāta fotosintēzes gaismas stadijā, tiek uzkrāta elektronu pārneses laikā no ūdens uz NADP+. Iegūtais NADPHN netur elektronus tik cieši kā skābekli ūdenī un var tos atdot organisko savienojumu sintēzes procesos, tērējot uzkrāto enerģiju lietderīgam ķīmiskajam darbam. Ievērojams enerģijas daudzums tiek uzkrāts arī citā veidā, proti, ATP (adenozīntrifosfāta) veidā. To veido, atdalot ūdeni no neorganiskā fosfāta jona (HPO42-) un organiskā fosfāta, adenozīna difosfāta (ADP), saskaņā ar šādu vienādojumu:

ATP ir ar enerģiju bagāts savienojums, un tā veidošanai nepieciešama enerģija no kāda avota. Apgrieztā reakcijā, t.i. Kad ATP tiek sadalīts ADP un fosfātos, tiek atbrīvota enerģija. Daudzos gadījumos ATP atdod savu enerģiju citiem ķīmiskiem savienojumiem reakcijā, kurā ūdeņradis tiek aizstāts ar fosfātu. Tālāk sniegtajā reakcijā cukurs (ROH) tiek fosforilēts, veidojot cukura fosfātu:

Cukura fosfāts satur vairāk enerģijas nekā nefosforilētais cukurs, tāpēc tā reaktivitāte ir augstāka. ATP un NADPHN, kas veidojas (kopā ar O2) fotosintēzes gaismas stadijā, pēc tam tiek izmantoti ogļhidrātu un citu organisko savienojumu sintēzes stadijā no oglekļa dioksīda.

Fotosintēzes aparāta uzbūve. Gaismas enerģiju absorbē pigmenti (tā sauktās vielas, kas absorbē redzamo gaismu). Visiem augiem, kas veic fotosintēzi, ir dažādas zaļā pigmenta hlorofila formas, un visi, iespējams, satur karotinoīdus, kas parasti ir dzeltenā krāsā. Augstākie augi satur hlorofilu a (C55H72O5N4Mg) un hlorofilu b (C55H70O6N4Mg), kā arī četrus galvenos karotinoīdus: b-karotīnu (C40H56), luteīnu (C40H55O2), violaksantīnu un neoksantīnu. Šī pigmentu dažādība nodrošina plašu redzamās gaismas absorbcijas spektru, jo katrs no tiem ir “noregulēts” uz savu spektra reģionu. Dažām aļģēm ir aptuveni vienāds pigmentu komplekts, taču daudzām no tām ir pigmenti, kas nedaudz atšķiras no tiem, kas uzskaitīti pēc to ķīmiskās būtības. Visi šie pigmenti, tāpat kā viss zaļās šūnas fotosintēzes aparāts, ir ietverti īpašās organellās, kuras ieskauj membrāna, t.s. hloroplasti. Augu šūnu zaļā krāsa ir atkarīga tikai no hloroplastiem; atlikušie šūnu elementi nesatur zaļos pigmentus. Hloroplastu izmērs un forma ir diezgan atšķirīga. Tipisks hloroplasts ir veidots kā nedaudz izliekts gurķis, kura izmērs ir apm. 1 µm diametrā un garumā apm. 4 mikroni. Lielajās zaļo augu šūnās, piemēram, vairuma sauszemes sugu lapu šūnās, ir daudz hloroplastu, bet mazajām vienšūnu aļģēm, piemēram, Chlorella pyrenoidosa, ir tikai viens hloroplasts, kas aizņem lielāko daļu šūnas.

Elektronu mikroskops ļauj iepazīties ar ļoti sarežģīto hloroplastu uzbūvi. Tas ļauj identificēt daudz mazākas struktūras nekā tās, kas redzamas parastajā gaismas mikroskopā. Gaismas mikroskopā nevar atšķirt daļiņas, kas ir mazākas par 0,5 mikroniem. Līdz 1961. gadam elektronu mikroskopu izšķirtspēja ļāva novērot daļiņas, kas bija tūkstoš reižu mazākas (apmēram 0,5 nm). Izmantojot elektronu mikroskopu, hloroplastos tika identificētas ļoti plānas membrānas struktūras, tā sauktās. tilakoīdi. Tie ir plakani maisiņi, kas aizvērti malās un savākti kaudzēs, ko sauc par grana; Fotogrāfijās graudi izskatās kā ļoti plānu pankūku kaudzes. Maisiņu iekšpusē ir telpa - tilakoīdu dobums, un paši tilakoīdi, kas savākti granātā, ir iegremdēti želejveida šķīstošo olbaltumvielu masā, kas aizpilda hloroplasta iekšējo telpu un tiek saukta par stromu. Stromā ir arī mazāki un plānāki tilakoīdi, kas savieno atsevišķas granas savā starpā. Visas tilakoīdu membrānas sastāv no aptuveni vienāda daudzuma olbaltumvielu un lipīdu. Neatkarīgi no tā, vai tie ir savākti grana vai nē, tieši tajos tiek koncentrēti pigmenti un notiek gaismas stadija. Tumšā stadija notiek, kā parasti tiek uzskatīts, stromā.

Fotosistēmas. Hlorofils un karotinoīdi, kas iestrādāti hloroplastu tilakoīdu membrānās, tiek samontēti funkcionālās vienībās - fotosistēmās, no kurām katra satur aptuveni 250 pigmenta molekulas. Fotosistēmas uzbūve ir tāda, ka no visām šīm molekulām, kas spēj absorbēt gaismu, tikai viena īpaši izvietota hlorofila molekula var izmantot savu enerģiju fotoķīmiskās reakcijās - tas ir fotosistēmas reakcijas centrs. Atlikušās pigmenta molekulas, absorbējot gaismu, nodod savu enerģiju reakcijas centram; šīs gaismas savākšanas molekulas sauc par antenas molekulām. Ir divu veidu fotosistēmas. I fotosistēmā specifiskajai hlorofila a molekulai, kas veido reakcijas centru, ir absorbcijas optimālais pie gaismas viļņa garuma 700 nm (apzīmēts ar P700; P — pigments), bet fotosistēmā II — pie 680 nm (P680). Parasti abas fotosistēmas darbojas sinhroni un (gaismā) nepārtraukti, lai gan fotosistēma I var darboties atsevišķi.

Gaismas enerģijas transformācijas. Šī jautājuma izskatīšana jāsāk ar fotosistēmu II, kur gaismas enerģiju izmanto reakcijas centrs P680. Kad gaisma nokļūst šajā fotosistēmā, tās enerģija ierosina P680 molekulu, un šai molekulai piederošo ierosināto, enerģētisko elektronu pāris tiek atdalīts un pārnests uz akceptormolekulu (iespējams, hinonu), ko apzīmē ar burtu Q. Situāciju var iedomāties tādā veidā, ka elektroni, kas lēktu no saņemtās gaismas, “stumtu” un akceptors tos noķer kādā augšējā pozīcijā. Ja nebūtu akceptora, elektroni atgrieztos sākotnējā stāvoklī (reakcijas centrā), un lejupejošās kustības laikā atbrīvotā enerģija pārvērstos gaismā, t.i. tiks tērēta fluorescencei. No šī viedokļa elektronu akceptoru var uzskatīt par fluorescences slāpētāju (tātad tā apzīmējums Q, no angļu valodas quench — uz dzesēt).

P680 molekula, zaudējot divus elektronus, ir oksidējusies, un, lai process ar to neapstātos, tā ir jāreducē, t.i. iegūt divus elektronus no kāda avota. Ūdens kalpo kā šāds avots: tas sadalās 2H+ un 1/2O2, ziedojot divus elektronus oksidētajam P680. Šo no gaismas atkarīgo ūdens sadalīšanu sauc par fotolīzi. Enzīmi, kas veic fotolīzi, atrodas tilakoīda membrānas iekšējā pusē, kā rezultātā visi ūdeņraža joni uzkrājas tilakoīda dobumā. Vissvarīgākais fotolīzes enzīmu kofaktors ir mangāna atomi. Divu elektronu pāreja no fotosistēmas reakcijas centra uz akceptoru ir “augšupkāpšana”, t.i. uz augstāku enerģijas līmeni, un šo kāpumu nodrošina gaismas enerģija. Pēc tam fotosistēmā II elektronu pāris sāk pakāpenisku “nolaišanos” no akceptora Q uz fotosistēmu I. Nolaišanās notiek pa elektronu transportēšanas ķēdi, kuras organizācija ir ļoti līdzīga līdzīgai ķēdei mitohondrijās (skatīt arī METABOLISMU). Tas sastāv no citohromiem, proteīniem, kas satur dzelzi un sēru, vara saturošu proteīnu un citiem komponentiem. Pakāpeniska elektronu nolaišanās no enerģētiskāka stāvokļa uz mazāk enerģisku stāvokli ir saistīta ar ATP sintēzi no ADP un neorganiskā fosfāta. Rezultātā gaismas enerģija netiek zaudēta, bet tiek uzkrāta ATP fosfātu saitēs, kuras var izmantot vielmaiņas procesos. ATP veidošanos fotosintēzes laikā sauc par fotofosforilāciju. Vienlaikus ar aprakstīto procesu gaisma tiek absorbēta fotosistēmā I. Šeit tās enerģija tiek izmantota arī divu elektronu atdalīšanai no reakcijas centra (P700) un pārnešanai uz akceptoru - dzelzi saturošu proteīnu. No šī akceptora caur starpnesēju (arī dzelzi saturošu proteīnu) abi elektroni nonāk NADP+, kas rezultātā kļūst spējīgs piesaistīt ūdeņraža jonus (veidojas ūdens fotolīzes laikā un saglabājas tilakoīdos) - un pārvēršas par NADPH. Kas attiecas uz reakcijas centru P700, kas procesa sākumā tika oksidēts, tas pieņem divus (“nokāpušos”) elektronus no fotosistēmas II, kas atgriež to sākotnējā stāvoklī. Kopējo gaismas stadijas reakciju, kas notiek I un II fotosistēmas fotoaktivizēšanas laikā, var attēlot šādi:

Elektronu plūsmas kopējā enerģijas izvade šajā gadījumā ir 1 ATP molekula un 1 NADPH molekula uz 2 elektroniem. Salīdzinot šo savienojumu enerģiju ar gaismas enerģiju, kas nodrošina to sintēzi, tika aprēķināts, ka fotosintēzes procesā tiek uzkrāta aptuveni 1/3 no absorbētās gaismas enerģijas. Dažās fotosintēzes baktērijās fotosistēma I darbojas neatkarīgi. Šajā gadījumā elektronu plūsma cikliski pārvietojas no reakcijas centra uz akceptoru un - pa apļveida ceļu - atpakaļ uz reakcijas centru. Šajā gadījumā nenotiek ūdens fotolīze un skābekļa izdalīšanās, neveidojas NADPH, bet tiek sintezēts ATP. Šis gaismas reakcijas mehānisms var rasties arī augstākos augos apstākļos, kad šūnās rodas NADPH pārpalikums.

Tumšas reakcijas (sintēzes stadija). Organisko savienojumu sintēze, reducējot CO2 (kā arī nitrātus un sulfātus), notiek arī hloroplastos. ATP un NADPH, ko nodrošina gaismas reakcija, kas notiek tilakoīdu membrānās, kalpo kā enerģijas un elektronu avots sintēzes reakcijām. CO2 samazināšanās ir elektronu pārejas uz CO2 rezultāts. Šīs pārsūtīšanas laikā dažas no C-O saitēm tiek aizstātas ar C-H, C-C un OH saitēm. Process sastāv no vairākiem posmiem, no kuriem daži (15 vai vairāk) veido ciklu. Šo ciklu 1953. gadā atklāja ķīmiķis M. Kalvins un viņa kolēģi. Eksperimentos izmantojot radioaktīvo oglekļa izotopu, nevis parasto (stabilo) izotopu, šie pētnieki varēja izsekot oglekļa ceļam pētāmajās reakcijās. 1961. gadā Kalvinam par šo darbu tika piešķirta Nobela prēmija ķīmijā. Kalvina cikls ietver savienojumus ar oglekļa atomu skaitu molekulās no trim līdz septiņām. Visas cikla sastāvdaļas, izņemot vienu, ir cukura fosfāti, t.i. cukuri, kuros viena vai divas OH grupas ir aizstātas ar fosfātu grupu (-OPO3H-). Izņēmums ir 3-fosfoglicerīnskābe (PGA; 3-fosfoglicerāts), kas ir cukura skābes fosfāts. Tas ir līdzīgs fosforilētajam trīsoglekļa cukuram (glicerofosfātam), bet atšķiras no tā ar to, ka tajā ir karboksilgrupa O=C-O-, t.i. viens no tā oglekļa atomiem ir saistīts ar skābekļa atomiem ar trīs saitēm. Cikla aprakstu ir ērti sākt ar ribulozes monofosfātu, kas satur piecus oglekļa atomus (C5). Gaismas stadijā izveidotais ATP reaģē ar ribulozes monofosfātu, pārvēršot to ribulozes difosfātā. Otrā fosfātu grupa dod ribulozes difosfātam papildu enerģiju, jo tā nes daļu no ATP molekulā uzkrātās enerģijas. Tāpēc tendence reaģēt ar citiem savienojumiem un veidot jaunas saites ir izteiktāka ribulozes difosfātā. Tas ir šis C5 cukurs, kas pievieno CO2, veidojot sešu oglekļa savienojumu. Pēdējais ir ļoti nestabils un ūdens ietekmē sadalās divos fragmentos - divās PGA molekulās. Ja paturam prātā tikai oglekļa atomu skaita izmaiņas cukura molekulās, tad šo galveno cikla posmu, kurā notiek CO2 fiksācija (asimilācija), var attēlot šādi:

Enzīms, kas katalizē CO2 fiksāciju (specifiskā karboksilāze), atrodas hloroplastos ļoti lielos daudzumos (vairāk nekā 16% no kopējā olbaltumvielu satura); Ņemot vērā zaļo augu milzīgo masu, tas, iespējams, ir visizplatītākais proteīns biosfērā. Nākamais solis ir tāds, ka divas PGA molekulas, kas veidojas karboksilēšanas reakcijā, katra tiek reducētas ar vienu NADPH molekulu līdz trīs oglekļa cukura fosfātam (triozes fosfāts). Šis samazinājums notiek divu elektronu pārnešanas rezultātā uz FHA karboksilgrupas oglekli. Tomēr šajā gadījumā ATP ir nepieciešams arī, lai nodrošinātu molekulu ar papildu ķīmisko enerģiju un palielinātu tās reaktivitāti. Šo uzdevumu veic fermentu sistēma, kas ATP terminālo fosfātu grupu pārnes uz vienu no karboksilgrupas skābekļa atomiem (veidojas grupa), t.i. PGA tiek pārveidots par difosfoglicerīnskābi. Kad NADPHN ziedo vienu ūdeņraža atomu plus elektronu šī savienojuma karboksilgrupas ogleklim (ekvivalents diviem elektroniem plus ūdeņraža jonam, H+), C-O vienotā saite tiek pārrauta un ar fosforu saistītais skābeklis tiek pārnests uz neorganisko savienojumu. fosfāts, HPO42- un karboksilgrupa O =C-O- pārvēršas aldehīdā O=C-H. Pēdējais ir raksturīgs noteiktai cukuru klasei. Rezultātā PGA, piedaloties ATP un NADPH, tiek reducēts par cukura fosfātu (triozes fosfātu). Visu iepriekš aprakstīto procesu var attēlot ar šādiem vienādojumiem: 1) Ribulozes monofosfāts + ATP -> Ribulozes difosfāts + ADP 2) Ribulozes difosfāts + CO2 -> Nestabils C6 savienojums 3) Nestabils C6 savienojums + H2O -> 2 PGA 4) PGA + ATP + NADPH -> ADP + H3PO42- + triozes fosfāts (C3). 1.–4. reakciju gala rezultāts ir divu triozes fosfāta (C3) molekulu veidošanās no ribulozes monofosfāta un CO2, patērējot divas NADPH molekulas un trīs ATP molekulas. Tieši šajā reakciju sērijā ir attēlots viss gaismas posma - ATP un NADPH formā - ieguldījums oglekļa samazināšanas ciklā. Protams, gaismas stadijai papildus ir jāpiegādā šie kofaktori nitrātu un sulfātu reducēšanai un ciklā izveidotā PGA un triozes fosfāta pārvēršanai citās organiskās vielās - ogļhidrātos, olbaltumvielās un taukos. Nākamo cikla posmu nozīme ir tāda, ka tie noved pie piecu oglekļa savienojumu, ribulozes monofosfāta, reģenerācijas, kas nepieciešams cikla atsākšanai. Šo cilpas daļu var uzrakstīt šādi:

kas kopā dod 5C3 -> 3C5. Trīs ribulozes monofosfāta molekulas, kas veidotas no piecām triozes fosfāta molekulām, pēc CO2 pievienošanas (karboksilēšanas) un reducēšanas tiek pārvērstas sešās triozes fosfāta molekulās. Tādējādi viena cikla apgrieziena rezultātā trīs oglekļa organiskajā savienojumā tiek iekļauta viena oglekļa dioksīda molekula; trīs cikla apgriezieni kopā dod jaunu pēdējās molekulu, un sešu oglekļa cukura (glikozes vai fruktozes) molekulas sintēzei ir nepieciešamas divas trīs oglekļa molekulas un attiecīgi 6 cikla apgriezieni. Cikls piešķir organisko vielu pieaugumu reakcijām, kurās veidojas dažādi cukuri, taukskābes un aminoskābes, t.i. cietes, tauku un olbaltumvielu "celtniecības bloki". Fakts, ka tiešie fotosintēzes produkti ir ne tikai ogļhidrāti, bet arī aminoskābes un, iespējams, taukskābes, tika konstatēts arī, izmantojot izotopu marķējumu - radioaktīvo oglekļa izotopu. Hloroplasts nav tikai daļiņa, kas pielāgota cietes un cukuru sintēzei. Šī ir ļoti sarežģīta, labi organizēta “rūpnīca”, kas spēj ne tikai ražot visus materiālus, no kuriem tā ir uzbūvēta, bet arī apgādāt ar samazinātiem oglekļa savienojumiem tās šūnas daļas un tos augu orgānus, kas neveic fotosintēzi. paši.

Hloroplastos. Nozīme fotosintēze lai uzmundrinātu biosfēru... sauc par hlorofilu fotosintēze. Process fotosintēze parādās tik drūms... vikorystvuyutsya tumšajā fāzē fotosintēze. Tumšā fāze fotosintēze vai Kalvina cikls...

Pārbauda darbs pie tēmas "Fotosintēze"

1. iespēja.

1. vingrinājums.

Objekts

Funkcija

Fotosintēze

Šūnu centrs

Šūnu dalīšanās

1) EPS 2) hloroplasts 3) ribosoma 4) kodols

2. uzdevums. Tālāk esošajā tabulā ir sakarība starp pozīcijām pirmajā un otrajā kolonnā.

Objekts

Funkcija

Glikoze

DNS

Nukleotīds

Kāds jēdziens šajā tabulā jāievada tukšajā laukā?

1) aminoskābe 2) hitīns 3) celuloze 4) RNS

3. uzdevums. Tekstā “Fotosintēzes vieglā fāze” ievietojiet trūkstošos terminus no piedāvātā saraksta, izmantojot ciparu apzīmējumus. Pierakstiet iegūto skaitļu secību.

FOTOSINTEZES GAISLĀ FĀZE

Tagad ir noskaidrots, ka fotosintēze notiek divās fāzēs: gaismas un __________ (A). Gaismas fāzē saules enerģijas ietekmē notiek molekulu __________ (B) ierosme un molekulu __________ (C) sintēze. Vienlaikus ar šo reakciju ūdens gaismas ietekmē sadalās, izdalot brīvu __________ (G). Šo procesu sauc par fotolīzi.

TERMINU SARAKSTS:

1) DNS 2) tumšs 3) skābeklis 4) ATP 5) tumšs 6) hemoglobīns

7) hlorofils 8) oglekļa dioksīds

X oglekļa dioksīda koncentrācija tiek attēlota (%), un pa asi plkst –

Kurš no piedāvātajiem aprakstiem visprecīzāk atspoguļo šo oglekļa dioksīda koncentrāciju atkarību diapazonā no 0,03– 0,16%? Fotosintēzes ātrums šajā intervālā

aug vienmērīgi visā diagrammā

strauji aug visā grafikā

sākumā vienmērīgi palielinās, un pēc tam nemainās

5. uzdevums. Izpētiet fotosintēzes relatīvā ātruma atkarības grafiku no gaismas intensitātes (x ass parāda relatīvo gaismas intensitāti kandelās, bet y ass– relatīvais fotosintēzes ātrums (patvaļīgās vienībās)).

Nosakiet, kādā gaismas intensitātē no uzskaitītajiem fotosintēzes relatīvais ātrums būs maksimālais.

hloroplastā. Kura no šīm vielām atbilst skaitlim 3 šajā diagrammā?

Pārbaudes darbs par tēmu “Fotosintēze”

2. iespēja.

1. vingrinājums. Tālāk esošajā tabulā ir sakarība starp pozīcijām pirmajā un otrajā kolonnā.

Objekts

Funkcija

Mitohondriji

Elpa

Fotosintēze

Kāds jēdziens šajā tabulā jāievada tukšajā laukā?

1) Golgi komplekss 2) hloroplasts 3) ribosoma 4) kodols

2. uzdevums. Tālāk esošajā tabulā ir sakarība starp pozīcijām pirmajā un otrajā kolonnā.

Objekts

Funkcija

stroma

glikozes sintēze

graudi

Kāds jēdziens šajā tabulā jāievada tukšajā laukā?

1) proteīnu sintēze 2) ūdens fotolīze 3) lipīdu sintēze 4) glikolīze

3. uzdevums. Tekstā “Fotosintēzes tumšā fāze” ievietojiet trūkstošos terminus no piedāvātā saraksta, izmantojot ciparu apzīmējumus. Pierakstiet iegūto skaitļu secību.

TUMŠĀ FOTOSINTEZES FĀZE

Tagad ir noskaidrots, ka fotosintēze notiek divās fāzēs: __________ (A) un tumšajā. Lai notiktu tumšās fāzes reakcijas, gaismas klātbūtne __________ (B). Šajā laikā notiek __________ (B) asimilācija no gaisa, tā reducēšanās ar ūdeņraža joniem un organisko vielu veidošanās __________ (D) gaismas fāzē uzkrātās enerģijas dēļ.

TERMINU SARAKSTS

1) gaisma 2) oglekļa dioksīds 3) skābeklis 4) olbaltumvielas 5) krēsla 6) pēc izvēles

7) glikoze 8) nepieciešama

4. uzdevums. Izpētīt fotosintēzes relatīvā ātruma atkarības grafiku no oglekļa dioksīda koncentrācijas (pa asiplkst fotosintēzes relatīvais ātrums ir attēlots (patvaļīgās vienībās) un gar asi X – oglekļa dioksīda koncentrācija (%)).

Nosakiet oglekļa dioksīda koncentrāciju, pie kuras relatīvais fotosintēzes ātrums būs 24 nosacītās vienības.

0,08 % 2) 0,05 % 3) 0,03 % 4) 0,01 %

5. uzdevums. Izpētiet fotosintēzes ātruma un oglekļa dioksīda koncentrācijas diagrammu (x ass– oglekļa dioksīda koncentrācija tiek attēlota (%) un gar y asi– relatīvais fotosintēzes ātrums (patvaļīgās vienībās)).

Kāds būs relatīvais fotosintēzes ātrums, ja oglekļa dioksīda koncentrācija siltumnīcas gaisā ir 0,03%?

6. uzdevums. Izpētiet fotosintēzes procesa diagrammu
hloroplastā. Kura no šīm vielām atbilst skaitlim 2 šajā diagrammā?

skābeklis

glikoze

Bioloģija [Pilnīga uzziņu grāmata, lai sagatavotos vienotajam valsts eksāmenam] Lerners Georgijs Isaakovičs

2.5.3. Fotosintēze un ķīmiskā sintēze

Visām dzīvajām būtnēm ir nepieciešama pārtika un barības vielas. Barojot viņi izmanto enerģiju, kas galvenokārt uzkrāta organiskajos savienojumos - olbaltumvielās, taukos, ogļhidrātos. Heterotrofie organismi, kā jau minēts, izmanto augu un dzīvnieku izcelsmes pārtiku, kas jau satur organiskos savienojumus. Fotosintēzes procesā augi rada organiskās vielas. Fotosintēzes pētījumi sākās 1630. gadā ar holandieša van Helmonta eksperimentiem. Viņš pierādīja, ka augi neiegūst organisko vielu no augsnes, bet paši to rada. Džozefs Prīstlijs 1771. gadā pierādīja gaisa “korekciju” ar augiem. Novietoti zem stikla pārsega, tie absorbēja oglekļa dioksīdu, ko izdala gruzdošā šķemba. Pētījumi ir turpinājušies, un tagad tas ir noskaidrots fotosintēze ir organisko savienojumu veidošanās process no oglekļa dioksīda (CO 2) un ūdens, izmantojot gaismas enerģiju, un tas notiek zaļo augu hloroplastos un dažu fotosintētisko baktēriju zaļajos pigmentos.

Prokariotu hloroplasti un citoplazmatiskās membrānas krokas satur zaļu pigmentu - hlorofils. Hlorofila molekulu spēj satraukt saules gaisma un ziedot savus elektronus un pārvietot tos uz augstāku enerģijas līmeni. Šo procesu var salīdzināt ar bumbas mešanu augšā. Kad bumba paceļas, tā uzglabā potenciālo enerģiju; krītot, viņš viņu zaudē. Elektroni neatkrīt, bet tos uztver elektronu nesēji (NADP + - nikotīnamīda difosfāts). Šajā gadījumā viņu iepriekš uzkrātā enerģija daļēji tiek tērēta ATP veidošanai. Turpinot salīdzinājumu ar izmestu bumbu, varam teikt, ka bumba, krītot, silda apkārtējo telpu, un daļa krītošo elektronu enerģijas tiek uzkrāta ATP formā. Fotosintēzes process ir sadalīts reakcijās, ko izraisa gaisma, un reakcijās, kas saistītas ar oglekļa fiksāciju. Tos sauc gaisma Un tumšs fāzes.

"Gaismas fāze"- Šis ir posms, kurā hlorofila absorbētā gaismas enerģija elektronu transportēšanas ķēdē tiek pārveidota par elektroķīmisko enerģiju. To veic gaismā, gran membrānās, piedaloties transporterproteīniem un ATP sintetāzei.

Gaismas reakcijas notiek uz grana hloroplastu fotosintēzes membrānām:

1) hlorofila elektronu ierosināšana ar gaismas kvantiem un to pāreja uz augstāku enerģijas līmeni;

2) elektronu akceptoru – NADP + reducēšana uz NADP H

2Н + + 4е - + NADP + ? NADP N;

3) ūdens fotolīze, kas notiek ar gaismas kvantu piedalīšanos: 2H 2 O? 4H++4e-+O2.

Šis process notiek iekšpusē tilakoīdi– hloroplastu iekšējās membrānas krokas. Tilakoīdi veido granas - membrānu kaudzes.

Tā kā eksāmena darbos tiek jautāts nevis par fotosintēzes mehānismiem, bet gan par šī procesa rezultātiem, mēs pāriesim pie tiem.

Gaismas reakciju rezultāti ir: ūdens fotolīze ar brīvā skābekļa veidošanos, ATP sintēze, NADP+ reducēšanās līdz NADP H. Tātad gaisma ir nepieciešama tikai ATP un NADP-H sintēzei.

"Tumšā fāze"- process, kurā CO 2 pārvērš glikozē hloroplastu stromā (telpā starp granātām), izmantojot ATP un NADP H enerģiju.

Tumšo reakciju rezultāts ir oglekļa dioksīda pārvēršana glikozē un pēc tam cietē. Papildus glikozes molekulām stromā notiek aminoskābju, nukleotīdu un spirtu veidošanās.

Kopējais fotosintēzes vienādojums ir:

Fotosintēzes nozīme. Fotosintēzes procesā veidojas brīvais skābeklis, kas nepieciešams organismu elpošanai:

skābeklis veido aizsargājošu ozona ekrānu, kas aizsargā organismus no ultravioletā starojuma kaitīgās ietekmes;

fotosintēze nodrošina neapstrādātu organisko vielu ražošanu un līdz ar to arī pārtiku visām dzīvajām būtnēm;

fotosintēze palīdz samazināt oglekļa dioksīda koncentrāciju atmosfērā.

Ķīmijsintēze – organisko savienojumu veidošanās no neorganiskiem slāpekļa, dzelzs un sēra savienojumu redoksreakciju enerģijas dēļ. Ir vairāki ķīmiski sintētisko reakciju veidi:

1) amonjaka oksidēšana par slāpekļskābi un slāpekļskābi, ko veic nitrificējošās baktērijas:

NH3? HNQ 2? HNO3 + Q;

2) dzelzs baktērijas pārvērš dzelzs dzelzi par dzelzs dzelzi:

Fe 2+? Fe 3+ + Q;

3) sērūdeņraža oksidēšana par sēru vai sērskābi, ko veic sēra baktērijas

H 2S + O 2 = 2H 2 O + 2S + Q,

H 2 S + O 2 = 2H 2 SO 4 + Q.

Atbrīvotā enerģija tiek izmantota organisko vielu sintēzei.

Ķīmijsintēzes loma. Baktērijas ir ķīmiski sintētikas, iznīcina akmeņus, attīra notekūdeņus un piedalās minerālu veidošanā.

UZDEVUMU PIEMĒRI

A1. Fotosintēze ir process, kas notiek zaļajos augos. Tas ir saistīts ar:

1) organisko vielu sadalīšanās neorganiskās

2) organisko vielu radīšana no neorganiskām

3) glikozes ķīmiskā pārvēršana cietē

4) celulozes veidošanās

A2. Fotosintēzes izejas materiāls ir

1) olbaltumvielas un ogļhidrāti 3) skābeklis un ATP

2) oglekļa dioksīds un ūdens 4) glikoze un skābeklis

A3. Notiek fotosintēzes gaismas fāze

1) hloroplastu granātā 3) hloroplastu stromā

2) leikoplastos 4) mitohondrijās

A4. Uzbudināto elektronu enerģija gaismas stadijā tiek izmantota:

1) ATP sintēze 3) proteīnu sintēze

2) glikozes sintēze 4) ogļhidrātu sadalīšana

A5. Fotosintēzes rezultātā hloroplasti rada:

1) oglekļa dioksīds un skābeklis

2) glikoze, ATP un skābeklis

3) olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti

4) oglekļa dioksīds, ATP un ūdens

A6. Pie ķīmijtrofiskiem organismiem pieder

1) tuberkulozes patogēni

2) pienskābes baktērijas

3) sēra baktērijas

B daļa

IN 1. Izvēlieties procesus, kas notiek fotosintēzes gaismas fāzē

1) ūdens fotolīze

2) glikozes veidošanās

3) ATP un NADP H sintēze

4) CO 2 izmantošana

5) brīvā skābekļa veidošanās

6) ATP enerģijas izmantošana

AT 2. Izvēlieties fotosintēzes procesā iesaistītās vielas

celuloze 4) oglekļa dioksīds

glikogēns 5) ūdens

hlorofils 6) nukleīnskābes

daļa AR

C1. Kādi nosacījumi ir nepieciešami, lai sāktos fotosintēzes process?

C2. Kā lapas struktūra nodrošina tās fotosintēzes funkcijas?

No grāmatas 100 lieli zinātniskie atklājumi autors Samins Dmitrijs

FOTOSINTEZE Vairākus gadus kopā strādāja franču ķīmiķi Peltjē (1788–1842) un Kavantū (1795–1877). Šīs auglīgās sadarbības rezultātā tika atklāts strihnīns un brucīns. Vislielāko slavu viņiem atnesa hinīna, droša līdzekļa pret malāriju, atklāšana. 1817. gadā zinātnieki

No autores grāmatas Lielā padomju enciklopēdija (FO). TSB

No autores grāmatas Lielā padomju enciklopēdija (XE). TSB

No grāmatas Jaunākā faktu grāmata. 1. sējums [Astronomija un astrofizika. Ģeogrāfija un citas zemes zinātnes. Bioloģija un medicīna] autors

Kas ir fotosintēze un ko tā nozīmē dzīvībai uz Zemes? Fotosintēze ir augstāku augu, aļģu un fotosintēzes baktēriju kompleksu organisko vielu veidošanās, kas nepieciešamas gan pašu augu, gan visu citu augu dzīvībai.

No grāmatas Bioloģija [Pilnīga uzziņu grāmata, lai sagatavotos vienotajam valsts eksāmenam] autors Lerners Georgijs Isaakovičs

2.5. Metabolisms: enerģijas un plastmasas vielmaiņa, to attiecības. Fermenti, to ķīmiskā būtība, nozīme vielmaiņā. Enerģijas metabolisma stadijas. Fermentācija un elpošana. Fotosintēze, tās nozīme, kosmiskā loma. Fotosintēzes fāzes. Gaismas un tumšas reakcijas

No grāmatas Jaunākā faktu grāmata. 1. sējums. Astronomija un astrofizika. Ģeogrāfija un citas zemes zinātnes. Bioloģija un medicīna autors Kondrašovs Anatolijs Pavlovičs

Fotosintēzes pētījumi sākās 1630. gadā ar holandieša van Helmonta eksperimentiem. Viņš pierādīja, ka augi neiegūst organisko vielu no augsnes, bet paši to rada. Džozefs Prīstlijs 1771. gadā pierādīja gaisa “korekciju” ar augiem. Novietoti zem stikla pārsega, tie absorbēja oglekļa dioksīdu, ko izdala gruzdošā šķemba.

Tagad ir noskaidrots, kafotosintēzeir organisko savienojumu veidošanās process no CO2 un ūdens, izmantojot gaismas enerģiju, un tas notiek zaļo augu hloroplastos un dažu fotosintētisko baktēriju zaļajos pigmentos.

Prokariotu hloroplasti un citoplazmatiskās membrānas krokas satur zaļo pigmentu - hlorofilu, kura molekulu spēj uzbudināt saules gaisma, ziedojot savus elektronus un virzot tos uz augstāku enerģijas līmeni. Šo procesu var salīdzināt ar bumbas mešanu augšā. Kad bumba paceļas, tā uzglabā potenciālo enerģiju; krītot, viņš viņu zaudē. Elektroni neatkrīt, bet tos uztver elektronu nesēji (NADP+ – nikotīnamīda difosfāts). Šajā gadījumā viņu iepriekš uzkrātā enerģija daļēji tiek tērēta ATP veidošanai. Turpinot salīdzinājumu ar izmestu bumbu, varam teikt, ka bumba, krītot, silda apkārtējo telpu, un daļa krītošo elektronu enerģijas tiek uzkrāta ATP formā. Fotosintēzes process ir sadalīts gaismas izraisītajās reakcijās un reakcijās, kas saistītas ar oglekļa fiksāciju: gaišajā un tumšajā fāzē.

Gaismas fāze- Šis ir posms, kurā hlorofila absorbētā gaismas enerģija elektronu transportēšanas ķēdē tiek pārveidota par elektroķīmisko enerģiju. To veic gaismā, gran membrānās, piedaloties transporterproteīniem un ATP sintetāzei.

Gaismas reakcijas notiek uz grana hloroplastu fotosintēzes membrānām:

1) hlorofila elektronu ierosināšana ar gaismas kvantiem un to pāreja uz augstāku enerģijas līmeni;

2) elektronu akceptoru – NADP+ reducēšana uz NADP H

2H+ + 4e- + NADP+ → NADP H;

3) ūdens fotolīze: 2H2O → 4H+ + 4e- + O2.

Šis process notiek tilakoīdu iekšpusē - hloroplastu iekšējās membrānas krokās, no kurām veidojas grana - membrānu krāvumi.

Gaismas reakcijas rezultāti:

ūdens fotolīze ar brīvā skābekļa veidošanos,

cATP sintēze gaismas kvantu enerģijas dēļ (fotofosforilēšana),

NADP+ samazināšana uz NADP N.

Tumšā fāze– CO2 konversijas process glikozē stromā(telpa starp granām) hloroplastiem, izmantojot ATP un NADP H enerģiju.

Tumšo reakciju rezultāts: oglekļa dioksīda pārvēršana glikozē un pēc tam cietē. Papildus glikozes molekulām stromā notiek aminoskābju, nukleotīdu un spirtu veidošanās.

Fotosintēzes nozīme:

1) veidojas brīvais skābeklis, kas nepieciešams organismu elpošanai un aizsargājoša ozona ekrāna veidošanai (pasargājot organismus no ultravioletā starojuma kaitīgās ietekmes);

Jautājums: Ievietojiet trūkstošos terminus no piedāvātā saraksta tekstā “Fotosintēzes vieglā fāze”, izmantojot ciparu apzīmējumus. Ierakstiet tekstā atlasīto atbilžu skaitļus un pēc tam ievadiet iegūto skaitļu secību (atbilstoši tekstam) zemāk esošajā tabulā. FOTOSINTEZES GAISLĀ FĀZE Tagad ir noskaidrots, ka fotosintēze notiek divās fāzēs: gaismas un (A). Gaismas fāzē saules enerģijas ietekmē molekulas tiek ierosinātas (B) un molekulas tiek sintezētas (C). Vienlaikus ar šo reakciju gaismas ietekmē ūdens sadalās, izdalot brīvo (G). Šo procesu sauc par fotolīzi. 1) DNS 2) tumšs 3) skābeklis 4) ATP 5) tumšs 6) hemoglobīns 7) hlorofils 8) oglekļa dioksīds

Tekstā “Fotosintēzes vieglā fāze” ievietojiet trūkstošos terminus no piedāvātā saraksta, izmantojot ciparu apzīmējumus. Ierakstiet tekstā atlasīto atbilžu skaitļus un pēc tam ievadiet iegūto skaitļu secību (atbilstoši tekstam) zemāk esošajā tabulā. FOTOSINTEZES GAISLĀ FĀZE Tagad ir noskaidrots, ka fotosintēze notiek divās fāzēs: gaismas un (A). Gaismas fāzē saules enerģijas ietekmē molekulas tiek ierosinātas (B) un molekulas tiek sintezētas (C). Vienlaikus ar šo reakciju gaismas ietekmē ūdens sadalās, izdalot brīvo (G). Šo procesu sauc par fotolīzi. 1) DNS 2) tumšs 3) skābeklis 4) ATP 5) tumšs 6) hemoglobīns 7) hlorofils 8) oglekļa dioksīds

Atbildes:

А2Б7В4Г3 2-tumšais 7-hlorofils 4-ATP 3-skābeklis

Līdzīgi jautājumi

Lūdzu palīdzi man! Es nolēmu, bet neesmu pārliecināts! No diviem moliem attālums starp tiem ir 350 km, pulksten 11 divi kuģi dodas viens otram satikties. Pirmā ātrums ir 32 km/h, otrā ātrums 38 km/h. Cikos kuģi satiksies? Pateicos jau iepriekš!
kādas grāmatas par kara bērniem esi lasījis? izveido sarakstu.
5 mazas un 2 lielas kastītes ir vienādas ar 1,65 kg konfekšu Liela kastīte ir 3 reizes smagāka par mazo.
noteikt atkarīgā vārda reģistru No šaurās aizas
Karsējot ar nātriju alkāna monobromatvasinājumu, izveidojās alkāns, kura relatīvais blīvums gaisā ir 2. Nosauciet sākuma alkānu.
Aizpildiet tukšās vietas tabulā Dabas teritorijas, izmantojot nosaukumus un aprakstus no zemāk esošā saraksta. Katras tukšās vietas vietā pierakstiet izvēlētā nosaukuma vai apraksta numuru. Dabas zonas Zona Dzīvnieks Augs Dabas apstākļi Lūsis Vērmele Dabisko apstākļu nosaukumu un aprakstu saraksts: 1) lapegle 2) pastāvīgi vai sezonāli karsts klimats un mazs nokrišņu daudzums 3) apaļgalvainā ķirzaka 4) stabila sniega sega, aukstas garas ziemas 5) mežs 6 ) tuksnesis