Umewahi kujiuliza kuna viumbe hai wangapi kwenye sayari hii?! Na baada ya yote, wote wanahitaji kuvuta oksijeni ili kuzalisha nishati na exhale dioksidi kaboni. Ni kaboni dioksidi ambayo ndiyo sababu kuu ya jambo kama vile stuffiness katika chumba. Inafanyika wakati kuna watu wengi ndani yake, na chumba haipatikani kwa muda mrefu. Kwa kuongezea, vifaa vya viwandani, magari ya kibinafsi na usafiri wa umma hujaza hewa na vitu vyenye sumu.
Kwa kuzingatia hayo hapo juu, swali la kimantiki kabisa linatokea: jinsi gani hatukukosa hewa wakati huo, ikiwa maisha yote ni chanzo cha sumu ya kaboni dioksidi? Mwokozi wa viumbe vyote vilivyo hai katika hali hii ni photosynthesis. Mchakato huu ni upi na kwa nini ni muhimu?
Matokeo yake ni urekebishaji wa mizani ya kaboni dioksidi na kujaa hewa kwa oksijeni. Utaratibu kama huo unajulikana tu kwa wawakilishi wa ulimwengu wa mimea, ambayo ni, mimea, kwani hufanyika tu kwenye seli zao.
Photosynthesis yenyewe ni utaratibu changamano, kulingana na hali fulani na hutokea katika kadhaa.hatua.
Ufafanuzi wa dhana
Kulingana na ufafanuzi wa kisayansi, vitu vya kikaboni hubadilishwa kuwa dutu-hai wakati wa usanisinuru katika kiwango cha seli katika viumbe viototrofiki kutokana na kukabiliwa na mwanga wa jua.
Ili kuiweka kwa urahisi zaidi, usanisinuru ni mchakato ambao yafuatayo hutokea:
- Mmea umejaa unyevu. Chanzo cha unyevu kinaweza kuwa maji kutoka ardhini au hewa yenye unyevunyevu ya kitropiki.
- Chlorophyll (dutu maalum inayopatikana katika mimea) humenyuka kwa nishati ya jua.
- Uundaji wa chakula muhimu kwa wawakilishi wa mimea, ambayo hawawezi kupata peke yao kwa njia ya heterotrophic, lakini wao wenyewe ni wazalishaji wake. Kwa maneno mengine, mimea hula kile inachozalisha. Haya ni matokeo ya usanisinuru.
Hatua ya kwanza
Kwa kweli kila mmea una dutu ya kijani, shukrani ambayo inaweza kunyonya mwanga. Dutu hii sio zaidi ya klorofili. Mahali pake ni kloroplasts. Lakini kloroplasts ziko katika sehemu ya shina ya mmea na matunda yake. Lakini photosynthesis ya majani ni ya kawaida sana katika asili. Kwa kuwa ya mwisho ni rahisi sana katika muundo wake na ina uso mkubwa kiasi, ambayo ina maana kwamba kiasi cha nishati kinachohitajika ili mchakato wa uokoaji kuendelea kitakuwa kikubwa zaidi.
Nuru inapofyonzwa na klorofili, ile ya mwisho huwa katika hali ya msisimko nahupeleka ujumbe wa nishati kwa molekuli nyingine za kikaboni za mmea. Kiasi kikubwa zaidi cha nishati kama hii huenda kwa washiriki katika mchakato wa usanisinuru.
Hatua ya Pili
Uundaji wa usanisinuru katika hatua ya pili hauhitaji ushiriki wa lazima wa mwanga. Inajumuisha uundaji wa vifungo vya kemikali kwa kutumia dioksidi kaboni yenye sumu inayoundwa kutoka kwa raia wa hewa na maji. Pia kuna awali ya vitu vingi vinavyohakikisha shughuli muhimu ya wawakilishi wa mimea. Hizi ni wanga, glukosi.
Katika mimea, vipengele hivyo vya kikaboni hufanya kama chanzo cha lishe kwa sehemu binafsi za mmea, huku kikihakikisha mkondo wa kawaida wa michakato ya maisha. Dutu kama hizo pia hupatikana na wawakilishi wa wanyama wanaokula mimea kwa chakula. Mwili wa mwanadamu umejaa vitu hivi kupitia chakula, ambacho hujumuishwa katika lishe ya kila siku.
Je! Wapi? Lini?
Ili vitu vya kikaboni kuwa hai, ni muhimu kutoa hali zinazofaa za usanisinuru. Kwa mchakato unaozingatiwa, kwanza kabisa, mwanga unahitajika. Tunazungumza juu ya bandia na jua. Kwa asili, shughuli za mmea kawaida huonyeshwa na nguvu katika chemchemi na majira ya joto, ambayo ni, wakati kuna haja ya kiasi kikubwa cha nishati ya jua. Nini haiwezi kusema juu ya msimu wa vuli, wakati kuna mwanga mdogo na mdogo, siku inakuwa fupi. Kama matokeo, majani yanageuka manjano, na kisha huanguka kabisa. Lakini mara tu mionzi ya jua ya kwanza ya jua inapoangaza, nyasi za kijani zitatokea, mara moja wataanza shughuli zao.klorofili, na utoaji hai wa oksijeni na virutubisho vingine muhimu utaanza.
Masharti ya usanisinuru ni pamoja na zaidi ya mwanga. Unyevu pia unapaswa kutosha. Baada ya yote, mmea kwanza huchukua unyevu, na kisha majibu huanza na ushiriki wa nishati ya jua. Chakula cha mimea ni matokeo ya mchakato huu.
Ni katika uwepo wa vitu vya kijani pekee ndipo usanisinuru hutokea. Chlorophylls ni nini, tumeiambia hapo juu. Wanafanya kama aina ya kondakta kati ya mwanga au nishati ya jua na mmea yenyewe, kuhakikisha njia sahihi ya maisha na shughuli zao. Dutu za kijani zina uwezo wa kunyonya miale mingi ya jua.
Oksijeni pia ina jukumu muhimu. Ili mchakato wa photosynthesis ufanikiwe, mimea inahitaji mengi, kwani ina 0.03% tu ya asidi ya kaboni. Kwa hivyo, kutoka m3 za hewa 20,000, unaweza kupata m3 za asidi. Ni dutu ya mwisho ambayo ndiyo nyenzo kuu ya glukosi, ambayo, kwa upande wake, ni dutu muhimu kwa maisha.
Kuna hatua mbili za usanisinuru. Ya kwanza inaitwa nuru, ya pili ni giza.
Ni nini utaratibu wa mtiririko wa hatua ya mwanga
Hatua nyepesi ya usanisinuru ina jina lingine - kemikali ya picha. Washiriki wakuu katika hatua hii ni:
- nishati ya jua;
- aina mbalimbali za rangi.
Kwa sehemu ya kwanza, kila kitu kiko wazi, ni mwanga wa jua. LAKINIndivyo rangi za rangi zilivyo, sio kila mtu anajua. Wao ni kijani, njano, nyekundu au bluu. Chlorophylls ya vikundi "A" na "B" ni ya kijani, phycobilins kwa njano na nyekundu / bluu, kwa mtiririko huo. Shughuli ya picha ya picha kati ya washiriki katika hatua hii ya mchakato inaonyeshwa tu na klorophylls "A". Zilizobaki zina jukumu la ziada, ambalo kiini chake ni mkusanyo wa quanta nyepesi na usafirishaji wao hadi kituo cha fotokemikali.
Kwa sababu klorofili imejaaliwa uwezo wa kunyonya vyema nishati ya jua kwa urefu fulani wa mawimbi, mifumo ifuatayo ya fotokemikali imetambuliwa:
- Kituo cha Photochemical 1 (vitu vya kijani vya kikundi "A") - rangi 700 imejumuishwa katika muundo, kunyonya mionzi ya mwanga, ambayo urefu wake ni takriban 700 nm. Rangi hii ina jukumu la msingi katika kuunda bidhaa za hatua ya mwanga ya usanisinuru.
- Kituo cha Photochemical 2 (vitu vya kijani vya kikundi "B") - muundo ni pamoja na rangi ya 680, ambayo inachukua mionzi ya mwanga, ambayo urefu wake ni 680 nm. Ana jukumu la pili, ambalo linajumuisha kazi ya kujaza elektroni zilizopotea na kituo cha photochemical 1. Inapatikana kutokana na hidrolisisi ya kioevu.
Kwa molekuli 350–400 za rangi ambazo hukazia mwanga katika mifumo ya picha ya 1 na 2, kuna molekuli moja tu ya rangi, ambayo inafanya kazi kwa kupiga picha - klorofili ya kikundi “A”.
Nini kinaendelea?
1. Nishati ya mwanga iliyoingizwa na mmea huathiri rangi ya 700 iliyomo, ambayo inabadilika kutoka hali ya kawaida hadi hali ya msisimko. Pigment inapotezaelektroni, na kusababisha malezi ya kinachojulikana shimo elektroni. Zaidi ya hayo, molekuli ya rangi ambayo imepoteza elektroni inaweza kutenda kama kipokezi chake, yaani, upande unaopokea elektroni, na kurudi kwenye umbo lake.
2. Mchakato wa mtengano wa kioevu katika kituo cha picha ya rangi ya rangi ya mwanga 680 ya mfumo wa picha 2. Wakati wa mtengano wa maji, elektroni huundwa, ambayo awali inakubaliwa na dutu kama vile cytochrome C550 na inaonyeshwa na barua Q. Kisha, kutoka kwa cytochrome, elektroni huingia kwenye mnyororo wa carrier na husafirishwa hadi kituo cha photochemical 1 ili kujaza shimo la elektroni, ambalo lilikuwa matokeo ya kupenya kwa quanta ya mwanga na mchakato wa kupunguza rangi ya 700.
Kuna matukio wakati molekuli kama hii inarejesha elektroni inayofanana na ile ya awali. Hii itasababisha kutolewa kwa nishati ya mwanga kwa namna ya joto. Lakini karibu kila mara, elektroni iliyo na chaji hasi huchanganyika na protini maalum za chuma-sulfuri na huhamishwa pamoja na moja ya minyororo hadi rangi ya 700, au huingia kwenye mnyororo mwingine wa mtoa huduma na kuunganishwa tena na kipokeaji cha kudumu.
Katika lahaja la kwanza, kuna usafiri wa kielektroniki wa aina funge wa mzunguko, katika pili - usio wa mzunguko.
Michakato yote miwili huchochewa na msururu sawa wa vibeba elektroni katika hatua ya kwanza ya usanisinuru. Lakini ni lazima ieleweke kwamba wakati wa photophosphorylation ya aina ya mzunguko, awali na wakati huo huo hatua ya mwisho ya usafiri ni chlorophyll, wakati usafiri usio wa mzunguko unamaanisha mabadiliko ya dutu ya kijani ya kikundi "B" hadi.klorofili "A".
Vipengele vya usafiri wa mzunguko
Phosphorylation ya mzunguko pia huitwa photosynthetic. Kama matokeo ya mchakato huu, molekuli za ATP huundwa. Usafirishaji huu unategemea kurudi kwa elektroni katika hali ya msisimko kwa rangi 700 kupitia hatua kadhaa mfululizo, kama matokeo ya ambayo nishati hutolewa, ambayo inashiriki katika kazi ya mfumo wa enzyme ya phosphorylating kwa madhumuni ya mkusanyiko zaidi katika ATP phosphate. vifungo. Hiyo ni, nishati haijatawanywa.
Mzunguko wa fosphorilation ni mmenyuko wa kimsingi wa usanisinuru, ambao unatokana na teknolojia ya kuzalisha nishati ya kemikali kwenye nyuso za membrane ya chloroplast thylaktoidi kwa kutumia nishati ya mwanga wa jua.
Bila fosforasi ya usanisinuru, miitikio ya unyambulishaji katika awamu ya giza ya usanisinuru haiwezekani.
Viini vya usafiri wa aina isiyo ya mzunguko
Mchakato huu unajumuisha urejeshaji wa NADP+ na uundaji wa NADPH. Utaratibu huu unatokana na uhamishaji wa elektroni hadi ferredoksini, athari yake ya kupunguza na mpito uliofuata hadi NADP+ na kupunguzwa zaidi hadi NADPH.
Kwa sababu hiyo, elektroni zilizopoteza rangi 700 hujazwa tena kutokana na elektroni za maji, ambazo hutengana chini ya miale ya mwanga katika mfumo wa picha 2.
Njia isiyo ya mzunguko ya elektroni, mtiririko wake ambao pia unamaanisha usanisinuru nyepesi, unafanywa kupitia mwingiliano wa mifumo yote miwili ya picha na kila mmoja, huunganisha minyororo yao ya usafiri ya elektroni. Mwangazanishati huelekeza mtiririko wa elektroni nyuma. Wakati wa kusafirisha kutoka kituo cha fotokemikali 1 hadi katikati ya 2, elektroni hupoteza sehemu ya nishati kutokana na mkusanyiko kama uwezekano wa protoni kwenye uso wa membrane ya thylaktoidi.
Katika awamu ya giza ya usanisinuru, mchakato wa kuunda uwezo wa aina ya protoni katika mnyororo wa usafiri wa elektroni na utumiaji wake kwa uundaji wa ATP katika kloroplasti unakaribia kufanana kabisa na mchakato sawa katika mitochondria. Lakini vipengele bado vipo. Thylactoids katika hali hii ni mitochondria iliyogeuka ndani nje. Hii ndiyo sababu kuu kwamba elektroni na protoni husogea kwenye utando kwa mwelekeo tofauti kuhusiana na mtiririko wa usafirishaji kwenye utando wa mitochondrial. Elektroni husafirishwa hadi nje, wakati protoni hukusanywa katika mambo ya ndani ya tumbo la thylactic. Mwisho hukubali malipo mazuri tu, na utando wa nje wa thylactoide ni hasi. Inafuata kwamba njia ya upinde rangi ya aina ya protoni iko kinyume na njia yake katika mitochondria.
Kipengele kinachofuata kinaweza kuitwa kiwango kikubwa cha pH katika uwezo wa protoni.
Kipengele cha tatu ni uwepo wa tovuti mbili pekee za unganisho katika mnyororo wa thylactoid na, kwa sababu hiyo, uwiano wa molekuli ya ATP na protoni ni 1:3.
Hitimisho
Katika hatua ya kwanza, usanisinuru ni mwingiliano wa nishati ya mwanga (bandia na isiyo ya bandia) na mmea. Dutu za kijani huguswa na miale - klorofili, nyingi zinapatikana kwenye majani.
Kuundwa kwa ATP na NADPH ni matokeo ya majibu kama haya. Bidhaa hizi ni muhimu kwa athari za giza kutokea. Kwa hiyo, hatua ya mwanga ni mchakato wa lazima, bila ambayo hatua ya pili - hatua ya giza - haitafanyika.
Hatua ya giza: kiini na vipengele
Usanisinuru giza na athari zake ni utaratibu wa kaboni dioksidi kuwa vitu vya asili ya kikaboni pamoja na utengenezaji wa wanga. Utekelezaji wa athari kama hizo hutokea katika stroma ya kloroplast na bidhaa za hatua ya kwanza ya usanisinuru - mwanga huchukua sehemu kubwa ndani yao.
Utaratibu wa hatua ya giza ya usanisinuru unatokana na mchakato wa unyambulishaji wa dioksidi kaboni (pia huitwa kaboksili ya picha, mzunguko wa Calvin), ambao una sifa ya mzunguko. Inajumuisha awamu tatu:
- Carboxylation - nyongeza ya CO2.
- Awamu ya kurejesha.
- Ribulose diphosphate regeneration phase.
Ribulofosfati, sukari yenye atomi tano za kaboni, hutiwa fosforasi na ATP, hivyo kusababisha ribulose diphosphate, ambayo huboreshwa zaidi kwa kuunganishwa na CO2 bidhaa na kaboni sita, ambayo mara moja kuoza wakati wa kuingiliana na molekuli ya maji, na kuunda chembe mbili za molekuli ya asidi ya phosphoglyceric. Kisha asidi hii inakabiliwa na kupunguzwa kamili kwa utekelezaji wa mmenyuko wa enzymatic, ambayo uwepo wa ATP na NADP inahitajika kuunda sukari na kaboni tatu - sukari ya kaboni tatu, triose au aldehyde.phosphoglycerol. Wakati trioses mbili kama hizo zinagandana, molekuli ya hexose hupatikana, ambayo inaweza kuwa sehemu muhimu ya molekuli ya wanga na kutatuliwa kwenye hifadhi.
Awamu hii inaisha kwa kufyonzwa kwa molekuli moja ya CO wakati wa mchakato wa usanisinuru2 na matumizi ya molekuli tatu za ATP na atomi nne za H. Fosfati ya Hexose hujitolea kwenye athari ya mzunguko wa fosfati ya pentose, fosfati ya ribulose inayosababisha huzalishwa upya, ambayo inaweza kuungana tena na molekuli nyingine ya asidi ya kaboni.
Matendo ya kaboksii, urejeshaji, uundaji upya hauwezi kuitwa mahususi kwa seli ambayo usanisinuru hufanyika. Huwezi kusema mchakato wa "homogeneous" ni nini, kwa kuwa tofauti bado ipo - wakati wa mchakato wa kurejesha, NADPH inatumiwa, na sio OVERH.
Ongezeko la CO2 na ribulose diphosphate huchochewa na ribulose diphosphate carboxylase. Bidhaa ya mmenyuko ni 3-phosphoglycerate, ambayo hupunguzwa na NADPH2 na ATP hadi glyceraldehyde-3-fosfati. Mchakato wa kupunguza huchochewa na glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. Mwisho hubadilishwa kwa urahisi kuwa dihydroxyacetone phosphate. bisphosphate ya fructose huundwa. Baadhi ya molekuli zake hushiriki katika mchakato wa kuzaliwa upya wa ribulose diphosphate, kufunga mzunguko, na sehemu ya pili hutumiwa kuunda akiba ya kabohaidreti katika seli za usanisinuru, yaani, usanisinuru wa kabohaidreti hufanyika.
Nishati nyepesi ni muhimu kwa fosforasi na usanisi wa dutu za kikaboniasili, na nishati ya oxidation ya vitu vya kikaboni ni muhimu kwa phosphorylation oxidative. Ndiyo maana uoto hutoa uhai kwa wanyama na viumbe vingine ambavyo vina heterotrophic.
Photosynthesis katika seli ya mmea hutokea kwa njia hii. Bidhaa yake ni wanga, muhimu ili kuunda mifupa ya kaboni ya vitu vingi vya wawakilishi wa ulimwengu wa mimea, ambayo ni ya asili ya kikaboni.
Dutu za aina ya nitrojeni-hai huingizwa katika viumbe vya photosynthetic kutokana na kupunguzwa kwa nitrati isokaboni, na salfa - kutokana na kupunguzwa kwa salfati hadi vikundi vya sulfhydryl vya amino asidi. Hutoa malezi ya protini, asidi nucleic, lipids, wanga, cofactors, yaani photosynthesis. Ni nini "urval" wa vitu ni muhimu kwa mimea tayari imesisitizwa, lakini hakuna neno lililosemwa juu ya bidhaa za awali za sekondari, ambazo ni vitu muhimu vya dawa (flavonoids, alkaloids, terpenes, polyphenols, steroids, asidi za kikaboni na wengine.) Kwa hivyo, bila kutia chumvi, tunaweza kusema kwamba photosynthesis ndio ufunguo wa maisha ya mimea, wanyama na watu.
