Фотосинтез дегеніміз не және ол біздің планетамыз үшін неге соншалықты маңызды
Фотосинтез — жер бетіндегі ең маңызды биологиялық процестердің бірі. Фотосинтез арқылы тірі организмдер тыныс алу үшін қажетті оттегін алады, ал өсімдіктердің өздері олардың өміріне пайдалы органикалық заттар жасайды. Бұл мақаладан біз фотосинтез нені білдіретіні, оның қалай жүретіні және фотосинтез процесінде не түзілетіні туралы біле аламыз.
Фотосинтез дегеніміз не
Фотосинтез — құрамында хлорофилл бар жасушаларда жарық энергиясының әсерінен бейорганикалық заттардан органикалық заттар түзілетін процесс. Фотосинтез кезінде өсімдік көмірқышқыл газы мен суды сіңіреді, органикалық заттарды синтездейді және фотосинтездің жанама өнімі ретінде оттегін шығарады.
Фотосинтез процестері құрамында хлоропластар бар тіндерде жүреді — негізінен фотосинтез процестерінің көп бөлігін құрайтын парақта. Мұндай ұлпа хлоренхима, немесе мезофилл деп аталады.
Хлоропласттардың құрылымы
Фотосинтез кезінде өсімдікте не болатынын түсіну үшін хлоропласттарды толығырақ қарастырайық.
Хлоропластар — фотосинтез жүретін өсімдік жасушаларының арнайы пластидтері. Жоғары сатыдағы өсімдіктердің хлоропласттарын құрылымдық ұйымдастырудың негізгі элементтері төмендегі суретте көрсетілген.
Хлоропласт — екі мембраналы органоид. Сыртқы мембрана көптеген органикалық және бейорганикалық қосылыстар үшін өткізгіш. Оның құрамында арнайы тасымалдау ақуыздары бар, соның арқасында хлоропласттың жұмысына қажетті пептидтер мен басқа заттар оған цитоплазмадан енеді. Ішкі мембрана селективті өткізгіштікке ие және хлоропласттың ішкі кеңістігіне қандай заттардың түсетінін бақылауға қабілетті.
Хлоропласттар фотосинтетикалық аппаратты кеңістікте ұйымдастыруға, бір-бірімен үйлеспейтін фотосинтез реакцияларын және олардың өнімдерін реттеуге және бөлуге мүмкіндік беретін ішкі мембраналардың күрделі жүйесімен сипатталады. Мембраналар тилакоидтарды құрайды, олар өз кезегінде «үйінді» — дәндерге жиналады. Тилакоидтардың ішіндегі кеңістік тилакоидтың ішкі кеңістігі немесе люмен деп аталады.
Дәндер арасындағы хлоропласттың ішкі кеңістігін строма толтырады идрофильді әлсіз құрылымды матрица толтырады. Стромада қант синтезі реакциялары үшін қажетті ферменттер, сондай-ақ рибосомалар, ДНҚ сақиналы молекуласы, крахмал дәндері бар.
Хлоропласт пигменттері
Фотосинтез кезінде не болады? Молекулалық деңгейде фотосинтезді арнайы заттар — пигменттер қамтамасыз етеді, соның арқасында күн сәулесінің энергиясы биологиялық жүйелер үшін қол жетімді болады. Фотосинтетикалық организмдерде пигменттердің үш негізгі тобын ажыратуға болады:
Хлорофиллдер:
- хлорофилл а-фотосинтетикалық организмдердің көпшілігінде,
- хлорофилл b-жоғары сатыдағы өсімдіктер мен жасыл балдырларда,
- хлорофилл c-қоңыр балдырларда,
- хлорофилл d-кейбір қызыл балдырларда.
Каротиноидтар:
- каротиндер-прокариоттардан басқа барлық фотосинтетикалық организмдерде;
- ксантофилдер-прокариоттардан басқа барлық фотосинтетикалық организмдерде
Фикобилиндер — қызыл балдырлардың қызыл және көк пигменттері.
Хлоропласттарда пигменттер иондық, сутектік және басқа байланыс түрлері арқылы ақуыздармен байланысады. Өсімдіктерде хлоропласттарда емес және фотосинтезге қатыспайтын көптеген басқа пигменттер бар екенін ұмытпаңыз — мысалы, антоцианиндер.
Хлорофилл
Хлорофиллдер жарық энергиясын сіңіру, түрлендіру және тасымалдау функцияларын орындайды. Хлорофиллдер спектрдің көк (430-460 нм) ЖӘНЕ ҚЫЗЫЛ (650-700 нм) аймақтарында жарықты жақсы сіңіреді. Хлорофилл спектрінің жасыл аймағы тиімді шағылысады, бұл өсімдікке жасыл түс береді.
Каротиноидтар
Каротиноидтар — сары, қызғылт сары немесе қызыл пигменттер. Жасыл жапырақтарда каротиноидтар әдетте жапырақтарда хлорофиллдің болуына байланысты байқалмайды. Күзде хлорофилл жойылған кезде, бұл жапырақтарға тән сары-қызғылт сары түс беретін каротиноидтар.
Каротиноидтардың қызметі:
- Антенна-Жарық жинайтын кешендердің құрамына кіреді, жарық энергиясын алады және оны хлорофиллдерге береді. Каротиноидтар хлорофиллдердің тиімділігі төмен күн спектрінің (450-570 нм) бөлігінде қосымша жарық жинайтын пигменттер рөлін атқарады. Бұл әсіресе су экожүйелері үшін өте маңызды, онда хлорофилл үшін оңтайлы ұзындықтағы толқындар тереңдікке қарай тез жоғалады.
- Қорғаныс функциясы (антиоксидант) — агрессивті оттегі қосылыстарын (оттегінің белсенді түрлері) және шамадан тыс жарықта қозған кезде артық хлорофиллді залалсыздандыру.
Фотосинтез процесінде не болады
Бұрын айтылғандай, фотосинтез кезінде хлоропласттарда күн сәулесінің әсерінен органикалық заттар түзіледі.
Фотосинтез процесін екі фазаға бөлуге болады:
- Жарық.
- Қараңғы.
Фотосинтездің жарық фазасы
Фотосинтез кезінде не болатынын жақсы түсіну үшін фотосинтез фазаларын талдайық. Фотосинтездің жарық фазасы фотохимиялық және фотофизикалық процестерді қамтиды және оны үш кезеңге бөлуге болады:
- Сіңіру фазасы -жарық энергиясы жарық жинайтын кешендердің көмегімен алынады, пигменттердің электронды қозу энергиясына ауысады, I және II фотосистемалардың реакция орталығына беріледі.
- Орталықтарының фазасы -фотожүйелердің реакция орталықтарын белсендіру үшін жарық жинайтын кешендер пигменттерінің электронды қозу энергиясы қолданылады. Дәл осы процесте энергияның физикалық формасы химиялық түрге айналады.
- Электронды тасымалдау тізбегінің фазасы -электрондар тасымалдаушылар тізбегі арқылы тасымалданады, ATP, NADPH, O2 түзіледі. Әрбір электронды тасымалдау тізбегінің тасымалдаушысы кезектесіп тотықсыздануы және тотығуы қажет, осылайша электрондардың энергиясын тасымалдауды қамтамасыз етеді. Электронды тасымалдаудың кез-келген кезеңі энергияның бөлінуімен немесе жұтылуымен бірге жүреді. Энергияның бір бөлігі жоғалады. Электронды тасымалдау тізбегінің кейбір бөліктерінде электронды тасымалдау протонды тасымалдаумен байланысты.
Қараңғы фазасы
Қараңғы фазада фотосинтез кезінде не пайда болады? Жарық фазасында алынған АТФ энергиясы мен NADPH тотықсыздандырғышының көмегімен хлоропласттардың стромасында қарапайым қанттар түзіледі, олардан басқа процестер кезінде крахмал түзіледі. Ферментативті процестерге жарық қажет емес. Фотосинтездің қараңғы фазасында жүретін маңызды процесс — ауаның көмірқышқыл газын бекіту. Хлоропластардағы қанттардың синтезі мен түрленуі циклдік сипатқа ие және Кальвин циклі деп аталады.
Онда үш кезеңді бөлуге болады:
- Карбоксилдену фазасы (циклге CO2 енгізу).
- Қалпына келтіру фазасы(Жарық фазасында алынған ATP және NADPH қолданылады).
- Регенерация кезеңі (қанттың өзгеруі).
Фотосинтездің маңызы
Фотосинтез процесінде жарық энергиясы органикалық заттардың химиялық байланыстарының энергиясынан тұрады. Сондықтан фотосинтез тірі организмдер тіршілік процесінде пайдаланатын барлық дерлік энергияның бастапқы көзі болып табылады. Химосинтетиктерді қоспағанда, барлық дерлік тірі организмдер фотосинтез кезінде бөлінетін өнімдерді пайдаланады.
Фотосинтез арқылы жоғары оттегі бар тыныс алатын атмосфера пайда болды және сақталады.
Фотосинтез кезінде көмірқышқыл газын бекіту бейорганикалық көміртектің биогеохимиялық циклге енуінің негізгі орны болып табылады. Сондай-ақ, CO2 ассимиляциясы парниктік әсердің алдын алып, жердің қызып кетуіне жол бермейді.
