Napadlo vás někdy, kolik živých organismů je na planetě?! A koneckonců, všichni potřebují vdechovat kyslík, aby vytvářeli energii a vydechovali oxid uhličitý. Právě oxid uhličitý je hlavní příčinou takového jevu, jakým je dusno v místnosti. Probíhá, když je v ní hodně lidí, a místnost se dlouhodobě nevětrá. Kromě toho průmyslová zařízení, soukromý automobil a veřejná doprava naplňují vzduch toxickými látkami.
S ohledem na výše uvedené vyvstává zcela logická otázka: jak jsme se tehdy neudusili, když veškerý život je zdrojem jedovatého oxidu uhličitého? Zachráncem všech živých bytostí je v této situaci fotosyntéza. Co je to za proces a proč je nezbytný?
Jeho výsledkem je úprava rovnováhy oxidu uhličitého a nasycení vzduchu kyslíkem. Takový proces znají pouze zástupci světa flóry, tedy rostlin, protože se vyskytuje pouze v jejich buňkách.
Samotná fotosyntéza je extrémně složitý postup, který závisí na určitých podmínkách a vyskytuje se v několikaetapy.
Definice pojmu
Podle vědecké definice se organické látky přeměňují na organické látky během fotosyntézy na buněčné úrovni u autotrofních organismů v důsledku vystavení slunečnímu záření.
Zjednodušeně řečeno, fotosyntéza je proces, při kterém dochází k následujícímu:
- Rostlina je nasycená vlhkostí. Zdrojem vlhkosti může být voda ze země nebo vlhký tropický vzduch.
- Chlorofyl (speciální látka vyskytující se v rostlinách) reaguje na sluneční energii.
- Tvorba potravy nezbytné pro zástupce flóry, kterou si nedokážou sami získat heterotrofním způsobem, ale sami jsou jejím producentem. Jinými slovy, rostliny jedí to, co vyprodukují. Toto je výsledek fotosyntézy.
První fáze
Prakticky každá rostlina obsahuje zelenou látku, díky které dokáže absorbovat světlo. Tato látka není nic jiného než chlorofyl. Jeho umístěním jsou chloroplasty. Ale chloroplasty se nacházejí ve stonkové části rostliny a jejích plodů. Ale fotosyntéza listů je v přírodě obzvláště běžná. Vzhledem k tomu, že posledně jmenovaný je ve své struktuře poměrně jednoduchý a má relativně velký povrch, znamená to, že množství energie potřebné pro průběh záchranného procesu bude mnohem větší.
Když je světlo absorbováno chlorofylem, chlorofyl je ve stavu vzrušení a jehopřenáší energetické zprávy dalším organickým molekulám rostliny. Největší množství takové energie jde k účastníkům procesu fotosyntézy.
Fáze druhá
Tvorba fotosyntézy ve druhé fázi nevyžaduje povinnou účast světla. Spočívá ve vytváření chemických vazeb pomocí jedovatého oxidu uhličitého vzniklého ze vzdušných hmot a vody. Existuje také syntéza mnoha látek, které zajišťují životně důležitou činnost zástupců flóry. Jedná se o škrob, glukózu.
V rostlinách fungují takové organické prvky jako zdroj výživy pro jednotlivé části rostliny a zároveň zajišťují normální průběh životních procesů. Takové látky získávají i zástupci fauny, kteří jedí rostliny jako potravu. Lidské tělo je těmito látkami nasyceno potravou, která je součástí každodenní stravy.
Co? Kde? Kdy?
Aby se organické látky staly organickými, je nutné zajistit vhodné podmínky pro fotosyntézu. Pro uvažovaný proces je především potřeba světlo. Mluvíme o umělém a slunečním záření. V přírodě je činnost rostlin obvykle charakterizována intenzitou na jaře a v létě, tedy když je potřeba velké množství sluneční energie. Co se nedá říct o podzimním období, kdy je světla stále méně, den se krátí. V důsledku toho listy zežloutnou a poté úplně spadnou. Jakmile ale zasvítí první jarní sluneční paprsky, zvedne se zelená tráva, okamžitě obnoví svou činnost.chlorofyly a začne aktivní produkce kyslíku a dalších životně důležitých živin.
Podmínky fotosyntézy zahrnují více než jen světlo. Vlhkost by měla být také dostatečná. Koneckonců, rostlina nejprve absorbuje vlhkost a poté začne reakce za účasti sluneční energie. Rostlinná potrava je výsledkem tohoto procesu.
Pouze v přítomnosti zelené hmoty probíhá fotosyntéza. Co jsou chlorofyly, jsme si již řekli výše. Fungují jako jakýsi vodič mezi světelnou či sluneční energií a samotnou rostlinou a zajišťují správný průběh jejich života a činnosti. Zelené látky mají schopnost absorbovat mnoho slunečních paprsků.
Významnou roli hraje také kyslík. Aby byl proces fotosyntézy úspěšný, rostliny ho potřebují hodně, protože obsahuje pouze 0,03 % kyseliny uhličité. Takže z 20 000 m3 vzduchu můžete získat 6 m3 kyseliny. Právě posledně jmenovaná látka je hlavním výchozím materiálem pro glukózu, která je zase látkou nezbytnou pro život.
Existují dvě fáze fotosyntézy. První se nazývá světlý, druhý je tmavý.
Jaký je mechanismus toku světelného stupně
Světelná fáze fotosyntézy má jiný název – fotochemická. Hlavními účastníky v této fázi jsou:
- solární energie;
- různé pigmenty.
U první složky je vše jasné, je to sluneční světlo. ALEto jsou pigmenty, ne každý ví. Jsou zelené, žluté, červené nebo modré. Chlorofyly skupiny „A“a „B“patří do zelené, fykobiliny do žluté a červené / modré. Fotochemickou aktivitu mezi účastníky v této fázi procesu vykazují pouze chlorofyly "A". Zbytek hraje doplňkovou roli, jejíž podstatou je sběr světelných kvant a jejich transport do fotochemického centra.
Protože chlorofyl je obdařen schopností účinně absorbovat sluneční energii při určité vlnové délce, byly identifikovány následující fotochemické systémy:
- Fotochemické centrum 1 (zelené látky skupiny "A") - ve složení je obsažen pigment 700, který absorbuje světelné paprsky, jejichž délka je přibližně 700 nm. Tento pigment hraje zásadní roli při vytváření produktů světelné fáze fotosyntézy.
- Fotochemické centrum 2 (zelené látky skupiny "B") - složení obsahuje pigment 680, který absorbuje světelné paprsky, jejichž délka je 680 nm. Má sekundární roli, která spočívá ve funkci doplňování elektronů ztracených fotochemickým centrem 1. Je toho dosaženo díky hydrolýze kapaliny.
Na 350–400 molekul pigmentu, které koncentrují světelné toky ve fotosystémech 1 a 2, existuje pouze jedna molekula pigmentu, která je fotochemicky aktivní – chlorofyl skupiny „A“.
Co se děje?
1. Světelná energie absorbovaná rostlinou ovlivňuje pigment 700 v ní obsažený, který přechází z normálního stavu do excitovaného stavu. Pigment ztrácíelektronu, což má za následek vznik tzv. elektronové díry. Dále, molekula pigmentu, která ztratila elektron, může fungovat jako jeho akceptor, tedy strana, která přijímá elektron, a vrátit se do svého tvaru.
2. Proces kapalného rozkladu ve fotochemickém centru světlo pohlcujícího pigmentu 680 fotosystému 2. Při rozkladu vody vznikají elektrony, které jsou zpočátku přijímány látkou jako je cytochrom C550 a označují se písmenem Q., z cytochromu elektrony vstupují do nosného řetězce a jsou transportovány do fotochemického centra 1 k doplnění elektronové díry, která byla výsledkem průniku světelných kvant a procesu redukce pigmentu 700.
Jsou případy, kdy taková molekula získá zpět elektron identický s předchozím. To bude mít za následek uvolnění světelné energie ve formě tepla. Ale téměř vždy se elektron s negativním nábojem spojí se speciálními železo-sírovými proteiny a je přenesen podél jednoho z řetězců do pigmentu 700, nebo vstoupí do jiného nosného řetězce a znovu se spojí s trvalým akceptorem.
V první variantě existuje cyklický elektronový transport uzavřeného typu, ve druhé - necyklický.
Oba procesy jsou v první fázi fotosyntézy katalyzovány stejným řetězcem nosičů elektronů. Je však třeba poznamenat, že při fotofosforylaci cyklického typu je výchozím a zároveň konečným bodem transportu chlorofyl, zatímco necyklický transport znamená přechod zelené látky skupiny „B“nachlorofyl "A".
Funkce cyklické dopravy
Cyklická fosforylace se také nazývá fotosyntetická. V důsledku tohoto procesu se tvoří molekuly ATP. Tento transport je založen na návratu elektronů v excitovaném stavu do pigmentu 700 v několika po sobě jdoucích fázích, v důsledku čehož se uvolňuje energie, která se účastní práce systému fosforylujících enzymů za účelem další akumulace v ATP fosfátu. vazby. To znamená, že energie není rozptýlena.
Cyklická fosforylace je primární reakcí fotosyntézy, která je založena na technologii generování chemické energie na membránových površích chloroplastových tylakoidů pomocí energie slunečního světla.
Bez fotosyntetické fosforylace jsou asimilační reakce v temné fázi fotosyntézy nemožné.
Nuance dopravy necyklického typu
Proces spočívá v obnovení NADP+ a vytvoření NADPH. Mechanismus je založen na přenosu elektronu na ferredoxin, jeho redukční reakci a následném přechodu na NADP+ s další redukcí na NADPH.
V důsledku toho jsou elektrony, které ztratily pigment 700, doplněny díky elektronům vody, která se pod světelnými paprsky rozkládá ve fotosystému 2.
Necyklická dráha elektronů, jejíž tok rovněž předpokládá světelnou fotosyntézu, se provádí vzájemnou interakcí obou fotosystémů, spojuje jejich elektronové transportní řetězce. Světelnýenergie usměrňuje tok elektronů zpět. Při transportu z fotochemického centra 1 do centra 2 ztrácejí elektrony část své energie díky akumulaci jako protonový potenciál na povrchu membrány tylakoidů.
V temné fázi fotosyntézy je proces vytváření potenciálu protonového typu v elektronovém transportním řetězci a jeho využití pro tvorbu ATP v chloroplastech téměř zcela identické se stejným procesem v mitochondriích. Ale funkce jsou stále přítomny. Thylaktoidy jsou v této situaci mitochondrie obrácené naruby. To je hlavní důvod, proč se elektrony a protony pohybují přes membránu v opačném směru vzhledem k transportnímu toku v mitochondriální membráně. Elektrony jsou transportovány ven, zatímco protony jsou akumulovány uvnitř thylaktické matrice. Ten přijímá pouze kladný náboj a vnější membrána thylaktoidu je záporná. Z toho vyplývá, že dráha gradientu protonového typu je opačná než dráha v mitochondriích.
Další vlastnost lze nazvat vysokou úrovní pH v potenciálu protonů.
Třetím rysem je přítomnost pouze dvou konjugačních míst v thylaktoidním řetězci a v důsledku toho je poměr molekuly ATP k protonu 1:3.
Závěr
V první fázi je fotosyntéza interakcí světelné energie (umělé a neumělé) s rostlinou. Na paprsky reagují zelené látky - chlorofyly, z nichž většina se nachází v listech.
Výsledkem takové reakce je tvorba ATP a NADPH. Tyto produkty jsou nezbytné pro vznik temných reakcí. Světlá fáze je tedy povinným procesem, bez kterého se druhá fáze - fáze tmy - neuskuteční.
Temná fáze: podstata a vlastnosti
Temná fotosyntéza a její reakce jsou procesem přeměny oxidu uhličitého na látky organického původu za vzniku sacharidů. K realizaci takových reakcí dochází ve stromatu chloroplastu a aktivně se jich účastní produkty první fáze fotosyntézy - světlo.
Mechanismus temné fáze fotosyntézy je založen na procesu asimilace oxidu uhličitého (také nazývaného fotochemická karboxylace, Calvinův cyklus), který se vyznačuje cykličností. Skládá se ze tří fází:
- Karboxylace – přidání CO2.
- Fáze zotavení.
- Regenerační fáze ribulózadifosfátu.
Ribulofosfát, cukr s pěti atomy uhlíku, je fosforylován ATP, výsledkem je ribulózadifosfát, který je dále karboxylován spojením s CO2 produktem se šesti uhlíky, který okamžitě se při interakci s molekulou vody rozkládají a vytvářejí dvě molekulární částice kyseliny fosfoglycerové. Poté tato kyselina prochází průběhem úplné redukce při provádění enzymatické reakce, pro kterou je nutná přítomnost ATP a NADP k vytvoření cukru se třemi uhlíky - tříuhlíkového cukru, triózy nebo aldehydu.fosfoglycerol. Když dvě takové triózy kondenzují, získá se molekula hexózy, která se může stát nedílnou součástí molekuly škrobu a může být odladěna jako rezerva.
Tato fáze končí absorpcí jedné molekuly CO během procesu fotosyntézy2 a použitím tří molekul ATP a čtyř atomů H. Hexózafosfát se hodí k reakcím pentózofosfátového cyklu se regeneruje výsledný ribulózafosfát, který se může rekombinovat s jinou molekulou kyseliny uhličité.
Reakce karboxylace, obnovy, regenerace nelze nazvat specifickými výhradně pro buňku, ve které probíhá fotosyntéza. Nemůžete také říci, co je „homogenní“průběh procesů, protože rozdíl stále existuje - během procesu obnovy se používá NADPH a ne OVERH.
Přídavek CO2 ribulózadifosfátem je katalyzován ribulózadifosfátkarboxylázou. Reakčním produktem je 3-fosfoglycerát, který je redukován NADPH2 a ATP na glyceraldehyd-3-fosfát. Redukční proces je katalyzován glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenázou. Ten se snadno přemění na dihydroxyacetonfosfát. vzniká fruktóza bisfosfát. Některé z jeho molekul se účastní regeneračního procesu ribulóza difosfátu, čímž se cyklus uzavírá, a druhá část slouží k vytvoření sacharidových zásob v buňkách fotosyntézy, tedy probíhá fotosyntéza sacharidů.
Světelná energie je nezbytná pro fosforylaci a syntézu organických látekpůvodu a energie oxidace organických látek je nezbytná pro oxidativní fosforylaci. To je důvod, proč vegetace poskytuje život zvířatům a dalším organismům, které jsou heterotrofní.
Fotosyntéza v rostlinné buňce probíhá tímto způsobem. Jejím produktem jsou sacharidy, nezbytné k vytvoření uhlíkatých koster mnoha látek zástupců světa flóry, které jsou organického původu.
Látky dusíko-organického typu jsou ve fotosyntetických organismech asimilovány v důsledku redukce anorganických dusičnanů a síry - v důsledku redukce síranů na sulfhydrylové skupiny aminokyselin. Zajišťuje tvorbu bílkovin, nukleových kyselin, lipidů, sacharidů, kofaktorů, jmenovitě fotosyntézu. Co je to "sortiment" látek je pro rostliny životně důležitý již bylo zdůrazněno, ale nepadlo ani slovo o produktech sekundární syntézy, což jsou cenné léčivé látky (flavonoidy, alkaloidy, terpeny, polyfenoly, steroidy, organické kyseliny a další). Proto můžeme bez nadsázky říci, že fotosyntéza je klíčem k životu rostlin, zvířat a lidí.
