Hast du dich jemals gefragt, wie viele lebende Organismen es auf dem Planeten gibt?! Und schließlich müssen sie alle Sauerstoff einatmen, um Energie zu erzeugen, und Kohlendioxid ausatmen. Kohlendioxid ist die Hauptursache für ein Phänomen wie die Verstopfung im Raum. Es findet statt, wenn sich viele Personen darin befinden und der Raum längere Zeit nicht belüftet wird. Darüber hinaus füllen Industrieanlagen, private Automobile und öffentliche Verkehrsmittel die Luft mit giftigen Substanzen.
In Anbetracht dessen stellt sich eine völlig logische Frage: Wie sind wir dann nicht erstickt, wenn alles Leben eine Quelle von giftigem Kohlendioxid ist? Der Retter aller Lebewesen in dieser Situation ist die Photosynthese. Was ist dieser Prozess und warum ist er notwendig?
Das Ergebnis ist die Anpassung des Gleichgewichts von Kohlendioxid und die Sättigung der Luft mit Sauerstoff. Ein solcher Vorgang ist nur Vertretern der Flora, also Pflanzen bekannt, da er nur in ihren Zellen stattfindet.
Die Photosynthese selbst ist ein äußerst komplexer Vorgang, der von bestimmten Bedingungen abhängt und in mehreren Fällen auftrittEtappen.
Begriffsdefinition
Gemäß wissenschaftlicher Definition werden organische Substanzen bei der Photosynthese auf zellulärer Ebene in autotrophen Organismen durch Sonneneinstrahlung in organische Substanzen umgewandelt.
Einfacher ausgedrückt ist Photosynthese der Prozess, bei dem Folgendes passiert:
- Die Pflanze ist mit Feuchtigkeit gesättigt. Die Feuchtigkeitsquelle kann Wasser aus dem Boden oder feuchte tropische Luft sein.
- Chlorophyll (eine spezielle Substanz, die in Pflanzen vorkommt) reagiert auf Sonnenenergie.
- Die Bildung der für Vertreter der Flora notwendigen Nahrung, die sie auf heterotrophem Weg nicht selbst beschaffen können, sondern deren Erzeuger sie selbst sind. Mit anderen Worten, Pflanzen essen, was sie produzieren. Dies ist das Ergebnis der Photosynthese.
Stufe eins
Praktisch jede Pflanze enthält eine grüne Substanz, dank der sie Licht absorbieren kann. Diese Substanz ist nichts anderes als Chlorophyll. Sein Standort sind Chloroplasten. Aber Chloroplasten befinden sich im Stammteil der Pflanze und ihren Früchten. Aber die Blattphotosynthese ist in der Natur besonders verbreitet. Da letzteres recht einfach aufgebaut ist und eine relativ große Oberfläche hat, ist der Energieaufwand für den Rettungsvorgang deutlich größer.
Wenn Licht vom Chlorophyll absorbiert wird, befindet sich dieses in einem Zustand der Erregung und seineüberträgt Energiebotschaften an andere organische Moleküle der Pflanze. Die größte Menge dieser Energie geht an die Teilnehmer am Prozess der Photosynthese.
Stufe Zwei
Die Bildung der Photosynthese in der zweiten Stufe erfordert nicht die zwingende Beteiligung von Licht. Es besteht in der Bildung chemischer Bindungen unter Verwendung von giftigem Kohlendioxid, das aus Luftmassen und Wasser gebildet wird. Es gibt auch eine Synthese vieler Substanzen, die die vitale Aktivität von Vertretern der Flora gewährleisten. Dies sind Stärke, Glukose.
In Pflanzen dienen solche organischen Elemente als Nahrungsquelle für einzelne Pflanzenteile und gewährleisten gleichzeitig den normalen Ablauf von Lebensvorgängen. Solche Substanzen werden auch von Vertretern der Fauna gewonnen, die Pflanzen als Nahrung fressen. Der menschliche Körper wird über die Nahrung, die in die tägliche Ernährung aufgenommen wird, mit diesen Stoffen gesättigt.
Was? Woher? Wann?
Damit organische Substanzen organisch werden können, müssen geeignete Bedingungen für die Photosynthese geschaffen werden. Für den betrachteten Prozess wird zunächst einmal Licht benötigt. Wir sprechen von künstlichem und Sonnenlicht. In der Natur ist die Pflanzenaktivität normalerweise durch Intensität im Frühjahr und Sommer gekennzeichnet, dh wenn ein großer Bedarf an Sonnenenergie besteht. Was kann man über die Herbstsaison nicht sagen, wenn es immer weniger Licht gibt, wird der Tag kürzer. Infolgedessen wird das Laub gelb und fällt dann vollständig ab. Aber sobald die ersten Frühlingssonnenstrahlen scheinen, wird grünes Gras aufsteigen, sie werden ihre Aktivitäten sofort wieder aufnehmen. Chlorophylle und die aktive Produktion von Sauerstoff und anderen lebenswichtigen Nährstoffen beginnt.
Zu den Bedingungen für die Photosynthese gehört mehr als nur Licht. Feuchtigkeit sollte auch ausreichen. Schließlich nimmt die Pflanze zuerst Feuchtigkeit auf und dann beginnt eine Reaktion unter Beteiligung von Sonnenenergie. Pflanzennahrung ist das Ergebnis dieses Prozesses.
Nur in Anwesenheit von grüner Substanz findet Photosynthese statt. Was Chlorophylle sind, haben wir oben bereits gesagt. Sie fungieren als eine Art Leiter zwischen Licht oder Sonnenenergie und der Pflanze selbst und sorgen für den richtigen Ablauf ihres Lebens und ihrer Aktivität. Grüne Substanzen haben die Fähigkeit, viele Sonnenstrahlen zu absorbieren.
Sauerstoff spielt auch eine bedeutende Rolle. Damit die Photosynthese gelingt, brauchen Pflanzen viel davon, denn es enthält nur 0,03 % Kohlensäure. Aus 20.000 m3 Luft erhält man also 6 m3 Säure. Letztere Substanz ist die Hauptquelle für Glukose, die wiederum ein lebensnotwendiger Stoff ist.
Es gibt zwei Phasen der Photosynthese. Das erste heißt hell, das zweite dunkel.
Was ist der Mechanismus des Lichtstufenflusses
Die Lichtphase der Photosynthese hat einen anderen Namen - photochemisch. Die Hauptteilnehmer in dieser Phase sind:
- Solarenergie;
- Vielzahl von Pigmenten.
Bei der ersten Komponente ist alles klar, es ist Sonnenlicht. SONDERNDas sind Pigmente, das weiß nicht jeder. Sie sind grün, gelb, rot oder blau. Chlorophylle der Gruppen „A“und „B“gehören zu Grün, Phycobiline zu Gelb bzw. Rot/Blau. Photochemische Aktivität unter den Teilnehmern in diesem Stadium des Prozesses wird nur durch Chlorophylle "A" gezeigt. Der Rest spielt eine komplementäre Rolle, deren Kern die Sammlung von Lichtquanten und deren Transport zum photochemischen Zentrum ist.
Da Chlorophyll mit der Fähigkeit ausgestattet ist, Sonnenenergie bei einer bestimmten Wellenlänge effektiv zu absorbieren, wurden die folgenden photochemischen Systeme identifiziert:
- Photochemisches Zentrum 1 (grüne Substanzen der Gruppe "A") - Pigment 700 ist in der Zusammensetzung enth alten und absorbiert Lichtstrahlen, deren Länge ungefähr 700 nm beträgt. Dieses Pigment spielt eine grundlegende Rolle bei der Herstellung von Produkten der Lichtstufe der Photosynthese.
- Photochemisches Zentrum 2 (grüne Substanzen der Gruppe "B") - Die Zusammensetzung enthält das Pigment 680, das Lichtstrahlen mit einer Länge von 680 nm absorbiert. Er hat eine sekundäre Rolle, die darin besteht, die vom photochemischen Zentrum 1 verlorenen Elektronen wieder aufzufüllen. Dies wird durch die Hydrolyse der Flüssigkeit erreicht.
Für 350–400 Pigmentmoleküle, die Lichtströme in den Photosystemen 1 und 2 konzentrieren, gibt es nur ein Molekül Pigment, das photochemisch aktiv ist - Chlorophyll der Gruppe „A“.
Was ist los?
1. Die von der Pflanze aufgenommene Lichtenergie wirkt auf das darin enth altene Pigment 700 ein, das vom Normalzustand in den angeregten Zustand übergeht. PigmentverlusteElektron, was zur Bildung des sogenannten Elektronenlochs führt. Außerdem kann das Pigmentmolekül, das ein Elektron verloren hat, als sein Akzeptor fungieren, dh die Seite, die das Elektron empfängt, und zu seiner Form zurückkehren.
2. Der Prozess der Flüssigkeitszersetzung im photochemischen Zentrum des lichtabsorbierenden Pigments 680 des Photosystems 2. Bei der Zersetzung von Wasser entstehen Elektronen, die zunächst von einer Substanz wie Cytochrom C550 aufgenommen und mit dem Buchstaben Q bezeichnet werden. Dann, aus dem Cytochrom treten die Elektronen in die Trägerkette ein und werden zum photochemischen Zentrum 1 transportiert, um das Elektronenloch aufzufüllen, das das Ergebnis des Eindringens von Lichtquanten und des Reduktionsprozesses von Pigment 700 war.
Es gibt Fälle, in denen ein solches Molekül ein identisches Elektron wie das vorherige zurückerhält. Dabei wird Lichtenergie in Form von Wärme freigesetzt. Aber fast immer verbindet sich ein negativ geladenes Elektron mit speziellen Eisen-Schwefel-Proteinen und wird entlang einer der Ketten auf das Pigment 700 übertragen oder tritt in eine andere Trägerkette ein und vereinigt sich wieder mit einem permanenten Akzeptor.
In der ersten Variante gibt es einen zyklischen Elektronentransport vom geschlossenen Typ, in der zweiten - nicht zyklisch.
Beide Prozesse werden in der ersten Stufe der Photosynthese durch dieselbe Kette von Elektronenträgern katalysiert. Es sollte jedoch beachtet werden, dass während der Photophosphorylierung des zyklischen Typs der Anfangs- und gleichzeitig der Endpunkt des Transports Chlorophyll ist, während der nicht zyklische Transport den Übergang der grünen Substanz der Gruppe "B" zu impliziertChlorophyll "A".
Merkmale des Fahrradverkehrs
Zyklische Phosphorylierung wird auch photosynthetisch genannt. Als Ergebnis dieses Prozesses werden ATP-Moleküle gebildet. Dieser Transport basiert auf der Rückkehr von Elektronen in angeregtem Zustand zum Pigment 700 über mehrere aufeinanderfolgende Stufen, wodurch Energie freigesetzt wird, die an der Arbeit des phosphorylierenden Enzymsystems zum Zweck der weiteren Akkumulation in ATP-Phosphat teilnimmt Fesseln. Das heißt, es wird keine Energie verbraucht.
Zyklische Phosphorylierung ist die primäre Reaktion der Photosynthese, die auf der Technologie der Erzeugung chemischer Energie auf den Membranoberflächen von Chloroplasten-Thylaktoiden unter Verwendung der Energie des Sonnenlichts basiert.
Ohne photosynthetische Phosphorylierung sind Assimilationsreaktionen in der Dunkelphase der Photosynthese nicht möglich.
Die Nuancen des Transports des nicht zyklischen Typs
Der Prozess besteht in der Wiederherstellung von NADP+ und der Bildung von NADPH. Der Mechanismus beruht auf der Übertragung eines Elektrons auf Ferredoxin, seiner Reduktionsreaktion und dem anschließenden Übergang zu NADP+ mit weiterer Reduktion zu NADPH.
Infolgedessen werden die Elektronen, die das Pigment 700 verloren haben, dank der Wasserelektronen wieder aufgefüllt, die sich unter Lichtstrahlen im Photosystem 2 zersetzen.
Der nicht zyklische Weg der Elektronen, deren Fluss auch die Lichtphotosynthese impliziert, erfolgt durch die Wechselwirkung beider Photosysteme miteinander, verbindet ihre Elektronentransportketten. LeuchtendEnergie lenkt den Elektronenfluss zurück. Beim Transport vom photochemischen Zentrum 1 zum Zentrum 2 verlieren Elektronen einen Teil ihrer Energie durch Akkumulation als Protonenpotential auf der Membranoberfläche von Thylactoiden.
In der Dunkelphase der Photosynthese ist der Vorgang der Erzeugung eines protonenartigen Potentials in der Elektronentransportkette und dessen Nutzung für die Bildung von ATP in Chloroplasten nahezu identisch mit dem gleichen Vorgang in Mitochondrien. Aber Features sind immer noch vorhanden. Thylaktoide sind in dieser Situation umgestülpte Mitochondrien. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass sich Elektronen und Protonen in der entgegengesetzten Richtung zum Transportfluss in der Mitochondrienmembran durch die Membran bewegen. Elektronen werden nach außen transportiert, während Protonen im Inneren der thylaktischen Matrix angesammelt werden. Letzteres nimmt nur eine positive Ladung an, und die äußere Membran des Thylactoids ist negativ. Daraus folgt, dass der Verlauf des protonenartigen Gradienten seinem Verlauf in den Mitochondrien entgegengesetzt ist.
Das nächste Merkmal kann als großer pH-Wert im Potential von Protonen bezeichnet werden.
Das dritte Merkmal ist das Vorhandensein von nur zwei Konjugationsstellen in der Thylaktoide-Kette, wodurch das Verhältnis des ATP-Moleküls zu den Protonen 1:3 beträgt.
Schlussfolgerung
In der ersten Phase ist Photosynthese die Wechselwirkung von Lichtenergie (künstlich und nicht künstlich) mit einer Pflanze. Grüne Substanzen reagieren auf die Strahlen - Chlorophylle, die größtenteils in Blättern vorkommen.
Die Bildung von ATP und NADPH ist das Ergebnis einer solchen Reaktion. Diese Produkte sind für das Auftreten von Dunkelreaktionen unerlässlich. Daher ist die Lichtphase ein obligatorischer Prozess, ohne den die zweite Phase - die Dunkelphase - nicht stattfinden wird.
Dunkle Bühne: Wesen und Merkmale
Dunkelphotosynthese und ihre Reaktionen sind die Umwandlung von Kohlendioxid in Stoffe organischen Ursprungs unter Bildung von Kohlenhydraten. Die Durchführung solcher Reaktionen erfolgt im Stroma des Chloroplasten und die Produkte der ersten Stufe der Photosynthese - Licht nehmen an ihnen eine aktive Rolle ein.
Der Mechanismus des Dunkelstadiums der Photosynthese beruht auf dem Prozess der Kohlendioxid-Assimilation (auch photochemische Carboxylierung genannt, Calvin-Zyklus), der durch Zyklizität gekennzeichnet ist. Besteht aus drei Phasen:
- Carboxylierung - Anlagerung von CO2.
- Erholungsphase.
- Ribulosediphosphat-Regenerationsphase.
Ribulophosphat, ein Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen, wird durch ATP phosphoryliert, was zu Ribulosediphosphat führt, das durch Kombination mit CO2 Produkt mit sechs Kohlenstoffen weiter carboxyliert wird, was sofort zersetzen sich bei der Wechselwirkung mit einem Wassermolekül und bilden zwei molekulare Partikel aus Phosphoglycerinsäure. Dann durchläuft diese Säure eine vollständige Reduktion bei der Durchführung einer enzymatischen Reaktion, für die die Anwesenheit von ATP und NADP erforderlich ist, um einen Zucker mit drei Kohlenstoffatomen zu bilden - einen Zucker mit drei Kohlenstoffatomen, Triose oder AldehydPhosphoglycerin. Wenn zwei solcher Triosen kondensieren, wird ein Hexosemolekül erh alten, das ein integraler Bestandteil des Stärkemoleküls werden und in Reserve debuggt werden kann.
Diese Phase endet mit der Aufnahme eines CO-Moleküls während des Prozesses der Photosynthese2 und der Verwendung von drei ATP-Molekülen und vier H-Atomen. Hexosephosphat bietet sich für die Reaktionen an des Pentosephosphatzyklus entsteht Ribulosephosphat, das mit einem anderen Kohlensäuremolekül rekombinieren kann.
Reaktionen der Carboxylierung, Wiederherstellung, Regeneration können nicht ausschließlich für die Zelle spezifisch genannt werden, in der die Photosynthese stattfindet. Was ein „homogener“Prozessablauf ist, kann man auch nicht sagen, da der Unterschied immer noch besteht – beim Erholungsprozess wird NADPH verwendet und nicht OVERH.
Die Addition von CO2 durch Ribulosediphosphat wird durch Ribulosediphosphat-Carboxylase katalysiert. Das Reaktionsprodukt ist 3-Phosphoglycerat, das durch NADPH2 und ATP zu Glycerinaldehyd-3-phosphat reduziert wird. Der Reduktionsprozess wird durch Glycerinaldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase katalysiert. Letzteres wird leicht in Dihydroxyacetonphosphat umgewandelt. Fructosebisphosphat entsteht. Einige seiner Moleküle nehmen am Regenerationsprozess von Ribulosediphosphat teil und schließen den Kreislauf, und der zweite Teil wird verwendet, um Kohlenhydratreserven in Photosynthesezellen anzulegen, d. h. es findet eine Kohlenhydratphotosynthese statt.
Lichtenergie ist für die Phosphorylierung und Synthese organischer Substanzen notwendigHerkunft, und die Oxidationsenergie organischer Substanzen ist für die oxidative Phosphorylierung notwendig. Deshalb bietet die Vegetation Leben für Tiere und andere Organismen, die heterotroph sind.
Die Photosynthese in einer Pflanzenzelle findet auf diese Weise statt. Sein Produkt sind Kohlenhydrate, die notwendig sind, um die Kohlenstoffskelette vieler Substanzen der Pflanzenwelt organischen Ursprungs zu bilden.
Substanzen des stickstofforganischen Typs werden in photosynthetischen Organismen aufgrund der Reduktion anorganischer Nitrate und Schwefel assimiliert - aufgrund der Reduktion von Sulfaten zu Sulfhydrylgruppen von Aminosäuren. Bietet die Bildung von Proteinen, Nukleinsäuren, Lipiden, Kohlenhydraten, Cofaktoren, nämlich der Photosynthese. Was für Pflanzen ein "Sortiment" von lebenswichtigen Stoffen ist, wurde bereits betont, aber kein Wort über die Produkte der Sekundärsynthese, die wertvolle Arzneistoffe sind (Flavonoide, Alkaloide, Terpene, Polyphenole, Steroide, organische Säuren und andere).). Daher können wir ohne Übertreibung sagen, dass die Photosynthese der Schlüssel zum Leben von Pflanzen, Tieren und Menschen ist.
