Fotosynthese - wat is dat? stadium van de fotosynthese. Voorwaarden van de fotosynthese

Heb je je ooit afgevraagd hoeveel levende organismen op de planeet?! En immers, ze moeten allemaal zuurstof ademen om energie te genereren en kooldioxide uit te ademen. Het is kooldioxide - de belangrijkste reden voor zo'n fenomeen, als de stoffigheid in de kamer. Het gebeurt wanneer er veel mensen erin zijn en de kamer is lang niet geventileerd. Daarnaast worden giftige stoffen gevuld met luchtproductie faciliteiten, privé-weg en openbaar vervoer.

Gezien het bovenstaande komt er een logische vraag: hoe komen we nog niet verstoord als alles wat levende is, een bron van giftig kooldioxide is? De redder van alle levende wezens in deze situatie is fotosynthese. Wat is dit proces en wat is het noodzakelijk?

Het resultaat hiervan is de aanpassing van het evenwicht van kooldioxide en de verzadiging van lucht met zuurstof. Zo'n proces is alleen bekend aan vertegenwoordigers van de wereld van flora, dat wil zeggen aan planten, zoals het alleen in hun cellen voorkomt.

Vanzelfsprekend is fotosynthese een zeer ingewikkelde procedure, afhankelijk van bepaalde omstandigheden en in verschillende fasen.

Definitie van concept

Volgens de wetenschappelijke definitie worden organische stoffen in het proces van fotosynthese omgezet in organische cellen op het cellulaire niveau in autotrofe organismen door de werking van zonlicht.

In een meer begrijpelijke taal is fotosynthese een proces waarbij het volgende optreedt:

1. De plant is verzadigd met vocht. De bron van vocht kan water uit de grond of vochtige tropische lucht zijn.
2. Er is een reactie van chlorofyl (een speciale stof die in de plant aanwezig is) op het effect van zonne-energie.
3. De vorming van voedsel dat nodig is voor de vertegenwoordigers van de flora, die zij niet zelfstandig kunnen produceren, is heterotrofisch, en zij zijn zelf zijn producent. Met andere woorden, planten eten wat ze zelf produceren. Dit is het resultaat van fotosynthese.

Fase een

Bijna elke plant bevat een groene stof, waardoor het licht kan absorberen. Deze stof is niets meer dan chlorofyl. Zijn verblijfplaats is chloroplasten. Maar de chloroplasten bevinden zich in het stamdeel van de plant en zijn vruchten. Maar fotosynthese van blad is vooral gebruikelijk van aard. Aangezien de laatste vrij eenvoudig in zijn structuur is en een relatief groot oppervlak heeft, wat betekent dat de hoeveelheid energie die nodig is voor het verlossingsproces veel groter zal zijn.

Wanneer licht geabsorbeerd wordt door chlorofyl, is deze in een excitatiestatus en zendt zijn energieberichten naar andere organische moleculen van de plant. De grootste hoeveelheid van deze energie gaat naar deelnemers in het proces van fotosynthese.

Fase twee

De vorming van fotosynthese in de tweede fase vereist geen verplichte deelname van licht. Het bestaat uit de vorming van chemische bindingen met giftig kooldioxide, gevormd uit luchtmassa's en water. Ook worden een aantal stoffen gesynthetiseerd, die de vitale activiteit van vertegenwoordigers van de flora waarborgen. Zo zijn zetmeel, glucose.

In planten fungeren dergelijke organische elementen als voedingsbron voor individuele delen van de plant, terwijl de normale gang van levensprocessen worden gewaarborgd. Dergelijke stoffen worden verkregen en vertegenwoordigers van de fauna die planten eten eten. Het menselijk lichaam is verzadigd met deze stoffen door voedsel, dat in het dagelijkse dieet wordt opgenomen.

Wat? Waar? Wanneer?

Om organische stoffen om te zetten in organische, is het nodig om de juiste omstandigheden voor fotosynthese te waarborgen. Voor het betreffende proces is eerst het licht nodig. Het gaat om kunstmatige en zonlicht. In de natuur wordt meestal de activiteit van planten gekenmerkt door intensiteit in de lente en de zomer, dat wil zeggen wanneer er veel zonne-energie nodig is. Wat niet over het herfstseizoen kan worden gezegd, als er minder licht is, is de dag korter. Als gevolg daarvan wordt het geblader geel en valt dan volledig af. Maar zodra de eerste lentestralen van de zon schijnen, zal het groene gras stijgen, dan zal chlorofyl zijn activiteit hervatten. De actieve productie van zuurstof en andere voedingsstoffen, die van vitaal belang zijn, zal beginnen.

De condities van fotosynthese omvatten niet alleen de aanwezigheid van verlichting. Vocht moet ook genoeg zijn. Immers, de plant absorbeert eerst vocht, en dan begint een reactie met de participatie van zonne-energie. Het resultaat van dit proces zijn de voedingsmiddelen van planten.

In aanwezigheid van een groene stof komt fotosynthese voor. Wat is chlorofyl, hebben we al eerder gezegd. Ze fungeren als een soort dirigent tussen licht- of zonne-energie en de plant zelf, waardoor de juiste stroom van hun leven en activiteit wordt gewaarborgd. Groene stoffen hebben de mogelijkheid om veel zonlicht op te nemen.

Zuurstof speelt een belangrijke rol. Om het proces van fotosynthese succesvol te maken, hebben planten veel nodig, omdat het slechts 0,03% koolzuur bevat. Vandaar dat vanaf 6000 m ³ lucht, 6 m ³ zuur kan worden verkregen. Het is de laatste stof - het belangrijkste bronmateriaal voor glucose, die op zijn beurt een stof is die nodig is voor het leven.

Er zijn twee fasen van fotosynthese. De eerste is licht, de tweede is donker.

Wat is het mechanisme van de stroom van het licht stadium

De lichte fase van fotosynthese heeft een andere naam - fotochemisch. De belangrijkste deelnemers in dit stadium zijn:

• De energie van de zon;
• Een verscheidenheid aan pigmenten.

Met het eerste onderdeel is alles duidelijk, dit is zonlicht. En dat zijn wat pigmenten zijn, niet iedereen weet het. Ze zijn groen, geel, rood of blauw. Tot groen behoren chlorofylgroepen "A" en "B" tot respectievelijk geel en rood / blauw - phycobilinen. Fotochemische activiteit onder de deelnemers in dit stadium van het proces wordt alleen door chlorofylen "A" gemanifesteerd. De rest behoort tot een complementaire rol, waarvan de essentie de verzameling van lichtkwanta is en hun transport naar het fotochemisch centrum.

Aangezien chlorofyl voorzien is van de mogelijkheid om zonne-energie effectief te absorberen met een bepaalde golflengte, werden de volgende fotochemische systemen geïdentificeerd:

- Fotochemisch centrum 1 (groene stoffen van groep "A") - de samenstelling omvat pigment 700, absorberende lichtstralen, waarvan de lengte ongeveer 700 nm bedraagt. Dit pigment heeft een fundamentele rol bij het creëren van producten van de lichte fase van fotosynthese.

- Fotochemisch centrum 2 (groene stoffen van groep "B") - de samenstelling bevat pigment 680, lichtstralen absorberen, waarvan de lengte 680 nm bedraagt. Hij bezit de rol van het tweede plan, bestaande uit de functie van aanvulling van elektronen die verloren gaan door het fotochemische centrum 1. Het wordt bereikt door de hydrolyse van de vloeistof.

Voor 350-400 moleculen pigmenten, die lichtstromen concentreren in fotosystemen 1 en 2, is er maar één molecuul van het pigment, dat is de actieve fotochemische - chlorofyl van groep A.

Wat is er aan de hand?

1. De door de plant geabsorbeerde lichtenergie beïnvloedt het daarin opgenomen pigment 700, dat van de gebruikelijke toestand naar de excitatietoestand gaat. Het pigment verliest een elektron, wat resulteert in de vorming van een zogenaamd elektronen gat. Verder kan het pigmentmolecuul, dat het elektron heeft verloren, als zijn acceptor fungeren, dat wil zeggen de partij die het elektron ontvangt en zijn vorm terugstuurt.

2. Het proces van ontbinding van de vloeistof in het fotochemische centrum van het lichtabsorberende pigment 680 van het fotosysteem 2. Wanneer water wordt afgebroken worden elektronen gevormd die aanvankelijk door een stof zoals cytochroom C550 worden aanvaard en worden aangeduid met de letter Q. Vervolgens worden door cytochroom de elektronen in de vectorketen ingevoerd en naar het fotochemische centrum 1 vervoerd voor Replenishment van het elektrongat, dat het gevolg was van de penetratie van lichtkwanta en het reconstructieproces van het pigment 700.

Er zijn gevallen waar een dergelijk molecuul een elektron komt die identiek is aan de vroegere. Dit zal resulteren in de vrijgave van de energie van het licht in de vorm van warmte. Maar bijna altijd een elektron met een negatieve lading verbindt zich met speciale ijzerswavelproteïnen en wordt langs een van de ketens naar het pigment 700 vervoerd of valt in een andere vectorketen en verbindt zich opnieuw met een constante acceptor.

In de eerste variant vindt cyclisch transport van een elektron van een gesloten type plaats, terwijl in het tweede geval een noncyclic transport plaatsvindt.

Beide processen vallen in de eerste fase van fotosynthese onder de katalyse door dezelfde keten van elektronendragers. Het is echter opmerkelijk dat bij cyclophosphorylering van het cyclische type de initiële en tegelijkertijd het laatste transportpunt chlophyll is, terwijl het niet-cyclische transport de overgang van de groene stof van groep B tot chlorofyl "A" inhoudt.

Kenmerken van cyclisch transport

Fosforylering van cyclische wordt ook fotosynthetisch genoemd. Als gevolg van dit proces worden ATP-moleculen gevormd. Dit transport is gebaseerd op het terugkomen door verscheidene opeenvolgende fasen van elektronen in de opgewonden toestand aan het pigment 700, waardoor de energie die deelneemt aan het fosforyleerende enzym systeem voor verdere accumulatie in de fosfaatbindingen van ATP vrijkomt. Dat wil zeggen dat energie niet verdwijnt.

Fosforylatie cyclisch is de primaire reactie van fotosynthese, die is gebaseerd op de technologie van de vorming van chemische energie op de membraanoppervlakken van de chloroplast tilaktoid door het gebruik van zonne-energie.

Zonder fotosynthetische fosforylering zijn assimilatie-reacties in de donkere fase van fotosynthese onmogelijk.

Nuances van transport van niet-cyclisch type

Het proces bestaat uit de restauratie van NADP + en de vorming van NADP * H. Het mechanisme is gebaseerd op elektronoverdracht naar ferredoxine, de reductiereactie en de daaropvolgende overgang naar NADP + met verdere reductie naar NADP * H.

Als gevolg daarvan worden elektronen die het pigment 700 verloren worden aangevuld door de elektronen van water, die onder de lichtstralen in het fotosysteem 2 ontleden.

Het niet-cyclische pad van elektronen, waarvan de stroom ook lichtfotosynthese impliceert, wordt gerealiseerd door de interactie van beide fotosystemen onderling, hun elektronische transportketens verbinden ze. Lichte energie regelt de stroom van elektronen terug. Tijdens het transport van het fotochemisch centrum 1 naar het centrum 2 verliezen de elektronen wat van hun energie door accumulatie als een protonpotentiaal op het membraanoppervlak van de tilaktoid.

In de donkere fase van fotosynthese is het proces van het creëren van een proton-type potentieel in de elektronen transportketen en zijn werking voor de vorming van ATP in chloroplasten bijna geheel identiek aan hetzelfde proces in de mitochondria. Maar de functies zijn nog steeds aanwezig. Tylactoïden in deze situatie zijn de mitochondria aan de verkeerde kant. Dit is de belangrijkste reden voor het feit dat elektronen en protonen door de membraan in de tegenovergestelde richting bewegen ten opzichte van de transportstroom in het mitochondriale membraan. Elektronen worden naar buiten vervoerd, en protonen accumuleren in het binnenste deel van de tilaktoidmatrix. De laatste neemt slechts een positieve lading in, en het buitenmembraan van de tilaktoid is negatief. Hieruit volgt dat het pad van het proton-type gradiënt het tegenovergestelde van zijn pad in de mitochondria is.

Het volgende kenmerk is een groot pH-niveau in het potentieel van protonen.

Het derde kenmerk is de aanwezigheid in de toaktoïde keten van slechts twee conjugatieplaatsen en als gevolg daarvan is de verhouding van het ATP molecuul tot de protonen 1: 3.

conclusie

In de eerste fase is fotosynthese de interactie van lichte energie (kunstmatig en niet-kunstmatig) met de plant. Reageer op de stralen van groene stoffen - chlorofyl, waarvan de meeste in de bladeren voorkomen.

De vorming van ATP en NADP * H is het gevolg van deze reactie. Deze producten zijn noodzakelijk voor de doorgang van donkere reacties. Vandaar dat de lichte fase een verplicht proces is, zonder dat de tweede fase niet zal plaatsvinden - de donkere.

Donkere fase: essentie en eigenschappen

Donkere fotosynthese en zijn reacties zijn een procedure van kooldioxide in stoffen van organische oorsprong bij de productie van koolhydraten. Dergelijke reacties vinden plaats in de stroma van de chloroplast en de producten van de eerste fase van fotosynthese, licht, nemen een actieve rol in hen.

Het mechanisme van het donkere stadium van fotosynthese is gebaseerd op het proces van assimilatie van kooldioxide (ook wel fotochemische carboxylatie genoemd, de Calvin-cyclus), die door cycliciteit wordt gekenmerkt. Het bestaat uit drie fasen:

1. Carboxylatie is de toevoeging van CO ₂ .
2. Herstelfase.
3. De fase van regeneratie van ribulosodifosfaat.

Ribulofosfaat, een suiker met vijf koolstofatomen, is vatbaar voor fosforylering door ATP, wat resulteert in de vorming van ribulosodifosfaat, die verder wordt onderworpen aan carboxylatie door te combineren met een CO ₂ -product met zes koolstofatomen die onmiddellijk ontleden door te reageren met een watermolecuul, waardoor twee moleculaire zure deeltjes van een fosfoglycerol . Vervolgens wordt dit zuur een volledige verlaging ondergaan tijdens de enzymatische reactie, waarvoor de aanwezigheid van ATP en NADPH nodig is om een suiker met drie koolstoffen te vormen - drie-koolstof suiker, triose of aldehyde van fosfoglycerol. Wanneer twee dergelijke trioses condenseren, wordt een hexosemolecuul verkregen die een integraal onderdeel van het zetmeelmolecuul kan worden en in reserve worden gedeprobeerd.

Deze fase wordt afgerond door het feit dat tijdens het fotosynthese proces één CO ₂ -molecuul wordt geabsorbeerd en er worden drie ATP-moleculen en vier N atomen gebruikt. Het hexosefosfaat wordt gereageerd op de reacties van de pentosefosfaatcyclus, waardoor regeneratie van ribulosefosfaat plaatsvindt, die opnieuw met een ander molecuul koolzuur kan worden herenigd.

De reacties van carboxylatie, reductie, regeneratie kunnen niet alleen specifiek worden genoemd voor de cel waarin fotosynthese plaatsvindt. Wat ook de "uniforme" stroom van processen kan niet worden gezegd, aangezien het verschil nog bestaat - in het herstelproces wordt NADP * H gebruikt, en niet NAD * N.

De toevoeging van CO _{2 door} ribulosodifosfaat ondergaat de katalyse die wordt verschaft door ribulose diphosphaatcarboxylase. Het reactieproduct is 3-fosfoglyceraat, dat wordt verlaagd door NADP * H2 en ATP tot glyceraldehyde-3-fosfaat. Het reductieproces wordt gekatalyseerd door glyceraldehyde-3-fosfaat dehydrogenase. Deze laatste wordt gemakkelijk omgezet in dihydroxyacetonfosfaat. Fructose-bisfosfaat wordt gevormd. Sommige van zijn moleculen nemen deel aan het regeneratieproces van ribulosodifosfaat, sluiten de cyclus en het tweede deel wordt gebruikt om koolhydraten in fotosynthetische cellen te creëren, dat wil zeggen fotosynthese van koolhydraten vindt plaats.

De energie van het licht is nodig voor fosforylering en synthese van stoffen van organische oorsprong, en de energie van oxidatie van organische stoffen is noodzakelijk voor oxidatieve fosforylering. Daarom geeft vegetatie leven aan dieren en andere organismen die heterotrofisch zijn.

Fotosynthese in een plantencel komt op deze manier voor. Het product is koolhydraten, die nodig zijn voor het creëren van koolstofskeletten van veel stoffen van vertegenwoordigers van de wereld van flora, die van organische oorsprong zijn.

Organische stikstof stoffen opgenomen in type fotosynthetische organismen door reductie van anorganische nitraat en zwavel - als gevolg van de reductie van sulfaten met sulfhydrylgroepen van aminozuren. Geeft de vorming van proteïnen, nucleïnezuren, lipiden, koolhydraten, cofactoren is fotosynthese. Wat is een "plateau" van stoffen die van vitaal belang zijn voor de installatie is al benadrukt, maar op de secundaire synthese producten die waardevolle geneeskrachtige stoffen (flavonoïden, alkaloïden, terpenen, polyfenolen, steroïden, orgkisloty en anderen) zijn, werd geen woord gezegd. Daarom is niet overdreven om te zeggen dat de fotosynthese - de sleutel tot het leven van planten, dieren en mensen.