Компоненти фотосинтезу

Зміст

• Компоненти фотосинтезу
• Короткий зміст фотосинтезу
• Як листя підтримують фотосинтез
• Хлоропласти: Фабрики фотосинтезу
• Для чого тилакоїди?
• Світлові реакції: світло досягає мембрани тилакоїдів
• Легкі реакції: транспорт електронів
• Світлові реакції: фотофосфорилювання
• Темна реакція: фіксація вуглецю

Рослини, безсумнівно, улюблені людством речі, що перебувають поза царством тварин. Крім здатності рослин живити людей у ​​світі - без фруктів, овочів, горіхів та зерна, малоймовірно, що ви чи ця стаття існували б - рослини шанують своєю красою та своєю роллю у будь-якій формі людського обряду. Те, що їм це вдається зробити без можливості рухатися чи їсти, справді примітно.

Насправді рослини використовують ту саму основну молекулу, яку роблять усі життєві форми, щоб рости, виживати та відтворюватися: маленький, шестивуглецевий, кільцеподібний вуглевод глюкоза. Але замість того, щоб їсти джерела цього цукру, вони натомість роблять його. Як це можливо, і враховуючи, що це так, чому люди та інші тварини просто не роблять те саме і рятують себе від полювання на збирання, зберігання та споживання їжі?

Відповідь така фотосинтез, ряд хімічних реакцій, в яких клітини рослин використовують енергію сонячного світла для отримання глюкози. Потім рослини використовують частину глюкози для власних потреб, а решта залишається доступною для інших організмів.

Компоненти фотосинтезу

Студенти-пронизливі можуть швидко запитати: "Під час фотосинтезу в рослинах, що є джерелом вуглецю в молекулі цукру, яку виробляє рослина?" Вам не потрібен науковий ступінь, щоб припустити, що "енергія від сонця" складається з світла, і що світло не містить жодного з елементів, які складають молекули, які найчастіше містяться в живих системах. (Світло складається з фотони, які є безмасштабними частинками, які не знайдені в періодичній таблиці елементів.)

Найпростіший спосіб ввести різні частини фотосинтезу - почати з хімічної формули, яка узагальнює весь процес.

6 H₂O + 6 CO₂ → С₆Н₁₂О₆+ 6 О₂

Таким чином, сировиною фотосинтезу є вода (Н₂О) і вуглекислий газ (СО)₂), яких обоє є в землі та в атмосфері, в той час як продукти містять глюкозу (С₆Н₁₂О₆) і кисневий газ (О₂).

Короткий зміст фотосинтезу

Схематичне резюме процесу фотосинтезу, компоненти якого детально описані в наступних розділах, полягає в наступному. (Поки що, не турбуйтеся про скорочення, з якими ви, можливо, не знайомі.)

Перші чотири з цих етапів відомі як реакції світла або залежні від світла реакції, оскільки вони покладаються абсолютно на дію сонячного світла. Цикл Кальвіна, навпаки, називається " темна реакція, також відомі як незалежні від світла реакції. Хоча, як випливає з назви, темна реакція може діяти без джерела світла, але вона покладається на продукти, створені в залежності від світла реакцій.

Як листя підтримують фотосинтез

Якщо ви коли-небудь переглядали схему поперечного перерізу шкіри людини (тобто, як це виглядатиме збоку, якби ви могли дивитись на неї повністю від поверхні до будь-якої тканини, де шкіра зустрічається внизу), ви Можливо, відзначили, що шкіра включає чіткі шари. Ці шари містять різні компоненти в різних концентраціях, такі як потові залози та волосяні фолікули.

Анатомія листа розташована аналогічно, за винятком того, що листя стикаються із зовнішнім світом два сторони. Рухаючись від верхньої частини листка (вважається таким, який найчастіше стикається зі світлом) до нижньої сторони, шари включають кутикула, воскова тонка захисна шуба; то верхній епідерміс; то мезофіл; то нижній епідерміс; і другий шар кутикули.

Сам мезофіл включає верхній частокольчик шар, з осередками, розташованими в акуратних стовпцях, і нижній губчастий шар, який має менше клітин і більший проміжок між ними. Фотосинтез відбувається в мезофілі, що має сенс, оскільки це найбільш поверхневий шар листя будь-якої речовини і найближчий до будь-якого світла, що вражає поверхню листя.

Хлоропласти: Фабрики фотосинтезу

Організми, які повинні отримувати живлення від органічних молекул у своєму навколишньому середовищі (тобто від речовин, які люди називають "їжею"), відомі як гетеротрофи. Рослини, навпаки, є автотрофи оскільки вони будують ці молекули всередині своїх клітин, а потім використовують те, що їм потрібно, перш ніж решта пов'язаного вуглецю повернеться в екосистему, коли рослина гине або їсть.

Фотосинтез відбувається в органелах ("крихітних органах") в клітинах рослин хлоропласти. Органели, які присутні лише в еукаріотичних клітинах, оточені подвійною плазматичною мембраною, яка за структурою схожа з тією, що оточує клітину в цілому (зазвичай її називають клітинною мембраною).

Функціональними одиницями фотосинтезу є тилакоїди. Ці структури з'являються як у фотосинтетичних прокаріотів, таких як ціанобактерії (синьо-зелені водорості), так і у рослинах. Але оскільки лише еукаріоти мають мембранні органели, тилакоїди у прокаріотів сидять вільно в цитоплазмі клітин, як і ДНК у цих організмах через відсутність ядра в прокаріоти.

Для чого тилакоїди?

У рослин тилакоїдна мембрана насправді суцільна з мембраною самого хлоропласта. Отже, тилакоїди схожі на органели в органелах. Вони розташовані круглими стосами, як тарілки для обіду в шафі - порожнисті тарілки для обіду, тобто. Ці стеки називаються грана, а інтер'єри тилакоїдів з'єднані в лабіринтну мережу труб. Простір між тилакоїдами та внутрішньою мембраною хлоропластів називається " строма.

Тилакоїди містять пігмент, званий хлорофіл, що відповідає за зелений колір, який більшість рослин демонструє в якійсь формі. Однак важливіше, ніж пропонувати людському оці блискучий вигляд, однак, хлорофіл - це те, що "захоплює" сонячне світло (або, з цього приводу, штучне світло) у хлоропласті, і, отже, речовина, яка дозволяє в першу чергу протікати фотосинтез..

Насправді є кілька різних пігментів, що сприяють фотосинтезу, при цьому хлорофіл А є основним. Окрім варіантів хлорофілу, численні інші пігменти в тилакоїдах реагують на світло, включаючи червоний, коричневий та синій типи. Вони можуть передавати вхідне світло до хлорофілу А, або вони можуть допомогти запобігти пошкодженню клітини світлом, слугуючи в ролі приманок.

Світлові реакції: світло досягає мембрани тилакоїдів

Коли сонячне світло або енергія світла з іншого джерела досягають тилакоїдної мембрани після проходження крізь кутикулу листя, клітинної стінки рослини, шарів клітинної мембрани, двох шарів мембрани хлоропластів і, нарешті, строми, він стикається з парою тісно пов’язані багатобілкові комплекси, що називаються фотосистеми.

Комплекс під назвою Photosystem I відрізняється від товариша Photosystem II тим, що по-різному реагує на різну довжину хвилі світла; крім того, дві фотосистеми містять дещо різні версії хлорофілу А. Фотосистема I містить форму під назвою P700, тоді як Фотосистема II використовує форму під назвою P680. Ці комплекси містять склад легкого збирання та реакційний центр. Коли світло досягає цих, він витісняє електрони з молекул хлорофілу, і вони переходять до наступного етапу у світлових реакціях.

Нагадаємо, що чисте рівняння для фотосинтезу включає обидва СО₂ і Н₂O як входи. Ці молекули вільно проникають у клітини рослини завдяки їх малим розмірам і є доступними як реагенти.

Легкі реакції: транспорт електронів

Коли електрони вивільняються з молекул хлорофілу, потрапляючи на світло, їх потрібно якось замінити. Це робиться головним чином розщепленням Н₂O в кисневий газ (O₂) і вільних електронів. О₂ в цьому середовищі є відходом (більшості людей, можливо, важко уявити новостворений кисень як відхідний продукт, але такі капризи біохімії), тоді як частина електронів потрапляє в хлорофіл у вигляді водню ( Н).

Електрони пробиваються «вниз» ланцюгом молекул, вбудованих у тилакоїдну мембрану, до кінцевого акцептора електронів, молекули, відомої як нікотинамід-аденінудинуклеотид фосфат (НАДФ).⁺ ). Зрозумійте, що "вниз" не означає вертикально вниз, а вниз в сенсі прогресивно нижчої енергії. Коли електрони досягають НАДФ⁺, ці молекули поєднуються, щоб створити зменшену форму носія електронів, НАДФ. Ця молекула необхідна для подальшої темної реакції.

Світлові реакції: фотофосфорилювання

У той же час, коли NADPH формується в описаній раніше системі, називається процес фотофосфорилювання використовує енергію, звільнену від інших електронів, що «тупають» у тилакоїдної мембрані. Протонно-рушійна сила з’єднується неорганічні молекули фосфатуабо P_i, до аденозиндифосфату (АДФ) з утворенням аденозинтрифосфату (АТФ).

Цей процес є аналогом процесу клітинного дихання, відомого як окисне фосфорилювання. У той же час у тилакоїдах виробляється АТФ з метою виготовлення глюкози в темряві реакції, мітохондрії в інших клітинах рослинних клітин використовують продукти розпаду деякої частини цієї глюкози, щоб зробити АТФ при клітинному диханні для рослин кінцевим метаболізмом. потреби.

Темна реакція: фіксація вуглецю

Коли СО₂ потрапляючи в рослинні клітини, він проходить ряд реакцій, спочатку додаючи до молекули п’яти вуглецю, щоб створити шестивуглецевий проміжний продукт, який швидко розщеплюється на дві три вуглецеві молекули. Чому ж ця шестивуглецева молекула просто не перетворюється безпосередньо на глюкозу, а також на шість-вуглецеву молекулу? Хоча частина цих трьох вуглецевих молекул виходить з процесу і насправді використовується для синтезу глюкози, інші три молекули вуглецю необхідні для продовження циклу, оскільки вони приєднуються до вхідного СО₂ зробити п’ятивуглецеве з'єднання, зазначене вище.

Той факт, що енергію від світла залучають у фотосинтезі для керування процесами, незалежними від світла, має сенс, враховуючи той факт, що сонце сходить і заходить, що ставить рослини в становище необхідності "накопичувати" молекули протягом дня, щоб вони могли піти на створення їх їжа, поки сонце знаходиться під горизонтом.

Для номенклатури, цикл Кальвіна, темна реакція та фіксація вуглецю відносяться до одного і того ж, що робить глюкоза. Важливо усвідомити, що без постійного запасу світла фотосинтез не міг відбутися. Рослини можуть процвітати в умовах, де світло завжди присутнє, як у приміщенні, де світло ніколи не тьмяніє. Але зворотне не вірно: без світла неможливий фотосинтез.