რა არის ფოტოსინთეზი ან რატომ არის ბალახი მწვანე? ფოტოსინთეზის შესწავლის ისტორია. მოკლედ რატომ არის ფოთლების უმეტესობა ფართო და ბრტყელი

ფოტოსინთეზი არის პროცესი, რომელსაც იყენებენ მცენარეები, წყალმცენარეები და ზოგიერთი ბაქტერია მზის სინათლის ენერგიის გამოსაყენებლად და ქიმიურ ენერგიად გადაქცევისთვის. ეს სტატია აღწერს ფოტოსინთეზის ზოგად პრინციპებს და ფოტოსინთეზის გამოყენებას სუფთა საწვავის და განახლებადი ენერგიის წყაროების განვითარებაში.

ფოტოსინთეზის პროცესის ორი ტიპი არსებობს: ჟანგბადის ფოტოსინთეზიდა ანოქსიგენური ფოტოსინთეზი. ანოქსიგენური და ჟანგბადის ფოტოსინთეზის ზოგადი პრინციპები ძალიან მსგავსია, მაგრამ ყველაზე გავრცელებულია ჟანგბადის ფოტოსინთეზი, რომელიც შეინიშნება მცენარეებში, წყალმცენარეებსა და ციანობაქტერიებში.

ჟანგბადის ფოტოსინთეზის დროს სინათლის ენერგია ხელს უწყობს ელექტრონების გადატანას წყლიდან (H 2 O) ნახშირორჟანგამდე (CO 2). რეაქციის შედეგად წარმოიქმნება ჟანგბადი და ნახშირწყალბადები.

ჟანგბადის ფოტოსინთეზიშეიძლება ეწოდოს სუნთქვის საპირისპირო პროცესს, რომლის დროსაც ყველა სუნთქვითი ორგანიზმის მიერ წარმოქმნილი ნახშირორჟანგი შეიწოვება და ჟანგბადი გამოიყოფა ატმოსფეროში.

მეორეს მხრივ, ანოქსიგენური ფოტოსინთეზის დროს წყალი არ გამოიყენება როგორც ელექტრონის დონორი. ეს პროცესი ჩვეულებრივ შეინიშნება ბაქტერიებში, როგორიცაა მეწამული ბაქტერიები და მწვანე გოგირდის ბაქტერიები, რომლებიც ძირითადად გვხვდება სხვადასხვა წყლის გარემოში.

ანოქსიგენური ფოტოსინთეზის დროს ჟანგბადი არ წარმოიქმნება, აქედან მოდის სახელი. რეაქციის შედეგი დამოკიდებულია ელექტრონის დონორზე. მაგალითად, ბევრი ბაქტერია იყენებს წყალბადის სულფიდს დონორად და ამ ფოტოსინთეზის შედეგად წარმოიქმნება მყარი გოგირდი.

მიუხედავად იმისა, რომ ფოტოსინთეზის ორივე ტიპი რთული და მრავალსაფეხურიანი პროცესია, ისინი უხეშად შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ქვემოთ მოცემული ქიმიური განტოლებით.

ჟანგბადის ფოტოსინთეზიიწერება შემდეგნაირად:

6CO 2 + 12H 2 O + სინათლის ენერგია → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O

აქ ნახშირორჟანგის (CO2) ექვსი მოლეკულა გაერთიანებულია წყლის 12 მოლეკულასთან (H2O) სინათლის ენერგიის გამოყენებით. რეაქციის შედეგად წარმოიქმნება ნახშირწყლების ერთი მოლეკულა (C6H12O6 ან გლუკოზა) და ექვსი მოლეკულა ჟანგბადი და ექვსი მოლეკულა წყალი.

ანალოგიურად განსხვავებული რეაქციები ანოქსიგენური ფოტოსინთეზიშეიძლება წარმოდგენილი იყოს ერთი განზოგადებული ფორმულის სახით:

CO 2 + 2H 2 A + სინათლის ენერგია → + 2A + H 2 O

ასო A განტოლებაში არის ცვლადი, ხოლო H 2 A წარმოადგენს ელექტრონის პოტენციურ დონორს. მაგალითად, A შეიძლება იყოს გოგირდი წყალბადის სულფიდში (H 2 S).

ფოტოსინთეზის აპარატი

ქვემოთ მოცემულია უჯრედული კომპონენტები, რომლებიც საჭიროა ფოტოსინთეზისთვის.

პიგმენტები

პიგმენტებიეს არის მოლეკულები, რომლებიც ფერს აძლევს მცენარეებს, წყალმცენარეებსა და ბაქტერიებს, მაგრამ ისინი ასევე პასუხისმგებელნი არიან მზის შუქის ეფექტურად დაჭერაზე. სხვადასხვა ფერის პიგმენტები შთანთქავს სინათლის სხვადასხვა ტალღის სიგრძეს. ქვემოთ მოცემულია სამი ძირითადი ჯგუფი.

• ქლოროფილები- ეს არის მწვანე პიგმენტები, რომლებსაც შეუძლიათ ლურჯი და წითელი შუქის დაჭერა. ქლოროფილებს აქვთ სამი ქვეტიპი, რომელსაც ეწოდება ქლოროფილი a, ქლოროფილი b და ქლოროფილი c. ქლოროფილი A გვხვდება ყველა ფოტოსინთეზურ მცენარეზე. ასევე არსებობს ბაქტერიული ვარიანტი, ბაქტერიოქლოროფილი, რომელიც შთანთქავს ინფრაწითელ სინათლეს. ეს პიგმენტი ძირითადად შეიმჩნევა მეწამულ და მწვანე გოგირდოვან ბაქტერიებში, რომლებიც ასრულებენ უჟანგბადო ფოტოსინთეზს.
• კაროტინოიდებიარის წითელი, ნარინჯისფერი ან ყვითელი პიგმენტები, რომლებიც შთანთქავენ ლურჯ-მწვანე შუქს. კაროტინოიდების მაგალითებია ქსანტოფილი (ყვითელი) და კაროტინი (ნარინჯისფერი), რომლებიც სტაფილოს ფერს აძლევს.
• ფიკობილინებიარის წითელი ან ლურჯი პიგმენტები, რომლებიც შთანთქავენ სინათლის გრძელ ტალღას, რომლებიც ასევე არ შეიწოვება ქლოროფილებისა და კაროტინოიდების მიერ. მათი დაკვირვება შესაძლებელია ციანობაქტერიებსა და წითელ წყალმცენარეებში.

პლასტიდი

ფოტოსინთეზური ევკარიოტული ორგანიზმები შეიცავს ორგანელებს ე.წ პლასტიდები. მცენარეებსა და წყალმცენარეებში ორი მემბრანიანი პლასტიდები განიხილება პირველად პლასტიდებად, ხოლო პლასტიდებს მრავალ მემბრანით, რომლებიც გვხვდება პლანქტონში, მეორად პლასტიდებს უწოდებენ, ნათქვამია ჟურნალ Nature Education-ში გამოქვეყნებულ ნაშრომში ნიუ-ჯერსის რუტგერსის უნივერსიტეტის მკვლევართა ჩონგ სინ ჩანგისა და დებაშიშ ბჰატაჩარიას მიერ. .

პლასტიდები ჩვეულებრივ შეიცავს პიგმენტებს ან შეუძლიათ შეინახონ საკვები ნივთიერებები. უფერო და უპიგმენტირებული ლეიკოპლასტები ინახავს ცხიმებს და სახამებელს, ხოლო ქრომოპლასტები შეიცავს კაროტინოიდებს, ხოლო ქლოროპლასტები შეიცავს ქლოროფილს.

ფოტოსინთეზი ხდება ქლოროპლასტებში; კერძოდ გრანასა და სტრომის მიდამოებში. გრანა არის დაწყობილი ბრტყელი ვეზიკულები ან გარსები, რომლებსაც თილაკოიდები ეწოდება. ყველა ფოტოსინთეზური სტრუქტურა განლაგებულია გრანაში. სწორედ აქ ხდება ელექტრონის გადაცემა. გრანის სვეტებს შორის ცარიელი სივრცეები წარმოადგენს სტრომას.

ქლოროპლასტები მიტოქონდრიების, უჯრედების ენერგეტიკული ცენტრების მსგავსია, რადგან მათ აქვთ საკუთარი გენომი, ანუ გენების კოლექცია, რომელიც შეიცავს წრიულ დნმ-ში. ეს გენები აკოდირებს ორგანელებისა და ფოტოსინთეზისთვის აუცილებელ პროტეინებს. მიტოქონდრიის მსგავსად, ქლოროპლასტები წარმოიქმნება პრიმიტიული ბაქტერიული უჯრედებიდან ენდოსიმბიოზის პროცესის მეშვეობით.

ანტენები

პიგმენტის მოლეკულები დაკავშირებულია პროტეინებით, რაც მათ საშუალებას აძლევს გადაადგილდნენ სინათლის მიმართულებით და ერთმანეთისკენ. არიზონას სახელმწიფო უნივერსიტეტის პროფესორის, ვიმ ვერმაასის პუბლიკაციის მიხედვით, 100-5000 პიგმენტური მოლეკულის ნაკრები წარმოადგენს " ანტენები" ეს სტრუქტურები მზისგან სინათლის ენერგიას ფოტონების სახით იღებენ.

საბოლოო ჯამში, სინათლის ენერგია უნდა გადავიდეს პიგმენტ-ცილოვან კომპლექსში, რომელსაც შეუძლია ელექტრონების სახით მისი ქიმიურ ენერგიად გადაქცევა. მაგალითად, მცენარეებში სინათლის ენერგია გადაეცემა ქლოროფილის პიგმენტებს. ქიმიურ ენერგიაზე გადასვლა ხდება მაშინ, როდესაც ქლოროფილის პიგმენტი ანაცვლებს ელექტრონს, რომელიც შემდეგ მიდის შესაბამის მიმღებამდე.

რეაქციის ცენტრები

პიგმენტები და ცილები, რომლებიც გარდაქმნიან სინათლის ენერგიას ქიმიურ ენერგიად და იწყებენ ელექტრონის გადაცემის პროცესს, ცნობილია როგორც რეაქციის ცენტრები.

ფოტოსინთეზის პროცესი

მცენარეთა ფოტოსინთეზის რეაქციები იყოფა ისეთებად, რომლებიც საჭიროებენ მზის შუქს და მათ, რომლებიც არ საჭიროებენ. ორივე ტიპის რეაქცია ხდება ქლოროპლასტებში: სინათლის დამოკიდებული რეაქციები თილაკოიდებში და სინათლისგან დამოუკიდებელი რეაქციები სტრომაში.

სინათლეზე დამოკიდებული რეაქციები (სინათლის რეაქციები)როდესაც სინათლის ფოტონი ხვდება რეაქციის ცენტრს და პიგმენტის მოლეკულა, როგორიცაა ქლოროფილი, გამოყოფს ელექტრონს. ამ შემთხვევაში, ელექტრონი არ უნდა დაბრუნდეს თავდაპირველ მდგომარეობაში და ამის თავიდან აცილება არც ისე ადვილია, რადგან ქლოროფილს ახლა აქვს „ელექტრონული ხვრელი“, რომელიც იზიდავს ახლომდებარე ელექტრონებს.

განთავისუფლებულ ელექტრონს შეუძლია „გაქცევა“ ელექტრონის ტრანსპორტირების ჯაჭვის გასწვრივ მოძრაობით, რომელიც წარმოქმნის ენერგიას, რომელიც საჭიროა ATP (ადენოზინტრიფოსფატი, უჯრედების ქიმიური ენერგიის წყარო) და NADP-ის წარმოებისთვის. ორიგინალური ქლოროფილის პიგმენტში "ელექტრონული ხვრელი" ივსება წყლის ელექტრონებით. შედეგად, ჟანგბადი გამოიყოფა ატმოსფეროში.

ბნელი რეაქციები(რომლებიც დამოუკიდებელია სინათლის არსებობისგან და ასევე ცნობილია როგორც კალვინის ციკლი). ბნელი რეაქციების დროს წარმოიქმნება ATP და NADP, რომლებიც ენერგიის წყაროა. კალვინის ციკლი შედგება ქიმიური რეაქციის სამი ეტაპისგან: ნახშირბადის ფიქსაცია, შემცირება და რეგენერაცია. ამ რეაქციებში გამოიყენება წყალი და კატალიზატორები. ნახშირორჟანგის ნახშირბადის ატომები "ფიქსირდება", როდესაც ისინი შედიან ორგანულ მოლეკულებში, რომლებიც საბოლოოდ ქმნიან სამ ნახშირბადოვან ნახშირწყლებს (მსუბუქ შაქარს). ეს შაქარი შემდეგ გამოიყენება გლუკოზის წარმოებისთვის ან რეციკლირებულია კალვინის ციკლის ხელახლა დასაწყებად.

ფოტოსინთეზი მომავალში. ფოტოსინთეზის აპლიკაციები

ფოტოსინთეზური ორგანიზმები არის სუფთა საწვავის წარმოების პოტენციური საშუალება, როგორიცაა წყალბადი ან თუნდაც მეთანი. ცოტა ხნის წინ, ფინეთის ტურკუს უნივერსიტეტის მკვლევარმა ჯგუფმა გამოიყენა მწვანე წყალმცენარეების უნარი წყალბადის გამომუშავებისთვის. მწვანე წყალმცენარეებს შეუძლიათ წყალბადის გამომუშავება წამებში, თუ ისინი ჯერ სინათლისა და ჟანგბადისგან თავისუფალი პირობების ქვეშ იქნებიან და შემდეგ შუქზე. ჯგუფმა შეიმუშავა წყალმცენარეების წყალბადის წარმოების სამ დღემდე გახანგრძლივების გზა, როგორც ეს ნათქვამია 2018 წლის პუბლიკაციაში ჟურნალში Energy & Environmental Science.

მეცნიერებმა ასევე მიაღწიეს პროგრესს ხელოვნური ფოტოსინთეზის სფეროში. მაგალითად, ბერკლის კალიფორნიის უნივერსიტეტის მკვლევართა ჯგუფმა შეიმუშავა ხელოვნური სისტემა ნახშირორჟანგის დასაჭერად ნახევარგამტარული ნანომავთულებისა და ბაქტერიების გამოყენებით. ბიოთავსებადი სინათლის შთამნთქმელი ნანომავთულის კომპლექტის გაერთიანება ბაქტერიების კონკრეტულ პოპულაციასთან, მზის ენერგიის გამოყენებით, ნახშირორჟანგს გარდაქმნის საწვავად ან პოლიმერად. გუნდმა თავისი პროექტი 2015 წელს ჟურნალ Nano Letters-ში გამოაქვეყნა.

2016 წელს ამავე ჯგუფის მეცნიერებმა გამოაქვეყნეს კვლევა ჟურნალ Science-ში, რომელშიც აღწერილი იყო სხვა ხელოვნური ფოტოსინთეზის სისტემა, რომელშიც სპეციალურად შემუშავებული ბაქტერიები გამოიყენებოდა თხევადი საწვავის წარმოებისთვის მზის სინათლის, წყლისა და ნახშირორჟანგის გამოყენებით. ზოგადად, მცენარეებს შეუძლიათ გამოიყენონ მზის ენერგიის მხოლოდ 1% და გამოიყენონ იგი ფოტოსინთეზის დროს ორგანული ნაერთების წარმოებისთვის. ამის საპირისპიროდ, ხელოვნური ფოტოსინთეზის სისტემამ შეძლო მზის ენერგიის 10%-ის გამოყენება ორგანული ნაერთების წარმოებისთვის.

ბუნებრივი პროცესების შესწავლა, როგორიცაა ფოტოსინთეზი, ეხმარება მეცნიერებს განავითარონ ახალი გზები განახლებადი ენერგიის სხვადასხვა წყაროების გამოსაყენებლად. მზის შუქს მცენარეები და ბაქტერიები ფართოდ იყენებენ ფოტოსინთეზში, ამიტომ ხელოვნური ფოტოსინთეზი ლოგიკური ნაბიჯია ეკოლოგიურად სუფთა საწვავის შესაქმნელად.

სტატიაში გამოყენებული იყო მასალები lifecience.com-დან

(ნახულია 1663-ის მიერ | ნანახია 1-ის მიერ დღეს)

საუკეთესო ჰაერის გამწმენდი შიდა მცენარეები

ფოტოსინთეზიარის ორგანული ნივთიერებების სინთეზის პროცესი არაორგანულიდან სინათლის ენერგიის გამოყენებით. უმეტეს შემთხვევაში, ფოტოსინთეზს მცენარეები ახორციელებენ უჯრედული ორგანელების გამოყენებით, როგორიცაა ქლოროპლასტებიმწვანე პიგმენტის შემცველი ქლოროფილი.

თუ მცენარეებს არ შეეძლოთ ორგანული ნივთიერებების სინთეზირება, მაშინ დედამიწაზე თითქმის ყველა სხვა ორგანიზმს არაფერი ექნებოდა საჭმელი, რადგან ცხოველებს, სოკოებს და ბევრ ბაქტერიას არ შეუძლიათ ორგანული ნივთიერებების სინთეზირება არაორგანულიდან. ისინი მხოლოდ მზას შთანთქავენ, ყოფენ უფრო მარტივებად, საიდანაც ისევ აწყობენ რთულს, მაგრამ უკვე დამახასიათებელს მათი სხეულისთვის.

ეს ის შემთხვევაა, თუ ძალიან მოკლედ ვისაუბრებთ ფოტოსინთეზზე და მის როლზე. ფოტოსინთეზის გასაგებად, მეტი უნდა ვთქვათ: რა კონკრეტული არაორგანული ნივთიერებები გამოიყენება, როგორ ხდება სინთეზი?

ფოტოსინთეზისთვის საჭიროა ორი არაორგანული ნივთიერება - ნახშირორჟანგი (CO 2) და წყალი (H 2 O). პირველი შეიწოვება ჰაერიდან მცენარეთა მიწისზედა ნაწილებით, ძირითადად, სტომატის მეშვეობით. წყალი მოდის ნიადაგიდან, საიდანაც მცენარის გამტარი სისტემით გადაეცემა ფოტოსინთეზურ უჯრედებს. ასევე, ფოტოსინთეზისთვის საჭიროა ფოტონების ენერგია (hν), მაგრამ ისინი არ შეიძლება მიეკუთვნებოდეს მატერიას.

მთლიანობაში, ფოტოსინთეზი წარმოქმნის ორგანულ ნივთიერებებს და ჟანგბადს (O2). როგორც წესი, ორგანული ნივთიერებები ყველაზე ხშირად ნიშნავს გლუკოზას (C 6 H 12 O 6).

ორგანული ნაერთები ძირითადად შედგება ნახშირბადის, წყალბადის და ჟანგბადის ატომებისგან. ისინი გვხვდება ნახშირორჟანგში და წყალში. თუმცა, ფოტოსინთეზის დროს ჟანგბადი გამოიყოფა. მისი ატომები აღებულია წყლისგან.

მოკლედ და ზოგადად, ფოტოსინთეზის რეაქციის განტოლება ჩვეულებრივ იწერება შემდეგნაირად:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

მაგრამ ეს განტოლება არ ასახავს ფოტოსინთეზის არსს და არ ხდის მას გასაგებს. შეხედეთ, თუმცა განტოლება დაბალანსებულია, მასში ატომების ჯამური რაოდენობა თავისუფალ ჟანგბადში არის 12. მაგრამ ჩვენ ვთქვით, რომ ისინი წყლიდან მოდის და მათგან მხოლოდ 6 არის.

სინამდვილეში, ფოტოსინთეზი ხდება ორ ფაზაში. პირველს ე.წ მსუბუქი, მეორე - ბნელი. ასეთი სახელები განპირობებულია იმით, რომ სინათლე საჭიროა მხოლოდ სინათლის ფაზისთვის, ბნელი ფაზა დამოუკიდებელია მისი არსებობისგან, მაგრამ ეს არ ნიშნავს რომ ის სიბნელეში ჩნდება. სინათლის ფაზა ხდება ქლოროპლასტის თილაკოიდების გარსებზე, ხოლო ბნელი ფაზა ხდება ქლოროპლასტის სტრომაში.

სინათლის ფაზაში CO 2-ის შებოჭვა არ ხდება. ყველაფერი რაც ხდება არის მზის ენერგიის დაჭერა ქლოროფილის კომპლექსებით, მისი შენახვა ATP-ში და ენერგიის გამოყენება NADP-ის NADP*H2-მდე შესამცირებლად. შუქით აღგზნებული ქლოროფილიდან ენერგიის ნაკადს უზრუნველყოფენ თილაკოიდურ მემბრანებში ჩაშენებული ფერმენტების ელექტრონული სატრანსპორტო ჯაჭვის გასწვრივ გადაცემული ელექტრონები.

NADP-ისთვის წყალბადი მოდის წყლიდან, რომელიც მზის შუქით იშლება ჟანგბადის ატომებად, წყალბადის პროტონებად და ელექტრონებად. ამ პროცესს ე.წ ფოტოლიზი. წყლიდან ჟანგბადი არ არის საჭირო ფოტოსინთეზისთვის. ჟანგბადის ატომები ორი წყლის მოლეკულიდან გაერთიანდება და ქმნის მოლეკულურ ჟანგბადს. ფოტოსინთეზის მსუბუქი ფაზის რეაქციის განტოლება მოკლედ ასე გამოიყურება:

H 2 O + (ADP+P) + NADP → ATP + NADP*H 2 + ½O 2

ამრიგად, ჟანგბადის გამოყოფა ხდება ფოტოსინთეზის სინათლის ფაზაში. ATP მოლეკულების რაოდენობა, რომლებიც სინთეზირებულია ADP-დან და ფოსფორის მჟავიდან ერთი წყლის მოლეკულის ფოტოლიზზე, შეიძლება განსხვავებული იყოს: ერთი ან ორი.

ასე რომ, ATP და NADP*H 2 მოდის სინათლის ფაზიდან ბნელ ფაზაში. აქ პირველის ენერგია და მეორის აღმდგენი ძალა იხარჯება ნახშირორჟანგის შეკავშირებაზე. ფოტოსინთეზის ეს ეტაპი არ შეიძლება აიხსნას მარტივად და მოკლედ, რადგან ის არ მიმდინარეობს ისე, რომ ექვსი CO 2 მოლეკულა გაერთიანდეს NADP*H 2 მოლეკულებისგან გამოთავისუფლებულ წყალბადთან და წარმოქმნას გლუკოზა:

6CO 2 + 6NADP*H 2 →C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(რეაქცია ხდება ენერგიის ATP ხარჯვით, რომელიც იშლება ADP-ად და ფოსფორის მჟავად).

მოცემული რეაქცია მხოლოდ გამარტივებაა, რათა გაადვილდეს მისი გაგება. ფაქტობრივად, ნახშირორჟანგის მოლეკულები ერთმანეთს უერთდებიან უკვე მომზადებულ ხუთნახშირბადიან ორგანულ ნივთიერებას. წარმოიქმნება არასტაბილური ექვსნახშირბადიანი ორგანული ნივთიერება, რომელიც იშლება სამ ნახშირბადის ნახშირწყლების მოლეკულებად. ამ მოლეკულებიდან ზოგიერთი გამოიყენება ორიგინალური ხუთნახშირბადის ნივთიერების ხელახალი სინთეზისთვის CO 2-ის დასაკავშირებლად. ეს ხელახალი სინთეზი უზრუნველყოფილია კალვინის ციკლი. ნახშირწყლების მოლეკულების უმცირესობა, რომელიც შეიცავს სამ ნახშირბადის ატომს, გამოდის ციკლიდან. ყველა სხვა ორგანული ნივთიერება (ნახშირწყლები, ცხიმები, ცილები) სინთეზირდება მათგან და სხვა ნივთიერებებისგან.

ეს არის, ფაქტობრივად, სამი ნახშირბადოვანი შაქარი და არა გლუკოზა, გამოდის ფოტოსინთეზის ბნელი ფაზადან.

ადამიანის სიცოცხლე, ისევე როგორც ყველა ცოცხალი არსება დედამიწაზე, შეუძლებელია სუნთქვის გარეშე. ჩვენ ვსუნთქავთ ჟანგბადს ჰაერიდან და ამოვისუნთქავთ ნახშირორჟანგს. მაგრამ რატომ არ ამოიწურება ჟანგბადი? გამოდის, რომ ატმოსფეროში ჰაერი მუდმივად მიეწოდება ჟანგბადს. და ეს გაჯერება ხდება ზუსტად ფოტოსინთეზის წყალობით.

ფოტოსინთეზი - მარტივი და გასაგები!

ყველამ უნდა გაიგოს რა არის ფოტოსინთეზი. ამისათვის თქვენ საერთოდ არ გჭირდებათ რთული ფორმულების დაწერა, საკმარისია გაიგოთ ამ პროცესის მნიშვნელობა და ჯადოქრობა.

ფოტოსინთეზის პროცესში მთავარ როლს ასრულებენ მცენარეები - ბალახი, ხეები, ბუჩქები. ეს არის მცენარეების ფოთლებში, რომ მილიონობით წლის განმავლობაში ხდება ნახშირორჟანგის საოცარი ტრანსფორმაცია ჟანგბადად, რაც ასე აუცილებელია სიცოცხლისთვის მათთვის, ვისაც სუნთქვა უყვარს. შევეცადოთ გავაანალიზოთ ფოტოსინთეზის მთელი პროცესი თანმიმდევრობით.

1. მცენარეები ნიადაგიდან წყალს იღებენ მასში გახსნილი მინერალებით - აზოტი, ფოსფორი, მანგანუმი, კალიუმი, სხვადასხვა მარილები - ჯამში 50-ზე მეტი სხვადასხვა ქიმიური ელემენტი. მცენარეებს ეს სჭირდებათ კვებისთვის. მაგრამ მცენარეები მიწიდან საჭირო ნივთიერებების მხოლოდ 1/5-ს იღებენ. დარჩენილი 4/5 ისინი ჰაერიდან ამოდიან!

2. მცენარეები ჰაერიდან შთანთქავენ ნახშირორჟანგს. იგივე ნახშირორჟანგი, რომელსაც ყოველ წამს ამოვისუნთქავთ. მცენარეები სუნთქავენ ნახშირორჟანგს, ისევე როგორც ჩვენ ვსუნთქავთ ჟანგბადს. მაგრამ ეს საკმარისი არ არის.

3. ბუნებრივ ლაბორატორიაში შეუცვლელი კომპონენტია მზის სინათლე. მზის სხივები მცენარეების ფოთლებში აღვიძებს არაჩვეულებრივ ქიმიურ რეაქციას. როგორ ხდება ეს?

4. მცენარეების ფოთლებში არის საოცარი ნივთიერება - ქლოროფილი. ქლოროფილს შეუძლია დაიჭიროს მზის სხივები და დაუღალავად გადაამუშაოს მიღებული წყალი, მიკროელემენტები და ნახშირორჟანგი ორგანულ ნივთიერებებად, რომლებიც აუცილებელია ჩვენი პლანეტის ყველა ცოცხალი არსებისთვის. ამ მომენტში მცენარეები გამოყოფენ ჟანგბადს ატმოსფეროში! ქლოროფილის ამ ნაწარმოებს მეცნიერები რთულ სიტყვას უწოდებენ - ფოტოსინთეზი.

პრეზენტაცია თემაზე ფოტოსინთეზი შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ საგანმანათლებლო პორტალზე

მაშ, რატომ არის ბალახი მწვანე?

ახლა, როცა ვიცით, რომ მცენარეთა უჯრედები შეიცავს ქლოროფილს, ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა ძალიან ადვილია. გასაკვირი არ არის, რომ ქლოროფილი ძველი ბერძნულიდან ითარგმნება როგორც "მწვანე ფოთოლი". ფოტოსინთეზისთვის ქლოროფილი იყენებს მზის ყველა სხივს, გარდა მწვანე. ჩვენ ვხედავთ ბალახს და მცენარის ფოთლებს მწვანეს სწორედ იმიტომ, რომ ქლოროფილი მწვანე გამოდის.

ფოტოსინთეზის მნიშვნელობა.

ფოტოსინთეზის მნიშვნელობის გადაჭარბება შეუძლებელია - ფოტოსინთეზის გარეშე, ჩვენი პლანეტის ატმოსფეროში ძალიან ბევრი ნახშირორჟანგი დაგროვდებოდა, ცოცხალი ორგანიზმების უმეტესობა უბრალოდ ვერ სუნთქავდა და მოკვდებოდა. ჩვენი დედამიწა უსიცოცხლო პლანეტად გადაიქცევა. ამის თავიდან ასაცილებლად, დედამიწის პლანეტაზე ყველა ადამიანმა უნდა ახსოვდეს, რომ ჩვენ ძალიან ვალში ვართ მცენარეების წინაშე.

სწორედ ამიტომ არის ძალიან მნიშვნელოვანი ქალაქებში რაც შეიძლება მეტი პარკისა და მწვანე სივრცის შექმნა. დაიცავით ტაიგა და ჯუნგლები განადგურებისგან. ან უბრალოდ დარგეთ ხე თქვენი სახლის გვერდით. ან არ დაამტვრიოთ ტოტები. მხოლოდ დედამიწის პლანეტაზე ყველა ადამიანის მონაწილეობა ხელს შეუწყობს სიცოცხლის შენარჩუნებას ჩვენს მშობლიურ პლანეტაზე.

მაგრამ ფოტოსინთეზის მნიშვნელობა სცილდება ნახშირორჟანგის ჟანგბადად გადაქცევას. სწორედ ფოტოსინთეზის შედეგად წარმოიქმნა ატმოსფეროში ოზონის შრე, რომელიც იცავდა პლანეტას ულტრაიისფერი გამოსხივების მავნე სხივებისგან. მცენარეები დედამიწაზე ცოცხალი არსებების უმეტესობის საკვებია. საკვები აუცილებელია და ჯანსაღი. მცენარეების კვებითი ღირებულება ასევე ფოტოსინთეზის შედეგია.

ბოლო დროს ქლოროფილი აქტიურად გამოიყენება მედიცინაში. ხალხმა დიდი ხანია იცის, რომ ავადმყოფი ცხოველები ინსტინქტურად ჭამენ მწვანე ფოთლებს სამკურნალოდ. მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ ქლოროფილი ადამიანის სისხლის უჯრედებში არსებული ნივთიერების მსგავსია და შეუძლია ნამდვილი სასწაულების მოხდენა.

მცენარეები იღებენ ყველაფერს, რაც მათ ზრდისა და განვითარებისთვის სჭირდებათ გარემოდან. ამით განსხვავდებიან ისინი სხვა ცოცხალი ორგანიზმებისგან. იმისათვის, რომ კარგად განვითარდნენ, საჭიროა ნაყოფიერი ნიადაგი, ბუნებრივი ან ხელოვნური მორწყვა და კარგი განათება. სიბნელეში არაფერი გაიზრდება.

ნიადაგი არის წყლისა და მკვებავი ორგანული ნაერთებისა და მიკროელემენტების წყარო. მაგრამ ხეებს, ყვავილებს და ბალახს ასევე სჭირდება მზის ენერგია. მზის სხივების გავლენით ხდება გარკვეული რეაქციები, რის შედეგადაც ჰაერიდან შთანთქმული ნახშირორჟანგი გარდაიქმნება ჟანგბადად. ამ პროცესს ფოტოსინთეზი ეწოდება. ქიმიური რეაქცია, რომელიც ხდება მზის გავლენის ქვეშ, ასევე იწვევს გლუკოზის და წყლის წარმოქმნას. ეს ნივთიერებები სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია მცენარის განვითარებისთვის.

ქიმიკოსთა ენაზე რეაქცია ასე გამოიყურება: 6CO2 + 12H2O + სინათლე = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. განტოლების გამარტივებული ფორმა: ნახშირორჟანგი + წყალი + სინათლე = გლუკოზა + ჟანგბადი + წყალი.

სიტყვასიტყვით, "ფოტოსინთეზი" ითარგმნება როგორც "შუქთან ერთად". ეს სიტყვა შედგება ორი მარტივი სიტყვისაგან "ფოტო" და "სინთეზი". მზე ენერგიის ძალიან ძლიერი წყაროა. ხალხი მას იყენებს ელექტროენერგიის წარმოებისთვის, სახლების იზოლირებისთვის და წყლის გასათბობად. მცენარეებს ასევე სჭირდებათ მზის ენერგია სიცოცხლის შესანარჩუნებლად. გლუკოზა, რომელიც წარმოიქმნება ფოტოსინთეზის დროს, არის მარტივი შაქარი, რომელიც ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი საკვები ნივთიერებაა. მცენარეები მას იყენებენ ზრდისა და განვითარებისთვის, ჭარბი კი დეპონირდება ფოთლებში, თესლში და ნაყოფში. მთელი გლუკოზა არ რჩება უცვლელი მცენარეებისა და ხილის მწვანე ნაწილებში. მარტივი შაქარი უფრო რთულებად გარდაიქმნება, მათ შორის სახამებელი. მცენარეები იყენებენ ასეთ რეზერვებს საკვები ნივთიერებების დეფიციტის პერიოდში. ისინი განსაზღვრავენ მწვანილის, ხილის, ყვავილების, ფოთლების კვებით ღირებულებას ცხოველებისთვის და ადამიანებისთვის, რომლებიც მიირთმევენ მცენარეულ საკვებს.

როგორ შთანთქავენ მცენარეები სინათლეს?

ფოტოსინთეზის პროცესი საკმაოდ რთულია, მაგრამ შეიძლება მოკლედ აღწეროთ ისე, რომ გასაგები გახდეს სკოლის ასაკის ბავშვებისთვისაც კი. ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული კითხვა ეხება სინათლის შთანთქმის მექანიზმს. როგორ ხვდება სინათლის ენერგია მცენარეებში? ფოტოსინთეზის პროცესი ხდება ფოთლებში. ყველა მცენარის ფოთლები შეიცავს მწვანე უჯრედებს - ქლოროპლასტს. ისინი შეიცავს ნივთიერებას, რომელსაც ქლოროფილი ეწოდება. ქლოროფილი არის პიგმენტი, რომელიც აძლევს ფოთლებს მწვანე ფერს და პასუხისმგებელია სინათლის ენერგიის შთანთქმაზე. ბევრს არ უფიქრია იმაზე, თუ რატომ არის მცენარის უმეტესობის ფოთლები ფართო და ბრტყელი. გამოდის, რომ ბუნებამ ეს უზრუნველყო მიზეზით. ფართო ზედაპირი საშუალებას გაძლევთ შეიწოვოთ მეტი მზის შუქი. ამავე მიზეზით, მზის პანელები მზადდება ფართო და ბრტყელი.

ფოთლების ზედა ნაწილი დაცულია ცვილისებრი ფენით (კუტიკულა) წყლის დაკარგვისა და ამინდისა და მავნებლების მავნე ზემოქმედებისგან. მას პალიზადს უწოდებენ. თუ კარგად დააკვირდებით ფოთოლს, ხედავთ, რომ მისი ზედა მხარე უფრო ნათელი და გლუვია. მდიდარი ფერი მიიღება იმის გამო, რომ ამ ნაწილში მეტი ქლოროპლასტებია. გადაჭარბებულმა შუქმა შეიძლება შეამციროს მცენარის უნარი გამოიმუშაოს ჟანგბადი და გლუკოზა. კაშკაშა მზეზე ზემოქმედებისას ქლოროფილი ზიანდება და ეს ანელებს ფოტოსინთეზს. შენელება ასევე ხდება შემოდგომის დადგომასთან ერთად, როდესაც ნაკლები სინათლეა და ფოთლები იწყებენ ყვითელ ფერს მათში ქლოროპლასტების განადგურების გამო.

წყლის როლი ფოტოსინთეზში და მცენარეთა სიცოცხლის შენარჩუნებაში არ შეიძლება შეფასდეს. წყალი საჭიროა:

• მცენარეების უზრუნველყოფა მასში გახსნილი მინერალებით;
• ტონის შენარჩუნება;
• გაგრილება;
• ქიმიური და ფიზიკური რეაქციების წარმოქმნის შესაძლებლობა.

ხეები, ბუჩქები და ყვავილები თავიანთი ფესვებით შთანთქავენ წყალს ნიადაგიდან, შემდეგ კი ტენიანობა ამოდის ღეროს გასწვრივ და გადადის ფოთლებში ვენების გასწვრივ, რომლებიც შეუიარაღებელი თვალითაც კი ჩანს.

ნახშირორჟანგი ხვდება ფოთლის ფსკერზე არსებული პატარა ხვრელების – სტომატის მეშვეობით. ფოთლის ქვედა ნაწილში უჯრედები ისეა მოწყობილი, რომ ნახშირორჟანგი უფრო ღრმად შეაღწიოს. ეს ასევე საშუალებას აძლევს ფოტოსინთეზის შედეგად წარმოქმნილ ჟანგბადს ადვილად დატოვოს ფოთოლი. ყველა ცოცხალი ორგანიზმის მსგავსად, მცენარეებსაც აქვთ სუნთქვის უნარი. უფრო მეტიც, ცხოველებისა და ადამიანებისგან განსხვავებით, ისინი შთანთქავენ ნახშირორჟანგს და გამოყოფენ ჟანგბადს და არა პირიქით. სადაც ბევრი მცენარეა, ჰაერი ძალიან სუფთა და სუფთაა. სწორედ ამიტომ არის ძალიან მნიშვნელოვანი ხეებისა და ბუჩქების მოვლა და დიდ ქალაქებში საჯარო ბაღებისა და პარკების შექმნა.

ფოტოსინთეზის მსუბუქი და ბნელი ფაზები

ფოტოსინთეზის პროცესი რთულია და შედგება ორი ფაზისაგან - სინათლისა და ბნელისაგან. სინათლის ფაზა შესაძლებელია მხოლოდ მზის თანდასწრებით. სინათლის ზემოქმედებისას ქლოროფილის მოლეკულები იონიზდება, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ენერგია, რომელიც ემსახურება ქიმიური რეაქციების კატალიზატორს. ამ ფაზაში მომხდარი მოვლენების თანმიმდევრობა ასეთია:

• სინათლე ურტყამს ქლოროფილის მოლეკულას, რომელიც შეიწოვება მწვანე პიგმენტით და აყენებს მას აღგზნებულ მდგომარეობაში;
• წყლის გაყოფა;
• სინთეზირებულია ATP, რომელიც არის ენერგიის აკუმულატორი.

ფოტოსინთეზის ბნელი ფაზა ხდება სინათლის ენერგიის მონაწილეობის გარეშე. ამ ეტაპზე წარმოიქმნება გლუკოზა და ჟანგბადი. მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ გლუკოზის და ჟანგბადის ფორმირება ხდება საათის გარშემო და არა მხოლოდ ღამით. ბნელ ფაზას იმიტომ უწოდებენ, რომ სინათლის არსებობა აღარ არის საჭირო მის წარმოსაჩენად. კატალიზატორი არის ATP, რომელიც ადრე იყო სინთეზირებული.

ფოტოსინთეზის მნიშვნელობა ბუნებაში

ფოტოსინთეზი ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ბუნებრივი პროცესია. აუცილებელია არა მხოლოდ მცენარეთა სიცოცხლის შენარჩუნება, არამედ პლანეტაზე არსებული მთელი სიცოცხლისთვის. ფოტოსინთეზი საჭიროა:

• ცხოველებისა და ადამიანების საკვებით უზრუნველყოფა;
• ნახშირორჟანგის მოცილება და ჰაერის ჟანგბადით გაჯერება;
• ნუტრიენტების ციკლის შენარჩუნება.

ყველა მცენარე დამოკიდებულია ფოტოსინთეზის სიჩქარეზე. მზის ენერგია შეიძლება ჩაითვალოს ფაქტორად, რომელიც ხელს უწყობს ან აფერხებს ზრდას. მაგალითად, სამხრეთ რეგიონებში და რაიონებში ბევრი მზეა და მცენარეები შეიძლება საკმაოდ მაღალი გაიზარდოს. თუ გავითვალისწინებთ, თუ როგორ ხდება პროცესი წყლის ეკოსისტემებში, ზღვების და ოკეანეების ზედაპირზე მზის შუქის ნაკლებობა არ არის და ამ ფენებში შეინიშნება წყალმცენარეების უხვი ზრდა. წყლის ღრმა ფენებში არის მზის ენერგიის დეფიციტი, რაც გავლენას ახდენს წყლის ფლორის ზრდის ტემპზე.

ფოტოსინთეზის პროცესი ხელს უწყობს ატმოსფეროში ოზონის შრის წარმოქმნას. ეს ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ის ხელს უწყობს პლანეტის მთელი სიცოცხლის დაცვას ულტრაიისფერი სხივების მავნე ზემოქმედებისგან.

ფოტოსინთეზიარის ორგანული ნაერთების სინთეზი მწვანე მცენარეების ფოთლებში წყლისა და ატმოსფერული ნახშირორჟანგისაგან ქლოროპლასტების ქლოროფილის მიერ ადსორბირებული მზის (სინათლის) ენერგიის გამოყენებით.

ფოტოსინთეზის წყალობით ხილული სინათლის ენერგია ითვისება და გარდაიქმნება ქიმიურ ენერგიად, რომელიც ინახება (ინახება) ფოტოსინთეზის დროს წარმოქმნილ ორგანულ ნივთიერებებში.

ფოტოსინთეზის პროცესის აღმოჩენის თარიღად შეიძლება ჩაითვალოს 1771 წ.. ინგლისელმა მეცნიერმა ჯ.პრისტლიმ ყურადღება გაამახვილა ცხოველების სასიცოცხლო აქტივობის გამო ჰაერის შემადგენლობის ცვლილებებზე. მწვანე მცენარეების თანდასწრებით, ჰაერი კვლავ შესაფერისი გახდა როგორც სუნთქვისთვის, ასევე წვისთვის. შემდგომში არაერთი მეცნიერის (ი. ინგენჰაუსი, ჯ. სენებიერი, ტ. სოსური, ჯ.ბ. ბუსინგო) მუშაობამ დაადგინა, რომ მწვანე მცენარეები შთანთქავენ CO 2-ს ჰაერიდან, საიდანაც წარმოიქმნება ორგანული ნივთიერებები სინათლეში წყლის მონაწილეობით. . სწორედ ამ პროცესს უწოდა 1877 წელს გერმანელმა მეცნიერმა ვ.პფეფერმა ფოტოსინთეზი. ფოტოსინთეზის არსის გამოსავლენად დიდი მნიშვნელობა ჰქონდა რ. მაიერის მიერ ჩამოყალიბებულ ენერგიის შენარჩუნების კანონს. 1845 წელს რ. მაიერმა თქვა, რომ მცენარეების მიერ გამოყენებული ენერგია არის მზის ენერგია, რომელსაც მცენარეები ფოტოსინთეზის პროცესში გარდაქმნიან ქიმიურ ენერგიად. ეს პოზიცია განვითარდა და ექსპერიმენტულად დადასტურდა გამოჩენილი რუსი მეცნიერის კ.ა. ტიმირიაზევი.

ფოტოსინთეზური ორგანიზმების მთავარი როლი:

1) მზის ენერგიის გარდაქმნა ორგანული ნაერთების ქიმიური ბმების ენერგიად;

2) ატმოსფეროს გაჯერება ჟანგბადით;

ფოტოსინთეზის შედეგად დედამიწაზე წარმოიქმნება 150 მილიარდი ტონა ორგანული ნივთიერება და წელიწადში დაახლოებით 200 მილიარდი ტონა თავისუფალი ჟანგბადი გამოიყოფა. ის ხელს უშლის ატმოსფეროში CO2-ის კონცენტრაციის ზრდას, ხელს უშლის დედამიწის გადახურებას (სათბურის ეფექტი).

ფოტოსინთეზის შედეგად შექმნილი ატმოსფერო იცავს ცოცხალ არსებებს მავნე მოკლე ტალღის ულტრაიისფერი გამოსხივებისგან (ატმოსფეროს ჟანგბად-ოზონის ფარი).

მზის ენერგიის მხოლოდ 1-2% გადადის სასოფლო-სამეურნეო მცენარეების მოსავალში, დანაკარგები გამოწვეულია სინათლის არასრული შთანთქმით. აქედან გამომდინარე, არსებობს პროდუქტიულობის გაზრდის უზარმაზარი პერსპექტივა ფოტოსინთეზის მაღალი ეფექტურობის მქონე ჯიშების შერჩევით და სინათლის შთანთქმისთვის ხელსაყრელი მოსავლის სტრუქტურის შექმნით. ამ მხრივ განსაკუთრებით აქტუალური ხდება ფოტოსინთეზის კონტროლის თეორიული საფუძვლების შემუშავება.

ფოტოსინთეზის მნიშვნელობა უზარმაზარია. მხოლოდ აღვნიშნოთ, რომ იგი ამარაგებს საწვავს (ენერგიას) და ატმოსფერულ ჟანგბადს, რომელიც აუცილებელია ყველა ცოცხალი არსების არსებობისთვის. ამიტომ, ფოტოსინთეზის როლი პლანეტარულია.

ფოტოსინთეზის პლანეტატურობა ასევე განისაზღვრება იმით, რომ ჟანგბადისა და ნახშირბადის ციკლის წყალობით (ძირითადად) შენარჩუნებულია ატმოსფეროს ამჟამინდელი შემადგენლობა, რაც თავის მხრივ განაპირობებს დედამიწაზე სიცოცხლის შემდგომ შენარჩუნებას. ასევე შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ენერგია, რომელიც ინახება ფოტოსინთეზის პროდუქტებში, არსებითად არის ენერგიის მთავარი წყარო, რომელიც ახლა კაცობრიობას აქვს.

ფოტოსინთეზის სრული რეაქცია

CO 2 +H 2 O = (CH 2 ო) + ო 2 .

ფოტოსინთეზის ქიმია აღწერილია შემდეგი განტოლებით:

ფოტოსინთეზი - რეაქციების 2 ჯგუფი:

მსუბუქი ეტაპი (დამოკიდებულია განათება)

ბნელი ეტაპი (ტემპერატურაზეა დამოკიდებული).

რეაქციების ორივე ჯგუფი ერთდროულად ხდება

ფოტოსინთეზი ხდება მწვანე მცენარეების ქლოროპლასტებში.

ფოტოსინთეზი იწყება სინათლის დაჭერით და შთანთქმით პიგმენტ ქლოროფილის მიერ, რომელიც გვხვდება მწვანე მცენარეული უჯრედების ქლოროპლასტებში.

ეს საკმარისია მოლეკულის შთანთქმის სპექტრის გადასატანად.

ქლოროფილის მოლეკულა შთანთქავს ფოტონებს იისფერ და ლურჯ, შემდეგ კი სპექტრის წითელ ნაწილში და არ ურთიერთქმედებს სპექტრის მწვანე და ყვითელ ნაწილში ფოტონებთან.

ამიტომაც ქლოროფილი და მცენარეები მწვანედ გამოიყურებიან – ისინი უბრალოდ ვერ ისარგებლებენ მწვანე სხივებით და ტოვებენ მთელ მსოფლიოში ხეტიალს (ამით ამწვანებს მას).

ფოტოსინთეზური პიგმენტები განლაგებულია თილაკოიდური მემბრანის შიდა მხარეს.

პიგმენტები ორგანიზებულია ფოტოსისტემები(ანტენის ველები სინათლის დაჭერისთვის) - შეიცავს სხვადასხვა პიგმენტის 250–400 მოლეკულას.

ფოტოსისტემა შედგება:

რეაქციის ცენტრიფოტოსისტემები (ქლოროფილის მოლეკულა ა),

ანტენის მოლეკულები

ფოტოსისტემის ყველა პიგმენტს შეუძლია აღგზნებული მდგომარეობის ენერგია ერთმანეთს გადასცეს. ამა თუ იმ პიგმენტის მოლეკულის მიერ შთანთქმული ფოტონის ენერგია გადადის მეზობელ მოლეკულაზე, სანამ ის არ მიაღწევს რეაქციის ცენტრს. როდესაც რეაქციის ცენტრის რეზონანსული სისტემა გადადის აღგზნებულ მდგომარეობაში, ის გადასცემს ორ აღგზნებულ ელექტრონს მიმღებ მოლეკულას და ამით იჟანგება და იძენს დადებით მუხტს.

მცენარეებში:

ფოტოსისტემა 1(შუქის მაქსიმალური შთანთქმა ტალღის სიგრძეზე 700 ნმ - P700)

ფოტოსისტემა 2(შუქის მაქსიმალური შთანთქმა ტალღის სიგრძეზე 680 ნმ - P680

შთანთქმის ოპტიმურში განსხვავებები გამოწვეულია პიგმენტური სტრუქტურის მცირე განსხვავებებით.

ორი სისტემა მუშაობს ტანდემში, როგორც ორნაწილიან კონვეიერს ე.წ არაციკლური ფოტოფოსფორილირება .

შემაჯამებელი განტოლება არაციკლური ფოტოფოსფორილირება:

Ф - ფოსფორის მჟავის ნარჩენების სიმბოლო

ციკლი იწყება ფოტოსისტემა 2-ით.

1) ანტენის მოლეკულები იჭერენ ფოტონს და გადასცემენ აგზნებას აქტიურ ცენტრალურ მოლეკულას P680;

2) აღგზნებული P680 მოლეკულა ორ ელექტრონს აძლევს კოფაქტორ Q-ს, ხოლო ის იჟანგება და იძენს დადებით მუხტს;

კოფაქტორი(კოფაქტორი). კოენზიმი ან ნებისმიერი სხვა ნივთიერება, რომელიც აუცილებელია ფერმენტის ფუნქციის შესასრულებლად

კოენზიმები (კოენზიმები)[ლათ. co (cum) - ერთად და ფერმენტები], არაცილოვანი ბუნების ორგანული ნაერთები, რომლებიც მონაწილეობენ ფერმენტულ რეაქციაში, როგორც ცალკეული ატომების ან ატომური ჯგუფების მიმღები სუბსტრატის მოლეკულიდან ფერმენტის მიერ გამოყოფილი, ე.ი. ფერმენტების კატალიზური მოქმედების განსახორციელებლად. ამ ნივთიერებებს, განსხვავებით ფერმენტის ცილოვანი კომპონენტისგან (აპოენზიმი), აქვთ შედარებით მცირე მოლეკულური წონა და, როგორც წესი, თერმდგრადია. ზოგჯერ კოენზიმები ნიშნავს ნებისმიერ დაბალმოლეკულურ ნივთიერებას, რომლის მონაწილეობა აუცილებელია ფერმენტის კატალიზური მოქმედების განსახორციელებლად, მაგალითად, იონების ჩათვლით. K +, Mg 2+ და Mn 2+. ფერმენტები განლაგებულია. ფერმენტის აქტიურ ცენტრში და აქტიური ცენტრის სუბსტრატთან და ფუნქციურ ჯგუფებთან ერთად ქმნიან გააქტიურებულ კომპლექსს.

ფერმენტების უმეტესობა მოითხოვს კოენზიმის არსებობას კატალიზური აქტივობის გამოსავლენად. გამონაკლისს წარმოადგენს ჰიდროლიზური ფერმენტები (მაგალითად, პროტეაზები, ლიპაზები, რიბონუკლეაზა), რომლებიც ასრულებენ თავიანთ ფუნქციას კოენზიმის არარსებობის შემთხვევაში.

მოლეკულა მცირდება P680-ით (ფერმენტების მოქმედებით). ამ შემთხვევაში წყალი იშლება პროტონებად და მოლეკულური ჟანგბადი,იმათ. წყალი არის ელექტრონის დონორი, რომელიც უზრუნველყოფს ელექტრონების შევსებას P 680-ში.

ფოტოლიზი წყალი- წყლის მოლეკულის გაყოფა, განსაკუთრებით ფოტოსინთეზის დროს. წყლის ფოტოლიზის შედეგად წარმოიქმნება ჟანგბადი, რომელიც გამოიყოფა მწვანე მცენარეების მიერ შუქზე.