Fotosentez, bitkiler, algler ve bazı bakteriler tarafından güneş ışığından gelen enerjiyi kullanmak ve kimyasal enerjiye dönüştürmek için kullanılan bir işlemdir. Bu makale, fotosentezin genel ilkelerini ve temiz yakıtlar ve yenilenebilir enerji kaynakları geliştirmek için fotosentez uygulamasını açıklamaktadır.
İki tür fotosentetik süreç vardır: oksijenli fotosentez ve oksijensiz fotosentez... Oksijenik ve oksijenli fotosentezin genel prensipleri çok benzerdir, ancak en yaygın olanı bitkilerde, alglerde ve siyanobakterilerde gözlenen oksijenli fotosentezdir.
Oksijenli fotosentez sırasında ışık enerjisi, elektronların sudan (H 2 O) karbondioksite (CO 2 ) transferini kolaylaştırır. Reaksiyon oksijen ve hidrokarbonlar üretir.
oksijenli fotosentez tüm nefes alan organizmalar tarafından üretilen karbondioksitin emilmesi ve oksijenin atmosfere bırakılmasının olduğu nefes almanın tersi bir süreç olarak adlandırılabilir.
Öte yandan, oksijensiz fotosentezde elektron donörü olarak su kullanılmaz. Bu süreç, çoğunlukla çeşitli su ortamlarında bulunan mor bakteriler ve yeşil kükürt bakterileri gibi bakterilerde yaygın olarak görülür.
Oksijenik fotosentez ile oksijen üretilmez, dolayısıyla adı. Reaksiyonun sonucu elektron donörüne bağlıdır. Örneğin birçok bakteri donör olarak hidrojen sülfür kullanır ve bu fotosentez sonucunda katı kükürt oluşur.
Her iki fotosentez türü de karmaşık ve çok adımlı süreçler olmasına rağmen, aşağıdaki kimyasal denklemler şeklinde kabaca temsil edilebilirler.
oksijenli fotosentez aşağıdaki gibi yazılır:
6CO 2 + 12H 2 O + Işık enerjisi → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O
Burada altı molekül karbondioksit (CO2), ışık enerjisi kullanarak 12 molekül su (H2O) ile birleşir. Reaksiyon sonucunda bir karbonhidrat molekülü (C6H12O6 veya glikoz) ile altı oksijen molekülü ve altı su molekülü oluşur.
Benzer şekilde farklı reaksiyonlar oksijensiz fotosentez genelleştirilmiş bir formül şeklinde sunulabilir:
CO 2 + 2H 2 A + Işık enerjisi → + 2A + H 2 O
Denklemdeki A harfi bir değişkendir ve H 2 A potansiyel bir elektron donörünü temsil eder. Örneğin A, hidrojen sülfür (H2S) içindeki kükürt olabilir.
fotosentetik aparat
Fotosentez için gerekli hücresel bileşenler aşağıdadır.
pigmentler
pigmentler Bitkilere, alglere ve bakterilere renk veren moleküllerdir, ancak güneş ışığını verimli bir şekilde yakalamaktan da sorumludurlar. Farklı renkteki pigmentler ışığın farklı dalga boylarını emer. Aşağıda üç ana grup sunulmuştur.
- klorofiller Yeşil pigmentler mavi ve kırmızı ışığı yakalayabilir. Klorofillerin klorofil a, klorofil b ve klorofil c olarak adlandırılan üç alt tipi vardır. Klorofil a tüm fotosentetik bitkilerde bulunur. Kızılötesi ışığı emen bakteriyoklorofil adlı bir bakteri çeşidi de vardır. Bu pigment esas olarak oksijensiz fotosentez yapan mor ve yeşil kükürt bakterilerinde bulunur.
- karotenoidler Mavi-yeşil ışığı emen kırmızı, turuncu veya sarı pigmentlerdir. Karotenoid örnekleri, havuçlara rengini veren ksantofil (sarı) ve karotendir (turuncu).
- fikobilinler Klorofiller ve karotenoidler tarafından çok iyi emilmeyen uzun dalga boylarındaki ışığı emen kırmızı veya mavi pigmentlerdir. Siyanobakterilerde ve kırmızı alglerde görülebilirler.
plastid
Fotosentetik ökaryotik organizmalar sitoplazmada organeller içerir. plastidler... New Jersey'deki Rutgers Üniversitesi'nden araştırmacılar Chong Xin Chan ve Debashish Bhattacharya'nın Nature Education makalesine göre, bitkilerde ve alglerde iki zarlı plastidler birincil plastidler olarak kabul edilir ve planktonda bulunan çoklu zarlı plastidler ikincil plastidler olarak adlandırılır.
Plastidler genellikle pigmentler içerir veya besinleri depolayabilir. Renksiz ve pigmentsiz lökoplastlar yağları ve nişastayı depolarken, kromoplastlar karotenoidler ve kloroplastlar klorofil içerir.
Fotosentez kloroplastlarda gerçekleşir; özellikle grana ve stroma alanlarında. Grana, tilakoid adı verilen yığılmış düz veziküller veya zarlardır. Tüm fotosentetik yapılar granüllerde bulunur. Elektron transferinin gerçekleştiği yer burasıdır. Grana sütunları arasındaki boşluklar stromayı oluşturur.
Kloroplastlar, kendi genomlarına veya döngüsel DNA'da bulunan bir gen koleksiyonuna sahip oldukları için hücrelerin enerji merkezleri olan mitokondri gibidir. Bu genler, organel ve fotosentez için gerekli olan proteinleri kodlar. Mitokondri gibi, kloroplastların da ilkel bakteri hücrelerinden endosimbiyoz yoluyla evrimleştiği düşünülmektedir.
Antenler
Pigment molekülleri, ışık yönünde ve birbirlerine doğru hareket etmelerini sağlayan proteinlere bağlanır. Arizona Eyalet Üniversitesi'nde profesör olan Wim Vermaas'ın bir yayınına göre, 100-5000 pigment molekülünden oluşan bir dizi “ antenler". Bu yapılar güneşten gelen ışık enerjisini fotonlar şeklinde yakalar.
Sonuç olarak, ışık enerjisi, onu elektron şeklinde kimyasal enerjiye dönüştürebilen pigment-protein kompleksine aktarılmalıdır. Örneğin bitkilerde ışık enerjisi klorofil pigmentlerine aktarılır. Kimyasal enerjiye geçiş, klorofil pigmentinin daha sonra uygun alıcıya aktarılabilen bir elektronun yerini almasıyla gerçekleşir.
reaksiyon merkezleri
Işık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren ve elektron transfer sürecini başlatan pigmentler ve proteinler olarak bilinirler. reaksiyon merkezleri.
fotosentez süreci
Bitkilerin fotosentez reaksiyonları, güneş ışığının varlığını gerektirenler ve gerektirmeyenler olarak ikiye ayrılır. Kloroplastlarda her iki reaksiyon türü de gerçekleşir: tilakoidlerde ışığa bağımlı reaksiyonlar ve stromada ışıktan bağımsız reaksiyonlar.
Işığa bağımlı reaksiyonlar (ışık reaksiyonları) bir ışık fotonu reaksiyon merkezine çarptığında ve klorofil gibi bir pigment molekülü bir elektron saldığında. Bu durumda, elektron orijinal konumuna geri dönmemelidir ve bundan kaçınmak kolay değildir, çünkü klorofil artık yakındaki elektronları çeken bir "elektron deliğine" sahiptir.
Serbest kalan elektron, ATP (hücreler için bir kimyasal enerji kaynağı olan adenosin trifosfat) ve NADP elde etmek için gerekli enerjiyi üreten elektronik taşıma zinciri boyunca hareket ederek "kaçmayı" başarır. Orijinal klorofil pigmentindeki "elektron deliği" sudan gelen elektronlarla doldurulur. Sonuç olarak, atmosfere oksijen salınır.
Karanlık reaksiyonlar(Işığın varlığından bağımsızdır ve Calvin döngüsü olarak da bilinir). Karanlık reaksiyonlar sırasında enerji kaynakları olan ATP ve NADP üretilir. Calvin döngüsü, bir kimyasal reaksiyonun üç aşamasından oluşur: karbon fiksasyonu, indirgeme ve rejenerasyon. Bu reaksiyonlarda su ve katalizörler kullanılır. Karbondioksitten gelen karbon atomları, nihai olarak trikarbon karbonhidratları (hafif şekerler) oluşturan organik moleküllere dahil edildiklerinde "sabitlenir". Bu şekerler daha sonra glikoz yapmak için kullanılır veya Calvin döngüsünü yeniden başlatmak için geri dönüştürülür.
Gelecekte fotosentez. fotosentez kullanımı
Fotosentetik organizmalar, hidrojen ve hatta metan gibi çevre dostu yakıtlar üretmenin potansiyel bir yoludur. Son zamanlarda, Finlandiya'daki Turku Üniversitesi'ndeki bir araştırma grubu, yeşil alglerin hidrojen üretme kabiliyetini uyguladı. Yeşil algler, önce ışık ve oksijenin yokluğuna, sonra da ışığa maruz bırakılırsa saniyeler içinde hidrojen üretebilir. Ekip, Energy & Environmental Science dergisinde 2018 yılında yayınlanan bir yayında bildirildiği gibi, alglerin hidrojen üretimini üç güne kadar uzatmanın bir yolunu geliştirdi.
Bilim adamları ayrıca yapay fotosentezde ilerleme kaydettiler. Örneğin, Berkeley'deki California Üniversitesi'nden bir grup araştırmacı, yarı iletken nanoteller ve bakteriler kullanarak karbondioksiti yakalamak için yapay bir sistem geliştirdi. Biyouyumlu ışık emici nanotellerin belirli bir bakteri popülasyonu ile güneş ışığının enerjisini kullanarak kombinasyonu, karbondioksiti yakıta veya polimerlere dönüştürür. Bir bilim insanı ekibi, projelerini 2015 yılında Nano Letters dergisinde yayınladı.
2016 yılında, aynı gruptan bilim adamları Science dergisinde, güneş ışığı, su ve karbondioksit kullanarak sıvı yakıtlar üretmek için özel olarak oluşturulmuş bakterilerin kullanıldığı başka bir yapay fotosentez sistemini tanımlayan bir çalışma yayınladılar. Genel olarak bitkiler güneş enerjisinin sadece %1'ini kullanabilir ve bunu fotosentez sırasında organik bileşikler üretmek için kullanabilirler. Buna karşılık, yapay fotosentez sistemi, organik bileşikler üretmek için güneş enerjisinin %10'unu kullanabildi.
Fotosentez gibi doğal süreçleri araştırmak, bilim adamlarının farklı yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmanın yeni yollarını geliştirmelerine yardımcı oluyor. Güneş ışığı, bitkiler ve bakteriler tarafından fotosentezde yaygın olarak kullanılır, bu nedenle yapay fotosentez, çevre dostu bir yakıt oluşturmak için mantıklı bir adımdır.
Makale, livescience.com'dan materyaller kullandı
(Görüntülenen1 663 | Bugün görüntülenen 1)
Havayı temizleyen en iyi iç mekan bitkileri
Fotosentezışık enerjisi nedeniyle inorganik maddelerden organik maddelerin sentezlenmesi işlemidir. Vakaların ezici çoğunluğunda, fotosentez, aşağıdaki gibi hücre organellerini kullanan bitkiler tarafından gerçekleştirilir: kloroplastlar yeşil pigment içeren klorofil.
Bitkiler organik madde sentezleme yeteneğine sahip olmasaydı, hayvanlar, mantarlar ve birçok bakteri inorganik maddelerden organik maddeler sentezleyemediğinden, dünyadaki diğer organizmaların neredeyse tamamının beslenecek hiçbir şeyi olmazdı. Sadece hazır olanları emerler, daha basit olanlara bölerler, bunlardan yine karmaşık olanları bir araya getirirler, ancak zaten vücutlarının karakteristiğidir.
Fotosentezden ve rolünden çok kısaca bahsedersek durum budur. Fotosentezi anlamak için daha fazlasını söylemeniz gerekir: hangi spesifik inorganik maddeler kullanılır, sentez nasıl gerçekleşir?
Fotosentez iki inorganik madde gerektirir - karbondioksit (CO 2) ve su (H 2 O). Birincisi, esas olarak stoma yoluyla bitkilerin hava kısımları tarafından havadan emilir. Su - bitkinin iletken sistemi tarafından fotosentetik hücrelere iletildiği topraktan. Ayrıca fotosentez, fotonların (hν) enerjisini gerektirir, ancak bunlar maddeye atfedilemezler.
Toplamda, fotosentez organik madde ve oksijen (O 2) üretir. Genellikle organik maddeye genellikle glikoz (C6H12O6) denir.
Organik bileşikler çoğunlukla karbon, hidrojen ve oksijen atomlarından oluşur. Karbondioksit ve suda bulunanlardır. Ancak fotosentez sırasında oksijen açığa çıkar. Atomları sudan alınır.
Kısaca ve genel olarak, fotosentez reaksiyonunun denklemi genellikle aşağıdaki gibi yazılır:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Ama bu denklem fotosentezin özünü yansıtmaz, anlaşılır kılmaz. Bakın, denklem dengeli olmasına rağmen serbest oksijende toplam 12 atom var ama sudan geldiklerini söyledik ve sadece 6 tane var.
Aslında fotosentez iki aşamada gerçekleşir. İlk denir ışık, ikincisi karanlık... Bu tür isimler, ışığın sadece ışık evresi için gerekli olmasından kaynaklanmaktadır, karanlık evre onun varlığından bağımsızdır, ancak bu onun karanlıkta geçtiği anlamına gelmez. Işık fazı, kloroplast stromadaki karanlık faz olan kloroplast tilakoid zarlarında meydana gelir.
Hafif fazda CO2 bağlanması oluşmaz. Sadece klorofil kompleksleri tarafından güneş enerjisinin yakalanması, ATP'de depolanması, NADP'nin NADP * H2'ye indirgenmesi için enerji kullanımı vardır. Işık tarafından uyarılan klorofilden gelen enerji akışı, tilakoid zarlarda yerleşik enzimlerin elektron taşıma zinciri boyunca iletilen elektronlar tarafından sağlanır.
NADP için hidrojen, güneş ışığının etkisi altında oksijen atomlarına, hidrojen protonlarına ve elektronlara ayrışan sudan alınır. Bu süreç denir fotoliz... Fotosentez için sudaki oksijene ihtiyaç yoktur. İki su molekülünden gelen oksijen atomları birleşerek moleküler oksijeni oluşturur. Fotosentezin ışık fazı için reaksiyon denklemi kısaca aşağıdaki gibidir:
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2
Böylece, fotosentezin ışık fazı sırasında oksijen salınır. Bir su molekülünün fotolizi başına ADP ve fosforik asitten sentezlenen ATP moleküllerinin sayısı farklı olabilir: bir veya iki.
Böylece ATP ve NADP * H 2, aydınlık fazdan karanlık faza girer. Burada birincinin enerjisi ve ikincisinin indirgeme kuvveti karbondioksiti bağlamak için harcanır. Fotosentezin bu aşaması basit ve kısaca açıklanamaz, çünkü altı CO2 molekülünün NADP*H2 moleküllerinden salınan hidrojenle birleşerek glikoz oluşturması şeklinde ilerlemez:
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reaksiyon, ADP ve fosforik aside ayrışan ATP enerjisinin harcanmasıyla devam eder).
Yukarıdaki tepki, anlamayı kolaylaştırmak için yalnızca aşırı basitleştirmedir. Aslında, karbondioksit molekülleri birer birer bağlanır, hazır beş karbonlu organik maddeye bağlanır. Üç karbonlu karbonhidrat moleküllerine ayrışan kararsız bir altı karbonlu organik madde oluşur. Bu moleküllerin bazıları, CO2'yi bağlamak için orijinal beş karbonlu maddenin yeniden sentezi için kullanılır. Böyle bir yeniden sentez sağlanır Calvin döngüsü... Üç karbonlu karbonhidrat moleküllerinin küçük bir kısmı döngüden çıkar. Zaten onlardan ve diğer maddelerden, diğer tüm organik maddeler (karbonhidratlar, yağlar, proteinler) sentezlenir.
Yani aslında fotosentezin karanlık fazından glikoz değil üç karbonlu şekerler salınır.
İnsan yaşamı, dünyadaki tüm yaşamlar gibi, nefes almadan imkansızdır. Havadaki oksijeni soluruz ve karbondioksiti veririz. Ama oksijen neden bitmiyor? Atmosferdeki havanın sürekli oksijenle beslendiği ortaya çıktı. Ve bu doygunluk tam olarak fotosentez nedeniyle gerçekleşir.
Fotosentez basit ve anlaşılır!
Herkes fotosentezin ne olduğunu anlamak zorundadır. Bunu yapmak için hiç karmaşık formüller yazmanıza gerek yok, bu işlemin önemini ve büyüsünü anlamak yeterli.
Bitkiler fotosentez sürecinde ana rolü oynar - çimenler, ağaçlar, çalılar. Milyonlarca yıldır, nefes almayı sevenler için yaşam için çok gerekli olan karbondioksitin oksijene inanılmaz bir dönüşümü bitkilerin yapraklarındadır. Tüm fotosentez sürecini sırayla sökmeye çalışalım.
1. Bitkiler, içinde çözünmüş mineraller - azot, fosfor, manganez, potasyum, çeşitli tuzlar - toplamda 50'den fazla farklı kimyasal element ile topraktan su alır. Bitkilerin beslenmesi için buna ihtiyacı vardır. Ancak topraktan bitkiler gerekli maddelerin sadece 1/5'ini alır. Geri kalan 4/5 havadan çıkıyorlar!
2. Bitkiler havadaki karbondioksiti emer. Her saniye soluduğumuz aynı karbondioksit. Bitkiler de tıpkı senin ve benim oksijen soluduğum gibi karbondioksit soluyor. Ama bu yeterli değil.
3. Doğal bir laboratuvarda vazgeçilmez bir bileşen güneş ışığıdır. Bitkilerin yapraklarındaki güneş ışınları olağanüstü bir kimyasal reaksiyonu uyandırır. Bu nasıl olur?
4. Bitkilerin yapraklarında inanılmaz bir madde vardır - klorofil... Klorofil, güneş ışığı akımlarını yakalayabilir ve ortaya çıkan suyu, eser elementleri, karbondioksiti yorulmadan gezegenimizdeki her canlı için gerekli olan organik maddeye dönüştürebilir. Şu anda bitkiler atmosfere oksijen salıyor! Bilim adamlarının karmaşık bir kelime dediği şey bu klorofil işidir - fotosentez.
Fotosentez konulu bir sunum eğitim portalından indirilebilir
Peki çim neden yeşil?
Artık bitki hücrelerinin klorofil içerdiğini bildiğimize göre, bu soruyu yanıtlamak çok kolay. Klorofilin antik Yunan dilinden "yeşil yaprak" olarak çevrilmesi sebepsiz değildir. Klorofil, fotosentez için yeşil hariç tüm güneş ışınlarını kullanır. Otları görüyoruz, bitki yaprakları tam olarak yeşil çünkü klorofil yeşil çıkıyor.
Fotosentezin önemi.
Fotosentezin önemi fazla tahmin edilemez - fotosentez olmadan, gezegenimizin atmosferinde çok fazla karbondioksit birikir, çoğu canlı organizma nefes alamaz ve ölemezdi. Dünyamız cansız bir gezegene dönüşecekti. Bunun olmasını önlemek için, Dünya gezegenindeki herkes bitkilere çok şey borçlu olduğumuzu hatırlamalıdır.
Bu nedenle şehirlerde mümkün olduğu kadar çok park ve yeşil alan yapmak çok önemlidir. Tayga ve ormanı yıkımdan koruyun. Ya da evinizin yanına bir ağaç dikin. Ya da dalları kırmamak için. Yalnızca Dünya gezegenindeki herkesin katılımı, ana gezegendeki yaşamın korunmasına yardımcı olacaktır.
Ancak fotosentezin önemi, karbondioksitin oksijene dönüştürülmesiyle sınırlı değildir. Atmosferde, gezegeni zararlı ultraviyole ışınlarından koruyan ozon tabakasının oluşması fotosentezin bir sonucuydu. Bitkiler, dünyadaki çoğu canlı için besindir. Gerekli ve sağlıklı yiyecekler. Bitkilerin besin değeri de fotosentezin bir değeridir.
Son zamanlarda, klorofil tıpta aktif olarak kullanılmaktadır. İnsanlar, hasta hayvanların içgüdüsel olarak iyileşmek için yeşil yapraklar yediklerini uzun zamandır biliyorlar. Bilim adamları, klorofilin insan kan hücrelerindeki bir maddeye benzediğini ve mucizeler yaratabildiğini keşfettiler.
Bitkiler büyüme ve gelişme için ihtiyaç duydukları her şeyi çevreden alırlar. Bu da diğer canlılardan farklıdır. İyi gelişebilmeleri için verimli topraklara, doğal veya yapay sulamaya ve iyi aydınlatmaya ihtiyaç vardır. Karanlıkta hiçbir şey büyümeyecek.
Toprak, su ve besin organik bileşikleri, eser elementler kaynağıdır. Ancak ağaçlar, çiçekler, çimenler de güneş enerjisine ihtiyaç duyar. Güneş ışığının etkisi altında, havadan emilen karbondioksitin oksijene dönüştürüldüğü bazı reaksiyonlar meydana gelir. Bu işleme fotosentez denir. Güneş ışığına maruz kaldığında meydana gelen kimyasal reaksiyon da glikoz ve su üretir. Bu maddeler bitkinin gelişmesi için hayati öneme sahiptir.
Kimyagerlerin dilinde reaksiyon şöyle görünür: 6CO2 + 12H2O + ışık = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. Denklemin basitleştirilmiş hali: karbondioksit + su + ışık = glikoz + oksijen + su.
Kelimenin tam anlamıyla "fotosentez", "ışıkla birlikte" olarak çevrilir. Bu kelime "foto" ve "sentez" olmak üzere iki basit kelimeden oluşmaktadır. Güneş çok güçlü bir enerji kaynağıdır. İnsanlar bunu elektrik üretmek, evleri yalıtmak ve suyu ısıtmak için kullanıyor. Bitkiler de yaşamı sürdürmek için güneşten gelen enerjiye ihtiyaç duyar. Fotosentezden elde edilen glikoz, en önemli besinlerden biri olan basit bir şekerdir. Bitkiler onu büyüme ve gelişme için kullanır ve fazlası yapraklarda, tohumlarda, meyvelerde birikir. Bitkilerin ve meyvelerin yeşil kısımlarında tüm glikoz değişmeden kalmaz. Basit şekerler, nişasta içeren daha karmaşık şekerlere dönüşme eğilimindedir. Bu tür bitki rezervleri, besin eksikliği dönemlerinde tüketilir. Bitkilerin, meyvelerin, çiçeklerin, hayvanların ve bitki besinlerini yiyen insanların yapraklarının besin değerini belirleyen onlardır.
Bitkiler ışığı nasıl emer
Fotosentez süreci oldukça karmaşıktır, ancak kısaca açıklanabilir, böylece okul çağındaki çocuklar için bile anlaşılır hale gelir. En yaygın sorulardan biri ışık absorpsiyon mekanizması ile ilgilidir. Işık enerjisi bitkilere nasıl girer? Fotosentez işlemi yapraklarda gerçekleşir. Tüm bitkilerin yaprakları yeşil hücreler içerir - kloroplastlar. Klorofil adı verilen bir madde içerirler. Klorofil, yapraklara yeşil rengini veren ve ışık enerjisini emmekten sorumlu olan bir pigmenttir. Birçok insan çoğu bitkinin yapraklarının neden geniş ve düz olduğunu düşünmemiştir. Doğanın bunu bir nedenden dolayı sağladığı ortaya çıktı. Geniş yüzey, güneş ışınlarının daha fazlasını emmenizi sağlar. Aynı nedenle güneş panelleri geniş ve düz yapılır.
Yaprakların üst kısmı mumsu bir tabaka (kütikül) ile su kaybından ve hava ve zararlıların olumsuz etkilerinden korunur. Buna palisade denir. Sayfaya yakından bakarsanız, üst tarafın daha parlak ve pürüzsüz olduğunu görebilirsiniz. Bu kısımda daha fazla kloroplast bulunduğundan zengin bir renk elde edilir. Fazla ışık, bitkinin oksijen ve glikoz üretme yeteneğini azaltabilir. Klorofil, parlak güneşe maruz kaldığında zarar görür ve bu fotosentezi yavaşlatır. Yavaşlama, ışığın azaldığı ve içlerindeki kloroplastların yok edilmesi nedeniyle yapraklar sararmaya başladığı sonbaharın gelmesiyle de meydana gelir.
Suyun fotosentez ve bitki yaşamındaki rolü göz ardı edilemez. Su için gereklidir:
- bitkilere içinde çözünmüş mineraller sağlamak;
- tonu korumak;
- soğutma;
- kimyasal ve fiziksel reaksiyonların olasılığı.
Ağaçlar, çalılar, çiçekler kökleriyle topraktan suyu emer ve daha sonra gövde boyunca nem yükselir, çıplak gözle bile görülebilen damarlar boyunca yapraklara geçer.
Karbondioksit, yaprağın alt kısmındaki küçük deliklerden girer - stoma. Yaprağın alt kısmında hücreler, karbondioksitin daha derine nüfuz edebilmesi için düzenlenmiştir. Ayrıca fotosentez sırasında üretilen oksijenin yapraktan kolayca ayrılmasını sağlar. Tüm canlı organizmalar gibi bitkiler de nefes alma yeteneğine sahiptir. Ayrıca, hayvanlardan ve insanlardan farklı olarak, karbondioksiti emer ve oksijen yayarlar, tersi olmaz. Bitkilerin çok olduğu yerde hava çok temiz ve tazedir. Bu yüzden büyük şehirlerde ağaçlara, çalılara özen göstermek, meydanları ve parkları düzenlemek çok önemlidir.
Fotosentezin aydınlık ve karanlık evreleri
Fotosentez süreci karmaşıktır ve iki aşamadan oluşur - aydınlık ve karanlık. Işık fazı sadece güneş ışığının varlığında mümkündür. Işığın etkisi altında, klorofil molekülleri iyonlaşır ve kimyasal reaksiyon için katalizör görevi gören enerji oluşumuna neden olur. Bu aşamadaki olayların sırası şöyle görünür:
- klorofil molekülü, yeşil pigment tarafından emilen ve onu uyarılmış bir duruma dönüştüren ışığı alır;
- suyun ayrılması meydana gelir;
- Bir enerji akümülatörü olan ATP sentezlenir.
Fotosentezin karanlık aşaması, ışık enerjisinin katılımı olmadan ilerler. Bu aşamada glikoz ve oksijen oluşur. Glikoz ve oksijen oluşumunun sadece geceleri değil, günün her saatinde gerçekleştiğini anlamak önemlidir. Karanlık faz denir çünkü akışı için ışığın varlığı artık gerekli değildir. Katalizör, daha önce sentezlenmiş olan ATP'dir.
Fotosentezin doğadaki önemi
Fotosentez en önemli doğal süreçlerden biridir. Sadece bitki yaşamını desteklemek için değil, gezegendeki tüm yaşam için de gereklidir. Fotosentez şunlar için gereklidir:
- hayvanlara ve insanlara yiyecek sağlamak;
- karbondioksitin uzaklaştırılması ve havanın oksijenlenmesi;
- besin döngüsünü korumak.
Bütün bitkiler fotosentez hızına bağlıdır. Güneş enerjisi büyümeyi tetikleyen veya engelleyen bir faktör olarak görülebilir. Örneğin, güneşin güney bölgelerinde ve bölgelerinde çok şey vardır ve bitkiler oldukça uzun büyüyebilir. Sucul ekosistemlerde sürecin nasıl gerçekleştiğini düşünürsek, denizlerin, okyanusların yüzeyinde güneş ışığı sıkıntısı yoktur ve bu katmanlarda bol miktarda alg büyümesi gözlenir. Suyun daha derin katmanlarında, su florasının büyüme hızını etkileyen güneş enerjisi sıkıntısı vardır.
Fotosentez süreci, atmosferdeki ozon tabakasının oluşumuna katkıda bulunur. Bu, gezegendeki tüm yaşamı ultraviyole ışınlarının zararlı etkilerinden korumaya yardımcı olduğu için çok önemlidir.
Fotosentez kloroplastlarda klorofil tarafından emilen güneş (ışık) enerjisi kullanılarak atmosferdeki su ve karbondioksitten yeşil bitkilerin yapraklarındaki organik bileşiklerin sentezidir.
Fotosentez sayesinde, görünür ışığın enerjisi yakalanır ve fotosentez sırasında oluşan organik maddelerde depolanan (depolanan) kimyasal enerjiye dönüştürülür.
Fotosentez sürecinin keşfedilme tarihi 1771 olarak kabul edilebilir. İngiliz bilim adamı J. Priestley, hayvanların hayati aktivitesi nedeniyle havanın bileşimindeki değişikliğe dikkat çekti. Yeşil bitkilerin varlığında hava yeniden nefes almaya ve yanmaya uygun hale geldi. Daha sonra, bir dizi bilim adamının çalışması (J. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J. B. Boussingault), yeşil bitkilerin, ışığın suya katılımıyla organik maddenin oluştuğu havadan CO2'yi emdiğini buldu. 1877'de Alman bilim adamı W. Pfeffer'in fotosentez dediği bu süreçti. R. Mayer tarafından formüle edilen enerjinin korunumu yasası, fotosentezin özünün açıklanması için büyük önem taşıyordu. 1845'te R. Mayer, bitkilerin kullandığı enerjinin, bitkilerin fotosentez sırasında kimyasal enerjiye dönüştürdüğü Güneş'in enerjisi olduğu varsayımını ortaya koydu. Bu pozisyon, olağanüstü Rus bilim adamı K.A.'nın çalışmalarında geliştirildi ve deneysel olarak doğrulandı. Timiryazev.
Fotosentetik organizmaların ana rolü:
1) güneş ışığı enerjisinin organik bileşiklerin kimyasal bağlarının enerjisine dönüştürülmesi;
2) atmosferin oksijenle doygunluğu;
Yeryüzündeki fotosentez sonucunda yılda 150 milyar ton organik madde oluşmakta ve yaklaşık 200 milyar ton serbest oksijen salınmaktadır. Atmosferdeki CO2 konsantrasyonunun artmasını engelleyerek, Dünya'nın aşırı ısınmasını (sera etkisi) önler.
Fotosentezin oluşturduğu atmosfer, canlıları yıkıcı kısa dalga UV radyasyonundan (atmosferin oksijen-ozon perdesi) korur.
Güneş enerjisinin sadece %1-2'si tarımsal bitkilerin mahsulüne aktarılır; kayıplar, ışığın eksik emilmesinden kaynaklanır. Bu nedenle, yüksek fotosentetik etkinliğe sahip çeşitlerin seçimi, ışık absorpsiyonuna uygun bir mahsul yapısının oluşturulması nedeniyle verimlerin artması için büyük bir beklenti vardır. Bu bağlamda, fotosentez kontrolünün teorik temellerinin geliştirilmesi özellikle acil hale gelmektedir.
Fotosentezin önemi çok büyüktür. Sadece tüm canlıların varlığı için gerekli olan yakıtı (enerjiyi) ve atmosferik oksijeni sağladığını belirtelim. Bu nedenle, fotosentezin rolü gezegenseldir.
Fotosentezin gezegensel doğası, oksijen ve karbon sirkülasyonu sayesinde (esas olarak) atmosferin modern bileşiminin korunması ve bu da Dünya'daki yaşamın daha fazla korunmasını belirlemesiyle belirlenir. Ayrıca fotosentez ürünlerinde depolanan enerjinin esasen insanlığın şu anda sahip olduğu ana enerji kaynağı olduğunu söyleyebiliriz.
Fotosentezin toplam reaksiyonu
CO 2 + H 2 O = (CH 2 O) + O 2 .
Fotosentez kimyası aşağıdaki denklemlerle tanımlanır:
Fotosentez - 2 grup reaksiyon:
hafif sahne (bağlıdır aydınlatma)
karanlık sahne (sıcaklığa bağlıdır).
Her iki reaksiyon grubu aynı anda ilerler
Fotosentez yeşil bitkilerin kloroplastlarında gerçekleşir.
Fotosentez, yeşil bitki hücrelerinin kloroplastlarında bulunan pigment klorofil tarafından ışığın yakalanması ve emilmesiyle başlar.
Bu, molekülün absorpsiyon spektrumunu değiştirmek için yeterlidir. 
Klorofil molekülü, tayfın mor ve mavi kısmındaki ve ardından kırmızı kısmındaki fotonları emer ve tayfın yeşil ve sarı kısmındaki fotonlarla etkileşime girmez.
Bu nedenle, klorofil ve bitkiler yeşil görünürler - yeşil ışınlardan yararlanamazlar ve onları dünyada yürümeye bırakamazlar (böylece onu daha yeşil hale getirirler).
Fotosentetik pigmentler, thylakoid membranın iç tarafında bulunur.
Pigmentler şu şekilde organize edilmiştir: fotoğraf sistemleri(ışığı yakalamak için anten alanları) - 250-400 farklı pigment molekülü içerir.
Fotoğraf sistemi şunlardan oluşur:
reaksiyon merkezi fotosistemler (klorofil molekülü a),
anten molekülleri
Fotosistemdeki tüm pigmentler, uyarılmış durum enerjisini birbirine aktarma yeteneğine sahiptir. Bir veya başka bir pigment molekülü tarafından emilen foton enerjisi, reaksiyon merkezine ulaşana kadar komşu bir moleküle aktarılır. Reaksiyon merkezinin rezonans sistemi uyarılmış duruma geçtiğinde, uyarılmış iki elektronu alıcı moleküle aktarır ve böylece oksitlenir ve pozitif bir yük kazanır.
Bitkilerde:
fotosistem 1(700 nm dalga boyunda maksimum ışık absorpsiyonu - P700)
fotosistem 2(680 nm dalga boyunda maksimum ışık absorpsiyonu - P680
Optimum absorpsiyondaki farklılıklar, pigmentlerin yapısındaki küçük farklılıklardan kaynaklanmaktadır.
İki sistem, iki parçalı bir konveyör gibi birlikte çalışır. döngüsel olmayan fotofosforilasyon .
için özet denklem döngüsel olmayan fotofosforilasyon:
Ф - fosforik asit kalıntısının sembolik tanımı
Döngü, fotosistem 2 ile başlar.
1) anten molekülleri bir foton yakalar ve uyarımı P680 aktif merkezinin bir molekülüne aktarır;
2) uyarılmış P680 molekülü, oksitlenirken ve pozitif bir yük alırken, kofaktör Q'ya iki elektron verir;
kofaktör(kofaktör). Bir enzimin düzgün çalışması için gerekli olan koenzim veya başka herhangi bir madde
Koenzimler (koenzimler)[lat. co (cum) - birlikte ve enzimler], protein olmayan yapıda organik bileşikler, enzimatik reaksiyona bireysel atomların veya atomik grupların alıcıları olarak katılan, enzim tarafından substrat molekülünden ayrılır, yani. enzimlerin katalitik etkisinin uygulanması için. Bu maddeler, enzimin (apoenzim) protein bileşeninin aksine, nispeten düşük moleküler ağırlığa sahiptir ve kural olarak termostabildir. Bazen koenzimler, örneğin iyonlar da dahil olmak üzere enzimin katalitik etkisinin tezahürü için katılımı gerekli olan herhangi bir düşük moleküler madde anlamına gelir. K +, Mg 2+ ve Mn 2+. Fırsatlar yer almaktadır. enzimin aktif merkezinde ve aktif merkezin substratı ve fonksiyonel grupları ile birlikte aktifleştirilmiş bir kompleks oluşturur.
Katalitik aktivitenin tezahürü için çoğu enzim bir koenzimin varlığını gerektirir. Bunun istisnası, bir koenzim yokluğunda işlevlerini yerine getiren hidrolitik enzimlerdir (örneğin, proteazlar, lipazlar, ribonükleaz).
Molekül P680 tarafından indirgenir (enzimlerin etkisiyle). Bu durumda su protonlarına ayrışır ve moleküler oksijen,şunlar. su, P 680'de elektron takviyesi sağlayan bir elektron donörüdür.
FOTOİZ SU- özellikle fotosentez sırasında bir su molekülünün bölünmesi. Suyun fotolizinin bir sonucu olarak, ışıkta yeşil bitkiler tarafından salınan oksijen oluşur.
Yükleniyor ...