Компоненти на фотосинтезата

Съдържание

• Компоненти на фотосинтезата
• Обобщение на фотосинтезата
• Как листата поддържат фотосинтезата
• Хлоропласти: Фабрики за фотосинтеза
• За какво са тилакоиди?
• Светлинните реакции: Светлината достига до тилакоидната мембрана
• Светлинните реакции: Електронният транспорт
• Светлинните реакции: Фотофосфорилиране
• Тъмната реакция: въглеродна фиксация

Растенията безспорно са любимите на човечеството живи същества извън животинското царство. Освен способността на растенията да хранят хората по света - без плодове, зеленчуци, ядки и зърнени храни, малко вероятно е, че вие ​​или тази статия бихте съществували - растенията се почитат заради красотата си и ролята си във всякакъв начин на човешка церемония. Това, че те успяват да направят това, без да могат да се движат или да се хранят, наистина е забележително.

Растенията всъщност използват една и съща основна молекула, която правят всички жизнени форми, за да растат, оцеляват и да се възпроизвеждат: малките въглехидрати с шест въглерод, пръстеновидна форма гликоза, Но вместо да ядат източници на тази захар, те вместо това я правят. Как е възможно това и като се има предвид, че е така, защо хората и другите животни просто не правят същото и си спестяват проблемите на лова, събирането, съхранението и консумацията на храна?

Отговорът е фотосинтеза, поредицата от химични реакции, при които растителните клетки използват енергия от слънчевата светлина за производството на глюкоза. След това растенията използват част от глюкозата за собствени нужди, докато останалата част остава на разположение за други организми.

Компоненти на фотосинтезата

Студентите с проницателност може би бързо ще попитат: "По време на фотосинтезата в растенията какъв е източникът на въглерода в захарната молекула, която растението произвежда?" Не се нуждаете от научна степен, за да предположите, че „енергията от слънцето“ се състои от светлина и че светлината не съдържа нито един от елементите, които съставляват молекулите, които най-често се намират в живите системи. (Светлината се състои от фотони, които са безмасови частици, които не се намират в периодичната таблица на елементите.)

Най-лесният начин за въвеждане на различните части на фотосинтезата е да започнете с химическата формула, която обобщава целия процес.

6 H₂0 + 6 CO₂ → ° С₆Н₁₂О₆+ 6 О₂

По този начин суровините на фотосинтезата са вода (H₂О) и въглероден диоксид (СО)₂), и двете са в изобилие на земята и в атмосферата, докато продуктите са глюкоза (С₆Н₁₂О₆) и кислороден газ (О₂).

Обобщение на фотосинтезата

Схематично резюме на процеса на фотосинтеза, компонентите на който са описани подробно в следващите раздели, е както следва. (Засега не се притеснявайте за съкращенията, с които може да не сте запознати.)

Първите четири от тези стъпки са известни като светлинни или светлинно зависими реакции, тъй като те залагат абсолютно на действие на слънчевата светлина. За разлика от тях, цикълът на Калвин се нарича тъмна реакция, известни също като реакции, независими от светлина. Докато, както подсказва името, тъмната реакция може да работи без източник на светлина, за да продължи разчитането на продуктите, създадени в зависимост от светлината.

Как листата поддържат фотосинтезата

Ако някога сте гледали диаграма на напречно сечение на човешката кожа (тоест как би изглеждало отстрани, ако бихте могли да я погледнете от повърхността до каквато тъкан срещне кожата отдолу), вие може да забележите, че кожата включва различни слоеве. Тези слоеве съдържат различни компоненти в различни концентрации, като потни жлези и космени фоликули.

Анатомията на едно листо е подредена по подобен начин, с изключение на това, че листата са обърнати към външния свят две страни. Придвижвайки се от горната част на листа (счита се за тази, която е изправена най-често към светлината) до долната страна, слоевете включват кутикула, восъчна, тънка защитна козина; на горен епидермис; на мезофилни; на долен епидермис; и втори слой кутикула.

Самият мезофил включва горна част палисада слой, с клетки, подредени в спретнати колони, и по-ниска порест слой, който има по-малко клетки и по-голямо разстояние между тях. Фотосинтезата се осъществява в мезофила, което има смисъл, защото това е най-повърхностният слой на лист на всяко вещество и е най-близо до всяка светлина, удряща повърхността на листата.

Хлоропласти: Фабрики за фотосинтеза

Организмите, които трябва да се хранят от органични молекули в средата си (тоест от вещества, които хората наричат ​​"храна") са известни като heterotrophs, Растенията, от друга страна, са autotrophs тъй като те изграждат тези молекули вътре в клетките си и след това използват това, от което се нуждаят от него, преди останалата част от свързания въглерод да бъде върната в екосистемата, когато растението умре или се изяде.

Фотосинтезата се случва в органели ("миниатюрни органи") в растителните клетки, наречени хлоропласти, Органелите, които присъстват само в еукариотните клетки, са заобиколени от двойна плазмена мембрана, която е структурно подобна на тази, обграждаща клетката като цяло (обикновено наричана просто клетъчната мембрана).

Функционалните единици на фотосинтезата са тилакоиди. Тези структури се появяват както при фотосинтетичните прокариоти, като цианобактерии (синьо-зелени водорасли), така и в растенията. Но тъй като само еукариотите имат свързани с мембрана органели, тилакоидите в прокариотите седят свободно в клетъчната цитоплазма, точно както ДНК в тези организми, поради липсата на ядро ​​в прокариотите.

За какво са тилакоиди?

При растенията тилакоидната мембрана всъщност е непрекъсната с мембраната на самия хлоропласт. Следователно тилакоидите са като органели в органелите. Подредени са в кръгли купчини, като чинии за вечеря в шкаф - кухи чинии за вечеря, т.е. Тези стекове се наричат Grana, а вътрешностите на тилакоидите са свързани в лабиринтна мрежа от тръби. Пространството между тилакоидите и вътрешната мембрана на хлоропласта се нарича строма.

Тилакоидите съдържат пигмент, наречен хлорофил, който е отговорен за зеления цвят, който повечето растения проявяват под някаква форма. По-важно от предлагането на човешкото око на бляскав вид, хлорофилът е това, което „улавя“ слънчевата светлина (или по този начин, изкуствената светлина) в хлоропласта и, следователно, веществото, което позволява на фотосинтезата да протича на първо място.

Всъщност има няколко различни пигмента, допринасящи за фотосинтезата, като хлорофил А е основният. В допълнение към вариантите на хлорофила, множество други пигменти в тилакоидите са отзивчиви към светлината, включително червено, кафяво и синьо. Те могат да препредават постъпваща светлина на хлорофил А или могат да помогнат да не се повреди клетката от светлина, служейки като сортове примамки.

Светлинните реакции: Светлината достига до тилакоидната мембрана

Когато слънчевата светлина или светлинната енергия от друг източник достигне тилакоидната мембрана след преминаване през кутикулата на листа, растителната клетъчна стена, слоевете на клетъчната мембрана, двата слоя на мембраната на хлоропласта и накрая стромата, тя среща двойка тясно свързани мулти-протеинови комплекси, наречени photosystems.

Комплексът, наречен Photosystem I, се различава от другаря Photosystem II по това, че реагира различно на различни дължини на вълната на светлината; в допълнение, двете фотосистеми съдържат малко различни версии на хлорофил А. Фотосистемата I съдържа форма, наречена P700, докато Photosystem II използва форма, наречена P680. Тези комплекси съдържат комплекс за събиране на светлина и реакционен център. Когато светлината достигне до тях, тя изхвърля електрони от молекулите в хлорофила и те преминават към следващия етап в светлинните реакции.

Спомнете си, че нетното уравнение за фотосинтеза включва и СО₂ и Н₂O като входове. Тези молекули преминават свободно в клетките на растението поради малкия си размер и се предлагат като реагенти.

Светлинните реакции: Електронният транспорт

Когато електроните се освободят от хлорофилни молекули чрез постъпваща светлина, те трябва да бъдат заменени по някакъв начин. Това става главно чрез разделянето на Н₂O в кислороден газ (O₂) и свободни електрони. О₂ в тази обстановка е отпадъчен продукт (може би е трудно за повечето хора да представят новосъздадения кислород като отпадъчен продукт, но такива са капризите на биохимията), докато някои от електроните преминават в хлорофил под формата на водород ( Н).

Електроните си проправят път „надолу“ по веригата от молекули, вградени в тилакоидната мембрана към крайния акцептор на електрон, молекула, известна като никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADP⁺ ). Разберете, че „надолу“ не означава вертикално надолу, а надолу в смисъл на прогресивно по-ниска енергия. Когато електроните достигнат NADP⁺, тези молекули се комбинират, за да създадат намалената форма на носителя на електрон, NADPH. Тази молекула е необходима за последващата тъмна реакция.

Светлинните реакции: Фотофосфорилиране

В същото време, че NADPH се генерира в описаната по-горе система, процес наречен photophosphorylation използва енергия, освободена от други електрони, „пропадащи“ в тилакоидната мембрана. Протон-мотивната сила се свързва неорганични фосфатни молекулиили P_аз, към аденозин дифосфат (ADP), за да се образува аденозин трифосфат (ATP).

Този процес е аналогичен на процеса в клетъчното дишане, известен като окислително фосфорилиране. В същото време АТФ се генерира в тилакоидите с цел производство на глюкоза в тъмната реакция, митохондриите другаде в растителните клетки използват продуктите на разграждането на част от тази глюкоза, за да превърнат АТФ в клетъчното дишане за растенията в краен метаболитен нуждае.

Тъмната реакция: въглеродна фиксация

Когато СО₂ навлиза в растителните клетки, претърпява поредица от реакции, като първо се добавя към пет-въглеродна молекула за създаване на шест-въглероден междинен продукт, който бързо се разделя на две три-въглеродни молекули. Защо тази шест въглеродна молекула просто не е направена директно в глюкоза, също шест въглеродна молекула? Докато някои от тези три въглеродни молекули излизат от процеса и всъщност се използват за синтезиране на глюкоза, други три-въглеродни молекули са необходими, за да продължат цикъла, тъй като те се присъединяват към входящия CO₂ за да се направи пет-въглеродното съединение, посочено по-горе

Фактът, че енергията от светлината се използва при фотосинтеза, за да задвижва процеси, независими от светлината, има смисъл предвид факта, че слънцето изгрява и залязва, което поставя растенията в положение да трябва да „съхраняват“ молекули през деня, за да могат да продължат да правят храната им, докато слънцето е под хоризонта.

За целите на номенклатурата, цикълът на Калвин, тъмната реакция и фиксирането на въглерода се отнасят до едно и също нещо, което е създаване на глюкоза. Важно е да се осъзнае, че без постоянен запас от светлина, фотосинтезата не би могла да се осъществи. Растенията могат да процъфтяват в среда, където винаги присъства светлина, както в помещение, където светлините никога не са затъмнени. Но обратното не е вярно: Без светлина фотосинтезата е невъзможна.