Formohet gjatë fazës së lehtë të fotosintezës. Fotosinteza dhe fazat e saj (dritë dhe errësirë)

Fotosinteza është një proces biologjik shumë kompleks. Është studiuar nga shkenca e biologjisë për shumë vite, por, siç tregon historia e studimit të fotosintezës, disa faza janë ende të paqarta. Në librat e referencës shkencore, një përshkrim i qëndrueshëm i këtij procesi zgjat disa faqe. Qëllimi i këtij artikulli është të përshkruajë shkurt dhe qartë fenomenin e fotosintezës për fëmijët, në formën e diagrameve dhe shpjegimeve.

Përkufizimi shkencor

Së pari, është e rëndësishme të dini se çfarë është fotosinteza. Në biologji, përkufizimi është si më poshtë: ky është procesi i formimit të substancave organike (ushqimi) nga substancat inorganike (nga dioksidi i karbonit dhe uji) në kloroplaste duke përdorur energjinë e dritës.

Për të kuptuar këtë përkufizim, ne mund të imagjinojmë një fabrikë të përsosur - çdo bimë të gjelbër që është fotosintetike. "Karburanti" për këtë fabrikë është rrezet e diellit, bimët përdorin ujë, dioksid karboni dhe minerale për të prodhuar ushqim për pothuajse të gjitha format e jetës në tokë. Kjo “fabrikë” është e përsosur sepse, ndryshe nga fabrikat e tjera, nuk shkakton dëm, por, përkundrazi, gjatë prodhimit lëshon oksigjen në atmosferë dhe thith dioksidin e karbonit. Siç mund ta shihni, fotosinteza kërkon kushte të caktuara.

Ky proces unik mund të përfaqësohet si një formulë ose ekuacion:

diell + ujë + dioksid karboni = glukozë + ujë + oksigjen

Struktura e gjetheve të bimës

Për të karakterizuar thelbin e procesit të fotosintezës, është e nevojshme të merret parasysh struktura e gjethes. Nëse shikoni nën një mikroskop, mund të shihni qeliza transparente që përmbajnë nga 50 deri në 100 pika jeshile. Këto janë kloroplaste, ku ndodhet klorofili, pigmenti kryesor fotosintetik dhe në të cilat ndodh fotosinteza.

Kloroplasti është si një qese e vogël dhe brenda saj ka qese edhe më të vogla. Ata quhen tilakoidë. Molekulat e klorofilit gjenden në sipërfaqen e tilakoideve. dhe janë të renditur në grupe të quajtura fotosisteme. Shumica e bimëve kanë dy lloje të fotosistemeve (PS): fotosistemin I dhe fotosistemin II. Vetëm qelizat që kanë një kloroplast janë të afta për fotosintezë.

Përshkrimi i fazës së dritës

Çfarë reaksionesh ndodhin gjatë fazës së dritës të fotosintezës? Në grupin PSII, energjia e dritës së diellit transferohet në elektronet e molekulës së klorofilit, si rezultat i së cilës elektroni ngarkohet, d.m.th., "ngacmohet aq shumë" sa hidhet nga grupi i fotosistemit dhe "merret". ” nga molekula bartëse në membranën tilakoidale. Ky elektron lëviz nga një bartës në tjetrin derisa të shkarkohet. Më pas mund të përdoret në një grup tjetër PSI për të zëvendësuar një elektron.

Grupit të fotosistemit II i mungon një elektron, dhe tani është e ngarkuar pozitivisht dhe kërkon një elektron të ri. Por ku mund të merret një elektron i tillë? Një zonë në grupin e njohur si kompleksi i zhvillimit të oksigjenit pret molekulën e pakujdesshme të ujit që "shëtit" përreth.

Një molekulë uji përmban një atom oksigjen dhe dy atome hidrogjeni. Kompleksi i evolucionit të oksigjenit në PSII ka katër jone mangani që marrin elektrone nga atomet e hidrogjenit. Si rezultat, molekula e ujit ndahet në dy jone hidrogjeni pozitiv, dy elektrone dhe një atom oksigjen. Molekulat e ujit ndahen, dhe atomet e oksigjenit shpërndahen në çifte, duke formuar molekula të gazit të oksigjenit, i cili e kthen bimën në ajër. Jonet e hidrogjenit fillojnë të grumbullohen në qesen tilakoid, nga këtu bima mund t'i përdorë dhe me ndihmën e elektroneve zgjidhet problemi i humbjes në kompleksin PS II, i cili është gati ta përsërisë këtë cikël shumë herë në sekondë.

Jonet e hidrogjenit grumbullohen në qesen tilakoid, dhe ata fillojnë të kërkojnë një rrugëdalje. Dy jone hidrogjeni, të cilët formohen gjithmonë gjatë shpërbërjes së një molekule uji, nuk janë të gjitha: duke kaluar nga kompleksi PS II në kompleksin PS I, elektronet tërheqin jone të tjerë hidrogjeni në qese. Këto jone më pas grumbullohen në tilakoid. Si mund të dalin prej andej?

Rezulton se ata kanë një "turnstile" me një dalje - një enzimë që përdoret në prodhimin e "karburantit" qelizor të quajtur ATP (adenozinë trifosfat). Duke kaluar nëpër këtë "turnstile", jonet e hidrogjenit sigurojnë energjinë e nevojshme për të rimbushur molekulat tashmë të përdorura ATP. Molekulat ATP janë "bateri" qelizore. Ato sigurojnë energji për reaksionet brenda qelizës.

Gjatë mbledhjes së sheqerit, nevojitet edhe një molekulë. Quhet NADP (nikotinamid adenine dinukleotid fosfat). Molekulat NADP janë "kamionë", secila prej tyre dërgon një atom hidrogjeni në enzimën e molekulës së sheqerit. Formimi i NADP ndodh në kompleksin PS I. Ndërsa fotosistemi (PSII) zbërthen molekulat e ujit dhe krijon ATP prej tyre, fotosistemi (PS I) thith dritën dhe lëshon elektrone, të cilat më vonë do të nevojiten në formimin e NADP. Molekulat ATP dhe NADP ruhen në stromë dhe më vonë do të përdoren për të formuar sheqer.

Produktet e fazës së lehtë të fotosintezës:

• oksigjen
• NADP*H 2

Skema e fazës së natës

Pas fazës së dritës, ndodh faza e errët e fotosintezës. Kjo fazë u zbulua për herë të parë nga Calvin. Më pas, ky zbulim u quajt c3 - fotosintezë. Në disa lloje bimore, vërehet një lloj fotosinteze - c4.

Nuk prodhohet sheqer gjatë fazës së lehtë të fotosintezës. Kur ekspozohen ndaj dritës, prodhohen vetëm ATP dhe NADP. Enzimat përdoren në stromë (hapësira jashtë tilakoidit) për prodhimin e sheqerit. Kloroplasti mund të krahasohet me një fabrikë në të cilën ekipet (PS I dhe PS II) brenda tilakoidit prodhojnë kamionë dhe bateri (NADP dhe ATP) për punën e ekipit të tretë (enzimat speciale) të stromës.

Ky ekip formon sheqer duke shtuar atomet e hidrogjenit dhe molekulat e dioksidit të karbonit përmes reaksioneve kimike duke përdorur enzimat e vendosura në stromë. Të tre ekipet punojnë gjatë ditës dhe ekipi i "sheqerit" punon si ditën ashtu edhe natën, derisa ATP dhe NADP që mbeten pas ndërrimit të ditës të harxhohen.

Në stromë, shumë atome dhe molekula kombinohen me ndihmën e enzimave. Disa enzima janë molekula proteinike që kanë një formë të veçantë që u lejon atyre të marrin atomet ose molekulat që u nevojiten për një reaksion specifik. Pas ndodh lidhja, enzima lirohet një molekulë e sapoformuar dhe ky proces përsëritet vazhdimisht. Në stromë, enzimat kalojnë molekulat e sheqerit që kanë mbledhur, i riorganizojnë ato, i ngarkojnë me ATP, shtojnë dioksid karboni, shtojnë hidrogjen, pastaj dërgojnë sheqerin me tre karbon në një pjesë tjetër të qelizës ku shndërrohet në glukozë dhe një sërë substancash të tjera.

Pra, faza e errët karakterizohet nga formimi i molekulave të glukozës. Dhe karbohidratet sintetizohen nga glukoza.

Fazat e lehta dhe të errëta të fotosintezës (tabela)

Roli në natyrë

Cila është rëndësia e fotosintezës në natyrë? Mund të themi me siguri se jeta në Tokë varet nga fotosinteza.

• Me ndihmën e tij, bimët prodhojnë oksigjen, i cili është aq i nevojshëm për frymëmarrjen.
• Gjatë frymëmarrjes, dioksidi i karbonit lirohet. Nëse bimët nuk e përthithnin atë, një efekt serë do të lindte në atmosferë. Me ardhjen e efektit serë, klima mund të ndryshojë, akullnajat mund të shkrihen dhe si rezultat, shumë zona të tokës mund të përmbyten.
• Procesi i fotosintezës ndihmon në karburantin e të gjitha gjallesave dhe gjithashtu siguron karburant për njerëzimin.
• Falë oksigjenit të çliruar përmes fotosintezës në formën e një ekrani oksigjen-ozon të atmosferës, të gjitha gjallesat mbrohen nga rrezatimi ultravjollcë.

Është më mirë të shpjegohet një material kaq voluminoz si fotosinteza në dy mësime të çiftuara - atëherë integriteti i perceptimit të temës nuk humbet. Mësimi duhet të fillojë me historinë e studimit të fotosintezës, strukturën e kloroplasteve dhe punën laboratorike për studimin e kloroplasteve të gjetheve. Pas kësaj, është e nevojshme të kalohet në studimin e fazave të lehta dhe të errëta të fotosintezës. Kur shpjegohen reagimet që ndodhin në këto faza, është e nevojshme të hartohet një diagram i përgjithshëm:

Ndërsa shpjegoni, duhet të vizatoni diagrami i fazës së lehtë të fotosintezës.

1. Thithja e një sasie drite nga një molekulë klorofile, e cila ndodhet në membranat grana tilakoid, çon në humbjen e një elektroni dhe e transferon atë në një gjendje të ngacmuar. Elektronet transferohen përgjatë zinxhirit të transportit të elektroneve, duke rezultuar në reduktimin e NADP + në NADP H.

2. Vendin e elektroneve të lëshuara në molekulat e klorofilit e zënë elektronet e molekulave të ujit – kështu uji i nënshtrohet dekompozimit (fotolizës) nën ndikimin e dritës. Hidroksilet që rezultojnë OH– bëhen radikale dhe kombinohen në reaksionin 4 OH – → 2 H 2 O + O 2, duke çuar në çlirimin e oksigjenit të lirë në atmosferë.

3. Jonet e hidrogjenit H+ nuk depërtojnë në membranën tilakoidale dhe grumbullohen brenda, duke e ngarkuar atë pozitivisht, gjë që çon në një rritje të diferencës së potencialit elektrik (EPD) në të gjithë membranën tilakoidale.

4. Kur arrihet REF kritike, protonet nxitojnë jashtë përmes kanalit të protonit. Kjo rrymë grimcash të ngarkuara pozitivisht përdoret për të prodhuar energji kimike duke përdorur një kompleks enzimë të veçantë. Molekulat që rezultojnë ATP lëvizin në stromë, ku marrin pjesë në reaksionet e fiksimit të karbonit.

5. Jonet e hidrogjenit të lëshuara në sipërfaqen e membranës tilakoid kombinohen me elektronet, duke formuar hidrogjen atomik, i cili përdoret për të rivendosur transportuesin NADP +.

Sponsor i artikullit është grupi i kompanive Aris. Prodhimi, shitja dhe dhënia me qira e skelave (fasada e kornizës LRSP, kornizë A-48, etj.) dhe kullave (PSRV "Aris", PSRV "Aris kompakt" dhe "Aris-dacha", platforma). Kapëse për skela, gardhe ndërtimi, mbështetëse për rrota për kulla. Mund të mësoni më shumë rreth kompanisë, të shikoni katalogun e produkteve dhe çmimet, kontaktet në faqen e internetit, e cila ndodhet në: http://www.scaffolder.ru/.

Pasi e kemi shqyrtuar këtë çështje, duke e analizuar sërish sipas diagramit, ftojmë nxënësit të plotësojnë tabelën.

Tabela. Reaksionet e fazave të lehta dhe të errëta të fotosintezës

Pasi të keni plotësuar pjesën e parë të tabelës, mund të vazhdoni me analizën Faza e errët e fotosintezës.

Në stromën e kloroplastit, pentozat janë vazhdimisht të pranishme - karbohidratet, të cilat janë komponime pesëkarbonike që formohen në ciklin Calvin (cikli i fiksimit të dioksidit të karbonit).

1. Dioksidi i karbonit shtohet në pentozë, duke formuar një përbërje të paqëndrueshme me gjashtë karbon, e cila zbërthehet në dy molekula të acidit 3-fosfoglicerik (PGA).

2. Molekulat PGA pranojnë një grup fosfat nga ATP dhe pasurohen me energji.

3. Secili prej FHA-ve lidh një atom hidrogjeni nga dy transportues, duke u kthyer në një triozë. Triozat kombinohen për të formuar glukozë dhe më pas niseshte.

4. Molekulat e triozës, duke u kombinuar në kombinime të ndryshme, formojnë pentoza dhe përsëri përfshihen në cikël.

Reagimi total i fotosintezës:

Skema. Procesi i fotosintezës

Test

1. Fotosinteza ndodh në organele:

a) mitokondri;
b) ribozomet;
c) kloroplastet;
d) kromoplastet.

2. Pigmenti i klorofilit është i përqendruar në:

a) membrana kloroplastike;
b) stroma;
c) kokrra.

3. Klorofili thith dritën në rajonin e spektrit:

a) e kuqe;
b) jeshile;
c) vjollcë;
d) në të gjithë rajonin.

4. Oksigjeni i lirë gjatë fotosintezës lirohet gjatë zbërthimit të:

a) dioksid karboni;
b) ATP;
c) NADP;
d) ujë.

5. Oksigjeni i lirë formohet në:

a) faza e errët;
b) faza e lehtë.

6. Në fazën e lehtë të fotosintezës, ATP:

a) të sintetizuara;
b) ndahet.

7. Në kloroplast, karbohidrati parësor formohet në:

a) faza e lehtë;
b) faza e errët.

8. NADP është i nevojshëm në kloroplast:

1) si kurth për elektronet;
2) si një enzimë për formimin e niseshtës;
3) si pjesë përbërëse e membranës së kloroplastit;
4) si një enzimë për fotolizën e ujit.

9. Fotoliza e ujit është:

1) akumulimi i ujit nën ndikimin e dritës;
2) shpërbërja e ujit në jone nën ndikimin e dritës;
3) çlirimi i avullit të ujit përmes stomatave;
4) injektimi i ujit në gjethe nën ndikimin e dritës.

10. Nën ndikimin e kuanteve të dritës:

1) klorofili shndërrohet në NADP;
2) një elektron largohet nga molekula e klorofilit;
3) kloroplasti rritet në vëllim;
4) klorofili shndërrohet në ATP.

LITERATURA

Bogdanova T.P., Solodova E.A. Biologjia. Manual për nxënësit e shkollave të mesme dhe ata që hyjnë në universitete. – M.: LLC “AST-Press School”, 2007.

PËRKUFIZIM: Fotosinteza është procesi i formimit të substancave organike nga dioksidi i karbonit dhe uji, në dritë, me çlirimin e oksigjenit.

Procesi i fotosintezës përfshin:

1) kloroplastet,

3) dioksid karboni,

5) temperatura.

Në bimët më të larta, fotosinteza ndodh në kloroplastet - plastide në formë ovale (organele gjysmë autonome) që përmbajnë pigmentin klorofil, falë ngjyrës së gjelbër të së cilës pjesët e bimës kanë gjithashtu një ngjyrë të gjelbër.

Në algat, klorofili përmbahet në kromatofore (qeliza që përmbajnë pigment dhe që reflektojnë dritën). Algat kafe dhe të kuqe, të cilat jetojnë në thellësi të konsiderueshme ku rrezet e diellit nuk arrijnë mirë, kanë pigmente të tjera.

Nëse shikoni piramidën ushqimore të të gjitha gjallesave, organizmat fotosintetikë janë në fund, midis autotrofeve (organizmave që sintetizojnë substanca organike nga ato inorganike). Prandaj, ato janë një burim ushqimi për të gjithë jetën në planet.

Gjatë fotosintezës, oksigjeni lëshohet në atmosferë. Në shtresat e sipërme të atmosferës, ozoni formohet prej tij. Mburoja e ozonit mbron sipërfaqen e Tokës nga rrezatimi i ashpër ultravjollcë, duke lejuar që jeta të dalë nga deti në tokë.

Oksigjeni është i nevojshëm për frymëmarrjen e bimëve dhe kafshëve. Kur glukoza oksidohet me pjesëmarrjen e oksigjenit, mitokondritë ruajnë pothuajse 20 herë më shumë energji sesa pa të. Kjo e bën përdorimin e ushqimit shumë më efikas, gjë që ka çuar në norma të larta metabolike te zogjtë dhe gjitarët.

Një përshkrim më i detajuar i procesit të fotosintezës në bimë

Ecuria e fotosintezës:

Procesi i fotosintezës fillon me goditjen e dritës ndaj kloroplasteve - organele gjysmë autonome ndërqelizore që përmbajnë pigment jeshil. Kur ekspozohen ndaj dritës, kloroplastet fillojnë të konsumojnë ujin nga toka, duke e ndarë atë në hidrogjen dhe oksigjen.

Një pjesë e oksigjenit lëshohet në atmosferë, pjesa tjetër shkon në proceset oksiduese në bimë.

Sheqeri kombinohet me azotin, squfurin dhe fosforin që vijnë nga toka, në këtë mënyrë bimët e gjelbra prodhojnë niseshte, yndyrna, proteina, vitamina dhe komponime të tjera komplekse të nevojshme për jetën e tyre.

Fotosinteza ndodh më së miri nën ndikimin e dritës së diellit, por disa bimë mund të kënaqen me ndriçimin artificial.

Një përshkrim kompleks i mekanizmave të fotosintezës për lexuesin e avancuar

Deri në vitet 60 të shekullit të 20-të, shkencëtarët dinin vetëm një mekanizëm për fiksimin e dioksidit të karbonit - përmes rrugës C3-pentozë fosfat. Megjithatë, kohët e fundit një grup shkencëtarësh australianë ishin në gjendje të vërtetonin se në disa bimë reduktimi i dioksidit të karbonit ndodh përmes ciklit të acidit C4-dikarboksilik.

Në bimët me një reaksion C3, fotosinteza ndodh më aktivisht në kushte të temperaturës dhe dritës së moderuar, kryesisht në pyje dhe vende të errëta. Bimë të tilla përfshijnë pothuajse të gjitha bimët e kultivuara dhe shumicën e perimeve. Ato përbëjnë bazën e dietës njerëzore.

Në bimët me një reaksion C4, fotosinteza ndodh më aktivisht në kushte të temperaturës dhe dritës së lartë. Bimë të tilla përfshijnë, për shembull, misrin, melekuqe dhe kallam sheqeri, të cilat rriten në klimat e ngrohta dhe tropikale.

Vetë metabolizmi i bimëve u zbulua mjaft kohët e fundit, kur u zbulua se në disa bimë që kanë inde të veçanta për ruajtjen e ujit, dioksidi i karbonit grumbullohet në formën e acideve organike dhe fiksohet në karbohidrate vetëm pas një dite. Ky mekanizëm i ndihmon bimët të kursejnë ujin.

Si ndodh procesi i fotosintezës?

Bima thith dritën duke përdorur një substancë të gjelbër të quajtur klorofil. Klorofili gjendet në kloroplastet, të cilat gjenden në kërcell ose në fruta. Ka një sasi veçanërisht të madhe të tyre në gjethe, sepse për shkak të strukturës së saj shumë të sheshtë, gjethja mund të tërheqë shumë dritë, dhe për këtë arsye të marrë shumë më tepër energji për procesin e fotosintezës.

Pas përthithjes, klorofili është në një gjendje të ngacmuar dhe transferon energji në molekulat e tjera të trupit të bimës, veçanërisht ato të përfshira drejtpërdrejt në fotosintezë. Faza e dytë e procesit të fotosintezës zhvillohet pa pjesëmarrjen e detyrueshme të dritës dhe konsiston në marrjen e një lidhjeje kimike me pjesëmarrjen e dioksidit të karbonit të marrë nga ajri dhe uji. Në këtë fazë sintetizohen substanca të ndryshme shumë të dobishme për jetën, si niseshteja dhe glukoza.

Këto substanca organike përdoren nga vetë bimët për të ushqyer pjesët e ndryshme të saj, si dhe për të ruajtur funksionet normale të jetës. Përveç kësaj, këto substanca merren edhe nga kafshët duke ngrënë bimë. Njerëzit i marrin këto substanca edhe duke ngrënë ushqime me origjinë shtazore dhe bimore.

Kushtet për fotosintezën

Fotosinteza mund të ndodhë si nën ndikimin e dritës artificiale ashtu edhe nën ndikimin e dritës së diellit. Si rregull, bimët "punojnë" intensivisht në natyrë në pranverë dhe verë, kur ka shumë rrezet e diellit të nevojshme. Në vjeshtë ka më pak dritë, ditët shkurtohen, gjethet fillimisht zverdhen dhe më pas bien. Por sapo të shfaqet dielli i ngrohtë pranveror, gjethja e gjelbër rishfaqet dhe “fabrikat” e gjelbra do të rifillojnë punën e tyre për të siguruar oksigjenin aq të nevojshëm për jetën, si dhe shumë lëndë të tjera ushqyese.

Përkufizimi alternativ i fotosintezës

Fotosinteza (nga greqishtja e lashtë foto-drita dhe sinteza - lidhja, palosja, lidhja, sinteza) është procesi i shndërrimit të energjisë së dritës në energjinë e lidhjeve kimike të substancave organike në dritë nga fotoautotrofët me pjesëmarrjen e pigmenteve fotosintetike (klorofili në bimë , bakteroklorofili dhe bakteriorodopsina në baktere). Në fiziologjinë moderne të bimëve, fotosinteza më shpesh kuptohet si një funksion fotoautotrofik - një grup procesesh të përthithjes, transformimit dhe përdorimit të energjisë së kuanteve të dritës në reaksione të ndryshme endergonike, duke përfshirë shndërrimin e dioksidit të karbonit në substanca organike.

Fazat e fotosintezës

Fotosinteza është një proces mjaft kompleks dhe përfshin dy faza: dritën, e cila ndodh gjithmonë ekskluzivisht në dritë dhe errësirë. Të gjitha proceset ndodhin brenda kloroplasteve në organe të veçanta të vogla - tilakodia. Gjatë fazës së dritës, një sasi drite absorbohet nga klorofili, duke rezultuar në formimin e molekulave ATP dhe NADPH. Më pas, uji shpërbëhet, duke formuar jone hidrogjeni dhe duke lëshuar një molekulë oksigjeni. Shtrohet pyetja, cilat janë këto substanca misterioze të pakuptueshme: ATP dhe NADH?

ATP është një molekulë organike e veçantë që gjendet në të gjithë organizmat e gjallë dhe shpesh quhet monedha e "energjisë". Janë këto molekula që përmbajnë lidhje me energji të lartë dhe janë burimi i energjisë në çdo sintezë organike dhe procese kimike në trup. Epo, NADPH është në të vërtetë një burim hidrogjeni, ai përdoret drejtpërdrejt në sintezën e substancave organike me molekulare të lartë - karbohidratet, e cila ndodh në fazën e dytë, të errët të fotosintezës duke përdorur dioksid karboni.

Faza e lehtë e fotosintezës

Kloroplastet përmbajnë shumë molekula klorofile dhe të gjitha thithin rrezet e diellit. Në të njëjtën kohë, drita absorbohet nga pigmente të tjera, por ato nuk mund të kryejnë fotosintezën. Vetë procesi ndodh vetëm në disa molekula klorofile, nga të cilat ka shumë pak. Molekula të tjera të klorofilit, karotenoideve dhe substancave të tjera formojnë komplekse speciale të antenës dhe korrjes së dritës (LHC). Ato, si antenat, thithin kuantet e dritës dhe transmetojnë ngacmimin në qendra të veçanta të reagimit ose kurthe. Këto qendra janë të vendosura në fotosisteme, nga të cilat bimët kanë dy: fotosistemin II dhe fotosistemin I. Ato përmbajnë molekula të veçanta të klorofilit: përkatësisht, në fotosistemin II - P680, dhe në fotosistemin I - P700. Ata thithin dritën pikërisht me këtë gjatësi vale (680 dhe 700 nm).

Diagrami e bën më të qartë se si gjithçka duket dhe ndodh gjatë fazës së lehtë të fotosintezës.

Në figurë shohim dy fotosisteme me klorofil P680 dhe P700. Figura tregon gjithashtu bartësit përmes të cilëve ndodh transporti i elektroneve.

Pra: të dy molekulat e klorofilit të dy fotosistemeve thithin një kuant drite dhe eksitohen. Elektroni e- (i kuq në figurë) lëviz në një nivel më të lartë energjie.

Elektronet e ngacmuara kanë energji shumë të lartë ato shkëputen dhe hyjnë në një zinxhir të veçantë transportuesish, i cili ndodhet në membranat e tilakoideve - strukturat e brendshme të kloroplasteve. Figura tregon se nga fotosistemi II nga klorofili P680 një elektron shkon në plastokinon dhe nga fotosistemi I nga klorofili P700 në feredoksinë. Në vetë molekulat e klorofilit, në vend të elektroneve pas heqjes së tyre, formohen vrima blu me një ngarkesë pozitive. Çfarë duhet bërë?

Për të kompensuar mungesën e një elektroni, molekula e klorofilit P680 e fotosistemit II pranon elektrone nga uji dhe formohen jone hidrogjeni. Përveç kësaj, është për shkak të ndarjes së ujit që oksigjeni lëshohet në atmosferë. Dhe molekula e klorofilit P700, siç mund të shihet nga figura, kompenson mungesën e elektroneve përmes një sistemi transportuesish nga fotosistemi II.

Në përgjithësi, sado e vështirë të jetë, pikërisht kështu vazhdon faza e lehtë e fotosintezës, thelbi i saj kryesor është transferimi i elektroneve. Nga figura mund të shihet gjithashtu se paralelisht me transportin e elektroneve, jonet e hidrogjenit H+ lëvizin nëpër membranë dhe ato grumbullohen brenda tilakoidit. Meqenëse ka shumë prej tyre, ato lëvizin nga jashtë me ndihmën e një faktori të veçantë konjugues, i cili është portokalli në foto, i treguar në të djathtë dhe duket si një kërpudha.

Së fundi, ne shohim hapin përfundimtar të transportit të elektroneve, i cili rezulton në formimin e përbërjes së lartpërmendur NADH. Dhe për shkak të transferimit të joneve H+, sintetizohet monedha e energjisë - ATP (shihet në të djathtë në figurë).

Pra, faza e dritës e fotosintezës përfundon, oksigjeni lëshohet në atmosferë, formohen ATP dhe NADH. Ç'pritet më tej? Ku është lënda organike e premtuar? Dhe pastaj vjen faza e errët, e cila përbëhet kryesisht nga proceset kimike.

Faza e errët e fotosintezës

Për fazën e errët të fotosintezës, dioksidi i karbonit - CO2 - është një komponent thelbësor. Prandaj, bima duhet ta thithë vazhdimisht atë nga atmosfera. Për këtë qëllim, në sipërfaqen e gjethes ekzistojnë struktura të veçanta - stomata. Kur ato hapen, CO2 hyn në gjethe, tretet në ujë dhe reagon me fazën e lehtë të fotosintezës.

Gjatë fazës së dritës në shumicën e bimëve, CO2 lidhet me një përbërje organike me pesë karbon (i cili është një zinxhir prej pesë molekulash karboni), duke rezultuar në formimin e dy molekulave të një përbërësi me tre karbon (acidi 3-fosfoglicerik). Sepse Rezultati parësor është pikërisht këto komponime me tre karbon me këtë lloj fotosinteze quhen bimë C3.

Sinteza e mëtejshme në kloroplaste ndodh mjaft komplekse. Në fund të fundit formon një përbërje me gjashtë karbon, nga e cila më pas mund të sintetizohet glukoza, saharoza ose niseshteja. Në formën e këtyre substancave organike, bima grumbullon energji. Në këtë rast, vetëm një pjesë e vogël e tyre mbetet në gjethe, e cila përdoret për nevojat e saj, ndërsa pjesa tjetër e karbohidrateve udhëtojnë në të gjithë bimën, duke mbërritur atje ku energjia është më e nevojshme - për shembull, në pikat e rritjes.

Procesi organik më i rëndësishëm, pa të cilin do të vihej në pikëpyetje ekzistenca e të gjitha gjallesave në planetin tonë, është fotosinteza. Çfarë është fotosinteza? Të gjithë e dinë që nga shkolla. Përafërsisht, ky është procesi i formimit të substancave organike nga dioksidi i karbonit dhe uji, i cili ndodh në dritë dhe shoqërohet me çlirimin e oksigjenit. Një përkufizim më kompleks është si më poshtë: fotosinteza është procesi i shndërrimit të energjisë së dritës në energji të lidhjeve kimike të substancave me origjinë organike me pjesëmarrjen e pigmenteve fotosintetike. Në praktikën moderne, fotosinteza zakonisht kuptohet si një grup procesesh të përthithjes, sintezës dhe përdorimit të dritës në një seri reaksionesh endergonike, një prej të cilave është shndërrimi i dioksidit të karbonit në substanca organike. Tani le të zbulojmë më në detaje se si ndodh fotosinteza dhe në cilat faza ndahet ky proces!

karakteristikat e përgjithshme

Kloroplastet, të cilat i ka çdo bimë, janë përgjegjës për fotosintezën. Çfarë janë kloroplastet? Këto janë plastide ovale që përmbajnë një pigment të tillë si klorofil. Është klorofili që përcakton ngjyrën e gjelbër të bimëve. Në algat, ky pigment është i pranishëm në kromatoforet - qelizat që reflektojnë dritën që përmbajnë pigment të formave të ndryshme. Algat kafe dhe të kuqe, të cilat jetojnë në thellësi të konsiderueshme ku rrezet e diellit nuk arrijnë mirë, kanë pigmente të ndryshme.

Substancat e fotosintezës janë pjesë e autotrofeve - organizmave të aftë për të sintetizuar substanca organike nga substanca inorganike. Ato janë niveli më i ulët i piramidës ushqimore, prandaj përfshihen në dietën e të gjithë organizmave të gjallë në planetin Tokë.

Përfitimet e fotosintezës

Pse nevojitet fotosinteza? Oksigjeni i çliruar nga bimët gjatë fotosintezës hyn në atmosferë. Duke u ngritur në shtresat e sipërme të saj, ajo formon ozonin, i cili mbron sipërfaqen e tokës nga rrezatimi i fortë diellor. Është falë ekranit të ozonit që organizmat e gjallë mund të qëndrojnë të qetë në tokë. Përveç kësaj, siç e dini, oksigjeni është i nevojshëm për frymëmarrjen e organizmave të gjallë.

Ecuria e procesit

Gjithçka fillon me hyrjen e dritës në kloroplaste. Nën ndikimin e tij, organelet nxjerrin ujë nga toka dhe gjithashtu e ndajnë atë në hidrogjen dhe oksigjen. Kështu ndodhin dy procese. Fotosinteza e bimëve fillon në momentin kur gjethet tashmë kanë thithur ujin dhe dioksidin e karbonit. Energjia e dritës grumbullohet në tilakoidet - ndarje të veçanta të kloroplasteve dhe e ndan molekulën e ujit në dy përbërës. Një pjesë e oksigjenit shkon në frymëmarrjen e bimëve, dhe pjesa tjetër shkon në atmosferë.

Më pas, dioksidi i karbonit hyn në pirenoidet - granula proteinash të rrethuara me niseshte. Hidrogjeni gjithashtu vjen këtu. Të përziera me njëra-tjetrën, këto substanca formojnë sheqer. Ky reagim ndodh edhe me çlirimin e oksigjenit. Kur sheqeri (emri i përgjithshëm për karbohidratet e thjeshta) përzihet me azot, squfur dhe fosfor që hyjnë në bimë nga toka, formohen niseshte (karbohidrate komplekse), proteina, yndyrna, vitamina dhe substanca të tjera të nevojshme për jetën e bimëve. Në shumicën dërrmuese të rasteve, fotosinteza ndodh në kushtet e ndriçimit natyror. Megjithatë, në të mund të marrë pjesë edhe ndriçimi artificial.

Deri në vitet 60 të shekullit të njëzetë, shkenca njihte një mekanizëm për reduktimin e dioksidit të karbonit - përgjatë rrugës së fosfatit C3-pentozë. Kohët e fundit, shkencëtarët australianë kanë vërtetuar se në disa specie bimore ky proces mund të ndodhë përmes ciklit të acidit dikarboksilik C4.

Në bimët që reduktojnë dioksidin e karbonit nëpërmjet rrugës C 3, fotosinteza ndodh më mirë në temperatura të moderuara dhe dritë të ulët, në pyje ose vende të errëta. Këto bimë përfshijnë pjesën më të madhe të bimëve të kultivuara dhe pothuajse të gjitha perimet që përbëjnë bazën e dietës sonë.

Në klasën e dytë të bimëve, fotosinteza ndodh më aktivisht në kushtet e temperaturës së lartë dhe dritës së fortë. Në këtë grup bëjnë pjesë bimët që rriten në klimat tropikale dhe të ngrohta, si misri, kallam sheqeri, melekuqe etj.

Metabolizmi i bimëve, nga rruga, u zbulua mjaft kohët e fundit. Shkencëtarët ishin në gjendje të zbulonin se disa bimë kanë inde të veçanta për të ruajtur furnizimin me ujë. Dioksidi i karbonit grumbullohet në to në formën e acideve organike dhe kthehet në karbohidrate vetëm pas 24 orësh. Ky mekanizëm u lejon bimëve të kursejnë ujë.

Si funksionon procesi?

Ne tashmë e dimë në terma të përgjithshëm se si vazhdon procesi i fotosintezës dhe çfarë lloj fotosinteze ndodh, tani le ta njohim më thellë.

E gjitha fillon me thithjen e dritës nga bima. Në këtë gjë ajo ndihmohet nga klorofila, e cila në formën e kloroplasteve ndodhet në gjethet, kërcellet dhe frutat e bimës. Sasia kryesore e kësaj substance është e përqendruar në gjethe. Gjë është se, falë strukturës së saj të sheshtë, fleta tërheq shumë dritë. Dhe sa më shumë dritë, aq më shumë energji për fotosintezën. Kështu, gjethet në bimë veprojnë si një lloj lokalizimi që kapin dritën.

Kur drita absorbohet, klorofili është në një gjendje të ngacmuar. Ai transferon energji në organet e tjera të bimëve që marrin pjesë në fazën tjetër të fotosintezës. Faza e dytë e procesit ndodh pa pjesëmarrjen e dritës dhe përbëhet nga një reaksion kimik që përfshin ujin e marrë nga toka dhe dioksidin e karbonit të marrë nga ajri. Në këtë fazë sintetizohen karbohidratet, të cilat janë thelbësore për jetën e çdo organizmi. Në këtë rast, ato jo vetëm që ushqejnë vetë bimën, por transmetohen edhe te kafshët që e hanë atë. Njerëzit gjithashtu i marrin këto substanca duke konsumuar produkte bimore ose shtazore.

Fazat e procesit

Duke qenë një proces mjaft kompleks, fotosinteza ndahet në dy faza: e lehtë dhe e errët. Siç sugjeron emri, faza e parë kërkon praninë e rrezatimit diellor, por e dyta jo. Gjatë fazës së dritës, klorofili thith një sasi drite, duke formuar molekula ATP dhe NADH, pa të cilat fotosinteza është e pamundur. Çfarë janë ATP dhe NADH?

ATP (adenozi trifosfat) është një koenzimë nukleike që përmban lidhje me energji të lartë dhe shërben si burim energjie në çdo transformim organik. Lidhja shpesh quhet si një volut energjik.

NADH (nikotinamid adenine dinukleotidi) është një burim hidrogjeni që përdoret për sintetizimin e karbohidrateve me pjesëmarrjen e dioksidit të karbonit në fazën e dytë të një procesi siç është fotosinteza.

Faza e lehtë

Kloroplastet përmbajnë shumë molekula klorofile, secila prej të cilave thith dritën. Pigmente të tjera gjithashtu e thithin atë, por ato nuk janë të afta për fotosintezë. Procesi zhvillohet vetëm në një pjesë të molekulave të klorofilit. Molekulat e mbetura formojnë antena dhe komplekse të korrjes së dritës (LHC). Ata grumbullojnë kuanta të rrezatimit të dritës dhe i transferojnë ato në qendrat e reagimit, të cilat quhen edhe kurthe. Qendrat e reagimit janë të vendosura në fotosisteme, nga të cilat një bimë fotosintetike ka dy. E para përmban një molekulë klorofili të aftë për të thithur dritën me një gjatësi vale prej 700 nm, dhe e dyta - 680 nm.

Pra, dy lloje të molekulave të klorofilit thithin dritën dhe eksitohen, gjë që bën që elektronet të lëvizin në një nivel më të lartë energjie. Elektronet e ngacmuara, të cilat kanë një sasi të madhe energjie, shkëputen dhe hyjnë në zinxhirin e transportit të vendosur në membranat tilakoid (strukturat e brendshme të kloroplasteve).

Tranzicioni elektronik

Një elektron nga fotosistemi i parë shkon nga klorofili P680 në plastoquinone dhe një elektron nga sistemi i dytë shkon në feredoksinë. Në këtë rast, në vendin ku hiqen elektronet, formohet një hapësirë ​​e lirë në molekulën e klorofilit.

Për të kompensuar mungesën, molekula e klorofilit P680 pranon elektrone nga uji, duke formuar jone hidrogjeni. Dhe molekula e dytë e klorofilit kompenson mungesën përmes një sistemi bartës nga fotosistemi i parë.

Kështu vazhdon faza e dritës e fotosintezës, thelbi i së cilës është transferimi i elektroneve. Paralelisht me transportin e elektroneve është lëvizja e joneve të hidrogjenit nëpër membranë. Kjo çon në akumulimin e tyre brenda tilakoidit. Duke u grumbulluar në sasi të mëdha, ato lëshohen nga jashtë me ndihmën e një faktori konjugues. Rezultati i transportit të elektroneve është formimi i përbërjes NADH. Dhe transferimi i joneve të hidrogjenit çon në formimin e monedhës së energjisë ATP.

Në fund të fazës së dritës, oksigjeni hyn në atmosferë dhe ATP dhe NADH formohen brenda petalit. Pastaj fillon faza e errët e fotosintezës.

Faza e errët

Kjo fazë e fotosintezës kërkon dioksid karboni. Bima e thith vazhdimisht nga ajri. Për këtë qëllim, në sipërfaqen e gjethes ka stomata - struktura të veçanta që, kur hapen, thithin dioksid karboni. Duke hyrë në gjethe, ajo tretet në ujë dhe merr pjesë në proceset e fazës së dritës.

Gjatë fazës së dritës në shumicën e bimëve, dioksidi i karbonit lidhet me një përbërje organike që përmban 5 atome karboni. Rezultati është një palë molekulash të një përbërjeje me tre karbon të quajtur acid 3-fosfoglicerik. Është pikërisht për shkak se ky përbërës është rezultati kryesor i procesit që bimët me këtë lloj fotosinteze quhen bimë C 3.

Proceset e mëtejshme që ndodhin në kloroplaste janë shumë komplekse për njerëzit e papërvojë. Rezultati përfundimtar është një përbërës me gjashtë karbon që sintetizon karbohidrate të thjeshta ose komplekse. Është në formën e karbohidrateve që bima grumbullon energji. Një pjesë e vogël e substancave mbetet në gjethe dhe plotëson nevojat e saj. Karbohidratet e mbetura qarkullojnë në të gjithë bimën dhe dërgohen në vendet ku janë më të nevojshme.

Fotosinteza në dimër

Shumë njerëz kanë pyetur veten të paktën një herë në jetën e tyre se nga vjen oksigjeni gjatë stinës së ftohtë. Së pari, oksigjeni prodhohet jo vetëm nga bimët gjetherënëse, por edhe nga bimët halore dhe detare. Dhe nëse bimët gjetherënëse ngrijnë në dimër, bimët halore vazhdojnë të marrin frymë, megjithëse më pak intensivisht. Së dyti, përmbajtja e oksigjenit në atmosferë nuk varet nga fakti nëse pemët kanë derdhur gjethet e tyre. Oksigjeni zë 21% të atmosferës, kudo në planetin tonë në çdo kohë të vitit. Kjo vlerë nuk ndryshon, pasi masat ajrore lëvizin shumë shpejt, dhe dimri nuk ndodh njëkohësisht në të gjitha vendet. Epo, dhe së treti, në dimër në shtresat më të ulëta të ajrit që thithim, përmbajtja e oksigjenit është edhe më e lartë se në verë. Arsyeja për këtë fenomen është temperatura e ulët, për shkak të së cilës oksigjeni bëhet më i dendur.

konkluzioni

Sot kujtuam se çfarë është fotosinteza, çfarë është klorofili dhe si bimët çlirojnë oksigjen duke thithur dioksidin e karbonit. Natyrisht, fotosinteza është procesi më i rëndësishëm në jetën tonë. Na kujton nevojën për t'u kujdesur për natyrën.

Fotosinteza është një proces kompleks që përfshin një sistem të tërë reaksionesh kimike. Ai shtrihet me kalimin e kohës dhe përbëhet nga dy faza. Faza e parë zhvillohet vetëm në dritë dhe quhet faza e dritës. Faza e dytë, e errët, nuk varet nga energjia e dritës dhe ndodh si në dritë ashtu edhe në errësirë.

Në dritë

Faza e dritës fillon me kuantat e dritës që godasin molekulat e klorofilit që ndodhen brenda tilakoideve - cisterna membranore të sheshta në formë disku.

Oriz. 1. Struktura e kloroplastit.

Në këtë rast, molekulat e klorofilit kalojnë në një gjendje të ngacmuar dhe humbasin elektrone. Në vend të elektroneve të humbur, ata fitojnë elektrone nga molekulat H2O ose jonet OH¯.

Ndodh dekompozimi i ujit (fotoliza) dhe lirimi i gazit të oksigjenit, i inicuar nga klorofili. Një molekulë oksigjeni formohet nga dy molekula uji.

2Н2О → 4Н⁺ + 4е¯ + О2

TOP 4 artikujttë cilët po lexojnë së bashku me këtë

Elektronet e lira dhe hidrogjeni kalojnë nëpër një zinxhir kompleks substancash bartëse dhe fiksohen në molekulat NADPH2.

Oriz. 2. Skema e fazës së lehtë të fotosintezës.

Për shkak të energjisë së elektroneve të ngacmuara, ndodh edhe sinteza e molekulave ATP nga ADP dhe acidi fosforik.

Nëse oksigjeni konsiderohet një nënprodukt i fazës së dritës, atëherë ATP mund të konsiderohet kryesori, pasi energjia e tij do të shpenzohet në formimin e substancave organike nga CO2 në fazën e errët.

Kështu, energjia e dritës bëhet energjia e lidhjeve kimike të ATP.

Në dritë dhe në errësirë

Reaksionet e fazës së errët ndodhin jashtë tilakoideve, në stromën e kloroplastit, i cili në vetitë e tij është një biokoloid.

Thelbi i proceseve të kësaj faze është shndërrimi i dioksidit të karbonit atmosferik në substanca të ndryshme organike.

Bimët C3 dhe C4

Ekzistojnë dy rrugë të fotosintezës, karakteristike për specie të ndryshme bimore. Shumica e specieve i përkasin bimëve C₃. Kjo do të thotë se në fazën e parë të fazës së errët ata formojnë hidrokarbure triatomike:

CO2 + ribuloz difosfat (RDP) + H2O → 2 molekula të acidit fosfoglicerik (PGA).

RDF: 5 atome C. FGK: 3 atome C.

Substancat organike formohen jo duke shtuar molekula CO2, por duke shtuar CO2 në karbohidratet ekzistuese.

Kështu, CO2 është, si të thuash, i përfshirë në metabolizmin ndërqelizor të bimës.

Në bimët C4, formohen acidet tetraatomike:

• mollë;
• oksalacetik;
• aspartik.

С₄ – bimët janë me origjinë tropikale dhe janë shumë dritëdashëse. Këto janë melekuqe, meli, misri, kallam sheqeri etj.

Produktet e fazës së parë i nënshtrohen një cikli reaksionesh, duke formuar shumë substanca të përdorura nga qeliza.

Në të gjitha bimët, faza e errët përfundon me formimin e glukozës, fruktozës dhe karbohidrateve të tjera heksatomike.

Është vërtetuar se fotosinteza sintetizon gjithashtu proteina dhe produkte të tjera.

Oriz. 3. Skema e fazës së errët të fotosintezës.

Shenjat e fazave të fotosintezës, si dhe rezultatet e proceseve që ndodhin në të dy fazat, janë paraqitur në tabelë:

Çfarë kemi mësuar?

Pas karakterizimit krahasues të dy fazave të fotosintezës, ne përcaktuam se faza e dritës është përgatitore. Gjatë fazës së dritës: formohet oksigjeni, energjia ruhet në formën e ATP, hidrogjeni grumbullohet. Faza e errët përdor burimet e marra gjatë fazës së dritës dhe përfundon me formimin e një sërë përbërjesh organike.

Test mbi temën

Vlerësimi i raportit

Vleresim mesatar: 4.6. Gjithsej vlerësimet e marra: 102.