T'has preguntat mai quants organismes vius hi ha al planeta?! I després de tot, tots necessiten inhalar oxigen per generar energia i exhalar diòxid de carboni. El diòxid de carboni és la causa principal d'un fenomen com la congestió a l'habitació. Té lloc quan hi ha molta gent i l'habitació no està ventilada durant molt de temps. A més, les instal·lacions industrials, l'automòbil privat i el transport públic omplen l'aire de substàncies tòxiques.
En vista de l'anterior, sorgeix una pregunta completament lògica: com no ens vam sufocar llavors, si tota la vida és font de diòxid de carboni verinós? El salvador de tots els éssers vius en aquesta situació és la fotosíntesi. Què és aquest procés i per què és necessari?
El seu resultat és l'ajust de l'equilibri de diòxid de carboni i la saturació de l'aire amb oxigen. Aquest procés només el coneixen els representants del món de la flora, és a dir, les plantes, ja que només es produeix a les seves cèl·lules.
La fotosíntesi en si és un procediment extremadament complex, que depèn de determinades condicions i que es produeix en diversesetapes.
Definició del concepte
Segons la definició científica, les substàncies orgàniques es converteixen en substàncies orgàniques durant la fotosíntesi a nivell cel·lular en organismes autòtrofs a causa de l'exposició a la llum solar.
Per dir-ho més senzillament, la fotosíntesi és el procés pel qual es produeix el següent:
- La planta està saturada d'humitat. La font d'humitat pot ser l'aigua del sòl o l'aire tropical humit.
- La clorofil·la (una substància especial que es troba a les plantes) reacciona a l'energia solar.
- La formació dels aliments necessaris per als representants de la flora, que no són capaços d'aconseguir per si mateixos de manera heteròtrofa, però ells mateixos en són el productor. En altres paraules, les plantes mengen el que produeixen. Aquest és el resultat de la fotosíntesi.
Primera etapa
Pràcticament cada planta conté una substància verda, gràcies a la qual pot absorbir la llum. Aquesta substància no és més que clorofil·la. La seva localització són els cloroplasts. Però els cloroplasts es troben a la part de la tija de la planta i els seus fruits. Però la fotosíntesi de les fulles és especialment freqüent a la natura. Com que aquest últim és bastant senzill en la seva estructura i té una superfície relativament gran, el que significa que la quantitat d'energia necessària perquè el procés de rescat continuï serà molt més gran.
Quan la llum és absorbida per la clorofil·la, aquesta es troba en un estat d'excitació i la sevatransmet missatges energètics a altres molècules orgàniques de la planta. La major quantitat d'aquesta energia es destina als participants en el procés de la fotosíntesi.
Segona etapa
La formació de la fotosíntesi en la segona etapa no requereix la participació obligatòria de la llum. Consisteix en la formació d'enllaços químics mitjançant diòxid de carboni verinós format a partir de masses d'aire i aigua. També hi ha una síntesi de moltes substàncies que asseguren l'activitat vital dels representants de la flora. Aquests són midó, glucosa.
A les plantes, aquests elements orgànics actuen com a font de nutrició per a parts individuals de la planta, alhora que garanteixen el curs normal dels processos vitals. Aquestes substàncies també les obtenen els representants de la fauna que mengen plantes per menjar. El cos humà es satura d'aquestes substàncies a través dels aliments, que s'inclouen a la dieta diària.
Què? On? Quan?
Per tal que les substàncies orgàniques esdevinguin orgàniques, cal proporcionar les condicions adequades per a la fotosíntesi. Per al procés en qüestió, en primer lloc, cal llum. Estem parlant de llum artificial i solar. A la natura, l'activitat vegetal es caracteritza habitualment per la intensitat a la primavera i l'estiu, és a dir, quan es necessita una gran quantitat d'energia solar. El que no es pot dir de l'estació de tardor, quan cada cop hi ha menys llum, el dia s'escurça. Com a resultat, el fullatge es torna groc i després cau completament. Però tan bon punt brillin els primers raigs de sol de primavera, l'herba verda s'aixecarà, reprendran immediatament les seves activitats.clorofil·les i començarà la producció activa d'oxigen i altres nutrients vitals.
Les condicions per a la fotosíntesi inclouen més que la llum. La humitat també hauria de ser suficient. Després de tot, la planta absorbeix primer la humitat i després comença una reacció amb la participació de l'energia solar. Els aliments vegetals són el resultat d'aquest procés.
Només en presència de matèria verda es produeix la fotosíntesi. Què són les clorofil·les, ja hem dit més amunt. Actuen com una mena de conductor entre l'energia lluminosa o solar i la pròpia planta, assegurant el bon curs de la seva vida i activitat. Les substàncies verdes tenen la capacitat d'absorbir molts dels raigs del sol.
L'oxigen també té un paper important. Perquè el procés de fotosíntesi tingui èxit, les plantes en necessiten molt, ja que només conté un 0,03% d'àcid carbònic. Així, a partir de 20.000 m3 d'aire, podeu obtenir 6 m3 d'àcid. Aquesta última substància és la principal font de glucosa, que, al seu torn, és una substància necessària per a la vida.
Hi ha dues etapes de la fotosíntesi. El primer s'anomena llum, el segon és fosc.
Quin és el mecanisme del flux de l'etapa de llum
L'etapa lleugera de la fotosíntesi té un altre nom: fotoquímica. Els principals participants en aquesta etapa són:
- energia solar;
- varietat de pigments.
Amb el primer component, tot és clar, és llum solar. PERÒaixò és el que són els pigments, no tothom ho sap. Són verds, grocs, vermells o blaus. Les clorofil·les dels grups "A" i "B" pertanyen al verd, les ficobilines al groc i al vermell/blau, respectivament. L'activitat fotoquímica entre els participants en aquesta etapa del procés només es mostra per les clorofil·les "A". La resta tenen un paper complementari, l'essència del qual és la recollida de quants de llum i el seu transport al centre fotoquímic.
Com que la clorofil·la està dotada de la capacitat d'absorbir eficaçment l'energia solar a una determinada longitud d'ona, s'han identificat els sistemes fotoquímics següents:
- Centre fotoquímic 1 (substàncies verdes del grup "A"): el pigment 700 s'inclou a la composició, que absorbeix els raigs de llum, la longitud dels quals és d'aproximadament 700 nm. Aquest pigment té un paper fonamental en la creació de productes de l'etapa de llum de la fotosíntesi.
- Centre fotoquímic 2 (substàncies verdes del grup "B"): la composició inclou el pigment 680, que absorbeix els raigs de llum, la longitud dels quals és de 680 nm. Té un paper secundari, que consisteix en la funció de reposar els electrons perduts pel centre fotoquímic 1. S'aconsegueix per la hidròlisi del líquid.
Per a 350-400 molècules de pigment que concentren els fluxos de llum als fotosistemes 1 i 2, només hi ha una molècula de pigment, que és fotoquímicament activa: la clorofil·la del grup "A".
Què està passant?
1. L'energia lluminosa absorbida per la planta afecta el pigment 700 que hi conté, que canvia de l'estat normal a l'estat excitat. El pigment perdelectró, donant lloc a la formació de l'anomenat forat d'electrons. A més, la molècula de pigment que ha perdut un electró pot actuar com a acceptor, és a dir, el costat que rep l'electró, i tornar a la seva forma.
2. El procés de descomposició líquida al centre fotoquímic del pigment que absorbeix la llum 680 del fotosistema 2. Durant la descomposició de l'aigua es formen electrons, que inicialment són acceptats per una substància com el citocrom C550 i es denoten amb la lletra Q. Després, des del citocrom, els electrons entren a la cadena portadora i són transportats al centre fotoquímic 1 per omplir el forat d'electrons, que va ser el resultat de la penetració de quants de llum i el procés de reducció del pigment 700.
Hi ha casos en què aquesta molècula recupera un electró idèntic a l'anterior. Això donarà lloc a l'alliberament d'energia lluminosa en forma de calor. Però gairebé sempre, un electró amb càrrega negativa es combina amb proteïnes especials de ferro i sofre i es transfereix al llarg d'una de les cadenes al pigment 700, o entra en una altra cadena portadora i es reuneix amb un acceptor permanent.
A la primera variant, hi ha un transport d'electrons de tipus tancat cíclic, a la segona, no cíclic.
Ambdós processos estan catalitzats per la mateixa cadena de portadors d'electrons en la primera etapa de la fotosíntesi. Però cal tenir en compte que durant la fotofosforilació de tipus cíclic, el punt inicial i alhora final del transport és la clorofil·la, mentre que el transport no cíclic implica la transició de la substància verda del grup "B" aclorofil·la "A".
Característiques del transport cíclic
La fosforilació cíclica també s'anomena fotosintètica. Com a resultat d'aquest procés, es formen molècules d'ATP. Aquest transport es basa en el retorn dels electrons en estat excitat al pigment 700 a través de diverses etapes successives, com a resultat de les quals s'allibera energia, que participa en el treball del sistema enzimàtic fosforilant amb el propòsit d'acumular més en fosfat d'ATP. enllaços. És a dir, l'energia no es dissipa.
La fosforilació cíclica és la reacció principal de la fotosíntesi, que es basa en la tecnologia de generació d'energia química a les superfícies de la membrana dels tilactoides de cloroplast utilitzant l'energia de la llum solar.
Sense la fosforilació fotosintètica, les reaccions d'assimilació en la fase fosca de la fotosíntesi són impossibles.
Els matisos del transport de tipus no cíclic
El procés consisteix en la restauració de NADP+ i la formació de NADPH. El mecanisme es basa en la transferència d'un electró a ferredoxina, la seva reacció de reducció i la posterior transició a NADP+ amb una reducció addicional a NADPH.
Com a resultat, els electrons que van perdre el pigment 700 es reomplen gràcies als electrons de l'aigua, que es descomponen sota els raigs de llum al fotosistema 2.
El camí no cíclic dels electrons, el flux del qual també implica la fotosíntesi de la llum, es realitza mitjançant la interacció d'ambdós fotosistemes entre ells, enllaçant les seves cadenes de transport d'electrons. Lluminósl'energia dirigeix el flux d'electrons cap enrere. Quan es transporten del centre fotoquímic 1 al centre 2, els electrons perden part de la seva energia a causa de l'acumulació com a potencial de protó a la superfície de la membrana dels tilactoides.
En la fase fosca de la fotosíntesi, el procés de creació d'un potencial de tipus protó a la cadena de transport d'electrons i la seva explotació per a la formació d'ATP en cloroplasts és gairebé completament idèntic al mateix procés en els mitocondris. Però les característiques encara són presents. Els tilactoides en aquesta situació són mitocondris al revés. Aquesta és la raó principal per la qual els electrons i protons es mouen a través de la membrana en la direcció oposada respecte al flux de transport a la membrana mitocondrial. Els electrons es transporten a l'exterior, mentre que els protons s'acumulen a l'interior de la matriu tilàctica. Aquest últim només accepta una càrrega positiva i la membrana externa del tilactoide és negativa. Es dedueix que la trajectòria del gradient de tipus protó és oposada a la seva trajectòria als mitocondris.
La següent característica es pot anomenar un gran nivell de pH en el potencial dels protons.
La tercera característica és la presència de només dos llocs de conjugació a la cadena tilactoide i, com a resultat, la relació entre la molècula d'ATP i els protons és d'1:3.
Conclusió
En la primera etapa, la fotosíntesi és la interacció de l'energia lumínica (artificial i no artificial) amb una planta. Les substàncies verdes reaccionen als raigs: les clorofil·les, la majoria de les quals es troben a les fulles.
La formació d'ATP i NADPH és el resultat d'aquesta reacció. Aquests productes són essencials perquè es produeixin reaccions fosques. Per tant, l'etapa de llum és un procés obligatori, sense el qual la segona etapa, l'etapa fosca, no tindrà lloc.
Dark stage: essència i característiques
La fotosíntesi fosca i les seves reaccions són el procediment de transformació del diòxid de carboni en substàncies d'origen orgànic amb la producció d'hidrats de carboni. La implementació d'aquestes reaccions es produeix a l'estroma del cloroplast i els productes de la primera etapa de la fotosíntesi: la llum hi participa activament.
El mecanisme de l'etapa fosca de la fotosíntesi es basa en el procés d'assimilació del diòxid de carboni (també anomenat carboxilació fotoquímica, cicle de Calvin), que es caracteritza per la ciclicitat. Consta de tres fases:
- Carboxilació: addició de CO2.
- Fase de recuperació.
- Fase de regeneració del difosfat de ribulosa.
Ribulofosfat, un sucre amb cinc àtoms de carboni, és fosforilat per l'ATP, donant lloc a ribulosa difosfat, que es carboxil·la encara més combinant-se amb el producte CO2 amb sis carbonis, que a l'instant es descomponen en interaccionar amb una molècula d'aigua, creant dues partícules moleculars d'àcid fosfoglicèric. A continuació, aquest àcid experimenta un curs de reducció completa en la implementació d'una reacció enzimàtica, per a la qual es requereix la presència d'ATP i NADP per formar un sucre amb tres carbonis: un sucre de tres carbonis, una triosa o un aldehid.fosfoglicerol. Quan dues d'aquestes trioses es condensen, s'obté una molècula d'hexosa, que pot convertir-se en una part integral de la molècula de midó i ser depurada en reserva.
Aquesta fase acaba amb l'absorció d'una molècula de CO durant el procés de fotosíntesi2 i l'ús de tres molècules d'ATP i quatre àtoms d'H. El fosfat d'hexosa es presta a les reaccions del cicle de la pentosa fosfat, el fosfat de ribulosa resultant es regenera, que es pot recombinar amb una altra molècula d'àcid carbònic.
Les reaccions de carboxilació, restauració, regeneració no es poden anomenar específiques exclusivament per a la cèl·lula en què té lloc la fotosíntesi. Tampoc podeu dir què és un curs "homogeni" de processos, ja que la diferència encara existeix: durant el procés de recuperació, s'utilitza NADPH i no OVERH.
L'addició de CO2 per la ribulosa difosfat és catalitzada per la ribulosa difosfat carboxilasa. El producte de reacció és el 3-fosfoglicerat, que es redueix per NADPH2 i ATP a gliceraldehid-3-fosfat. El procés de reducció està catalitzat per la gliceraldehid-3-fosfat deshidrogenasa. Aquest últim es converteix fàcilment en fosfat de dihidroxiacetona. es forma fructosa bisfosfat. Algunes de les seves molècules participen en el procés de regeneració de la ribulosa difosfat, tancant el cicle, i la segona part s'utilitza per crear reserves d'hidrats de carboni a les cèl·lules de la fotosíntesi, és a dir, es fa la fotosíntesi de carbohidrats.
L'energia lluminosa és necessària per a la fosforilació i la síntesi de substàncies orgàniquesorigen, i l'energia d'oxidació de les substàncies orgàniques és necessària per a la fosforilació oxidativa. És per això que la vegetació proporciona vida als animals i altres organismes heteròtrofs.
La fotosíntesi en una cèl·lula vegetal es produeix d'aquesta manera. El seu producte són els hidrats de carboni, necessaris per crear els esquelets de carboni de moltes substàncies dels representants del món de la flora, que són d'origen orgànic.
Les substàncies de tipus nitrogen-orgànic s'assimilen als organismes fotosintètics a causa de la reducció dels nitrats inorgànics, i el sofre - a causa de la reducció dels sulfats a grups sulfhidril d'aminoàcids. Proporciona la formació de proteïnes, àcids nucleics, lípids, hidrats de carboni, cofactors, és a dir, la fotosíntesi. Ja s'ha posat èmfasi en què és un "assortiment" de substàncies vitals per a les plantes, però no es va dir ni una paraula sobre els productes de síntesi secundària, que són substàncies medicinals valuoses (flavonoides, alcaloides, terpens, polifenols, esteroides, àcids orgànics i altres).). Per tant, sense exagerar, podem dir que la fotosíntesi és la clau de la vida de les plantes, els animals i les persones.
