Пайдалы кеңестер

Оттегі фотосинтездің қосымша өнімі екенін қалай көрсетуге болады?

Pin
Send
Share
Send
Send


Айналаңызға қараңыз! Мүмкін, әр үйде кем дегенде бір жасыл өсімдік бар, ал терезенің сыртында бірнеше ағаш немесе бұта бар. Олардағы фотосинтездің күрделі химиялық процесінің арқасында жер бетінде тіршіліктің пайда болуы және адамның болуы мүмкін болды. Біз оның ашылу тарихын, әртүрлі фазада болатын процесс пен реакцияның мәнін талдаймыз.

Фотосинтездің ашылу тарихы

Қазіргі уақытта оқушылар алғаш рет фотосинтездің күрделі процесстерімен 6-сыныптан бастап танысуда.

Бірақ 300-400 жыл бұрын «өсімдіктер өз жасушаларын құру үшін қоректік заттарды қайдан алады?» Деген сұраққа жауап бүкіл әлем ғалымдарының ойында болды.

Бірінші және айқын жауап жердің жауабы болды. Алайда, 1600 жылы флемандық ғалым Ян Баптист ван Хельмонт топырақтың өсімдіктердің өсуіне әсерін сынап көруді шешті және оның қарапайымдылығымен ерекше эксперимент өткізді. Натуралист талдың бұтасын және бір баррель топырақты алды. Бұрын оларды таразылайтынбыз. Содан кейін ол топырақпен бөшкеге тал бұтағын отырғызды.

Ван Хельмонт бес жыл бойы жас ағашты тек жаңбыр суымен суарды. Бес жылдан кейін ол ағаш қазып, қайтадан ағаш пен топырақты бөлек өлшеді. Таразылар ағаштың салмағын отыз есе арттырғанын және ваннаға отырғызылған қарапайым бұтақтарға ұқсамайтынын көрсеткенде, оның таңқалығын елестетіп көріңіз. Ал топырақтың салмағы небары 56 граммға азайды.

Ғалым қорытындылады. топырақ өсімдіктерге іс жүзінде құрылыс материалын бермейді және өсімдік барлық қажетті заттарды судан алады.

Ван Гельмонттан кейін әртүрлі ғалымдар оның тәжірибесін қайталап, «өсімдіктермен қоректенудің су теориясы» пайда болды.

Бұл теорияға қарсылық білдіргендердің бірі - М.В. Ломоносов. Ол өзінің қарсылықтарын, биік, қуатты ағаштардың сирек жаңбыр жауып тұратын бос, тапшы солтүстік жерлерде өсетіндігіне негіздеді. Михаил Васильевич өсімдіктің кейбір қоректік заттары жапырақтар арқылы сіңеді деп ұсынды, бірақ ол өз теориясын тәжірибелік түрде дәлелдей алмады.

Ғылымда жиі кездесетіндей, Мәртебелі мүмкіндік берді.

Бір кездері шіркеудің керек-жарақтарынан пайда табуды ойлаған немқұрайды тышқан байқаусызда шелекті аударып алып, тұзаққа түсіп қалды. Біраз уақыттан кейін ол қайтыс болды. Біздің сәттілігімізше, Джозеф Пристли жай ғана діни қызметкер ғана емес, сонымен қатар химик-ғалым, бұл тышқанды банктен тауып алып, газ химиясы мен жаман ауаны тазарту тәсілдеріне өте қызығушылық танытты. Бұл жерде шіркеу тышқандарының жолы болмады. Олар ағылшын ғалымының түрлі эксперименттерінің қатысушылары болды.

Джозеф Пристли бір құмыраның астына жанып тұрған шамды, ал басқасына тышқан отырғызды. Шам шіріді, кеміргіштер өліп жатты.

Біздің уақытта оны зообақ қорғаушылары банкке салған болар еді, бірақ алыс 1771 жылы ешкім ғалымға өзінің тәжірибелерін жалғастыруға уайымдамады. Пристли тінтуірді шам шам сөніп қалған құмыраға салды. Жануар одан да тез өлді.

Содан кейін Пристли Жердегі тіршілік әлі жойылмағандықтан, Құдай (біз Пристлидің діни қызметкер екенін есімізде сақтаймыз) ауаның өмірге қайтадан қолайлы болуы үшін белгілі бір процесті ойлап тапты деген қорытындыға келді. Ондағы басты рөл өсімдіктерге тиесілі.

Мұны дәлелдеу үшін ғалым тінтуір қайтыс болған жерден ауа алып, оны екіге бөлді. Бір құмыраға жалбызды кастрюльге салды. Ал екінші банк қанатта күтіп тұрды. 8 күн өткеннен кейін өсімдік өліп қана қоймай, бірнеше жаңа қашу шығарды. Ол тағы да кеміргіштерді банкаларға салды. Жалбыз өскен жерде тінтуір күшті және жапырақтары тістелген болатын. Жалбыз жоқ жерде - дереу өлі тінтуірдің етін салады.


Пристлидің эксперименттері ғалымдарды шабыттандырды және бүкіл әлемде кішкентай кеміргіштерді ұстап, оның тәжірибелерін қайталауға тырысты.

Бірақ біз Пристлидің діни қызметкер болғанын және күні бойы кешке қызмет еткенге дейін зерттеу жүргізе алатындығы есімізде.

Ал Карл Шиель, Швейцариядағы фармацевт, бос уақытында үй зертханасында тәжірибе жасады. түнде, ал тышқан банкте жалбыздың бар-жоғына қарамай көз жұмды. Оның тәжірибелері нәтижесінде өсімдіктер ауаны жақсартпайды, бірақ оны өмірге жарамсыз етеді. Ал Шиел Пристлийг ғылыми қоғамды алдады деп айыптады. Пристли нәтиже бермеді, ғалымдардың қарсыластығының нәтижесінде өсімдіктерді ауаны қалпына келтіру үшін күн сәулесі қажет екендігі анықталды.

Дәл осы эксперименттер зерттеудің негізін қалады фотосинтез.

Фотосинтезді зерттеу тез жалғасын тапты. Қазірдің өзінде 1782 жылы, Пристлидің зерттеуінен тек 11 жыл өткен соң, швейцариялық ботаник Жан Сенебиер өсімдік органоидтары күн сәулесінің қатысуымен көміртегі диоксидін ыдырайтынын дәлелдеді. 1864 жылы неміс ғалымы Юлий Сакс өсімдіктердің көмірқышқыл газын тұтынатындығын және оттегі шығаратындығын 1: 1 қатынасында дәлелдеуі үшін жүздеген жылдар сәтсіз және сәтті тәжірибелер қажет болды.

Фотосинтездің Жердегі тіршілік үшін маңызы

Енді фотосинтез процесінің жер бетіндегі өмірі үшін маңыздылығы айқындалды. Осы күрделі химиялық процестің арқасында жер бетінде тіршіліктің пайда болуы және адамның болуы мүмкін болды.

Кейбіреулер жер бетінде ағаштар мен бұталар өспейтін жерлер бар, мысалы шөлдер немесе арктикалық мұздар бар деп қарсылық білдіруі мүмкін. Ғалымдар ормандардың, бұталар мен шөптердің жасыл массасынан бөлінетін оттегінің үлес салмағы - яғни жер бетінде тұратын өсімдіктер - газ алмасудың тек 20% құрайды, ал оттегінің 80% ауа ағындары болып табылатын ең кішкентай балдырлар мен мұхит балдырларымен қамтамасыз етілетіндігін дәлелдеді. бүкіл әлем бойынша тасымалданады, бұл жануарларға біздің таңғажайып планетамыздың өсімдіктер аймақтарында жоқ экстремалды тыныс алуға мүмкіндік береді.

Фотосинтездің арқасында планетамызда озонды қорғайтын экран пайда болды, ол жердегі бүкіл тіршілікті ғарыштық және күн радиациясынан қорғайды, ал тірі организмдер құрлыққа мұхиттың тереңінен түсе алды.

«Үлкен оттегі төңкерісі» туралы қосымша ақпаратты А.А. редакциялаған «Биология 10-11 сыныптар» оқулығынан табуға болады. Каменский LECTA порталында.

Өкінішке орай, қазіргі уақытта тек тірі тіршілік иелері оттекті ғана емес, сонымен бірге өнеркәсіпті де пайдаланады. Тропикалық ормандар жойылуда, мұхиттар ластанып жатыр, бұл газ алмасуының төмендеуіне және оттегінің жетіспеушілігінің артуына әкеледі.

Фотосинтез анықтамасы және формуласы

Фотосинтез анықтамасы және формуласы

Сөз фотосинтез екі бөліктен тұрады: фотосурет - «жарық» және синтездеу - «байланыс», «құру». Егер біз анықтамаға жеңілдетілген тәсілмен жақындасақ, онда фотосинтез дегеніміз - бұл жарық энергиясын фотосинтетикалық пигменттердің қатысуымен органикалық заттардың күрделі химиялық байланыстарының энергиясына түрлендіру. Жасыл өсімдіктер фотосинтез жүреді хлоропласттар.

Фотосинтез схемасықарапайым сияқты:

Су + жарық мөлшері + көмірқышқыл газы → оттегі + көмірсулар

немесе (формула тілінде):

Егер сіз тереңірек қазып, параққа электронды микроскоппен қарасаңыз, бұл таңқаларлық нәрсе болады: су мен көмірқышқыл газы парақтың құрылымдық бөліктерінде бір-бірімен тікелей әрекеттеспейді.

Фотосинтез фазалары

Фотосинтезге өсімдіктер ғана емес, сонымен қатар хлоропластар деп аталатын арнайы органоидтардың арқасында көптеген біржасушалы жануарлар да ие.

Хлоропласттар - бұл фотосинтетикалық эукариоттардың жасыл пластидтері. Хлоропласттардың құрамына кіреді:

  1. екі мембрана
  2. түйіршіктер қадалары
  3. тиракоидты дискілер,
  4. стома - хлоропласттың ішкі заты,
  5. люмен - бұл тиракоидтың ішкі заты.

Фотосинтездің күрделі процесі екі фазадан тұрады: жеңіл және қараңғы. Атаудан көрініп тұрғандай, жарық (жарыққа тәуелді) фаза жарық кванттарының қатысуымен жүреді. Атауы қараңғы фаза бұл процесс қараңғы жерде жүреді дегенді білдірмейді. Дәлірек анықтама жарық тәуелсіз. I.e. осы фазада жүретін реакциялар үшін жарық қажет емес, бірақ ол жарықпен бір уақытта, тек хлоропласттың басқа бөліктерінде ағып кетеді.

Көптеген адамдар фотосинтез процесінде өсімдіктер адамзат үшін қажет оттегін шығарады деп қателеседі. Шындығында фотосинтез - бұл көмірсулардың синтезі (мысалы, глюкоза), және оттегі реакцияның жанама өнімі болып табылады.

Фотосинтездің жарық фазасы

Фотосинтездің жарық фазасы тиракоидтардың мембраналарында жүреді. Хлорофиллдегі жарық фотоны, оны қоздырады және электрондар босатылып, мембранада теріс зарядталған электрондар жиналады. Хлорофилл өзінің барлық электрондарын жоғалтқаннан кейін, судың квантты мөлшері судың әсерін жалғастыра береді, ол H-нің фотолизін тудырады.2О.

Оң зарядталған сутегі протондары ішкі тиракоидтық мембранада жиналады.

Бұл сэндвичке әкеледі: бір жағынан, теріс зарядталған хлорофилл электрондары, екінші жағынан - оң зарядталған сутегі протондары, ал олардың арасында - тиракоидтың ішкі мембранасы.

Гидроксил иондары оттегі өндірісіне өтеді:

Сутегі мен электрон протондарының саны максимумға жеткенде, арнайы тасымалдаушы іске қосылады - ATP синтаза. ATP синтаза сутегі протонын стромаға итереді, оны арнайы тасымалдаушы алып кетеді никотинамидті динуклеотид фосфаты немесе қысқартылған NADF. NADP - бұл көмірсулар реакцияларындағы сутегі протондарының белгілі бір тасымалдаушысы.

Сутегі протондарының АТФ синтазасы арқылы өтуі тотығу фосфорлануынан айырмашылығы АТФ молекулаларының синтезделуімен және фосфатпен немесе фотофосфорлануымен жүреді.

Бұл кезде фотосинтездің жарық фазасы аяқталып, NADPH + және ATP қараңғы фазаға өтеді.

Фотосинтездің жарық фазасының негізгі процестерін қайталайық:

  1. Фотон хлорофиллге электрондардың бөлінуімен енеді.
  2. Судың фотолизі.
  3. Оттегінің эволюциясы.
  4. NADPH + жинақталуы.
  5. АТФ жинақталуы.

Кейбір өсімдіктерде фотосинтез «циклдік фосфорлану» деп аталатын жеңілдетілген нұсқа бойынша жүреді және бұл процесс LECTA порталында А. А. Каменский өңдеген «Биология 10-11 сынып» оқулығында талданады.

Циклдік электронды тасымалдау

Деп аталатын фотосинтездің циклдік емес жарық фазасы. Тағы бар NADP қалпына келмеген кезде циклді электронды тасымалдау. Бұл жағдайда мен фотосистемадан шыққан электрондар ATP синтезделетін тасымалдаушы тізбекке өтеді. Яғни, бұл электронды көлік тізбегі II емес, I фотосистемадан электрондарды алады. Алғашқы фотосистема циклды жүзеге асырады: шығарылған электрондар оған оралады. Жолда олар энергиясының бір бөлігін АТФ синтезіне жұмсайды.

Фотофосфорлану және тотығу фосфорлануы

Фотосинтездің жеңіл фазасын жасушалық тыныс алу сатысымен салыстыруға болады - митохондриялық кристада болатын тотығатын фосфорлану. Сонымен қатар, АТФ синтезі электрондар мен протондардың тасымалдаушылар тізбегі бойымен жүруіне байланысты жүреді. Алайда, фотосинтез жағдайында энергия АТФ-та жасушаның қажеттіліктері үшін емес, негізінен фотосинтездің қараңғы фазасының қажеттіліктері үшін сақталады. Ал органикалық заттар тыныс алудағы бастапқы энергия көзі болса, фотосинтезде ол күн сәулесі болып табылады. Фотосинтездегі АТФ синтезі деп аталады фотофосфорланутотығу фосфорлануының орнына.

Фотосинтездің қараңғы фазасы

Алғаш рет фотосинтездің қараңғы кезеңін Кальвин, Бенсон, Бессем егжей-тегжейлі зерттеді. Олар тапқан реакция циклі кейіннен Кальвин циклі, немесе С деп аталды3-фотосинтез. Өсімдіктердің жекелеген топтарында фотосинтездің өзгертілген жолы байқалады - С4, сондай-ақ Hatch-Slack циклі деп аталады.

Қараңғы фотосинтез реакцияларында СО тұрақты болады2. Қара фаза хлоропласттың стромасында кездеседі.

СО қалпына келтіру2 ATP энергиясы мен NADP · H қалпына келтіретін күш әсерінен пайда болады2реакциялар нәтижесінде пайда болады. Оларсыз көміртекпен түзету болмайды. Сондықтан, қараңғы фаза жарыққа тікелей тәуелді емес, бірақ әдетте жарықта да жүреді.

Кальвин циклы

Қараңғы фазаның алғашқы реакциясы - СО қосу2 (карбоксилдеуе1,5 рибулоза-бисфосфатқа дейін (рибулоза-1,5-дифосфат) – RiBF. Соңғысы - қос фосфорланған рибоза. Бұл реакция рибулоза-1,5-дифосфаттық карбоксилаза ферментімен катализденеді. рубиско.

Карбоксилдену нәтижесінде тұрақсыз алты көміртекті қосылыс түзіледі, ол гидролиз нәтижесінде екі үш көміртек молекуласына ыдырайды фосфоглицер қышқылы (FGK) - фотосинтездің алғашқы өнімі. ФГК фосфоглицерат деп те аталады.

FGK құрамында үш көміртегі атомы бар, олардың бірі қышқылдық карбоксил тобына кіреді (-COOH):

Үш көміртекті қант (гликералдегид фосфаты) FGC-тен түзіледі триозалық фосфат (TF)оның ішінде альдегид тобы (-CHO):

FGK (3-қышқыл) → TF (3-қант)

Бұл реакцияға АТФ энергиясы мен NADP · H төмендету күші жұмсалады.2. ТФ - бұл фотосинтездегі алғашқы көмірсулар.

Осыдан кейін триософосфаттың көп бөлігі қайтадан СО байланыстыру үшін қолданылатын рибулоза бисфосфатының (RiBP) қалпына келуіне жұмсалады2. Регенерация құрамында АТФ қатысатын бірнеше реакциялар бар, оған 3-тен 7-ге дейінгі көміртегі атомдары бар қант фосфаттары қатысады.

Бұл RiBF циклі - Кальвин циклі.

Онда пайда болған ТФ-нің аз бөлігі Кальвин циклін қалдырады. 6 байланыстырылған көмірқышқыл газының молекулалары бойынша кірістілік 2 триософосфат молекуласынан тұрады. Кіріс және шығыс өнімдерімен циклдің жалпы реакциясы:

Сонымен қатар 6 RiBP молекуласы байланыстыруға қатысады және 12 FFC молекуласы түзіледі, олар 12 TF айналады, олардың ішінде 10 молекула циклде қалады және 6 RiBP молекуласына айналады. TF үш көміртекті қант болғандықтан және RiBP бес көміртекті болғандықтан, бізде көміртек атомдарына қатысты: 10 * 3 = 6 * 5. Циклды қамтамасыз ететін көміртегі атомдарының саны өзгермейді, барлық қажетті RiBP қалпына келтіріледі. Ал циклге кіретін алты көміртегі диоксиді молекуласы циклден шығатын екі триософосфат молекуласының түзілуіне жұмсалады.

6 байланысқан СО молекуласына Кальвин циклы2 оған 18 ATP молекуласы және 12 NADP · H молекулалары қажет2фотосинтездің жарық фазасы реакцияларында синтезделген.

Есеп циклден шыққан екі триософосфат молекуласында жүргізіледі, өйткені кейіннен пайда болған глюкоза молекуласына 6 көміртек атомы кіреді.

Триосфосфат (ТФ) - Кальвин циклінің соңғы өнімі, бірақ оны фотосинтездің соңғы өнімі деп атау қиын, өйткені ол дерлік жиналмайды, бірақ басқа заттармен әрекеттескенде ол глюкоза, сахароза, крахмал, май, май қышқылдары, амин қышқылдарына айналады. TF-тен басқа, FGC маңызды рөл атқарады. Алайда мұндай реакциялар тек фотосинтетикалық организмдерде ғана болмайды. Бұл мағынада фотосинтездің қараңғы кезеңі Кальвин циклімен бірдей.

Алты көміртекті қант FGC-тен сатылы ферментативті катализ арқылы түзіледі фруктоза-6-фосфатайналады глюкоза. Өсімдіктерде глюкоза крахмал мен целлюлозаға полимерленуі мүмкін. Көмірсулардың синтезі кері гликолиз процесіне ұқсас.

Фотосинтездің биохимиясы

Сипаттама үшін фотосинтез процесі Төменде келтірілген теңдеу қолданылады:

Бұл формада теңдеуді қалыптастыру қажет болған жағдайда қолдануға ыңғайлы жалғыз қант молекуласыАлайда, бұл көптеген оқиғалардың қысқаша көрінісі ғана. Жазудың анағұрлым қолайлы түрі - бұл теңдеу:

CH қосылыстары2О табиғатта жоқ, бұл кез-келген көмірсудың символы.

Оттегі көзі

Жалпыға қарап фотосинтез теңдеуі, бізде сұрақ қоюға құқығымыз бар: көміртегі диоксиді немесе су - оттегі көзі ретінде қызмет ететін қай комбинация? Ең айқын жауап көмірқышқыл газының көзі болып табылады. Содан кейін көмірсулардың пайда болуы үшін қалған көмірсулар тек суға қосылуы керек. Нақты жауап XX ғасырдың 40-жылдарында, изотоптар биологтардың қолында болған кезде алынды.

Жалпы оттегі изотопы массасының 16 саны бар және 16 O (8 протон, 8 нейтрон) ретінде белгіленеді. 18 (18 O) массасы бар сирек кездесетін изотоптар әлі де бар. Бұл тұрақты изотоп, бірақ массасы 16 О-дан жоғары болғандықтан, оны масс-спектрометр көмегімен анықтауға болады, аналитикалық құрал, олардың массалары негізінде атомдар мен молекулалар арасындағы айырмашылықтарды анықтауға мүмкіндік береді. 1941 жылы эксперимент жүргізілді, оның нәтижелері келесі теңдеумен қорытындыланды:

Басқаша айтқанда оттегі көзі су болып табылады. Нәтижесінде теңдестірілген теңдеу келесідей болады:

Бұл ең дәл. фотосинтез процесінің өрнегі, бұл, сонымен қатар, су тек фотосинтезде ғана емес, сонымен қатар оның өнімдерінің бірі екенін де айқын көрсетеді. Бұл эксперимент фотосинтездің екі кезеңмен жүретінін көрсете отырып, фотосинтездің табиғатын терең қарастыруға мүмкіндік берді, оның біріншісі судың сутегі мен оттегіге еруі нәтижесінде сутегі түзілуінен тұрады. Бұл үшін жарық беретін энергия қажет (сондықтан процесс фотолиз деп аталады: фотосуреттер - жарық, лизис - бөлу). Оттегі жанама өнім ретінде шығарылады. Екінші кезеңде сутегі көмірқышқыл газымен әрекеттесіп, қант құрайды. Сутектің қосылуы химиялық тотықсыздану реакциясының мысалы болып табылады.

Факт фотосинтез дегеніміз не бұл екі сатылы процесс, алғаш рет ХХ ғасырдың жиырмасыншы-отызыншы жылдары құрылған. Реакции первой стадии нуждаются в свете, поэтому они называются световыми реакциями.Жарықтың екінші сатысының реакциялары қажет емес, сондықтан олар жарықта болатынына қарамастан, күңгірт реакциялар деп аталады! Жеңіл реакциялар хлоропласт мембраналарында, ал қараңғы реакциялар хлоропласттардың стромасында жүретіні анықталды.

Олар мұны анықтағаннан кейін қараңғы фотосинтез реакциялары жарықтан кейін пайда болады, 1950 жылдары бұл реакциялардың табиғатын ашу ғана қалды.

Pin
Send
Share
Send
Send