Tartalom
- A fotoszintézis alkotóelemei
- A fotoszintézis összefoglalása
- Hogyan támogatják a levelek a fotoszintézist?
- Kloroplasztok: A fotoszintézis gyárai
- Mire vannak a tiroidok?
- A fényreakciók: A fény eléri a thylakoid membránt
- A fényreakciók: elektronszállítás
- A fényreakciók: fotofoszforiláció
- A sötét reakció: szén rögzítése
A növények kétségkívül az emberiség kedvenc élőlényei az állatvilágon kívül. Amellett, hogy a növények képesek táplálni a világ embereit - gyümölcsök, zöldségek, diófélék és gabonafélék nélkül, nem valószínű, hogy Ön vagy ez a cikk létezne -, a növényeket tisztelik szépségük és szerepe miatt mindenféle emberi ceremóniában. Sőt, figyelemre méltó, hogy sikerül ezt megtenni mozgatás vagy enni képesség nélkül.
Valójában a növények ugyanazt az alapvető molekulát használják, mint ahogyan minden életformája a növekedéshez, túléléshez és szaporodáshoz használják: a kicsi, hatszénű, gyűrű alakú szénhidrátot szőlőcukor. De ahelyett, hogy e cukrot fogyasztnának, inkább előállítják. Hogyan lehetséges ez, és mivel ez az, miért nem teszik az emberek és más állatok egyszerűen ugyanazt a dolgot, és megtakarítják magukat a vadászat, az élelmiszerek összegyűjtésének, tárolásának és fogyasztásának a bajtól?
A válasz fotoszintézis, a kémiai reakciók sorozata, amelyben a növényi sejtek napfényből származó energiát használnak glükóz előállítására. A növények ezt követően a glükóz egy részét saját szükségleteikre használják fel, míg a maradék más szervezetek számára elérhető.
A fotoszintézis alkotóelemei
Az ésszerű hallgatók gyorsan feltehetik a kérdést: "A növényekben végzett fotoszintézis során mi a szénforrás a növény által termelt cukormolekulában?" Nem szükséges tudományos fokozat ahhoz, hogy feltételezze, hogy a „Napból származó energia” fényből áll, és hogy a fény nem tartalmazza azokat az elemeket, amelyek képezik az élő rendszerekben leggyakrabban előforduló molekulákat. (A fény áll fotonok, amelyek tömeg nélküli részecskék, amelyeket az elemek periodikus táblázata nem tartalmaz.)
A fotoszintézis különböző részeinek bemutatására a legegyszerűbb módszer az egész folyamatot összefoglaló kémiai képlettel kezdeni.
6 H2O + 6 CO2 → C6H12O6+ 6 O2
Így a fotoszintézis alapanyaga a víz (H2O) és szén-dioxid (CO2), amelyek mindegyike bőséges a talajban és a légkörben, míg a termékek glükóz (C6H12O6) és oxigéngáz (O2).
A fotoszintézis összefoglalása
A fotoszintézis folyamatának vázlatos áttekintése, amelynek alkotóelemeit a következő szakaszokban részletesen ismertetjük, a következő. (Egyelőre ne aggódjon azon rövidítések miatt, amelyekkel Ön valószínűleg nem ismeri.)
Ezeknek a lépéseknek az első négyet fényreakcióknak vagy fényfüggő reakcióknak nevezzük, mivel ezek működtetése abszolút napfényre támaszkodik. A Kálvin-ciklust ezzel szemben a sötét reakció, más néven fényfüggetlen reakciók. Míg, ahogyan a neve is sugallja, a sötét reakció fényforrás nélkül is működhet, a továbbiakban a fényfüggő reakciók során létrehozott termékekre támaszkodik.
Hogyan támogatják a levelek a fotoszintézist?
Ha valaha is megnézte az emberi bőr keresztmetszetének vázlatát (azaz hogy nézne ki oldalról, ha a felületről egészen a szövetnek a bőr alá néznénk, akkor nézze meg), megjegyezte, hogy a bőr különálló rétegeket tartalmaz. Ezek a rétegek különböző koncentrációban tartalmaznak különböző összetevőket, például verejtékmirigyeket és szőrtüszőket.
A levél anatómiája hasonló módon van elrendezve, azzal a különbséggel, hogy a levelek a külvilág felé néznek kettő oldalon. A levél tetejéről (amelyet a leggyakrabban a fény felé fordítanak) az aljára mozognak, a rétegek tartalmazzák a kutikula, viaszos, vékony védőbevonat; a felső epidermisz; a mezofillum; a alsó epidermisz; és egy második kutikularéteget.
Maga a mezofill tartalmaz egy felső részt palánk réteg, cella oszlopokba rendezve, és egy alsó szivacsos réteg, amelyben kevesebb sejt és nagyobb távolság van közöttük. A fotoszintézis a mezofillben zajlik, amiért van értelme, mivel az bármely anyag levélének a felületes rétege, és a legközelebb van a levelek felületét sújtó fényhez.
Kloroplasztok: A fotoszintézis gyárai
Azokat a szervezeteket, amelyeknek táplálékát a környezetükben lévő szerves molekulákból (azaz az anyagokból, amelyeket az emberek „élelmiszernek” neveznek) kell megszerezni, heterotrófia. A növények viszont vannak autotróf abban az értelemben, hogy ezeket a molekulákat felépítik a sejtjeikbe, majd felhasználják azt, amire szükségük van, mielőtt a hozzátartozó szén fennmaradó része visszatér az ökoszisztémába, amikor a növény meghal vagy megeszik.
A fotoszintézis az úgynevezett növényi sejtek organelláiban ("apró szervekben") zajlik kloroplasztokat. Az organellákat, amelyek csak az eukarióta sejtekben vannak jelen, egy kettős plazmamembrán veszi körül, amely szerkezetileg hasonló a teljes sejt körül (általában csak a sejtmembránnak nevezik).
A fotoszintézis funkcionális egységei tiroidok. Ezek a struktúrák megjelennek mind a fotoszintetikus prokariótákban, például a cianobaktériumokban (kék-zöld algák), mind a növényekben. Mivel azonban csak az eukarióták tartalmaznak membránhoz kötött organellákat, a prokariótákban található tilakoidok szabadon ülnek a sejt citoplazmájában, akárcsak ezekben a szervezetekben a DNS, mivel a prokariótákban nincs atommag.
Mire vannak a tiroidok?
A növényekben a tylakoid membrán valójában folytonos maga a kloroplaszt membránjával. A thylakoidok tehát olyanok, mint az organellák az organellákban. Kerek halomban vannak elrendezve, mint a vacsora tányérok egy szekrényben - üreges vacsora tányérok, azaz. Ezeket a halmokat hívják grana, és a tiroidok belső tereit kis méretű csövekhálózatban összekötik. A tiroidok és a belső kloroplaszt membrán közötti teret úgy nevezzük, hogy stroma.
A tiroidok pigmentet tartalmaznak klorofill, amely felelős a zöld színért, amelyet a legtöbb növény valamilyen formában kiállít. Sokkal fontosabb, mint hogy az emberi szemnek ragyogó megjelenést kínáljon, a klorofill az, amely "elfogja" a napfényt (vagy adott esetben a mesterséges fényt) a kloroplasztban, és ezért az az anyag, amely elsősorban lehetővé teszi a fotoszintézist.
Valójában számos különböző pigment járul hozzá a fotoszintézishez, az elsődleges klorofill A. A klorofill variánsokon kívül a tiroidok számos más pigmente is reagál a fényre, beleértve a vörös, a barna és a kék fajtákat. Ezek továbbíthatják a bejövő fényt a klorofill A-hoz, vagy segíthetnek megakadályozni, hogy a sejt a fény által károsodjon, ha egyfajta csaliként szolgálnak.
A fényreakciók: A fény eléri a thylakoid membránt
Amikor egy másik forrásból származó napfény vagy fényenergia eljut a tylakoid membránhoz, miután áthaladt a levél kutikulájában, a növényi sejt falán, a sejtmembrán rétegein, a kloroplaszt membrán két rétegén és végül a stromán, akkor pár szorosan kapcsolódó multi-protein komplexek, úgynevezett photosystems.
A Photosystem I elnevezésű komplexum abban különbözik a Photosystem II elvtársától, hogy különféleképpen reagál a fény különböző hullámhosszaira; emellett a két fotórendszer kissé eltérő változatokat tartalmaz a klorofill A-ból. A Photosystem I egy P700 nevű űrlapot, míg a Photosystem II a P680 nevű űrlapot tartalmazza. Ezek a komplexek könnyű betakarítási komplexet és reakcióközpontot tartalmaznak. Amikor a fény eléri ezeket, elvonja az elektronokat a klorofill molekuláiból, és ezek tovább lépnek a fényreakciók következő lépésébe.
Emlékezzünk arra, hogy a fotoszintézis nettó egyenlete magában foglalja mind a CO-t2 és H2O bemenetekként. Ezek a molekulák kis méretük miatt szabadon átjutnak a növény sejtjeibe, és reagensekként rendelkezésre állnak.
A fényreakciók: elektronszállítás
Amikor az elektronokat a bejövő fény klorofill-molekuláktól menti, az őket valamilyen módon ki kell cserélni. Ez elsősorban a H megosztásával történik2O oxigéngázzá (O2) és szabad elektronok. Az O2 ebben a helyzetben egy hulladék termék (a legtöbb ember számára valószínűleg nehéz elképzelni az újonnan létrehozott oxigént hulladékként, de ilyenek a biokémiai bizonytalanságok), míg az elektronok egy része hidrogén formájában jut be klorofillbe ( H).
Az elektronok "lefelé" mozgatják a tiroid membránba ágyazott molekulák láncát a végső elektronakceptor felé, egy olyan molekula, amelyet nikotinamid adenin-dinukleotid-foszfátnak (NADP) neveznek+ ). Tudja meg, hogy a "le" nem azt jelenti, hogy függőlegesen lefelé, hanem lefelé az fokozatosan alacsonyabb energia értelemben. Amikor az elektronok elérték a NADP-t+, ezek a molekulák egyesítik az elektronhordozó, a NADPH redukált formáját. Ez a molekula szükséges a későbbi sötét reakcióhoz.
A fényreakciók: fotofoszforiláció
Ugyanakkor, amikor a NADPH-t generálják a korábban leírt rendszerben, az úgynevezett folyamat photophosphorylation más tirontól eltérő elektronoktól felszabadult energiát használ a tiroid membránban. A proton-motívó erő összeköt szervetlen foszfát molekulákvagy Pén, az adenozin-difoszfáttá (ADP) az adenozin-trifoszfát (ATP) előállításához.
Ez a folyamat analóg az oxidatív foszforilációnak nevezett sejtes légzés folyamatával. Ugyanakkor az ATP képződik a tiroidokban a sötét reakcióban glükóz előállítása céljából, a növényi sejtek más részeiben található mitokondriumok ennek a glükóznak egy részének bomlásának termékeit használják, hogy az ATP a sejtek légzésében végső anyagcserévé váljon. igények.
A sötét reakció: szén rögzítése
Amikor CO2 belépve a növényi sejtekbe, egy sor reakcióon megy keresztül, amelyet először egy öt széntartalmú molekulahoz adnak, hogy egy hat szénből álló köztiterméket hozzon létre, amely gyorsan két háromszén-molekulara osztódik. Miért nem áll ez a hat széntartalmú molekula egyszerűen közvetlenül glükózmá, egy hat szénatomú molekula is? Míg ezeknek a három szénatomszámú molekuláknak néhány része kilép a folyamatból, és valójában glükózszintetizálásra szolgál, további háromszénmolekulára van szükség a ciklus folytatásához, mivel kapcsolódnak a bejövő CO-hoz2 hogy előállítsuk a fent említett öt széntartalmú vegyületet.
Az a tény, hogy a fényből származó energiát a fotoszintézisben felhasználják a fénytől független folyamatok vezérlésére, értelme annak, hogy a nap felkel és lenyugszik, amely a növényeket abban a helyzetben teszi, hogy a molekulákat "fel kell tárolni" a nap folyamán, hogy el tudják készíteni az ételeik, amíg a nap a láthatár alatt van.
A nómenklatúra alkalmazásában a kalvin-ciklus, a sötét reakció és a szén-rögzítés mind ugyanazon dologra utal, amely glükózt termel. Fontos felismerni, hogy folyamatos fényellátás nélkül fotoszintézis nem fordulhat elő. A növények olyan környezetben tudnak virágozni, ahol mindig van fény, például olyan helyiségben, ahol a fények soha nem halványulnak el. De az ellenkezője nem igaz: Fény nélkül a fotoszintézis lehetetlen.