Ang proseso ng photosynthesis para sa buhay sa Earth ay hindi simple mahalaga, at, maaaring sabihin ng isa, mapagpasyahan. Kung wala ang prosesong ito, hindi malamang na ang buhay sa Earth ay maaaring mag-evolve nang higit pa sa bakterya. Upang maisagawa ang anumang proseso sa kalikasan, kailangan ang enerhiya. Sa Earth ito ay kinuha mula sa Araw. Ang sikat ng araw ay nakukuha ng mga halaman at na-convert sa enerhiya mga bono ng kemikal mga organikong compound. Ang pagbabagong ito ay photosynthesis.
Ang ibang mga organismo sa Earth (maliban sa ilang bakterya) ay gumagamit ng organikong bagay mula sa mga halaman upang makakuha ng enerhiya para sa kanilang buhay. Hindi ito nangangahulugan na ang lahat ng mga organismo ay kumakain ng mga halaman. Halimbawa, ang mga carnivore ay kumakain ng herbivore, hindi ang mga halaman. Gayunpaman, ang enerhiya na nakaimbak sa mga herbivores ay nakukuha nila mula sa mga halaman.
Bilang karagdagan sa pag-iimbak ng enerhiya at pagpapakain sa halos lahat ng buhay sa Earth, ang photosynthesis ay mahalaga para sa iba pang mga kadahilanan.
Sa panahon ng photosynthesis, ang oxygen ay inilabas. Ang oxygen ay kinakailangan para sa proseso ng paghinga. Sa panahon ng paghinga, nangyayari ang kabaligtaran na proseso ng photosynthesis. Ang mga organikong sangkap ay na-oxidized, nawasak at naglalabas ng enerhiya, na maaaring magamit para sa iba't ibang proseso ng buhay (paglalakad, pag-iisip, paglaki, atbp.). Noong wala pang mga halaman sa Earth, halos walang oxygen sa hangin. Ang mga primitive na nabubuhay na organismo na nabuhay noong mga panahong iyon ay nag-oxidize ng mga organikong sangkap sa ibang paraan, hindi sa tulong ng oxygen. Hindi ito naging epektibo. Salamat sa paghinga ng oxygen, ang buhay na mundo ay nagawang umunlad nang malawak at kumplikado. At lumitaw ang oxygen sa kapaligiran salamat sa mga halaman at proseso ng photosynthesis.
Sa stratosphere (ito ay nasa itaas ng troposphere - ang pinakamababang layer ng atmospera), ang oxygen ay na-convert sa ozone sa ilalim ng impluwensya ng solar radiation. Pinoprotektahan ng ozone ang buhay sa Earth mula sa mapanganib na ultraviolet radiation mula sa araw. Kung wala ang ozone layer, hindi maaaring umunlad ang buhay mula sa dagat patungo sa lupa.
Sa panahon ng photosynthesis, ang carbon dioxide ay nasisipsip mula sa atmospera. Ang carbon dioxide ay inilalabas sa panahon ng paghinga. Kung ito ay hindi nasisipsip, ito ay maiipon sa atmospera at makakaimpluwensya, kasama ng iba pang mga gas, upang mapataas ang tinatawag na greenhouse effect. Greenhouse effect ay binubuo ng pagtaas ng temperatura sa mas mababang mga layer ng atmospera. Kasabay nito, ang klima ay maaaring magsimulang magbago, ang mga glacier ay magsisimulang matunaw, ang mga antas ng karagatan ay tataas, bilang isang resulta kung saan ang mga baybaying lupain ay maaaring baha at iba pang mga negatibong kahihinatnan ay lilitaw.
Ang lahat ng mga organikong sangkap ay naglalaman elemento ng kemikal carbon. Ito ay mga halaman na nagbubuklod nito sa mga organikong sangkap (glucose), na tinatanggap ito mula sa mga di-organikong sangkap (carbon dioxide). At ginagawa nila ito sa pamamagitan ng proseso ng photosynthesis. Kasunod nito, ang "paglalakbay" sa pamamagitan ng mga kadena ng pagkain, ang carbon ay gumagalaw mula sa isang organic compound patungo sa isa pa. Sa huli, sa pagkamatay ng mga organismo at sa kanilang pagkabulok, ang carbon ay muling nagiging mga di-organikong sangkap.
Mahalaga rin ang photosynthesis para sa sangkatauhan. Ang karbon, pit, langis, natural na gas ay ang mga labi ng mga halaman at iba pang nabubuhay na organismo na naipon sa daan-daang milyong taon. Nagsisilbi sila sa amin bilang isang mapagkukunan ng karagdagang enerhiya, na nagpapahintulot sa sibilisasyon na umunlad.
Ang kahalagahan ng photosynthesis sa kalikasan. Pansinin natin ang mga kahihinatnan ng photosynthesis na mahalaga para sa pagkakaroon ng buhay sa Earth at para sa mga tao: "conservation" ng solar energy; pagbuo ng libreng oxygen; pagbuo ng iba't ibang mga organikong compound; pagkuha ng carbon dioxide mula sa atmospera.
Isang sunbeam - "isang panandaliang panauhin ng ating planeta" (V.L. Komarov) - gumagawa lamang ng ilang trabaho sa sandaling bumagsak, pagkatapos ay nawawala nang walang bakas at walang silbi para sa mga nabubuhay na nilalang. Gayunpaman, ang bahagi ng enerhiya ng isang solar ray na bumabagsak sa isang berdeng halaman ay hinihigop ng chlorophyll at ginagamit sa proseso ng photosynthesis. Sa kasong ito, ang liwanag na enerhiya ay na-convert sa potensyal na enerhiya ng kemikal organikong bagay- mga produkto ng photosynthesis. Ang anyo ng enerhiya na ito ay matatag at medyo hindi gumagalaw. Ito ay nagpapatuloy hanggang sa pagkabulok ng mga organikong compound, i.e. walang katiyakan. Sa kumpletong oksihenasyon ng isang gramo ng glucose, ang parehong halaga ng enerhiya ay inilabas bilang nasisipsip sa panahon ng pagbuo nito - 690 kcal. Kaya, ang mga berdeng halaman, na gumagamit ng solar energy sa proseso ng photosynthesis, ay nag-iimbak nito "para magamit sa hinaharap." Ang kakanyahan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay mahusay na inihayag ng makasagisag na pagpapahayag ng K.A. Timiryazev, na tinawag ang mga halaman na "de-latang pagkain" sinag ng araw».
Ang mga organikong sangkap ay pinapanatili sa ilalim ng ilang mga kundisyon sa napakahabang panahon, minsan sa loob ng maraming milyong taon. Sa panahon ng kanilang oksihenasyon, ang enerhiya ng mga sinag ng araw na nahulog sa Earth sa mga malalayong panahon ay inilabas at maaaring magamit. Ang thermal energy na inilabas sa panahon ng pagkasunog ng langis, karbon, pit, kahoy - lahat ng ito ay ang enerhiya ng araw, hinihigop at binago ng mga berdeng halaman.
Ang pinagmumulan ng enerhiya sa katawan ng hayop ay pagkain, na naglalaman din ng "de-latang" enerhiya mula sa Araw. Ang buhay sa Earth ay nagmula lamang sa Araw. At ang mga halaman ay “ang mga daluyan kung saan dumadaloy ang enerhiya ng Araw organikong mundo Lupa" (K. A, Timiryazev).
Sa pag-aaral ng photosynthesis, lalo na ang bahagi ng enerhiya nito, ang natitirang siyentipikong Ruso na si K.A. Timiryazev (1843-1920). Siya ang unang nagpakita na ang batas ng konserbasyon ng enerhiya ay nalalapat din sa organikong mundo. Noong mga panahong iyon, ang pahayag na ito ay may napakalaking pilosopikal at praktikal na kahalagahan. Pagmamay-ari ni Timiryazev ang pinakamahusay na tanyag na pagtatanghal sa panitikan sa mundo ng tanong ng cosmic na papel ng mga berdeng halaman.
Ang isa sa mga produkto ng photosynthesis ay ang libreng oxygen, na kinakailangan para sa paghinga ng halos lahat ng nabubuhay na nilalang. materyal, ang libreng enerhiya ay nakuha nang maraming beses na mas kaunti, dahil ang organikong bagay ay hindi ganap na nag-oxidize. Samakatuwid, malinaw na ang oxygen (aerobic) na paghinga ay nagbibigay ng mas mataas na pamantayan ng pamumuhay, mabilis na paglaki, masinsinang pagpaparami, malawakang pamamahagi ng mga species, i.e. lahat ng mga phenomena na nagpapakita ng biological na pag-unlad.
Ipinapalagay na halos lahat ng oxygen sa atmospera ay nagmula sa biyolohikal. SA maagang panahon pagkakaroon ng Earth, ang kapaligiran ng planeta ay nagkaroon ng isang naibalik na katangian. Binubuo ito ng hydrogen, hydrogen sulfide, ammonia, at methane. Sa pagdating ng mga halaman at, dahil dito, ang paghinga ng oxygen at oxygen, ang organikong mundo ay tumaas sa isang bago, mas mataas na antas at ang ebolusyon nito ay naging mas mabilis. Samakatuwid, ang mga berdeng halaman ay may higit pa sa panandaliang kahalagahan: sa pamamagitan ng pagpapakawala ng oxygen, sinusuportahan nila ang buhay. Tinukoy nila sa isang tiyak na lawak ang likas na katangian ng ebolusyon ng organikong mundo.
Ang isang mahalagang resulta ng photosynthesis ay ang pagbuo ng mga organikong compound. Ang mga halaman ay nag-synthesize ng mga carbohydrate, protina, at taba sa isang malaking iba't ibang uri. Ang mga sangkap na ito ay nagsisilbing pagkain para sa mga tao at hayop at mga hilaw na materyales para sa industriya. Ang mga halaman ay gumagawa ng goma, gutta-percha, mahahalagang langis, resins, tannins, alkaloids, atbp. Ang mga produkto ng pagproseso ng mga hilaw na materyales ng halaman ay mga tela, papel, tina, panggamot at pampasabog, artipisyal na hibla, materyales sa gusali at marami pang iba.
Ang sukat ng photosynthesis ay napakalaki. Bawat taon, ang mga halaman ay sumisipsip ng 15.6-10 10 tonelada ng carbon dioxide (1/16th ng reserba sa mundo) at 220 bilyong tonelada ng tubig. Ang dami ng organikong bagay sa Earth ay 10 14 tonelada, at ang masa ng mga halaman ay nauugnay sa masa ng mga hayop bilang 2200:1. Sa ganitong diwa (bilang mga tagalikha ng organikong bagay), ang mga halamang nabubuhay sa tubig at algae na naninirahan sa karagatan ay mahalaga din, ang organikong produksyon nito ay sampu-sampung beses na mas malaki kaysa sa mga halaman sa lupa.
Kasaysayan ng photosynthesis. Sa loob ng libu-libong taon, ang mga tao ay naniniwala na ang isang halaman ay kumakain ng eksklusibo sa pamamagitan ng mga ugat nito, gamit ang mga ito upang sumipsip ng lahat ng kinakailangang mga sangkap mula sa lupa. Sinubukan kong suriin ang puntong ito ng pananaw maagang XIX V. Dutch naturalist na si Jan Van Helmont. Tinitimbang niya ang lupa sa isang palayok at nagtanim ng isang willow shoot doon. Dinilig niya ang puno sa loob ng limang taon, pagkatapos ay pinatuyo ang lupa at tinimbang ito at ang halaman. Ang willow ay tumimbang ng pitumpu't limang kilo, at ang bigat ng lupa ay nagbago lamang ng ilang daang gramo. Ang konklusyon ng siyentipiko ay nakuha ng mga halaman sustansya, una sa lahat, hindi mula sa lupa, ngunit mula sa tubig.
Sa loob ng dalawang siglo, ang teorya ng nutrisyon ng tubig ng mga halaman ay itinatag sa agham. Ang mga dahon, ayon sa teoryang ito, ay nakatulong lamang sa halaman na sumingaw ang labis na kahalumigmigan.
Dumating ang mga siyentipiko sa pinaka hindi inaasahang ngunit tamang palagay tungkol sa aerial nutrition ng mga halaman lamang sa simula ng ikalabinsiyam na siglo. Ang isang mahalagang papel sa pag-unawa sa prosesong ito ay ginampanan ng pagtuklas na ginawa ng English chemist na si Joseph Priestley noong 1771. Nagsagawa siya ng isang eksperimento, bilang isang resulta kung saan siya ay nagtapos: ang mga halaman ay nagpapadalisay sa hangin at ginagawa itong angkop para sa paghinga. Nang maglaon ay lumabas na upang linisin ng halaman ang hangin, kailangan ang liwanag.
Pagkalipas ng sampung taon, napagtanto ng mga siyentipiko na ang halaman ay hindi lamang nagko-convert ng carbon dioxide sa oxygen. Ang carbon dioxide ay kailangan para mabuhay ang mga halaman; ito ay nagsisilbing tunay na pagkain para sa kanila (kasama ang tubig at mga mineral na asin).
Ang nutrisyon ng hangin ng mga halaman ay tinatawag na photosynthesis. Ang oxygen ay inilabas bilang isang hindi pangkaraniwang produkto sa panahon ng photosynthesis.
Bilyon-bilyong taon na ang nakalilipas ay walang libreng oxygen sa mundo. Ang lahat ng oxygen na halos lahat ng nabubuhay na nilalang sa ating planeta ay inilalabas ng mga halaman sa panahon ng proseso ng photosynthesis. Nagawa ng photosynthesis na baguhin ang buong anyo ng ating planeta.
Mula noong 70s. noong nakaraang siglo, ang mga malalaking pagsulong sa larangan ng photosynthesis ay nakamit sa Russia. Ang mga gawa ng mga siyentipikong Ruso na sina Purievich, Ivanovsky, Rickter, Ivanov, Kostychev ay nag-aral ng maraming aspeto ng prosesong ito.
Ang kahalagahan ng photosynthesis ay hindi napagtanto hanggang kamakailan lamang. Si Aristotle at iba pang mga siyentipikong Greek, na nagmamasid na ang mga proseso ng buhay ng mga hayop ay nakasalalay sa pagkonsumo ng pagkain, ay naniniwala na ang mga halaman ay nakakuha ng kanilang "pagkain" mula sa lupa.
Mahigit tatlong daang taon na ang nakalilipas, sa isa sa mga unang maingat na idinisenyong eksperimento sa biology, ang Dutch na manggagamot na si Jan Van Helmont ay nagbigay ng katibayan na ang lupa ay hindi lamang ang pagkain na nagpapakain sa isang halaman. Nagtanim si Van Helmont ng isang maliit na puno ng willow sa isang palayok na luwad, na nagdaragdag lamang ng tubig dito.
Pagkatapos ng limang taon, ang masa ng mga karayom ay tumaas ng 74.4 kg, habang ang masa ng lupa ay bumaba ng 57 g lamang.
Sa pagtatapos ng ika-18 siglo, ang Ingles na siyentipiko na si Joseph Priestley ay nag-ulat na siya ay "aksidenteng nakatuklas ng isang paraan ng pagwawasto ng hangin na nasira ng pagsunog ng mga kandila." Agosto 17, 1771 Priestley "... naglagay ng isang buhay na sanga ng mint sa isang saradong sisidlan kung saan ito nasusunog. kandila ng waks", at noong ika-21 ng buwan ding iyon ay natuklasan niya na "... ang isa pang kandila ay maaaring muling magsunog sa parehong sisidlan." “Ang alituntunin sa pagwawasto na ginagamit ng kalikasan para sa mga layuning ito,” paniniwala ni Priestley, “ay ang halaman.” Pinalawak niya ang kanyang mga obserbasyon at sa lalong madaling panahon ipinakita na ang hangin na "naitama" ng halaman ay hindi "sa lahat ay hindi angkop para sa isang mouse."
Ang mga eksperimento ni Priestley ay naging posible sa unang pagkakataon na ipaliwanag kung bakit ang hangin sa Earth ay nananatiling "malinis" at maaaring sumuporta sa buhay, sa kabila ng pagsunog ng hindi mabilang na apoy at paghinga ng maraming buhay na organismo. Sinabi niya: "Salamat sa mga pagtuklas na ito, tiwala kami na ang mga halaman ay hindi lumalaki nang walang kabuluhan, ngunit nililinis at pinalalaki ang aming kapaligiran."
Nang maglaon, kinumpirma ng Dutch na manggagamot na si Jan Ingenhouse (1730-1799) ang gawain ni Priestley at ipinakita na ang hangin ay "itinatama" lamang sa sikat ng araw at sa pamamagitan lamang ng mga berdeng bahagi ng halaman. Noong 1796, iminungkahi ng Ingenhouse na ang carbon dioxide ay nabubulok sa panahon ng photosynthesis sa C at O 2, at ang O 2 ay inilabas bilang isang gas. Kasunod na natuklasan na ang ratio ng carbon, hydrogen at oxygen atoms sa sugars at starch ay tulad na mayroong isang carbon atom bawat molekula ng tubig, na kung ano ang ipinahihiwatig ng salitang "carbohydrates". Karaniwang tinatanggap na ang mga carbohydrate ay nabuo mula sa C at H 2 O, at ang O 2 ay inilabas mula sa carbon dioxide. Ang medyo makatwirang hypothesis na ito ay malawak na tinanggap, ngunit, nang lumaon, ito ay ganap na mali.
Ang mananaliksik na pinabulaanan ang pangkalahatang tinatanggap na teorya na ito ay si Cornelius van Niel ng Stamford University nang, bilang isang nagtapos na estudyante, sinisiyasat niya ang metabolismo ng iba't ibang mga photosynthetic bacteria. Ang isang grupo ng naturang bakterya, katulad ng purple sulfur bacteria, ay binabawasan ang C sa carbohydrates ngunit hindi naglalabas ng O2. Ang purple sulfur bacteria ay nangangailangan ng hydrogen sulfide para sa photosynthesis. Bilang resulta ng photosynthesis, ang mga particle ng asupre ay naipon sa loob ng mga selula ng bakterya. Natuklasan ni Van Niel na para sa mga bakteryang ito ang equation para sa photosynthesis ay maaaring isulat bilang:
CO 2 + 2H 2 S (CH 2 O) + H 2 O + 2S.
Ang katotohanang ito ay hindi nakakuha ng atensyon ng mga mananaliksik hanggang si van Niel ay gumawa ng matapang na anunsyo at iminungkahi ang sumusunod na buod na equation para sa photosynthesis:
CO 2 + 2H 2 A (CH 2 O) + H 2 O + 2A.
Sa equation na ito, ang H 2 A ay kumakatawan sa alinman sa tubig o ibang oxidizable substance, tulad ng hydrogen sulfide o libreng H 2 . Sa berdeng mga halaman at algae, H 2 A = H 2 O. Ibig sabihin, iminungkahi ni van Niel na ang H 2 O, at hindi carbon dioxide, ay nabubulok sa panahon ng photosynthesis. Ang napakatalino na ideyang ito, na iniharap noong dekada thirties, ay napatunayan sa eksperimento nang maglaon nang ang mga mananaliksik, gamit ang mabigat na isotope O 2 (18 O 2), ay subaybayan ang landas ng oxygen mula sa tubig patungo sa gas na estado:
CO 2 + 2H 2 18 O 2 (CH 2 O) + H 2 O + 18 O 2.
Kaya, para sa algae o berdeng mga halaman kung saan ang tubig ay nagsisilbing electron donor, ang kabuuang photosynthesis equation ay nakasulat tulad ng sumusunod:
6CO 2 + 12H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.
Mga prosesong nagaganap sa isang dahon. Ang dahon ay nagsasagawa ng tatlong mahahalagang proseso - potosintesis, pagsingaw ng tubig at pagpapalitan ng gas. Sa panahon ng proseso ng photosynthesis, ang mga organikong sangkap ay na-synthesize sa mga dahon mula sa tubig at carbon dioxide sa ilalim ng impluwensya ng sikat ng araw. Sa araw, bilang isang resulta ng photosynthesis at respiration, ang halaman ay naglalabas ng oxygen at carbon dioxide, at sa gabi - tanging carbon dioxide ang ginawa sa panahon ng paghinga.
Karamihan sa mga halaman ay nakakapag-synthesize ng chlorophyll sa mahinang liwanag. Sa direktang sikat ng araw, ang chlorophyll ay mas mabilis na na-synthesize.
Ang liwanag na enerhiya na kinakailangan para sa photosynthesis, sa loob ng ilang mga limitasyon, ay mas hinihigop, mas mababa ang pagdidilim ng dahon. Samakatuwid, sa proseso ng ebolusyon, ang mga halaman ay nakabuo ng kakayahang iikot ang talim ng dahon patungo sa liwanag upang mas maraming sikat ng araw ang bumagsak dito. Ang mga dahon sa halaman ay nakaayos upang hindi magsiksikan sa isa't isa.
Pinatunayan ni Timiryazev na ang pinagmumulan ng enerhiya para sa photosynthesis ay nakararami sa mga pulang sinag ng spectrum. Ito ay ipinahiwatig ng spectrum ng pagsipsip ng chlorophyll, kung saan ang pinakamatinding banda ng pagsipsip ay makikita sa pulang bahagi, at ang hindi gaanong matindi ay makikita sa asul-lila na bahagi.
Ang mga chloroplast ay naglalaman ng mga pigment na carotene at xanthophyll kasama ng chlorophyll. Pareho sa mga pigment na ito ay sumisipsip ng asul at bahagyang berdeng sinag at nagpapadala ng pula at dilaw na mga sinag. Iniuugnay ng ilang siyentipiko ang carotene at xanthophyll sa papel ng mga screen na nagpoprotekta sa chlorophyll mula sa mapanirang epekto ng mga asul na sinag.
Ang proseso ng photosynthesis ay binubuo ng isang bilang ng mga sunud-sunod na reaksyon, ang ilan ay nangyayari sa pagsipsip ng liwanag na enerhiya, at ang ilan sa dilim. Ang matatag na huling produkto ng photosynthesis ay carbohydrates (asukal at pagkatapos ay starch), mga organikong asido, amino acids, protina.
Ang photosynthesis ay nangyayari sa iba't ibang mga rate sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon.
Ang intensity ng photosynthesis ay nakasalalay din sa yugto ng pag-unlad ng halaman. Ang pinakamataas na intensity ng photosynthesis ay sinusunod sa yugto ng pamumulaklak.
Ang normal na nilalaman ng carbon dioxide sa hangin ay 0.03% sa dami. Ang pagbabawas ng nilalaman ng carbon dioxide sa hangin ay binabawasan ang intensity ng photosynthesis. Ang pagtaas ng nilalaman ng carbon dioxide sa 0.5% ay nagpapataas ng rate ng photosynthesis nang halos proporsyonal. Gayunpaman, na may karagdagang pagtaas sa nilalaman ng carbon dioxide, ang intensity ng photosynthesis ay hindi tumataas, at sa 1%, ang halaman ay naghihirap.
Ang mga halaman ay sumingaw, o nag-transperate, ng napakalaking tubig. Ang pagsingaw ng tubig ay isa sa mga sanhi ng pataas na kasalukuyang. Dahil sa pagsingaw ng tubig ng halaman, ang mga mineral ay naipon dito at ang isang kapaki-pakinabang na pagbaba ng temperatura para sa halaman ay nangyayari sa panahon ng solar heating. Minsan binabawasan ng transperation ang temperatura ng halaman ng 6 o C.
Kinokontrol ng halaman ang proseso ng pagsingaw ng tubig sa pamamagitan ng gawain ng stomata. Ang deposition ng cuticle, o waxy coating, sa epidermis, ang pagbuo ng mga buhok nito at iba pang adaptation ay naglalayong bawasan ang unregulated transperation.
Ang proseso ng photosynthesis at ang patuloy na paghinga ng mga buhay na selula ng dahon ay nangangailangan ng palitan ng gas sa pagitan ng mga panloob na tisyu ng dahon at atmospera. Sa panahon ng photosynthesis, ang assimilated carbon dioxide ay sinisipsip mula sa atmospera at ibinalik sa atmospera bilang oxygen.
Ang paggamit ng isotope analysis method ay nagpakita na ang oxygen ay bumalik sa atmospera (16 O) ay kabilang sa tubig, at hindi sa carbon dioxide ng hangin, kung saan ang iba pang isotope nito, 15 O, ay nangingibabaw sa panahon ng paghinga ng mga buhay na selula (oksihenasyon ng mga organikong sangkap sa loob ng cell sa pamamagitan ng libreng oxygen sa carbon dioxide gas at tubig) ay nangangailangan ng supply ng oxygen mula sa atmospera at ang pagbabalik ng carbon dioxide. Ang palitan ng gas na ito ay pangunahing isinasagawa din sa pamamagitan ng stomatal apparatus.
Mga modernong ideya tungkol sa photosynthesis. Sa kasalukuyan ay alam na ang photosynthesis ay dumaan sa dalawang yugto, ngunit isa lamang sa kanila ang nasa liwanag. Ang katibayan ng isang dalawang yugto na proseso ay unang nakuha noong 1905 ng English plant physiologist na si F.F. Blacklin, na nag-aral ng epekto ng liwanag at temperatura sa dami ng photosynthesis.
Batay sa mga eksperimento, ginawa ni Blacklin ang mga sumusunod na konklusyon.
1. May isang pangkat ng mga reaksyong umaasa sa liwanag na hindi nakadepende sa temperatura. Ang magnitude ng mga reaksyong ito sa hanay ng mababang liwanag ay maaaring tumaas sa pagtaas ng pag-iilaw, ngunit hindi sa pagtaas ng temperatura.
2. May pangalawang pangkat ng mga reaksyon na nakadepende sa temperatura, at hindi sa liwanag. Ito ay lumabas na ang parehong mga grupo ng mga reaksyon ay kinakailangan para sa photosynthesis. Ang pagtaas ng dami ng isang pangkat lamang ng mga reaksyon ay nagpapataas ng dami ng buong proseso, ngunit hanggang sa ang pangalawang pangkat ng mga reaksyon ay nagsimulang humawak sa una. Pagkatapos nito, kinakailangan na pabilisin ang pangalawang pangkat ng mga reaksyon upang ang mga una ay maaaring magpatuloy nang walang mga paghihigpit.
Kaya, ipinakita na ang parehong mga yugto ay umaasa sa liwanag: "liwanag at madilim". Mahalagang tandaan na ang mga madilim na reaksyon ay nangyayari nang normal sa liwanag at nangangailangan ng mga produkto mula sa liwanag na yugto. Ang pananalitang "madilim na reaksyon" ay nangangahulugan lamang na ang liwanag na tulad nito ay hindi kasama sa kanila.
Ang dami ng madilim na reaksyon ay tumataas sa pagtaas ng temperatura, ngunit hanggang sa 30 o lamang, at pagkatapos ay nagsisimulang bumagsak. Batay sa katotohanang ito, ipinapalagay na ang mga madilim na reaksyon ay na-catalyze ng mga enzyme, dahil ang pagpapalitan ng mga reaksyong enzymatic ay sa gayon ay nakasalalay sa temperatura. Nang maglaon ay lumabas na ang konklusyong ito ay ginawa nang hindi tama.
Sa unang yugto ng photosynthesis (light reactions), ang light energy ay ginagamit upang bumuo ng ATP (adenosine triphosphate molecule) at high-energy electron carriers. Sa ikalawang yugto ng photosynthesis (madilim na reaksyon) mga produktong enerhiya, na nabuo sa magaan na reaksyon, ay ginagamit upang bawasan ang CO 2 sa simpleng asukal (glucose).
Ang proseso ng photosynthesis ay lalong nakakaakit ng atensyon ng mga siyentipiko. Ang agham ay malapit sa resolusyon ang pinakamahalagang isyu– artipisyal na paglikha gamit ang magaan na enerhiya ng mahahalagang organikong sangkap mula sa laganap mga di-organikong sangkap. Ang problema sa photosynthesis ay masinsinang pinag-aaralan ng mga botanist, chemist, physicist at iba pang mga espesyalista.
SA Kamakailan lamang Posible nang artipisyal na makuha ang synthesis ng formaldehyde at sugary substance mula sa may tubig na mga solusyon carbonate acid; sa kasong ito, ang papel ng isang sumisipsip ng liwanag na enerhiya ay nilalaro ng cobalt at nickel carbonates sa halip na chlorophyll. Ang isang molekula ng chlorophyll ay na-synthesize kamakailan.
Ang mga tagumpay ng agham sa larangan ng synthesis ng mga organikong sangkap ay nagdudulot ng matinding suntok sa idealistikong doktrina - vitalism, na nagtalo na ang pagbuo ng mga organikong sangkap mula sa mga di-organikong sangkap ay nangangailangan ng isang espesyal na "mahahalagang puwersa" at na ang isang tao ay hindi magagawang synthesize ang mga kumplikadong organikong sangkap.
Ang photosynthesis sa mga halaman ay nangyayari sa mga chloroplast. Kabilang dito ang: pagbabagong-anyo ng enerhiya (proseso ng liwanag), pagbabagong-anyo ng bagay (prosesong madilim). Ang proseso ng liwanag ay nangyayari sa mga gylakoids, ang madilim na proseso sa stroma ng mga chloroplast. Ang pangkalahatang sirkulasyon ng photosynthesis ay ang mga sumusunod:
6CO 2 + 12H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O + 6O 2.
Ang dalawang proseso ng photosynthesis ay ipinahayag ng magkahiwalay na mga equation:
12H 2 O 12H 2 + 6O 2 + enerhiya ng ATP;
(magaan na proseso)
12H 2 + 6O 2 + ATP energy C 6 H 12 O 6 + H 2 O.
(madilim na proseso)
Ang kahalagahan ng photosynthesis sa kalikasan. Ang photosynthesis ay ang tanging proseso sa biosphere na humahantong sa pagtaas ng libreng enerhiya nito dahil sa panlabas na pinagmulan. Ang enerhiya na nakaimbak sa mga produkto ng photosynthesis ay ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya para sa sangkatauhan.
Bawat taon, bilang resulta ng photosynthesis, 150 bilyong tonelada ng organikong bagay ang nabuo sa Earth at humigit-kumulang 200 milyong tonelada ng libreng oxygen ang inilalabas.
Ang cycle ng oxygen, carbon at iba pang mga elemento na kasangkot sa photosynthesis ay nagpapanatili modernong komposisyon atmospera na kailangan para sa buhay sa Earth. Pinipigilan ng photosynthesis ang pagtaas ng konsentrasyon ng CO 2, na pinipigilan ang overheating ng Earth dahil sa tinatawag na "greenhouse effect".
Dahil ang mga berdeng halaman ay kumakatawan sa direkta o hindi direktang nutritional base ng lahat ng iba pang heterotrophic na organismo, ang photosynthesis ay nakakatugon sa mga pangangailangan sa pagkain ng lahat ng nabubuhay na bagay sa ating planeta. Ito ang pinakamahalagang batayan ng agrikultura at kagubatan. Bagaman maliit pa rin ang mga posibilidad na maimpluwensyahan ito, ginagamit pa rin ang mga ito sa ilang lawak. Sa pamamagitan ng pagtaas ng konsentrasyon ng carbon dioxide sa hangin sa 0.1% (kumpara sa 0.3% sa natural na kapaligiran), posible, halimbawa, na triple ang ani ng mga pipino at kamatis.
Ang isang metro kuwadrado ng ibabaw ng dahon ay gumagawa ng halos isang gramo ng asukal sa isang oras; Nangangahulugan ito na ang lahat ng mga halaman, ayon sa isang magaspang na pagtatantya, ay nag-aalis mula sa atmospera mula 100 hanggang 200 bilyong tonelada ng C kada taon. Humigit-kumulang 60% ng halagang ito ay nasisipsip ng mga kagubatan, na sumasakop sa 30% ng ibabaw ng lupa na hindi natatakpan ng yelo, 32% ng mga lupang nilinang, at ang natitirang 8% ng mga halaman ng steppes at mga lugar ng disyerto, pati na rin ang mga lungsod at bayan.
Ang isang berdeng halaman ay may kakayahang hindi lamang gumamit ng carbon dioxide at lumikha ng asukal, kundi pati na rin ang pag-convert ng mga nitrogen compound at sulfur compound sa mga sangkap na bumubuo sa katawan nito. Sa pamamagitan ng root system, ang halaman ay tumatanggap ng mga nitrate ions na natunaw sa tubig ng lupa at pinoproseso ang mga ito sa mga selula nito sa mga amino acid - ang mga pangunahing bahagi ng lahat ng mga compound ng protina. Ang mga bahagi ng taba ay lumabas din mula sa mga compound na nabuo sa panahon ng metabolic at mga proseso ng enerhiya. Ang mga fatty acid at gliserol ay gumagawa ng mga taba at langis, na pangunahing nagsisilbing reserbang sangkap para sa halaman. Ang mga buto ng humigit-kumulang 80% ng lahat ng mga halaman ay naglalaman ng mga taba bilang isang sangkap na reserbang mayaman sa enerhiya. Ang pagkuha ng mga buto, taba at langis ay gumaganap mahalagang papel sa industriya ng agrikultura at pagkain.
Ang proseso ng photosynthesis ay isa sa pinakamahalagang biological na proseso na nagaganap sa kalikasan, dahil salamat dito na ang mga organikong sangkap ay nabuo mula sa carbon dioxide at tubig sa ilalim ng impluwensya ng liwanag, at ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na photosynthesis. At ang pinakamahalaga, sa panahon ng proseso ng photosynthesis, nangyayari ang isang release, na mahalaga para sa pagkakaroon ng buhay sa ating kamangha-manghang planeta.
Kasaysayan ng pagtuklas ng photosynthesis
Ang kasaysayan ng pagtuklas ng kababalaghan ng photosynthesis ay bumalik sa apat na siglo, noong noong 1600 ang isang tiyak na Belgian na siyentipiko na si Jan Van Helmont ay nagsagawa ng isang simpleng eksperimento. Naglagay siya ng isang sanga ng willow (pagkatapos itala ang unang timbang nito) sa isang bag na naglalaman din ng 80 kg ng lupa. At pagkatapos ay sa loob ng limang taon ang halaman ay natubigan ng eksklusibo ng tubig. Ano ang sorpresa ng siyentipiko nang, pagkatapos ng limang taon, ang bigat ng halaman ay tumaas ng 60 kg, sa kabila ng katotohanan na ang masa ng lupa ay nabawasan ng 50 gramo lamang, kung saan ang gayong kahanga-hangang pagtaas ng timbang ay nagmula ay nanatiling isang misteryo sa siyentipiko.
Ang susunod na mahalaga at kawili-wiling eksperimento, na naging pasimula sa pagtuklas ng photosynthesis, ay isinagawa ng Ingles na siyentipiko na si Joseph Priestley noong 1771 (nakaka-curious na sa likas na katangian ng kanyang propesyon, si Mr. Priestley ay isang pari ng Anglican Church , ngunit bumaba siya sa kasaysayan bilang isang natatanging siyentipiko). Ano ang ginawa ni Mr. Priestley? Inilagay niya ang mouse sa ilalim ng hood at pagkalipas ng limang araw ay namatay ito. Pagkatapos ay muli niyang inilagay ang isa pang mouse sa ilalim ng talukbong, ngunit sa pagkakataong ito ay mayroong isang sanga ng mint sa ilalim ng talukbong kasama ang mouse at bilang isang resulta ang mouse ay nanatiling buhay. Ang resulta na nakuha ay humantong sa siyentipiko sa ideya na mayroong isang tiyak na proseso na kabaligtaran sa paghinga. Ang isa pang mahalagang konklusyon ng eksperimentong ito ay ang pagtuklas ng oxygen bilang mahalaga para sa lahat ng nabubuhay na nilalang (ang unang mouse ay namatay mula sa kawalan nito, ang pangalawa ay nakaligtas salamat sa isang sprig ng mint, na lumikha ng oxygen sa panahon ng proseso ng photosynthesis).
Kaya, ang katotohanan ay itinatag na ang mga berdeng bahagi ng mga halaman ay may kakayahang maglabas ng oxygen. Pagkatapos, noong 1782, pinatunayan ng Swiss scientist na si Jean Senebier na ang carbon dioxide ay nabubulok sa mga berdeng halaman sa ilalim ng impluwensya ng liwanag - sa katunayan, ang isa pang bahagi ng photosynthesis ay natuklasan. Pagkatapos, pagkalipas ng isa pang 5 taon, natuklasan ng Pranses na siyentipiko na si Jacques Boussengo na ang mga halaman ay sumisipsip ng tubig sa panahon ng synthesis ng mga organikong sangkap.
At ang huling chord sa isang serye ng mga siyentipikong pagtuklas na may kaugnayan sa kababalaghan ng photosynthesis ay ang pagtuklas ng German botanist na si Julius Sachs, na noong 1864 ay pinamamahalaang upang patunayan na ang dami ng carbon dioxide na natupok at oxygen na inilabas ay nangyayari sa isang 1:1 ratio.
Ang kahalagahan ng photosynthesis sa buhay ng tao
Kung maisip mo sa makasagisag na paraan, ang dahon ng anumang halaman ay maihahambing sa isang maliit na laboratoryo, ang mga bintana kung saan nakaharap sa maaraw na bahagi. Sa mismong laboratoryo na ito, nangyayari ang pagbuo ng mga organikong sangkap at oxygen, na siyang batayan ng pagkakaroon ng organikong buhay sa Earth. Pagkatapos ng lahat, kung walang oxygen at photosynthesis, ang buhay ay hindi iiral sa Earth.
Ngunit kung ang photosynthesis ay napakahalaga para sa buhay at ang pagpapakawala ng oxygen, kung gayon paano nabubuhay ang mga tao (at hindi lamang ang mga tao), halimbawa sa disyerto, kung saan mayroong isang minimum na berdeng halaman, o, halimbawa, sa isang pang-industriyang lungsod. kung saan bihira ang mga puno. Ang katotohanan ay ang mga terrestrial na halaman ay bumubuo lamang ng 20% ng oxygen na inilabas sa atmospera, habang ang natitirang 80% ay inilabas ng dagat at karagatang algae ay hindi para sa wala na ang mga karagatan sa mundo ay tinatawag na "mga baga ng ating planeta; ”
Formula ng photosynthesis
Ang pangkalahatang formula para sa photosynthesis ay maaaring isulat bilang mga sumusunod:
Tubig + Carbon dioxide + Light > Carbohydrates + Oxygen
At ito ang hitsura ng formula: kemikal na reaksyon potosintesis
6CO 2 + 6H 2 O = C6H 12 O 6 + 6O 2
Ang kahalagahan ng photosynthesis para sa mga halaman
Ngayon subukan nating sagutin ang tanong kung bakit kailangan ng mga halaman ng photosynthesis. Sa katunayan, ang pagkakaloob ng oxygen sa atmospera ng ating planeta ay malayo sa tanging dahilan para sa paglitaw ng photosynthesis, ito biyolohikal na proseso Ito ay mahalaga hindi lamang para sa mga tao at hayop, kundi pati na rin para sa mga halaman mismo, dahil ang mga organikong sangkap na nabuo sa panahon ng photosynthesis ay bumubuo ng batayan ng buhay ng halaman.
Paano nangyayari ang photosynthesis?
Ang pangunahing makina ng photosynthesis ay chlorophyll - isang espesyal na pigment na nakapaloob sa mga selula ng halaman, na, bukod sa iba pang mga bagay, ay responsable para sa berdeng kulay ng mga dahon ng mga puno at iba pang mga halaman. Ang chlorophyll ay isang kumplikadong organic compound na mayroon din mahalagang ari-arian– kakayahang sumipsip sikat ng araw. Sa pamamagitan ng pagsipsip nito, ito ay chlorophyll na nagpapagana sa maliit na biochemical laboratory na nasa bawat maliit na dahon, sa bawat talim ng damo at bawat algae. Susunod, nangyayari ang photosynthesis (tingnan ang formula sa itaas), kung saan ang tubig at carbon dioxide ay nababago sa mga carbohydrate na kailangan para sa mga halaman at oxygen na kailangan para sa lahat ng nabubuhay na bagay. Ang mga mekanismo ng photosynthesis ay isang mapanlikhang paglikha ng kalikasan.
Mga yugto ng photosynthesis
Gayundin, ang proseso ng photosynthesis ay binubuo ng dalawang yugto: liwanag at madilim. At sa ibaba ay isusulat namin nang detalyado ang tungkol sa bawat isa sa kanila.
Banayad na yugto ng photosynthesis
Ang yugtong ito ay isinasagawa ng mga thylakoids. Ano ang mga thialakoids na ito? Ang mga thylakoids ay mga istrukturang matatagpuan sa loob ng mga chloroplast at napapalibutan ng isang lamad.
Ang pagkakasunud-sunod ng mga proseso sa light phase ng photosynthesis ay ganito ang hitsura:
- Ang liwanag ay tumama sa molekula ng chlorophyll at naa-absorb ng berdeng pigment, na nagiging sanhi ng pagkasabik nito. Ang elektron na pumapasok sa molekula na ito ay napupunta sa higit pa mataas na lebel at nakikibahagi sa proseso ng synthesis.
- Ang tubig ay nahati, kung saan ang mga proton, sa ilalim ng impluwensya ng mga electron, ay na-convert sa mga atomo ng hydrogen, na kasunod na ginagamit para sa synthesis ng carbohydrates.
- Sa huling yugto ng light phase ng photosynthesis, ang ATP (Adenosine triphosphate) ay synthesize. Ang ATP ay isang organikong sangkap na gumaganap ng papel ng isang uri ng nagtitipon ng enerhiya sa mga biological na proseso.
Madilim na yugto ng photosynthesis
Ang yugtong ito ng photosynthesis ay nangyayari sa stroma ng mga chloroplast. Ito ay sa panahon ng prosesong ito na ang oxygen ay inilabas at ang glucose ay na-synthesize. Maaari mong isipin mula sa pangalan na ang madilim na yugto ng photosynthesis ay nangyayari lamang sa dilim. Sa katunayan, hindi ito ganoon, ang glucose synthesis ay nangyayari sa paligid ng orasan, ito lamang na sa yugtong ito ang liwanag na enerhiya ay hindi na natupok at hindi na kailangan.
Photosynthesis, video
At sa wakas, isang kawili-wiling pang-edukasyon na video tungkol sa photosynthesis.
- synthesis ng mga organikong sangkap mula sa carbon dioxide at tubig na may sapilitan na paggamit ng liwanag na enerhiya:
6CO 2 + 6H 2 O + Q light → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.
Sa mas mataas na mga halaman, ang organ ng photosynthesis ay ang dahon, at ang mga organelles ng photosynthesis ay ang mga chloroplast (istraktura ng mga chloroplast - lecture No. 7). Ang mga lamad ng chloroplast thylakoids ay naglalaman ng mga photosynthetic na pigment: chlorophylls at carotenoids. Mayroong ilang iba't ibang uri chlorophyll ( a B C D), ang pangunahing isa ay chlorophyll a. Sa molekula ng chlorophyll, ang isang porphyrin na "ulo" na may isang magnesium atom sa gitna at isang phytol na "buntot" ay maaaring makilala. Ang "ulo" ng porphyrin ay isang patag na istraktura, ay hydrophilic at samakatuwid ay namamalagi sa ibabaw ng lamad na nakaharap kapaligirang pantubig stroma. Ang "buntot" ng phytol ay hydrophobic at dahil dito ay pinapanatili ang molekula ng chlorophyll sa lamad.
Ang mga chlorophyll ay sumisipsip ng pula at asul-violet na ilaw, sumasalamin sa berdeng liwanag at samakatuwid ay nagbibigay sa mga halaman ng kanilang katangiang berdeng kulay. Ang mga molekula ng chlorophyll sa mga thylakoid membrane ay nakaayos sa mga photosystem. Ang mga halaman at asul-berdeng algae ay may photosystem-1 at photosystem-2, habang ang mga photosynthetic bacteria ay may photosystem-1. Tanging ang photosystem-2 lamang ang maaaring mag-decompose ng tubig upang maglabas ng oxygen at kumuha ng mga electron mula sa hydrogen ng tubig.
Ang photosynthesis ay isang kumplikadong proseso ng maraming hakbang; Ang mga reaksyon ng photosynthesis ay nahahati sa dalawang grupo: mga reaksyon liwanag na yugto at mga reaksyon madilim na yugto.
Light phase
Ang bahaging ito ay nangyayari lamang sa pagkakaroon ng liwanag sa mga thylakoid membrane na may partisipasyon ng chlorophyll, mga electron transport protein at ang enzyme ATP synthetase. Sa ilalim ng impluwensya ng isang dami ng liwanag, ang mga chlorophyll electron ay nasasabik, umalis sa molekula at pumasok sa panlabas na bahagi ng thylakoid membrane, na sa huli ay nagiging negatibong sisingilin. Ang mga molekula ng oxidized na chlorophyll ay nababawasan, kumukuha ng mga electron mula sa tubig na matatagpuan sa intrathylakoid space. Ito ay humahantong sa pagkasira o photolysis ng tubig:
H 2 O + Q na ilaw → H + + OH - .
Ibinibigay ng mga hydroxyl ions ang kanilang mga electron, nagiging mga reaktibong radical.OH:
OH - → .OH + e - .
Ang mga radikal na OH ay pinagsama upang bumuo ng tubig at libreng oxygen:
4HINDI. → 2H 2 O + O 2.
Tinatanggal ang oxygen panlabas na kapaligiran, at ang mga proton ay naipon sa loob ng thylakoid sa isang "proton reservoir." Bilang isang resulta, ang thylakoid membrane, sa isang banda, ay sinisingil ng positibo dahil sa H +, at sa kabilang banda, dahil sa mga electron, ito ay sisingilin nang negatibo. Kapag ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng labas at panloob na panig Ang thylakoid membrane ay umabot sa 200 mV, ang mga proton ay itinutulak sa pamamagitan ng ATP synthetase channel at ang ADP ay phosphorylated sa ATP; Ang atomic hydrogen ay ginagamit upang ibalik ang partikular na carrier NADP + (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) sa NADPH 2:
2H + + 2e - + NADP → NADPH 2.
Kaya, sa light phase, ang photolysis ng tubig ay nangyayari, na sinamahan ng tatlong mahahalagang proseso: 1) ATP synthesis; 2) ang pagbuo ng NADPH 2; 3) ang pagbuo ng oxygen. Ang oxygen ay nagkakalat sa atmospera, ang ATP at NADPH 2 ay dinadala sa stroma ng chloroplast at nakikilahok sa mga proseso ng madilim na bahagi.
1 - chloroplast stroma; 2 - grana thylakoid.
Madilim na yugto
Ang yugtong ito ay nangyayari sa stroma ng chloroplast. Ang mga reaksyon nito ay hindi nangangailangan ng liwanag na enerhiya, kaya nangyayari ito hindi lamang sa liwanag, kundi pati na rin sa dilim. Ang mga dark phase na reaksyon ay isang kadena ng sunud-sunod na pagbabago ng carbon dioxide (nanggagaling sa hangin), na humahantong sa pagbuo ng glucose at iba pang mga organikong sangkap.
Ang unang reaksyon sa chain na ito ay ang pag-aayos ng carbon dioxide; Ang tumatanggap ng carbon dioxide ay isang limang-carbon na asukal. ribulose biphosphate(RiBF); enzyme catalyzes ang reaksyon Ribulose biphosphate carboxylase(RiBP carboxylase). Bilang resulta ng carboxylation ng ribulose bisphosphate, nabuo ang isang hindi matatag na anim na carbon compound, na agad na nasira sa dalawang molekula phosphoglyceric acid(FGK). Ang isang cycle ng mga reaksyon ay nangyayari kung saan ang phosphoglyceric acid ay na-convert sa pamamagitan ng isang serye ng mga intermediate sa glucose. Ang mga reaksyong ito ay gumagamit ng enerhiya ng ATP at NADPH 2 na nabuo sa light phase; Ang cycle ng mga reaksyong ito ay tinatawag na "Calvin cycle":
6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O.
Bilang karagdagan sa glucose, ang iba pang mga monomer ng kumplikadong mga organikong compound ay nabuo sa panahon ng photosynthesis - mga amino acid, gliserol at fatty acid, mga nucleotide. Sa kasalukuyan, mayroong dalawang uri ng photosynthesis: C 3 - at C 4 photosynthesis.
C 3-photosynthesis
Ito ay isang uri ng photosynthesis kung saan ang unang produkto ay tatlong-carbon (C3) compound. Natuklasan ang C 3 photosynthesis bago ang C 4 photosynthesis (M. Calvin). Ito ay C 3 photosynthesis na inilarawan sa itaas, sa ilalim ng heading na "Dark phase". Mga katangian C 3-photosynthesis: 1) ang tumatanggap ng carbon dioxide ay RiBP, 2) ang reaksyon ng carboxylation ng RiBP ay na-catalyzed ng RiBP carboxylase, 3) bilang isang resulta ng carboxylation ng RiBP, nabuo ang isang anim na carbon compound, na nabubulok sa dalawang PGA . Ang FGK ay naibalik sa triose phosphates(TF). Ang ilan sa TF ay ginagamit para sa pagbabagong-buhay ng RiBP, at ang ilan ay na-convert sa glucose.
1 - chloroplast; 2 - peroxisome; 3 - mitochondria.
Ito ay isang light-dependent na pagsipsip ng oxygen at pagpapalabas ng carbon dioxide. Sa simula ng huling siglo, itinatag na pinipigilan ng oxygen ang photosynthesis. Tulad ng nangyari, para sa RiBP carboxylase ang substrate ay maaaring hindi lamang carbon dioxide, kundi pati na rin ang oxygen:
O 2 + RiBP → phosphoglycolate (2C) + PGA (3C).
Ang enzyme ay tinatawag na RiBP oxygenase. Ang oxygen ay isang mapagkumpitensyang inhibitor ng pag-aayos ng carbon dioxide. Ang grupo ng pospeyt ay nahati at ang phosphoglycolate ay nagiging glycolate, na dapat gamitin ng halaman. Ito ay pumapasok sa mga peroxisome, kung saan ito ay na-oxidized sa glycine. Ang Glycine ay pumapasok sa mitochondria, kung saan ito ay na-oxidized sa serine, na may pagkawala ng nakapirming carbon sa anyo ng CO 2. Bilang resulta, dalawang glycolate molecules (2C + 2C) ay na-convert sa isang PGA (3C) at CO 2. Ang photorespiration ay humahantong sa pagbaba ng ani ng mga halaman ng C3 ng 30-40% ( May 3 halaman- mga halaman na nailalarawan sa pamamagitan ng C 3 photosynthesis).
Ang C 4 photosynthesis ay photosynthesis kung saan ang unang produkto ay four-carbon (C 4) compounds. Noong 1965, natagpuan na sa ilang mga halaman (tubo, mais, sorghum, millet) ang mga unang produkto ng photosynthesis ay mga apat na carbon acid. Tinawag ang mga halamang ito May 4 na halaman. Noong 1966, ipinakita ng mga siyentipiko ng Australia na sina Hatch at Slack na ang mga halaman ng C4 ay halos walang photorespiration at mas mahusay na sumisipsip ng carbon dioxide. Ang landas ng mga pagbabagong-anyo ng carbon sa mga halaman ng C 4 ay nagsimulang tawagin ni Hatch-Slack.
C 4 halaman ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang espesyal na anatomikal na istraktura dahon. Ang lahat ng mga vascular bundle ay napapalibutan ng isang double layer ng mga cell: ang panlabas na layer ay mesophyll cells, ang panloob na layer ay sheath cells. Ang carbon dioxide ay naayos sa cytoplasm ng mesophyll cells, ang acceptor ay phosphoenolpyruvate(PEP, 3C), bilang resulta ng carboxylation ng PEP, nabuo ang oxaloacetate (4C). Ang proseso ay catalyzed PEP carboxylase. Hindi tulad ng RiBP carboxylase, ang PEP carboxylase ay may mas malaking affinity para sa CO 2 at, higit sa lahat, hindi nakikipag-ugnayan sa O 2 . Ang mga mesophyll chloroplast ay mayroong maraming butil kung saan aktibong nagaganap ang mga light phase reaction. Ang mga reaksyon ng madilim na bahagi ay nangyayari sa mga chloroplast ng mga selula ng kaluban.
Ang Oxaloacetate (4C) ay na-convert sa malate, na dinadala sa pamamagitan ng plasmodesmata sa mga sheath cells. Dito ito ay decarboxylated at dehydrogenated upang bumuo ng pyruvate, CO 2 at NADPH 2 .
Ang Pyruvate ay bumalik sa mga selula ng mesophyll at muling nabuo gamit ang enerhiya ng ATP sa PEP. Ang CO 2 ay muling naayos ng RiBP carboxylase upang bumuo ng PGA. Ang pagbabagong-buhay ng PEP ay nangangailangan ng enerhiya ng ATP, kaya nangangailangan ito ng halos dalawang beses na mas maraming enerhiya kaysa sa C 3 photosynthesis.
Ang kahulugan ng photosynthesis
Salamat sa photosynthesis, bilyun-bilyong toneladang carbon dioxide ang nasisipsip mula sa atmospera bawat taon at bilyun-bilyong toneladang oxygen ang inilalabas; Ang photosynthesis ay ang pangunahing pinagmumulan ng pagbuo ng mga organikong sangkap. Ito ay nabuo mula sa oxygen layer ng ozone, pinoprotektahan ang mga buhay na organismo mula sa short-wave ultraviolet radiation.
Sa panahon ng photosynthesis, ang isang berdeng dahon ay gumagamit lamang ng halos 1% ng solar energy na bumabagsak dito ay humigit-kumulang 1 g ng organikong bagay bawat 1 m2 ng ibabaw kada oras.
Chemosynthesis
Ang synthesis ng mga organikong compound mula sa carbon dioxide at tubig, na isinasagawa hindi dahil sa enerhiya ng liwanag, ngunit dahil sa enerhiya ng oksihenasyon ng mga inorganic na sangkap, ay tinatawag na chemosynthesis. Kasama sa mga kemikal na organismo ang ilang uri ng bakterya.
Nitrifying bacteria Ang ammonia ay na-oxidized sa nitrous at pagkatapos ay sa nitric acid (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).
Bakterya ng bakal i-convert ang ferrous iron sa oxide iron (Fe 2+ → Fe 3+).
Bakterya ng asupre i-oxidize ang hydrogen sulfide sa sulfur o sulfuric acid (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).
Bilang resulta ng mga reaksyon ng oksihenasyon ng mga inorganic na sangkap, ang enerhiya ay inilabas, na iniimbak ng bakterya sa anyo ng mga high-energy na ATP bond. Ginagamit ang ATP para sa synthesis ng mga organikong sangkap, na nagpapatuloy nang katulad sa mga reaksyon ng madilim na yugto ng potosintesis.
Ang mga chemosynthetic bacteria ay nag-aambag sa akumulasyon ng mga mineral sa lupa, mapabuti ang pagkamayabong ng lupa, itaguyod ang wastewater treatment, atbp.
Pumunta sa lektura Blg. 11"Ang konsepto ng metabolismo. Biosynthesis ng mga protina"
Pumunta sa lektura Blg. 13"Mga paraan ng paghahati ng mga eukaryotic cell: mitosis, meiosis, amitosis"
