Biyolojide fotosentez süreci. Fotosentez süreci: çocuklar için kısa ve anlaşılır. Fotosentez: aydınlık ve karanlık fazlar Fotosentez nedir

Fotosentezışık enerjisi kullanılarak inorganik maddelerden organik maddelerin sentezlenmesi işlemidir. Vakaların büyük çoğunluğunda fotosentez, bitkiler tarafından hücresel organeller kullanılarak gerçekleştirilir. kloroplastlar yeşil pigment içeren klorofil.

Bitkiler organik madde sentezleme yeteneğine sahip olmasaydı, hayvanlar, mantarlar ve birçok bakteri organik maddeleri inorganik olanlardan sentezleyemeyeceğinden, Dünya üzerindeki hemen hemen tüm diğer organizmaların yiyecek hiçbir şeyi olmazdı. Yalnızca hazır olanları emerler, onları daha basit olanlara bölerler, bunlardan tekrar karmaşık olanları bir araya getirirler, ancak zaten vücutlarının karakteristik özelliğidirler.

Fotosentezden ve rolünden çok kısaca bahsedersek durum böyledir. Fotosentezi anlamak için daha fazlasını söylememiz gerekiyor: Hangi spesifik inorganik maddeler kullanılıyor, sentez nasıl oluşuyor?

Fotosentez iki inorganik madde gerektirir - karbondioksit (CO2) ve su (H2O). Birincisi, bitkilerin toprak üstü kısımları tarafından esas olarak stomalar yoluyla havadan emilir. Su topraktan gelir ve bitkinin iletim sistemi tarafından fotosentetik hücrelere iletilir. Ayrıca fotosentez, fotonların enerjisini (hν) gerektirir, ancak bunlar maddeye atfedilemez.

Toplamda fotosentez organik madde ve oksijen (O2) üretir. Tipik olarak organik madde çoğunlukla glikoz (C6H12O6) anlamına gelir.

Organik bileşikler çoğunlukla karbon, hidrojen ve oksijen atomlarından oluşur. Karbondioksit ve suda bulunurlar. Ancak fotosentez sırasında oksijen açığa çıkar. Atomları sudan alınır.

Kısaca ve genel olarak fotosentez reaksiyonunun denklemi genellikle şu şekilde yazılır:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Ancak bu denklem fotosentezin özünü yansıtmamakta ve onu anlaşılır kılmamaktadır. Bakın denklem dengeli olmasına rağmen serbest oksijendeki toplam atom sayısı 12'dir. Ama sudan geldiklerini söyledik ve bunlardan sadece 6 tane var.

Aslında fotosentez iki aşamada gerçekleşir. İlki denir ışık, ikinci - karanlık. Bu tür isimler ışığa yalnızca aydınlık faz için ihtiyaç duyulduğundan, karanlık fazın varlığından bağımsız olmasından kaynaklanmaktadır ancak bu onun karanlıkta oluştuğu anlamına gelmez. Açık faz, kloroplastın tilakoidlerinin zarlarında meydana gelir ve karanlık faz, kloroplastın stromasında meydana gelir.

Işık fazı sırasında CO2 bağlanması meydana gelmez. Meydana gelen tek şey, güneş enerjisinin klorofil kompleksleri tarafından yakalanması, ATP'de depolanması ve enerjinin NADP'yi NADP*H2'ye indirgemek için kullanılmasıdır. Işıkla uyarılan klorofilden gelen enerji akışı, tilakoid membranlarda yerleşik enzimlerin elektron taşıma zinciri boyunca iletilen elektronlar tarafından sağlanır.

NADP için hidrojen, güneş ışığı tarafından oksijen atomlarına, hidrojen protonlarına ve elektronlara ayrıştırılan sudan gelir. Bu süreç denir fotoliz. Fotosentez için sudaki oksijene ihtiyaç yoktur. İki su molekülündeki oksijen atomları birleşerek moleküler oksijeni oluşturur. Fotosentezin ışık aşamasına ilişkin reaksiyon denklemi kısaca şöyle görünür:

H 2 O + (ADP+P) + NADP → ATP + NADP*H 2 + ½O 2

Böylece fotosentezin ışık aşamasında oksijen salınımı meydana gelir. Bir su molekülünün fotolizi başına ADP ve fosforik asitten sentezlenen ATP moleküllerinin sayısı farklı olabilir: bir veya iki.

Yani ATP ve NADP*H2 aydınlık fazdan karanlık faza gelir. Burada birincinin enerjisi ve ikincinin indirgeme gücü karbondioksitin bağlanmasına harcanır. Fotosentezin bu aşaması basit ve kısa bir şekilde açıklanamaz çünkü altı CO2 molekülünün NADP*H2 moleküllerinden salınan hidrojen ile birleşerek glikoz oluşturacağı şekilde ilerlemez:

6CO2 + 6NADP*H2 →C6H12O6 + 6NADP
(reaksiyon, ADP ve fosforik asit olarak parçalanan enerji ATP'nin harcanmasıyla meydana gelir).

Verilen tepki, anlaşılmasını kolaylaştırmak için sadece bir basitleştirmedir. Aslında karbondioksit molekülleri teker teker bağlanarak önceden hazırlanmış beş karbonlu organik maddeye katılıyor. Üç karbonlu karbonhidrat moleküllerine parçalanan kararsız altı karbonlu bir organik madde oluşur. Bu moleküllerin bazıları, CO2'yi bağlamak için orijinal beş karbonlu maddeyi yeniden sentezlemek için kullanılır. Bu yeniden sentez sağlanır Calvin döngüsü. Üç karbon atomu içeren az sayıda karbonhidrat molekülü döngüden çıkar. Diğer tüm organik maddeler (karbonhidratlar, yağlar, proteinler) onlardan ve diğer maddelerden sentezlenir.

Yani aslında fotosentezin karanlık aşamasından glikoz değil, üç karbonlu şekerler çıkıyor.

Adından da anlaşılacağı gibi fotosentez, atmosferdeki ve sudaki CO2'yi glikoza ve serbest oksijene dönüştüren organik maddelerin doğal sentezidir.

Bu, güneş enerjisinin varlığını gerektirir.

Fotosentez işleminin kimyasal denklemi genel olarak şu şekilde temsil edilebilir:

Fotosentezin iki aşaması vardır: karanlık ve aydınlık. Fotosentezin karanlık fazının kimyasal reaksiyonları, aydınlık fazın reaksiyonlarından önemli ölçüde farklıdır, ancak fotosentezin karanlık ve aydınlık fazları birbirine bağlıdır.

Işık fazı bitki yapraklarında yalnızca güneş ışığında meydana gelebilir. Karanlık için karbondioksitin varlığı gereklidir, bu nedenle bitkinin onu sürekli olarak atmosferden emmesi gerekir. Fotosentezin karanlık ve aydınlık aşamalarının tüm karşılaştırmalı özellikleri aşağıda sağlanacaktır. Bu amaçla karşılaştırmalı bir “Fotosentez Aşamaları” tablosu oluşturuldu.

Fotosentezin ışık aşaması

Fotosentezin ışık fazındaki ana işlemler tilakoid membranlarda meydana gelir. Klorofil, elektron taşıma proteinleri, ATP sentetaz (reaksiyonu hızlandıran bir enzim) ve güneş ışığını içerir.

Ayrıca reaksiyon mekanizması şu şekilde açıklanabilir: Güneş ışığı bitkilerin yeşil yapraklarına çarptığında, yapılarında klorofil elektronları (negatif yük) uyarılır, bunlar aktif duruma geçerek pigment molekülünü terk eder ve sonunda zarı da negatif yüklü olan tilakoidin dışında. Aynı zamanda klorofil molekülleri oksitlenir ve halihazırda oksitlenmiş olanlar indirgenir, böylece yaprak yapısındaki sudan elektronlar alınır.

Bu işlem, su moleküllerinin parçalanmasına ve suyun fotolizi sonucu oluşan iyonların elektronlarını bırakarak daha ileri reaksiyonlar gerçekleştirebilen OH radikallerine dönüşmesine yol açar. Bu reaktif OH radikalleri daha sonra birleşerek tam teşekküllü su molekülleri ve oksijen oluşturur. Bu durumda serbest oksijen dış ortama kaçar.

Tüm bu reaksiyon ve dönüşümler sonucunda, yaprağın tilakoid zarı bir tarafta pozitif (H+ iyonu nedeniyle), diğer tarafta ise negatif (elektronlar nedeniyle) yüklenir. Membranın iki tarafındaki bu yükler arasındaki fark 200 mV'un üzerine çıktığında protonlar ATP sentetaz enziminin özel kanallarından geçer ve bu sayede ADP (fosforilasyon işlemi sonucunda) ATP'ye dönüştürülür. Ve sudan salınan atomik hidrojen, spesifik taşıyıcı NADP+'yı NADP·H2'ye geri kazandırır. Görebildiğimiz gibi fotosentezin ışık aşaması sonucunda üç ana süreç meydana gelir:

1. ATP sentezi;
2. NADP H2'nin oluşturulması;
3. serbest oksijen oluşumu.

İkincisi atmosfere salınır ve NADP H2 ve ATP, fotosentezin karanlık aşamasında yer alır.

Fotosentezin karanlık aşaması

Fotosentezin karanlık ve aydınlık aşamaları, bitkinin büyük miktarda enerji harcamasıyla karakterize edilir, ancak karanlık aşama daha hızlı ilerler ve daha az enerji gerektirir. Karanlık faz reaksiyonları güneş ışığına ihtiyaç duymaz, dolayısıyla hem gündüz hem de gece meydana gelebilir.

Bu fazın tüm ana süreçleri bitki kloroplastının stromasında meydana gelir ve karbondioksitin atmosferden ardışık dönüşümlerinin benzersiz bir zincirini temsil eder. Böyle bir zincirdeki ilk reaksiyon karbondioksitin sabitlenmesidir. Bunun daha sorunsuz ve daha hızlı gerçekleşmesi için doğa, CO2'nin sabitlenmesini katalize eden RiBP-karboksilaz enzimini sağladı.

Daha sonra, tamamlanması fosfogliserik asidin glikoza (doğal şeker) dönüştürülmesi olan bir reaksiyon döngüsü meydana gelir. Tüm bu reaksiyonlar, fotosentezin ışık aşamasında oluşan ATP ve NADP H2 enerjisini kullanır. Fotosentez glikozun yanı sıra başka maddeler de üretir. Bunlar arasında çeşitli amino asitler, yağ asitleri, gliserol ve nükleotidler bulunur.

Fotosentezin aşamaları: karşılaştırma tablosu

Fotosentez - video

- zorunlu ışık enerjisi kullanımıyla karbondioksit ve sudan organik maddelerin sentezi:

6CO2 + 6H2O + Q ışığı → C6H12O6 + 6O2.

Daha yüksek bitkilerde, fotosentez organı yapraktır ve fotosentez organelleri kloroplastlardır (kloroplastların yapısı - ders No. 7). Kloroplast tilakoidlerin zarları fotosentetik pigmentler içerir: klorofiller ve karotenoidler. Birkaç farklı klorofil türü vardır ( a, b, c, d), asıl olan klorofildir A. Klorofil molekülünde, merkezinde magnezyum atomu bulunan bir porfirin “başlığı” ve bir fitol “kuyruğu” ayırt edilebilir. Porfirin “başı” düz bir yapıdır, hidrofiliktir ve bu nedenle stromanın sulu ortamına bakan membranın yüzeyinde yer alır. Fitolün “kuyruğu” hidrofobiktir ve bu nedenle klorofil molekülünü zarda tutar.

Klorofiller kırmızı ve mavi-mor ışığı emer, yeşil ışığı yansıtır ve dolayısıyla bitkilere karakteristik yeşil rengini verir. Tilakoid membranlardaki klorofil molekülleri şu şekilde organize edilmiştir: fotosistemler. Bitkiler ve mavi-yeşil alglerde fotosistem-1 ve fotosistem-2 bulunurken, fotosentetik bakterilerde fotosistem-1 bulunur. Yalnızca fotosistem-2, oksijeni serbest bırakmak ve suyun hidrojeninden elektronları almak için suyu ayrıştırabilir.

Fotosentez karmaşık, çok adımlı bir süreçtir; fotosentez reaksiyonları iki gruba ayrılır: reaksiyonlar ışık fazı ve reaksiyonlar karanlık faz.

Işık fazı

Bu faz yalnızca tilakoid membranlarda klorofil, elektron taşıma proteinleri ve ATP sentetaz enziminin katılımıyla ışık varlığında meydana gelir. Bir miktar ışığın etkisi altında, klorofil elektronları uyarılır, molekülü terk eder ve sonuçta negatif yüklü hale gelen tilakoid membranın dış tarafına girer. Oksitlenmiş klorofil molekülleri, intratilakoid boşlukta bulunan sudan elektron alarak azalır. Bu, suyun parçalanmasına veya fotolizine yol açar:

H 2 O + Q ışığı → H + + OH - .

Hidroksil iyonları elektronlarını vererek reaktif radikallere dönüşürler.OH:

OH - → .OH + e - .

OH radikalleri birleşerek su ve serbest oksijen oluşturur:

4HAYIR. → 2H 2 Ö + Ö 2.

Bu durumda oksijen dış ortama çıkarılır ve tilakoid içinde protonlar “proton rezervuarında” birikir. Sonuç olarak tilakoid membran bir yandan H + nedeniyle pozitif, diğer yandan elektronlar nedeniyle negatif olarak yüklenir. Tilakoid zarın dış ve iç tarafları arasındaki potansiyel farkı 200 mV'a ulaştığında, protonlar ATP sentetaz kanalları boyunca itilir ve ADP, ATP'ye fosforile edilir; Atomik hidrojen, spesifik taşıyıcı NADP +'yı (nikotinamid adenin dinükleotit fosfat) NADPH 2'ye geri yüklemek için kullanılır:

2H + + 2e - + NADP → NADPH 2.

Böylece, ışık fazında suyun fotolizi meydana gelir ve buna üç önemli süreç eşlik eder: 1) ATP sentezi; 2) NADPH2'nin oluşumu; 3) oksijen oluşumu. Oksijen atmosfere yayılır, ATP ve NADPH2 kloroplastın stromasına taşınır ve karanlık faz işlemlerine katılır.

1 - kloroplast stroma; 2 - grana tilakoid.

Karanlık faz

Bu faz kloroplastın stromasında meydana gelir. Reaksiyonları ışık enerjisine ihtiyaç duymadığından sadece ışıkta değil karanlıkta da meydana gelir. Karanlık faz reaksiyonları, karbondioksitin (havadan gelen) art arda dönüşümleri zinciridir ve glikoz ve diğer organik maddelerin oluşumuna yol açar.

Bu zincirdeki ilk reaksiyon karbondioksitin sabitlenmesidir; Karbondioksit alıcısı beş karbonlu bir şekerdir. ribuloz bifosfat(RiBF); enzim reaksiyonu katalize eder Ribuloz bifosfat karboksilaz(RiBP karboksilaz). Ribuloz bisfosfatın karboksilasyonu sonucunda kararsız bir altı karbonlu bileşik oluşur ve bu bileşik hemen iki moleküle ayrılır. fosfogliserik asit(FGK). Daha sonra fosfogliserik asidin bir dizi ara ürün aracılığıyla glikoza dönüştürüldüğü bir reaksiyon döngüsü meydana gelir. Bu reaksiyonlar, ışık fazında oluşan ATP ve NADPH2'nin enerjisini kullanır; Bu reaksiyonların döngüsüne “Calvin döngüsü” denir:

6CO2 + 24H + + ATP → C6H12O6 + 6H2O.

Fotosentez sırasında glikoza ek olarak karmaşık organik bileşiklerin diğer monomerleri de oluşur - amino asitler, gliserol ve yağ asitleri, nükleotitler. Şu anda iki tür fotosentez vardır: C3 - ve C4 fotosentezi.

C 3-fotosentez

Bu, ilk ürünün üç karbonlu (C3) bileşikler olduğu bir tür fotosentezdir. C3 fotosentezi, C4 fotosentezinden önce keşfedilmiştir (M. Calvin). Yukarıda “Karanlık faz” başlığı altında açıklanan C3 fotosentezidir. C3 fotosentezinin karakteristik özellikleri: 1) karbondioksit alıcısı RiBP'dir, 2) RiBP'nin karboksilasyon reaksiyonu RiBP karboksilaz tarafından katalize edilir, 3) RiBP'nin karboksilasyonunun bir sonucu olarak, ayrışan altı karbonlu bir bileşik oluşur iki PGA. FGK geri yüklendi trioz fosfatlar(TF). TF'nin bir kısmı RiBP'nin rejenerasyonu için kullanılır ve bir kısmı glikoza dönüştürülür.

1 - kloroplast; 2 - peroksizom; 3 - mitokondri.

Bu, ışığa bağlı olarak oksijenin emilmesi ve karbondioksitin salınmasıdır. Geçen yüzyılın başında oksijenin fotosentezi baskıladığı tespit edildi. Anlaşıldığı üzere, RiBP karboksilaz için substrat yalnızca karbondioksit değil aynı zamanda oksijen de olabilir:

02 + RiBP → fosfoglikolat (2C) + PGA (3C).

Enzimin adı RiBP oksijenazdır. Oksijen, karbondioksit fiksasyonunun rekabetçi bir inhibitörüdür. Fosfat grubu bölünür ve fosfoglikolat, bitkinin kullanması gereken glikolata dönüşür. Peroksizomlara girerek glisine oksitlenir. Glisin mitokondriye girer ve burada serine oksitlenir ve CO2 formunda zaten sabitlenmiş karbon kaybı olur. Sonuç olarak, iki glikolat molekülü (2C + 2C), bir PGA (3C) ve CO2'ye dönüştürülür. Fotorespirasyon, C3 bitkilerinin veriminde %30-40 oranında azalmaya neden olur ( 3 bitki ile- C3 fotosentezi ile karakterize edilen bitkiler).

C4 fotosentezi, ilk ürünün dört karbonlu (C4) bileşikler olduğu fotosentezdir. 1965 yılında bazı bitkilerde (şeker kamışı, mısır, sorgum, darı) ilk fotosentez ürünlerinin dört karbonlu asitler olduğu bulunmuştur. Bu bitkilere adı verildi 4 bitki ile. 1966'da Avustralyalı bilim adamları Hatch ve Slack, C4 bitkilerinin neredeyse hiç fotosolunum yapmadığını ve karbondioksiti çok daha verimli bir şekilde emdiğini gösterdi. C4 tesislerinde karbon dönüşümlerinin yolu denilmeye başlandı Hatch-Slack tarafından.

C 4 bitkileri, yaprağın özel bir anatomik yapısı ile karakterize edilir. Tüm damar demetleri çift hücre katmanıyla çevrilidir: dış katman mezofil hücreleri, iç katman ise kılıf hücreleridir. Karbondioksit mezofil hücrelerinin sitoplazmasında sabitlenir, alıcı ise fosfoenolpiruvat(PEP, 3C), PEP'in karboksilasyonu sonucu oksaloasetat (4C) oluşur. Süreç katalize edilir PEP karboksilaz. RiBP karboksilazın aksine PEP karboksilazın CO2'ye karşı daha büyük bir afinitesi vardır ve en önemlisi O2 ile etkileşime girmez. Mezofil kloroplastları, hafif faz reaksiyonlarının aktif olarak meydana geldiği çok sayıda taneye sahiptir. Kılıf hücrelerinin kloroplastlarında karanlık faz reaksiyonları meydana gelir.

Oksaloasetat (4C), plazmodesmata yoluyla kılıf hücrelerine taşınan malata dönüştürülür. Burada piruvat, CO2 ve NADPH2 oluşturacak şekilde dekarboksillenir ve hidrojeni giderilir.

Piruvat mezofil hücrelerine geri döner ve PEP'teki ATP'nin enerjisi kullanılarak yenilenir. CO2 tekrar RiBP karboksilaz ile sabitlenerek PGA oluşturulur. PEP rejenerasyonu ATP enerjisi gerektirir, dolayısıyla C3 fotosentezinin neredeyse iki katı kadar enerji gerektirir.

Fotosentezin anlamı

Fotosentez sayesinde her yıl atmosferden milyarlarca ton karbondioksit emiliyor ve milyarlarca ton oksijen açığa çıkıyor; fotosentez organik maddelerin oluşumunun ana kaynağıdır. Oksijen, canlı organizmaları kısa dalga ultraviyole radyasyondan koruyan ozon tabakasını oluşturur.

Fotosentez sırasında yeşil bir yaprak, üzerine düşen güneş enerjisinin yalnızca yaklaşık %1'ini kullanır; verimlilik, saatte 1 m2 yüzey başına yaklaşık 1 g organik maddedir.

Kemosentez

Işık enerjisi nedeniyle değil, inorganik maddelerin oksidasyon enerjisi nedeniyle gerçekleştirilen, karbondioksit ve sudan organik bileşiklerin sentezine denir. kemosentez. Kemosentetik organizmalar bazı bakteri türlerini içerir.

Nitrifikasyon bakterileri amonyak nitroya ve daha sonra nitrik asite (NH3 → HNO2 → HNO3) oksitlenir.

Demir bakterileri demirli demiri oksit demire dönüştürür (Fe 2+ → Fe 3+).

Kükürt bakterileri hidrojen sülfürü kükürt veya sülfürik asite oksitler (H2S + ½O2 → S + H2O, H2S + 2O2 → H2S04).

İnorganik maddelerin oksidasyon reaksiyonları sonucunda bakteriler tarafından yüksek enerjili ATP bağları şeklinde depolanan enerji açığa çıkar. ATP, fotosentezin karanlık fazındaki reaksiyonlara benzer şekilde ilerleyen organik maddelerin sentezi için kullanılır.

Kemosentetik bakteriler toprakta mineral birikimine katkıda bulunur, toprağın verimliliğini artırır, atık su arıtımını teşvik eder vb.

Git 11 numaralı dersler“Metabolizma kavramı. Proteinlerin biyosentezi"

Git 13 numaralı dersler“Ökaryotik hücrelerin bölünme yöntemleri: mitoz, mayoz, amitoz”

Fotosentez gibi karmaşık bir süreci kısaca ve net bir şekilde nasıl anlatabiliriz? Bitkiler kendi besinini üretebilen tek canlı organizmadır. Nasıl yapıyorlar? Büyüme için gerekli tüm maddeleri çevreden alırlar: havadan, sudan ve topraktan karbondioksit. Ayrıca güneş ışınlarından elde edecekleri enerjiye de ihtiyaçları vardır. Bu enerji, karbondioksit ve suyun glikoza (gıda) dönüştürüldüğü ve fotosentez olduğu belirli kimyasal reaksiyonları tetikler. Sürecin özü okul çağındaki çocuklara bile kısa ve net bir şekilde anlatılabilir.

"Işıkla Birlikte"

"Fotosentez" kelimesi iki Yunanca kelimeden gelir - "fotoğraf" ve "sentez", bunların birleşimi "ışıkla birlikte" anlamına gelir. Güneş enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür. Fotosentezin kimyasal denklemi:

6CO2 + 12H2O + ışık = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O.

Bu, glikoz üretmek için 6 molekül karbon dioksit ve 12 molekül suyun (güneş ışığıyla birlikte) kullanıldığı, bunun sonucunda 6 molekül oksijen ve 6 molekül su elde edildiği anlamına gelir. Bunu sözlü bir denklem olarak temsil ederseniz aşağıdakileri elde edersiniz:

Su + Güneş => glikoz + oksijen + su.

Güneş çok güçlü bir enerji kaynağıdır. İnsanlar onu her zaman elektrik üretmek, evleri yalıtmak, suyu ısıtmak vb. amaçlar için kullanmaya çalışırlar. Bitkiler milyonlarca yıl önce güneş enerjisini nasıl kullanacaklarını “buldular” çünkü bu, hayatta kalmaları için gerekliydi. Fotosentez kısaca ve net bir şekilde şu şekilde açıklanabilir: Bitkiler güneşin ışık enerjisini kullanır ve onu kimyasal enerjiye dönüştürür, bunun sonucunda şeker (glikoz) oluşur, bunun fazlası yapraklarda, köklerde, gövdelerde nişasta olarak depolanır. ve bitkinin tohumları. Güneş enerjisi hem bitkilere hem de bu bitkileri yiyen hayvanlara aktarılır. Bir bitkinin büyüme ve diğer yaşam süreçleri için besin maddelerine ihtiyacı olduğunda bu rezervler çok faydalıdır.

Bitkiler güneşten gelen enerjiyi nasıl emer?

Fotosentezden kısaca ve net olarak bahsederken, bitkilerin güneş enerjisini nasıl absorbe edebildikleri sorusuna değinmekte fayda var. Bu, klorofil adı verilen özel bir madde içeren yeşil hücreleri - kloroplastları içeren yaprakların özel yapısı nedeniyle oluşur. Yapraklara yeşil rengini veren şey budur ve güneş ışığından enerjinin emilmesinden sorumludur.

Yaprakların çoğu neden geniş ve düzdür?

Fotosentez bitkilerin yapraklarında gerçekleşir. Şaşırtıcı gerçek şu ki, bitkiler güneş ışığını yakalamak ve karbondioksiti absorbe etmek için çok iyi adapte olmuşlardır. Geniş yüzeyi sayesinde çok daha fazla ışık yakalanacaktır. Bu nedenle bazen evlerin çatılarına da yerleştirilen güneş panelleri de geniş ve düzdür. Yüzey ne kadar büyük olursa emilim o kadar iyi olur.

Bitkiler için başka neler önemlidir?

İnsanlar gibi bitkilerin de sağlıklı kalabilmeleri, büyüyebilmeleri ve yaşamsal fonksiyonlarını iyi bir şekilde yerine getirebilmeleri için faydalı besinlere ihtiyaçları vardır. Suda çözünmüş mineralleri kökleri aracılığıyla topraktan alırlar. Toprakta mineral besin maddeleri eksikse bitki normal şekilde gelişmeyecektir. Çiftçiler, mahsullerin büyümesi için yeterli besin maddesine sahip olduğundan emin olmak amacıyla sıklıkla toprağı test eder. Aksi takdirde bitki beslenmesi ve büyümesi için gerekli mineralleri içeren gübrelerin kullanımına başvurunuz.

Fotosentez neden bu kadar önemli?

Çocuklara fotosentezi kısaca ve net bir şekilde anlatmak gerekirse, bu sürecin dünyadaki en önemli kimyasal reaksiyonlardan biri olduğunu anlatmakta fayda var. Bu kadar gürültülü bir açıklamanın nedenleri nelerdir? Birincisi, fotosentez bitkileri besler, bitkiler de hayvanlar ve insanlar da dahil olmak üzere gezegendeki diğer tüm canlıları besler. İkinci olarak fotosentez sonucunda solunum için gerekli olan oksijen atmosfere salınır. Tüm canlılar oksijeni solur ve karbondioksiti dışarı verir. Neyse ki bitkiler bunun tersini yapar, bu nedenle insanlar ve hayvanlar için çok önemlidirler çünkü onlara nefes alma yeteneği verirler.

İnanılmaz süreç

Görünüşe göre bitkiler de nasıl nefes alacaklarını biliyorlar, ancak insanlardan ve hayvanlardan farklı olarak havadaki oksijeni değil karbondioksiti emiyorlar. Bitkiler de içer. Bu yüzden onları sulamanız gerekiyor, aksi takdirde ölecekler. Kök sistemi yardımıyla su ve besinler bitki gövdesinin her yerine taşınır ve karbondioksit yapraklardaki küçük deliklerden emilir. Kimyasal reaksiyonu başlatan tetikleyici güneş ışığıdır. Elde edilen tüm metabolik ürünler bitkiler tarafından beslenme amacıyla kullanılır, atmosfere oksijen salınır. Fotosentez sürecinin nasıl gerçekleştiğini bu şekilde kısaca ve net bir şekilde anlatabilirsiniz.

Fotosentez: fotosentezin aydınlık ve karanlık aşamaları

Söz konusu süreç iki ana bölümden oluşmaktadır. Fotosentezin iki aşaması vardır (aşağıdaki açıklama ve tablo). Birincisine ışık fazı denir. Sadece tilakoid membranlarda klorofil, elektron taşıma proteinleri ve ATP sentetaz enziminin katılımıyla ışık varlığında meydana gelir. Fotosentez başka ne saklıyor? Gece ve gündüz ilerledikçe ışık yanar ve birbirinin yerini alır (Calvin döngüleri). Karanlık aşamada, bitkiler için besin olan aynı glikozun üretimi meydana gelir. Bu sürece ışıktan bağımsız reaksiyon da denir.

Çözüm

Yukarıdakilerin hepsinden aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:

• Fotosentez güneşten enerji üreten bir süreçtir.
• Güneşten gelen ışık enerjisi klorofil tarafından kimyasal enerjiye dönüştürülür.
• Klorofil bitkilere yeşil rengini verir.
• Fotosentez bitki yaprak hücrelerinin kloroplastlarında meydana gelir.
• Fotosentez için karbondioksit ve suya ihtiyaç vardır.
• Karbondioksit bitkiye küçük deliklerden, stomalardan girer ve oksijen bunlardan çıkar.
• Su bitkiye kökleri aracılığıyla emilir.
• Fotosentez olmasaydı dünyada yiyecek olmazdı.

Fotosentez, bitkiler, algler ve bazı bakteriler tarafından güneş ışığından enerji kullanmak ve onu kimyasal enerjiye dönüştürmek için kullanılan bir işlemdir. Bu makale fotosentezin genel prensiplerini ve fotosentezin temiz yakıtların ve yenilenebilir enerji kaynaklarının geliştirilmesinde uygulanmasını açıklamaktadır.

İki tür fotosentez süreci vardır: oksijenli fotosentez Ve anoksijenik fotosentez. Anoksijenik ve oksijenik fotosentezin genel prensipleri birbirine çok benzer, ancak en yaygın olanı bitkilerde, alglerde ve siyanobakterilerde gözlenen oksijenli fotosentezdir.

Oksijenik fotosentez sırasında ışık enerjisi, elektronların sudan (H2O) karbondioksite (CO2) transferini kolaylaştırır. Reaksiyon sonucunda oksijen ve hidrokarbonlar oluşur.

Oksijenik fotosentez nefes alan tüm organizmalar tarafından üretilen karbondioksitin emildiği ve oksijenin atmosfere salındığı, solunumun tersi bir süreç olarak adlandırılabilir.

Öte yandan anoksijenik fotosentezde elektron donörü olarak su kullanılmaz. Bu süreç, çoğunlukla çeşitli su ortamlarında bulunan mor bakteriler ve yeşil kükürt bakterileri gibi bakterilerde yaygın olarak görülür.

Anoksijenik fotosentezde oksijen üretilmez, dolayısıyla adı da buradan gelir. Reaksiyonun sonucu elektron donörüne bağlıdır. Örneğin birçok bakteri donör olarak hidrojen sülfürü kullanır ve bu fotosentez sonucunda katı kükürt oluşur.

Her iki fotosentez türü de karmaşık ve çok adımlı süreçler olmasına rağmen, aşağıdaki kimyasal denklemlerle kabaca temsil edilebilirler.

Oksijenik fotosentezşu şekilde yazılır:

6CO 2 + 12H 2 O + Işık enerjisi → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O

Burada altı molekül karbondioksit (CO2), ışık enerjisi kullanılarak 12 molekül su (H2O) ile birleştirilir. Reaksiyon sonucunda bir molekül karbonhidrat (C6H12O6 veya glikoz), altı molekül oksijen ve altı molekül su oluşur.

Benzer şekilde farklı tepkiler anoksijenik fotosentez genelleştirilmiş bir formül şeklinde sunulabilir:

CO 2 + 2H 2 A + Işık enerjisi → + 2A + H 2 O

Denklemdeki A harfi değişkendir ve H 2 A potansiyel elektron donörünü temsil eder. Örneğin A, hidrojen sülfürdeki (H2S) kükürt olabilir.

Fotosentetik aparat

Aşağıda fotosentez için gerekli olan hücresel bileşenler verilmiştir.

Pigmentler

Pigmentler bitkilere, alglere ve bakterilere renk veren moleküllerdir, fakat aynı zamanda güneş ışığını etkili bir şekilde yakalamaktan da sorumludurlar. Farklı renkteki pigmentler ışığın farklı dalga boylarını emer. Aşağıda üç ana grup bulunmaktadır.

• Klorofiller- Bunlar mavi ve kırmızı ışığı yakalayabilen yeşil pigmentlerdir. Klorofillerin klorofil a, klorofil b ve klorofil c olmak üzere üç alt tipi vardır. Klorofil a tüm fotosentetik bitkilerde bulunur. Kızılötesi ışığı emen bakteriyoklorofil adı verilen bir bakteri çeşidi de vardır. Bu pigment esas olarak anoksijenik fotosentez yapan mor ve yeşil kükürt bakterilerinde gözlenir.
• Karotenoidler mavi-yeşil ışığı emen kırmızı, turuncu veya sarı pigmentlerdir. Karotenoidlerin örnekleri, havuçlara rengini veren ksantofil (sarı) ve karotendir (turuncu).
• Fikobilinler uzun dalga boylarındaki ışığı emen, ancak klorofiller ve karotenoidler tarafından emilmeyen kırmızı veya mavi pigmentlerdir. Siyanobakterilerde ve kırmızı alglerde gözlemlenebilirler.

Plastid

Fotosentetik ökaryotik organizmalar, adı verilen organelleri içerir. plastidler. New Jersey'deki Rutgers Üniversitesi'nden araştırmacılar Chong Xin Chang ve Debashish Bhattacharya tarafından Nature Education dergisinde yayınlanan bir makaleye göre, bitkilerde ve alglerde iki zarlı plastidler birincil plastidler olarak kabul edilirken, planktonda bulunan çoklu zarlı plastidler ikincil plastidler olarak adlandırılıyor. .

Plastitler genellikle pigmentler içerir veya besin depolayabilir. Renksiz ve pigmentsiz lökoplastlar yağ ve nişasta depolarken, kromoplastlar karotenoidler, kloroplastlar ise klorofil içerir.

Fotosentez kloroplastlarda meydana gelir; özellikle grana ve stroma bölgelerinde. Grana, tilakoid adı verilen üst üste dizilmiş düz kesecikler veya zarlardır. Tüm fotosentetik yapılar granada bulunur. Elektron aktarımının gerçekleştiği yer burasıdır. Grananın sütunları arasındaki boşluklar stromayı oluşturur.

Kloroplastlar, hücrelerin enerji merkezleri olan mitokondriye benzer; çünkü dairesel DNA'da bulunan kendi genomlarına veya gen koleksiyonuna sahiptirler. Bu genler organel ve fotosentez için gerekli olan proteinleri kodlar. Mitokondri gibi kloroplastların da ilkel bakteri hücrelerinden endosembiyoz süreciyle evrimleştiği düşünülüyor.

Antenler

Pigment molekülleri, ışık yönünde ve birbirlerine doğru hareket etmelerini sağlayan proteinlerle bağlanır. Arizona Eyalet Üniversitesi'nde profesör olan Wim Vermaas'ın bir yayınına göre, 100-5000 pigment molekülünden oluşan bir dizi " antenler" Bu yapılar güneşten gelen ışık enerjisini foton formunda yakalar.

Sonuçta ışık enerjisinin, onu elektron biçiminde kimyasal enerjiye dönüştürebilecek bir pigment-protein kompleksine aktarılması gerekir. Örneğin bitkilerde ışık enerjisi klorofil pigmentlerine aktarılır. Kimyasal enerjiye geçiş, klorofil pigmentinin daha sonra uygun alıcıya gidebilecek bir elektronun yerini almasıyla gerçekleşir.

Reaksiyon merkezleri

Işık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren ve elektron transferi sürecini başlatan pigment ve proteinlere ne ad verilir? reaksiyon merkezleri.

Fotosentez süreci

Bitki fotosentez reaksiyonları güneş ışığı gerektirenler ve gerektirmeyenler olarak ikiye ayrılır. Kloroplastlarda her iki reaksiyon türü de meydana gelir: tilakoidlerde ışığa bağımlı reaksiyonlar ve stromada ışıktan bağımsız reaksiyonlar.

Işığa bağımlı reaksiyonlar (ışık reaksiyonları) Bir ışık fotonu reaksiyon merkezine çarptığında ve klorofil gibi bir pigment molekülü bir elektron serbest bıraktığında. Bu durumda elektronun orijinal konumuna dönmemesi gerekir ve bundan kaçınmak kolay değildir, çünkü klorofil artık yakındaki elektronları çeken bir "elektron deliğine" sahiptir.

Serbest kalan elektron, ATP (hücreler için bir kimyasal enerji kaynağı olan adenozin trifosfat) ve NADP üretmek için gereken enerjiyi üreten elektron taşıma zinciri boyunca hareket ederek "kaçabilir". Orijinal klorofil pigmentindeki “elektron deliği” sudaki elektronlarla doludur. Bunun sonucunda atmosfere oksijen salınır.

Karanlık reaksiyonlar(Işığın varlığından bağımsızdır ve Calvin döngüsü olarak da bilinir). Karanlık reaksiyonlar sırasında enerji kaynağı olan ATP ve NADP üretilir. Calvin döngüsü kimyasal reaksiyonun üç aşamasından oluşur: karbon sabitleme, indirgeme ve yenilenme. Bu reaksiyonlarda su ve katalizörler kullanılır. Karbondioksitten gelen karbon atomları, sonuçta üç karbonlu karbonhidratlar (hafif şekerler) oluşturan organik moleküllere dahil edildiklerinde "sabitlenir". Bu şekerler daha sonra glikoz üretmek için kullanılır veya Calvin döngüsünü yeniden başlatmak için geri dönüştürülür.

Gelecekte fotosentez. Fotosentez uygulamaları

Fotosentetik organizmalar, hidrojen ve hatta metan gibi temiz yakıtlar üretmenin potansiyel bir yoludur. Son zamanlarda Finlandiya'daki Turku Üniversitesi'ndeki bir araştırma ekibi, yeşil alglerin hidrojen üretme yeteneğinden yararlandı. Yeşil algler önce ışığa ve oksijensiz koşullara maruz kaldıktan sonra ışığa maruz kaldıklarında saniyeler içinde hidrojen üretebilmektedirler. Ekip, Energy & Environmental Science dergisindeki 2018 tarihli bir yayında bildirildiği üzere, alglerin hidrojen üretimini üç güne kadar uzatmanın bir yolunu geliştirdi.

Bilim insanları yapay fotosentez alanında da ilerleme kaydetti. Örneğin, Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, yarı iletken nanotelleri ve bakterileri kullanarak karbondioksiti yakalamak için yapay bir sistem geliştirdi. Güneş ışığının enerjisini kullanarak bir dizi biyouyumlu ışık emici nanotelleri belirli bir bakteri popülasyonuyla birleştirmek, karbondioksiti yakıta veya polimerlere dönüştürür. Ekip projelerini 2015 yılında Nano Letters dergisinde yayınladı.

2016 yılında aynı gruptan bilim insanları, Science dergisinde, güneş ışığı, su ve karbondioksit kullanarak sıvı yakıt üretmek için özel olarak tasarlanmış bakterilerin kullanıldığı başka bir yapay fotosentez sistemini anlatan bir çalışma yayınladılar. Genel olarak bitkiler güneş enerjisinin yalnızca %1'ini kullanabilir ve bunu fotosentez sırasında organik bileşikler üretmek için kullanabilirler. Buna karşılık yapay fotosentez sistemi, organik bileşikler üretmek için güneş enerjisinin %10'unu kullanabildi.

Fotosentez gibi doğal süreçlerin incelenmesi, bilim adamlarının çeşitli yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmanın yeni yollarını geliştirmelerine yardımcı olur. Güneş ışığı bitkiler ve bakteriler tarafından fotosentezde yaygın olarak kullanılıyor, bu nedenle yapay fotosentez çevre dostu yakıt yaratmak için mantıklı bir adımdır.

Makalede livecience.com'daki materyaller kullanıldı

(1.663 kişi tarafından görüntülendi | Bugün 1 kişi tarafından görüntülendi)

En İyi Hava Temizleyici Ev Bitkileri