- Фотосинтез процесі деген не, ол қалай жұмыс істейді?
Өсімдіктердің қоректенуің өзі фотосинтез бе?
Кіріспе
Күн біздің планетамыздың сарқылмас қуат көзі болды және болып қала береді. Архей дәуіріндегі ең маңызды ароморфоз фотосинтездің пайда болуы болды, бұл процесс кейбір тірі организмдер энергияның негізгі көзі ретінде күн сәулесін пайдаланып органикалық заттарды синтездеуді үйренді.
Фотосинтез — бұл біздің планетамыздың бүкіл тірі халқы үшін өте маңызды процесс. Ол жасыл өсімдіктердің, балдырлардың жасушаларында және цианобактериялар сияқты кейбір бактериялардың жасушаларында кездеседі және әртүрлі пигменттердің көмегімен, атап айтқанда, хлорофиллдің көмегімен жүзеге асырылады.
Хлорофилл
Жоғары сатыдағы өсімдіктердегі хлорофилл хлоропластарда шоғырланған, ал жоғары сатыдағы фотосинтездің негізгі мүшесі — жапырақ. Хлорофилл жарық кванттарын алуға мүмкіндік беретін ерекше химиялық құрылымға ие. Хлорофилл негізінен қызыл және көк жарықты жұтады. Олар жасыл жарықты шағылыстырады, сондықтан өсімдіктерге тән жасыл түс береді, егер басқа пигменттер оны бүркемелемесе. Түсірілген жарықтың толқын ұзындығымен ерекшеленетін хлорофилл молекулаларының бірнеше формалары бар. Жоғары сатыдағы өсімдіктердегі хлорофилл олардың құрылымын анықтайтын хлоропластарда шоғырланған.
Хлоропласт
Хлоропластардың құрылымдық-функционалдық бірлігі — бұл тилакоидтар — қабаттасқан жалпақ қабықшалы қапшықтар. Жеке қырлар бір-бірімен ламелла арқылы байланысады.
Тилакоидтардың мембраналарында хлорофилл молекуласы, сонымен қатар электронды тасымалдаушы молекула — цитохромдар кіретін арнайы кешендер орналасқан. Мембрана жүйесі — фотосинтездің жарық реакциялары жүретін жер.
Оның құрылымындағы хлоропластардың стромасы гельге ұқсайды — мұнда қараңғы реакциялар жүреді.
Фотосинтез кезінде пайда болған артық көмірсулар крахмал дәндері түрінде сақталады.
Фотосинтетикалық пигменттер екі түрге бөлінеді: негізгі және көмекші. Екінші типтегі пигменттер өздері шығаратын электрондарды негізгі пигментке ауыстырады. Негізгі пигмент шығаратын электрондар фотосинтездеу реакциясы үшін энергияны тікелей жеткізеді. Жарық бөлшектерінің негізгі ұстаушылары — P700 және P680 деп белгіленген екі хлорофилл формасы (P — пигмент, 680 — 700 — нм-де максималды сіңіру). Басқа пигменттер көмекші рөл атқарады.
Қазіргі кезде екі фотосинтездейтін бөлім бар, оларды фотосистема 1 және фотосистема 2 деп атайды деп жалпы қабылданған. Бұл блоктардың әрқайсысы энергияны негізгі пигмент молекуласына, яғни хлорофилл молекуласына беретін көмекші пигменттер жиынтығынан тұрады. Бұл молекула реакция орталығы деп аталады.
Реакция орталығында энергия химиялық реакцияны жүзеге асыру үшін қолданылады.Дәл осы жерде фотосинтездің орталық оқиғасы болып табылатын жарық энергиясының химиялық байланыстың энергиясына айналуы жүреді.
Фотосинтез екі фазада жүреді, яғни жарық фазасы және қараңғы фаза.
Жарық фазасында энергия пайда болады, содан кейін ол қараңғы реакцияларға жұмсалады. Фотосинтездің жеңіл фазалық процесі циклдік емес фотофосфорлану мен су фотолизін қамтиды. Судың фотолизі нәтижесінде оттегі реакцияның қосымша өнімі ретінде бөлінеді. Реакция тилакоидты мембраналарда жүреді. Бөлінген электрондардың P700 молекуласындағы орнын II P680 фотосистемасынан алынған электрондар алады. Осылайша, жарықта электрондар судан II және I фотосистемаларға, содан кейін НАДФ-ға ауысады. Электрондардың мұндай бір бағытты ағыны циклдік емес электронды ағын деп, ал бұл жағдайда пайда болатын АТФ түзілуі циклдік емес фотофосфорлану деп аталады. Сонымен, жеңіл фазада энергияға бай АТФ және қалпына келтірілген НАДФ түзіліп, оттегі реакцияның қосымша өнімі ретінде дамиды.
Фотосинтездің қараңғы фазасы. Егер жарық фазасы тек жарықта пайда болса, онда қараңғы фаза жарыққа тәуелді емес. Қараңғы фаза хлоропластардың стромасында жүреді, мұнда энергияға бай қосылыстар, атап айтқанда АТФ және қалпына келтірілген НАДФ тасымалданады, сонымен қатар көміртегі диоксиді ол жерге көмірсулар көзі ретінде енеді, ол ауадан алынады және өсімдіктерге стоматалар арқылы енеді. Қараңғы фазаның реакцияларында көмірқышқыл газы АТФ және НАДФ молекулаларында жинақталған энергияны пайдаланып глюкозаға дейін азаяды.
Фотосинтездің қараңғы фазасында көмірқышқыл газының глюкозаға айналуы оны ашушының атымен Кальвин циклі деп аталады.
Фотосинтездің бірінші кезеңі — жарық тилакоидтардағы хлоропласт мембраналарында пайда болады.
Фотосинтездің екінші кезеңі — қараңғы — хлоропласттың ішінде, стромада өтеді.
Фотосинтездің жалпы теңдеуі келесідей. Көмірқышқыл газының 6 молекуласы мен судың 6 молекуласы өзара әрекеттескенде бір глюкоза молекуласы түзіліп, алты оттегі молекуласы бөлінеді. Бұл процесс жарықта жоғары сатыдағы өсімдіктердегі хлоропластарда жүреді.
Сонымен, фотосинтез дегеніміз зат пен энергияны түрлендіру процесі.
- Фотосинтез белсенділігі деп 1м3 жапырақ көлемінің 1-сағат ішінде меңгерген СО2 газы немесе пайда болған органикалық зат мөлшеріне айтамыз.
- Фотосинтездің таза өнімділігі деп 1 тәулікте өсімдік жапырақтары көлемінде топталған заттың құрғақ салмағы мөлшеріне айтамыз. Ол орташа есепте 5-12 гр/м2-ты құрайды.
- Сәуленің 80-850/0 жапырақ пластинкалары жатады, бірақ тек оның 1,5-20/0 фотосинтез процесіне жұмсалады. Қалған энергия трансперация және жылу күйінде таралады.Фотосинтез кеште күшсіз жарықтада жүреді.
-
Жарық сүйгіш өсімдіктер сәулеге толынуы үшін 10000-40000 Лю сәуле қажет болса, сояда өсетін өсімдіктер үшін 1000 Лю сәуле қажет болады.
- Жарықтың максимал дәрежеден артық болса, хлорофилл және хлотопластар бұзылып, өнімдік төмендейді. Фотосинтезде жұмсалған СО2 газының мөлшері тыныс алуда бөлініп шыққан СО2-нің мөлшеріне тең болған сәуле дәрежесі жарықтың компенсацион нүктесі дейіледі.
- Өсімдіктер өсіп өркендеуінде жарықтың компенсацион нүктесі, жарықтықтан жоғары болуы тиіс.
- Фотосинтез үшін сәуленің спектор құрамы да үлкен маңызға ие.
-
Минимал температура солтүстік өсімдіктері үшін –150, тропикалық өсімдіктерде 6-80-ты құрайды. Оптимал жағдай өсімдіктер үшін 25-30% болып фотосинтез Интенсивтігі жоғары нүктесінде болады. Одан артып фотосинтез интенсивтігі нүктесі басталады. Одан артқанда фотосинтез тоқтайды. Максималды температура шөқ өсімдіктерінде 500-қа тең болады.
- Су барлық биохимиялық және физологиялық процестерге әсері бар.
- Судың тапшылығы заттардың электрон байланыстарына фосфор алмасуында теріс әсерін көрсетеді.
Тамыр қоректенуі. Тамыр топырақтан өте көптеген қоректік заттарды меңгереді. Ол элементтер жасуша ұлпалардың негізін құрайды. Демек ауамен топырақпен қоректену бір-біріне байанысты азот, фосфор, хлоропласт пайда болуында.
Қолданылғын әдебиеттер : Биология 10 сын. Құрманғалиева Ж. 2017 ж.
Биология ШЫН КІТАП/2011 ж.