Fotosynteesin komponentit

Sisältö

• Fotosynteesin komponentit
• Yhteenveto fotosynteesistä
• Kuinka lehdet tukevat fotosynteesiä
• Klooroplastit: Fotosynteesitehtaat
• Mihin tyylokoideja käytetään?
• Valoreaktiot: Valo saavuttaa tylakoidikalvon
• Vaaleat reaktiot: elektronien kuljetus
• Valoreaktiot: valofosforylaatio
• Pimeä reaktio: hiilen kiinnitys

Kasvit ovat epäilemättä ihmisten suosikki eläviä asioita eläinkunnan ulkopuolella. Sen lisäksi, että kasvit kykenevät ruokkimaan maailman ihmisiä - ilman hedelmiä, vihanneksia, pähkinöitä ja jyviä, on epätodennäköistä, että teitä tai tätä artikkelia olisi olemassa - kasveja arvostetaan kauneudestaan ​​ja roolistaan ​​kaikenlaisissa ihmisseremonioissa. Se, että he onnistuvat tekemään tämän ilman kykyä liikkua tai syödä, on todellakin huomattavaa.

Kasvit käyttävät itse asiassa samaa perusmolekyyliä, jota kaikki elämän muodot tekevät kasvaakseen, selviytyäkseen ja lisääntyäkseen: pienen, kuuden hiilen, renkaan muotoisen hiilihydraatin glukoosi. Mutta sen sijaan, että syövät tämän sokerin lähteitä, he tekevät siitä. Kuinka tämä on mahdollista, ja ottaen huomioon, että miksi ihmiset ja muut eläimet eivät vain tee samaa asiaa ja pelastavat itse ruuan metsästys-, keräys-, varastointi- ja kulutusongelmat?

Vastaus on fotosynteesi, kemiallisten reaktioiden sarja, jossa kasvisolut käyttävät auringonvalon energiaa glukoosin tuottamiseen. Sitten kasvit käyttävät osaa glukoosista omiin tarpeisiinsa, kun taas loput ovat käytettävissä muille organismeille.

Fotosynteesin komponentit

Akuutit opiskelijat saattavat kysyä nopeasti: "Mikä on kasvien fotosynteesin aikana, mikä on hiilen lähde kasvien tuottamassa sokerimolekyylissä?" Sinun ei tarvitse tieteellistä tutkintoa olettaa, että "aurinkoenergia" koostuu valosta ja että valo ei sisällä mitään elementtejä, jotka muodostavat molekyylejä, joita elävissä järjestelmissä yleisimmin löytyy. (Valo koostuu fotonit, jotka ovat massattomia hiukkasia, joita ei löydy elementtien jaksollisesta taulukosta.)

Helpoin tapa esitellä fotosynteesin eri osia on aloittaa kemiallisella kaavalla, joka kokoaa yhteen prosessin.

6 H₂O + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆+ 6 O₂

Fotosynteesin raaka-aineet ovat siis vesi (H₂O) ja hiilidioksidi (CO₂), joita molempia on runsaasti maassa ja ilmakehässä, kun taas tuotteet ovat glukoosia (C₆H₁₂O₆) ja happikaasua (O₂).

Yhteenveto fotosynteesistä

Seuraava on kaavamainen kuvaus fotosynteesiprosessista, jonka komponentit kuvataan yksityiskohtaisesti seuraavissa osioissa. (Toistaiseksi älä murehdi lyhenteistä, joita et ehkä tunne.)

Näiden neljän vaiheen ensimmäiset kutsutaan valoreaktioiksi tai valosta riippuvaisiksi reaktioiksi, koska niiden toiminta riippuu ehdottomasti auringonvalosta. Sen sijaan Calvin-sykliä kutsutaan tumma reaktio, joka tunnetaan myös nimellä valosta riippumattomat reaktiot. Vaikka tumma reaktio, kuten nimestä voi päätellä, voi toimia ilman valonlähdettä, se riippuu tuotteista, jotka on luotu valosta riippuvissa reaktioissa edetäkseen.

Kuinka lehdet tukevat fotosynteesiä

Jos olet joskus tarkastellut kaaviota ihmisen ihon poikkileikkauksesta (eli miltä se näyttää sivulta, jos voisit katsoa sitä koko pintaan mihin tahansa kudokseen, jonka iho kohtaa alapuolella), sinä olisi voinut huomata, että iho sisältää selkeät kerrokset. Nämä kerrokset sisältävät erilaisia ​​komponentteja eri konsentraatioissa, kuten hikirauhaset ja hiusrakkulot.

Lehden anatomia on järjestetty samalla tavalla, paitsi että lehdet ovat ulkomaailman päällä kaksi puolin. Liikkuessa lehden yläosasta (pidetään sitä, joka valon kohtaa useimmiten) alapuolelle, kerroksiin sisältyy orvaskesi, vahamainen, ohut suojakerros; ylempi orvaskesi; mesofyllin; alempi orvaskesi; ja toisen kutikulakerroksen.

Itse mesofylliin kuuluu yläosa paaluttaa kerros, solut sijoitettuna siisteihin sarakkeisiin ja alempi kuohkea kerros, jossa on vähemmän soluja ja suurempi etäisyys niiden välillä. Fotosynteesi tapahtuu mesofyllissä, mikä on järkevää, koska se on minkä tahansa aineen pintakerroksin lehtiä ja on lähinnä valoa, joka osuu lehtien pintaan.

Klooroplastit: Fotosynteesitehtaat

Organismeja, joiden on saatava ravintoa ympäristönsä orgaanisista molekyyleistä (ts. Aineista, joita ihmiset kutsuvat "ruoka"), tunnetaan nimellä heterotrofeja. Kasvit, ja toisaalta, ovat autotrofisia siinä mielessä, että ne rakentavat nämä molekyylit solujensa sisälle ja käyttävät sitten sitä, mitä he tarvitsevat siihen, ennen kuin loput siihen liittyvästä hiilestä palautetaan ekosysteemiin, kun kasvi kuolee tai syö.

Fotosynteesi tapahtuu organelleissa ("pienissä elimissä") kasvisoluissa, joita kutsutaan kloroplastissa. Organelleja, joita on vain eukaryoottisoluissa, ympäröi kaksoisplasmakalvo, joka on rakenteellisesti samanlainen kuin solua ympäröivä kokonaisuus (jota yleensä kutsutaan vain solukalvoksi).

Fotosynteesin funktionaaliset yksiköt ovat tylakoideja. Nämä rakenteet esiintyvät sekä fotosynteettisissä prokaryooteissa, kuten syanobakteerissa (sinilevä), että kasveissa. Mutta koska vain eukaryooteissa on kalvoon sitoutuneita organelleja, prokaryoottien tylakoidit istuvat vapaasti solusytoplasmassa, samoin kuin näiden organismien DNA tekee, koska prokaryooteissa ei ole ydintä.

Mihin tyylokoideja käytetään?

Kasveissa tylakoidikalvo on itse asiassa jatkuva kloroplastin kalvon kanssa. Tyylakoidit ovat siksi kuin organelleja organelleissa. Ne on järjestetty pyöreiksi pinoiksi, kuten keittiön päivällislautaset - ontot päivällislautaset, ts. Näitä pinoja kutsutaan grana, ja tylakoidien sisätilat on kytketty pienikokoiseen putkien verkkoon. Tylakoidien ja sisemmän kloroplastikalvon välistä tilaa kutsutaan strooman.

Tylakoidit sisältävät pigmentin nimeltä klorofylli, joka on vastuussa vihreästä väristä, joka useimmilla kasveilla on jossain muodossa. Tärkeämpää kuin tarjota ihmisen silmälle kiiltävä ulkonäkö, klorofylli on se, joka "vangitsee" auringonvalon (tai tuohon tapaan keinotekoisen valon) kloroplastissa, ja siksi aine, joka mahdollistaa fotosynteesin etenemisen.

Tosiasiassa on useita erilaisia ​​pigmenttejä, jotka edistävät fotosynteesiä, klorofylli A: n ollessa ensisijainen. Klorofyylivarianttien lisäksi lukuisat muut tylakoidien pigmentit reagoivat valoon, mukaan lukien punaiset, ruskeat ja siniset tyypit. Ne voivat välittää tulevan valon klorofylli A: lle, tai ne voivat auttaa pitämään solun vahingoittuneelta valolta toimimalla eräänlaisina peitteinä.

Valoreaktiot: Valo saavuttaa tylakoidikalvon

Kun toisesta lähteestä tuleva auringonvalo tai valon energia saavuttaa tylakoidikalvon sen jälkeen, kun se on kulkenut lehden kutikulan, kasvisoluseinämän, solumembraanikerrosten, klooriplastikalvon kahden kerroksen ja lopulta stroman, se kohtaa parin läheisesti sukulaisia ​​moniproteiinikomplekseja, nimeltään photosystems.

Photosystem I -niminen kompleksi eroaa toveristani Photosystem II: stä siinä, että se reagoi eri tavalla valon eri aallonpituuksille; lisäksi nämä kaksi valojärjestelmää sisältävät hiukan erilaisia ​​versioita klorofylli A: sta. Photosystem I sisältää muodon nimeltä P700, kun taas Photosystem II käyttää muotoa nimeltään P680. Nämä kompleksit sisältävät kevyen sadonkorjuukompleksin ja reaktiokeskuksen. Kun valo saavuttaa nämä, se irrottaa elektroneja klorofyllin molekyyleistä, ja nämä siirtyvät seuraavaan vaiheeseen valoreaktioissa.

Muistuta, että fotosynteesin nettoyhtälö sisältää sekä CO: n₂ ja H₂O tuloina. Nämä molekyylit kulkeutuvat vapaasti kasvien soluihin niiden pienen koon vuoksi, ja niitä on saatavana reagensseina.

Vaaleat reaktiot: elektronien kuljetus

Kun tuleva valo potkaisee elektroneja klorofyylimolekyyleistä, ne on korvattava jollakin tavalla. Tämä tehdään pääasiassa jakamalla H₂O happeakaasuksi (O₂) ja vapaat elektronit. O₂ tässä ympäristössä on jätetuotetta (useimmille ihmisille on ehkä vaikea kuvitella vastikään muodostettua happea jätetuotteena, mutta sellaisia ​​ovat biokemian epämääräisyydet), kun taas jotkut elektronit tekevät tiensä klorofylliksi vedyn muodossa ( H).

Elektronit kulkevat "alas" tylakoidikalvoon upotettujen molekyylien ketjusta kohti lopullista elektroniakseptoria, molekyyliä, joka tunnetaan nikotiinamidiadeniinidinukleotidifosfaattina (NADP)⁺ ). Ymmärrä, että "alas" ei tarkoita pystysuunnassa alaspäin, vaan alaspäin siinä mielessä, että energiaa asteittain alenee. Kun elektronit saavuttavat NADP: n⁺, nämä molekyylit yhdistyvät muodostaen pelkistetyn muodon elektronikantoaallon, NADPH. Tämä molekyyli on välttämätön seuraavalle tummalle reaktiolle.

Valoreaktiot: valofosforylaatio

Samanaikaisesti, kun NADPH: ta luodaan aiemmin kuvatussa järjestelmässä, kutsutaan prosessiksi photophosphorylation käyttää energiaa, joka on vapautunut muista elektronista, "tumbling" tylakoidikalvossa. Protonin käyttövoima yhdistää epäorgaaniset fosfaattimolekyylittai P_minä, adenosiinidifosfaatiksi (ADP) adenosiinitrifosfaatin (ATP) muodostamiseksi.

Tämä prosessi on samanlainen kuin soluhengitysprosessi, joka tunnetaan nimellä oksidatiivinen fosforylaatio. Samaan aikaan syntyy tylakoideissa ATP: tä glukoosin tuottamiseksi pimeässä reaktiossa. Muualla kasvisoluissa olevat mitokondriat käyttävät jonkin tämän glukoosin hajoamistuotteita tekemään kasvien ATP: stä solujen hengityksessä lopullista metaboliaa tarvitsee.

Pimeä reaktio: hiilen kiinnitys

Kun CO₂ Saapuessaan kasvisoluihin, se käy läpi sarjan reaktioita, jotka lisätään ensin viiden hiilen molekyyliin muodostamaan kuuden hiilen välituote, joka hajoaa nopeasti kahteen kolmehiiliseen molekyyliin. Miksi tätä kuuden hiilen molekyyliä ei yksinkertaisesti tehdä suoraan glukoosiksi, myös kuuden hiilen molekyyliksi? Vaikka jotkut näistä kolmen hiilen molekyyleistä poistuvat prosessista ja niitä tosiasiassa käytetään glukoosin syntetisointiin, muita kolmen hiilen molekyylejä tarvitaan syklin jatkamiseksi, koska ne ovat liittyneet saapuvaan CO₂ edellä mainitun viiden hiilen yhdisteen valmistamiseksi.

Se tosiasia, että valosta saatava energia valjastetaan fotosynteesissä valosta riippumattomien prosessien ohjaamiseksi, on järkevää, kun otetaan huomioon se, että aurinko nousee ja laskee, mikä asettaa kasvit asemaan "pitämään" molekyylejä päivän aikana, jotta ne voivat valmistaa heidän ruokaansa, kun aurinko on horisontin alapuolella.

Nimikkeistössä Calvin-sykli, tumma reaktio ja hiilen kiinnitys viittaavat kaikki samaan asiaan, joka tuottaa glukoosia. On tärkeää ymmärtää, että ilman tasaista valonlähdettä fotosynteesi ei voinut tapahtua. Kasvit voivat menestyä ympäristöissä, joissa valoa on aina läsnä, kuten huoneessa, jossa valot eivät koskaan himmene. Mutta päinvastoin ei ole totta: Ilman valoa fotosynteesi on mahdotonta.