Komponente fotosinteze

Sadržaj

• Komponente fotosinteze
• Sažetak fotosinteze
• Kako lišće podržava fotosintezu
• Kloroplasti: tvornice fotosinteze
• Za što su tilakoidi?
• Reakcije svjetlosti: svjetlost dopire do tilakoidne membrane
• Svjetlosne reakcije: transport elektrona
• Svjetlosne reakcije: fotofosforilacija
• Mračna reakcija: fiksacija ugljika

Biljke su nesumnjivo čovječanstvo najdraže žive stvari izvan životinjskog carstva. Osim što biljke mogu hraniti ljude svjetova - bez voća, povrća, orašastih plodova i žitarica, malo je vjerojatno da bi vi ili ovaj članak postojali - biljkama su odane i ljepota i njihova uloga u svim obredima ljudskog obreda. To što oni to uspijevaju bez mogućnosti kretanja ili jela zaista je nevjerojatno.

Biljke zapravo koriste iste osnovne molekule koje čine svi životni oblici kako bi rasli, preživjeli i razmnožavali se: mali, šest-ugljikov ugljikohidrat u obliku prstena glukoza, Ali umjesto da jedu izvore tog šećera, oni to umjesto njega čine. Kako je to moguće, a s obzirom da jeste, zašto ljudi i druge životinje jednostavno ne rade isto i spremaju se u lov na prikupljanje, spremanje i konzumiranje hrane?

Odgovor je fotosinteza, niz kemijskih reakcija u kojima biljne stanice koriste energiju iz sunčeve svjetlosti za stvaranje glukoze. Biljke potom koriste dio glukoze za svoje potrebe, dok ostatak ostaje dostupan drugim organizmima.

Komponente fotosinteze

Astučni učenici mogli bi se brzo zapitati: "Tijekom fotosinteze u biljkama, koji je izvor ugljika u molekuli šećera koju biljka proizvodi?" Ne treba vam znanstvena diploma da biste pretpostavili da se "energija sunca" sastoji od svjetlosti i da svjetlost ne sadrži nijedan element koji čini molekule koje se nalaze u živim sustavima. (Svjetlost se sastoji od fotona, koji su bezmasne čestice koje se ne nalaze na periodičnoj tablici elemenata.)

Najlakši način uvođenja različitih dijelova fotosinteze je započeti s kemijskom formulom koja sažima cijeli proces.

6 H₂O + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆+ 6 O₂

Tako su sirovine fotosinteze voda (H₂O) i ugljični dioksid (CO)₂), kojih obiluje na zemlji i u atmosferi, a proizvodi glukozu (C₆H₁₂O₆) i kisika (O)₂).

Sažetak fotosinteze

Shematski rezime procesa fotosinteze, čije su komponente detaljno opisane u sljedećim odjeljcima, slijedeće je. (Za sada se ne brinite o skraćenicama s kojima možda niste upoznati.)

Prva četiri od ovih koraka poznata su kao reakcije svjetlosti ili reakcije ovisne o svjetlu, budući da se oni djeluju apsolutno na sunčevu svjetlost. Calvinov ciklus, nasuprot tome, naziva se mračna reakcija, poznate i kao reakcije neovisne o svjetlu. Iako, kao što naziv govori, tamna reakcija može djelovati bez izvora svjetlosti, ali oslanja se na proizvode stvorene u reakcijama ovisnim o svjetlu.

Kako lišće podržava fotosintezu

Ako ste ikad pogledali dijagram presjeka ljudske kože (tj. Kako bi to izgledalo sa strane kada biste mogli gledati sve od površine do onoga tkiva koje se ispod kože nalazi), vi možda biste primijetili da koža sadrži različite slojeve. Ovi slojevi sadrže različite komponente u različitim koncentracijama, poput znojnih žlijezda i folikula dlake.

Anatomija lista raspoređena je na sličan način, osim što lišće ima pogled na vanjski svijet dva strane. Pomičući se s vrha lista (koji se smatra onim koji je najčešće suočen sa svjetlošću) prema donjoj strani, slojevi uključuju zanoktica, voštani, tanki zaštitni omotač; gornja epiderma; mezofil; donja epiderma; i drugi sloj kutikule.

Sam mezofil uključuje gornji dio proštac sloj, sa ćelijama raspoređenim u uredne stupce, i niže porozan sloj koji ima manje ćelija i veći razmak između njih. Fotosinteza se odvija u mezofilu, što ima smisla jer je površni sloj lista bilo koje tvari i najbliži je bilo kojoj svjetlosti koja udari u površinu listova.

Kloroplasti: tvornice fotosinteze

Organizmi koji se moraju hraniti iz organskih molekula u svom okolišu (to jest, od tvari koje ljudi nazivaju "hranom") poznati su pod nazivom heterotrofi, Biljke s druge strane jesu autotrophs time što te molekule grade unutar svojih stanica, a zatim koriste ono što im je potrebno prije nego što se ostatak povezanog ugljika vrati u ekosustav kad biljka umre ili pojede.

Fotosinteza se događa u organelama ("sitnim organima") u biljnim stanicama nazvanim kloroplasta, Organele, koje su prisutne samo u eukariotskim stanicama, okružene su dvostrukom plazma membranom koja je strukturno slična onoj koja okružuje stanicu u cjelini (obično se naziva samo stanična membrana).

Funkcionalne jedinice fotosinteze su tilakoidi. Ove se strukture pojavljuju i u fotosintetskim prokariotima kao što su cijanobakterije (plavozelene alge) i biljkama. Ali budući da samo eukarioti imaju organele vezane na membranu, tilakoidi u prokariotima sjede slobodno u staničnoj citoplazmi, baš kao što to čini DNK u tim organizmima uslijed nedostatka jezgre u prokariotima.

Za što su tilakoidi?

U biljkama je tilakoidna membrana zapravo kontinuirana s membranom samog kloroplasta. Tilakoidi su stoga poput organela unutar organela. Oni su raspoređeni u okrugle hrpe, poput tanjura za večeru u ormariću - šupljih tanjura za večeru, to jest. Te se hrpe nazivaju Grana, a interijeri tilakoida spojeni su u labirintnu mrežu cijevi. Prostor između tilakoida i unutarnje membrane kloroplasta naziva se stroma.

Thylakoidi sadrže pigment zvan klorofil, koja je odgovorna za zelenu boju koju većina biljaka izlaže u nekom obliku. Međutim, važnije od pružanja ljudskom oku blistav izgled, klorofil je ono što „hvata“ sunčevu svjetlost (ili, u vezi s tim, umjetnu svjetlost) u kloroplast, a samim tim i tvar koja omogućava da se fotosinteza nastavi na prvom mjestu.

Zapravo postoji nekoliko različitih pigmenata koji doprinose fotosintezi, a klorofil A je glavni. Uz varijante klorofila, brojni drugi pigmenti u tilakoidima reagiraju na svjetlost, uključujući crvenu, smeđu i plavu vrstu. Oni mogu prenijeti dolaznu svjetlost na klorofil A, ili mogu pomoći da se stanica ne ošteti svjetlošću, služeći kao ukrasi neke vrste.

Reakcije svjetlosti: svjetlost dopire do tilakoidne membrane

Kad sunčeva svjetlost ili svjetlosna energija iz drugog izvora dosegnu tilakoidnu membranu nakon prolaska kroz kutikulu lista, biljnu staničnu stijenku, slojeve stanične membrane, dva sloja kloroplastne membrane i konačno stromu, nailazi na par usko povezani multi proteinski kompleksi zvani photosystems.

Kompleks nazvan Photosystem I razlikuje se od drugoga Photosystem II po tome što različito reagira na različite valne duljine svjetlosti; osim toga, dva fotosustava sadrže malo različite verzije klorofila A. Fotosustav I sadrži oblik koji se zove P700, dok Photosystem II koristi oblik nazvan P680. Ti kompleksi sadrže kompleks za branje svjetlosti i reakcijski centar. Kad svjetlost dopre do njih, ono otpušta elektrone iz molekula u klorofili, a oni prelaze na sljedeći korak u svjetlosnim reakcijama.

Podsjetimo da neto jednadžba za fotosintezu uključuje oba CO₂ i H₂O kao ulazi. Zahvaljujući svojoj maloj veličini ove molekule slobodno prolaze u stanice biljke i dostupne su kao reaktanti.

Svjetlosne reakcije: transport elektrona

Kad se elektroni izbace iz molekula klorofila dolaznom svjetlošću, treba ih nekako zamijeniti. To se događa uglavnom cijepanjem H₂O u kisikov plin (O₂) i slobodni elektroni. O₂ u ovom je okružju otpadni proizvod (većini ljudi je možda teško zamisliti novo stvoreni kisik kao otpadni proizvod, ali takvi su i biokemija, ali neki se elektroni pretvaraju u klorofil u obliku vodika ( H).

Elektroni svoj put "nižu" u lancu molekula ugrađenih u tilakoidnu membranu prema konačnom akceptoru elektrona, molekuli poznatoj kao nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP⁺ ). Shvatite da "dolje" ne znači okomito prema dolje, već prema dolje u smislu progresivno niže energije. Kad elektroni dosegnu NADP⁺, te se molekule kombiniraju kako bi stvorile reducirani oblik nosača elektrona, NADPH. Ova molekula je potrebna za naknadnu reakciju mraka.

Svjetlosne reakcije: fotofosforilacija

U isto vrijeme kada se NADPH generira u prethodno opisanom sustavu, proces nazvan photophosphorylation koristi energiju oslobođenu od drugih elektrona koji se "utapaju" u membrani tilakoida. Proton-motiv sila se povezuje neorganske molekule fosfataili P_ja, na adenozin-difosfat (ADP), čime nastaje adenozin-trifosfat (ATP).

Taj je postupak analogan onome u staničnoj disanju poznatoj kao oksidativna fosforilacija. Istodobno se u tilakoidima stvara ATP u svrhu proizvodnje glukoze u reakciji s mrakom, mitohondriji drugdje u biljnim stanicama koriste proizvode raspada neke od ove glukoze da bi ATP učinio u staničnoj disanju za biljke. potrebe.

Mračna reakcija: fiksacija ugljika

Kad CO₂ ulazi u biljne stanice, prolazi kroz niz reakcija, prvo se dodaje molekuli s pet ugljika kako bi se stvorio šest-ugljični intermedijer koji se brzo dijeli na dvije molekule od tri ugljika. Zašto se ova šest-ugljikova molekula jednostavno ne stvara izravno u glukozu, također i molekulu sa šest ugljika? Dok neke od ovih triju ugljikovih molekula izlaze iz procesa i zapravo se koriste za sintezu glukoze, druge molekule tri ugljika potrebne su za održavanje ciklusa jer se pridružuju dolaznoj CO₂ kako bi se dobio pet-ugljični spoj gore spomenut.

Činjenica da se energija svjetlosti koristi u fotosintezi kako bi se pokrenuli procesi neovisni o svjetlosti ima smisla s obzirom na činjenicu da se sunce izlazi i zalazi, što biljke stavlja u položaj da tokom dana moraju "zalijevati" molekule kako bi mogle ići na stvaranje njihova hrana dok je sunce ispod horizonta.

U nomenklaturi, Calvin ciklus, tamna reakcija i fiksacija ugljika odnose se na istu stvar, a to je stvaranje glukoze. Važno je shvatiti da bez stalnog opskrbe svjetlošću fotosinteza ne bi mogla nastupiti. Biljke mogu uspjeti u okruženjima u kojima je svjetlost uvijek prisutna, kao u prostoriji u kojoj svjetla nikada ne zatamnjuju. Ali obratno nije istina: bez svjetlosti fotosinteza je nemoguća.