Photosynthesis. Pangkalahatang equation ng photosynthesis

Ang kemikal na equation para sa proseso ng photosynthesis ay karaniwang kinakatawan bilang ang sumusunod na anyo:

6CO 2 + 6H 2 O + Qlight → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Ang photosynthesis ay isang proseso kung saan ang electromagnetic energy ng araw ay sinisipsip ng chlorophyll at auxiliary pigments at na-convert sa chemical energy, absorption. carbon dioxide mula sa atmospera, binabawasan ito sa mga organikong compound at nagbabalik ng oxygen sa kapaligiran.

Sa panahon ng proseso ng photosynthesis, ang iba't ibang mga organic compound ay binuo mula sa mga simpleng inorganic compound (CO 2, H 2 O). Bilang resulta, nangyayari ang muling pagsasaayos ng mga bono ng kemikal: sa halip na mga bono ng C–O at H–O, lumitaw ang mga bono ng C–C at C–H, kung saan sinasakop ng mga electron ang mas mataas na antas ng enerhiya. Kaya, ang mga organikong sangkap na mayaman sa enerhiya kung saan kumakain at tumatanggap ng enerhiya ang mga hayop at tao (sa pamamagitan ng paghinga) ay unang nalikha sa berdeng dahon. Masasabing halos lahat buhay na bagay sa Earth ay ang resulta ng photosynthetic activity.

Ang petsa ng pagtuklas ng proseso ng photosynthesis ay maaaring isaalang-alang noong 1771. Ang Ingles na siyentipiko na si J. Priestley ay nakakuha ng pansin sa mga pagbabago sa komposisyon ng hangin dahil sa mahahalagang aktibidad ng mga hayop. Sa pagkakaroon ng mga berdeng halaman, ang hangin ay muling naging angkop para sa parehong paghinga at pagkasunog. Kasunod nito, ang gawain ng isang bilang ng mga siyentipiko (Y. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J.B. Boussingault) ay itinatag na ang mga berdeng halaman ay sumisipsip ng CO 2 mula sa hangin, kung saan nabuo ang organikong bagay na may partisipasyon ng tubig sa liwanag. . Ang prosesong ito na noong 1877 ay tinawag ng Aleman na siyentipikong si W. Pfeffer ang photosynthesis. Malaking halaga upang ipakita ang kakanyahan ng photosynthesis ay nagkaroon ng batas ng konserbasyon ng enerhiya na binuo ni R. Mayer. Noong 1845, iminungkahi ni R. Mayer na ang enerhiya na ginagamit ng mga halaman ay ang enerhiya ng Araw, na ang mga halaman ay nagko-convert sa enerhiya ng kemikal sa pamamagitan ng proseso ng photosynthesis. Ang posisyon na ito ay binuo at eksperimento na nakumpirma sa pananaliksik ng kahanga-hangang Russian scientist na si K.A. Timiryazev.

Kasama sa photosynthesis ang parehong liwanag at madilim na reaksyon. Ang isang bilang ng mga eksperimento ay isinagawa na nagpapatunay na sa proseso ng photosynthesis hindi lamang ang mga reaksyon ay nangyayari na gumagamit ng liwanag na enerhiya, kundi pati na rin ang mga madilim na hindi nangangailangan ng direktang pakikilahok ng liwanag na enerhiya. Ang mga sumusunod na katibayan ay maaaring ibigay para sa pagkakaroon ng mga madilim na reaksyon sa proseso ng photosynthesis:

1) ang photosynthesis ay nagpapabilis sa pagtaas ng temperatura. Direktang sumusunod mula dito na ang ilang mga yugto ng prosesong ito ay hindi direktang nauugnay sa paggamit ng liwanag na enerhiya. Ang pag-asa sa temperatura ng photosynthesis ay lalo na binibigkas sa mataas na intensity ng liwanag. Tila, sa kasong ito, ang rate ng photosynthesis ay tiyak na limitado sa pamamagitan ng madilim na mga reaksyon;

2) ang kahusayan ng paggamit ng liwanag na enerhiya sa proseso ng photosynthesis ay naging mas mataas sa ilalim ng pasulput-sulpot na pag-iilaw. Kasabay nito, para sa higit pa epektibong paggamit liwanag na enerhiya, ang tagal ng madilim na mga pagitan ay dapat na higit na lumampas sa tagal ng mga pagitan ng liwanag.

Mga pigment ng photosynthesis

Upang magkaroon ng epekto ang liwanag sa isang organismo ng halaman at, lalo na, upang magamit sa proseso ng photosynthesis, dapat itong masipsip ng mga pigment ng photoreceptor. Mga pigment- Ito ay mga sangkap na may kulay. Ang mga pigment ay sumisipsip ng liwanag ng isang tiyak na haba ng daluyong. Ang hindi nasisipsip na mga bahagi ng solar spectrum ay makikita, na tumutukoy sa kulay ng mga pigment. Kaya, ang berdeng pigment na chlorophyll ay sumisipsip ng pula at asul na mga sinag, habang ang mga berdeng sinag ay pangunahing nakikita. Ang nakikitang bahagi ng solar spectrum ay kinabibilangan ng mga wavelength mula 400 hanggang 700 nm. Ang mga sangkap na sumisipsip sa buong nakikitang bahagi ng spectrum ay lumilitaw na itim.

Ang mga pigment na puro sa plastid ay maaaring nahahati sa tatlong grupo: chlorophylls, carotenoids, phycobilins.

Sa grupo mga chlorophyll isama ang mga organikong compound na naglalaman ng 4 na pyrrole ring na konektado ng magnesium atoms at may berdeng kulay.

Sa kasalukuyan, mga sampung chlorophyll ang kilala. Magkaiba sila sa istrukturang kemikal, pangkulay, pamamahagi sa mga buhay na organismo. Lahat ng matataas na halaman ay naglalaman ng chlorophylls a at b. Ang chlorophyll c ay matatagpuan sa diatoms, ang chlorophyll d ay matatagpuan sa pulang algae.

Ang mga pangunahing pigment, kung wala ang photosynthesis ay hindi nangyayari, ay chlorophyll a para sa berdeng halaman at bacteriochlorophylls para sa bacteria. Sa kauna-unahang pagkakataon, ang isang tumpak na ideya ng mga kulay ng berdeng dahon ng mas matataas na halaman ay nakuha salamat sa gawain ng pinakamalaking Russian botanist na si M.S. Mga Kulay (1872-1919). Gumawa siya ng bagong paraan ng chromatographic para sa paghihiwalay ng mga sangkap at nakahiwalay na mga pigment ng dahon sa kanilang purong anyo.

Ang chromatographic method para sa paghihiwalay ng mga substance ay batay sa kanilang iba't ibang kakayahan sa adsorption. Natanggap ang pamamaraang ito malawak na aplikasyon. MS. Ang kulay ay pumasa sa katas mula sa dahon sa pamamagitan ng isang glass tube na puno ng pulbos - chalk o sucrose (chromatographic column). Ang mga indibidwal na bahagi ng pinaghalong pigment ay naiiba sa antas ng adsorbability at inilipat kasama nito sa iba't ibang bilis, bilang isang resulta kung saan sila ay tumutok sa iba't ibang mga zone ng haligi. Sa pamamagitan ng paghahati ng column sa magkakahiwalay na bahagi (mga zone) at paggamit ng naaangkop na solvent system, maaaring ihiwalay ang bawat pigment. Ito ay lumabas na ang mga dahon ng mas matataas na halaman ay naglalaman ng chlorophyll a at chlorophyll b, pati na rin ang mga carotenoids (carotene, xanthophyll, atbp.). Ang mga chlorophyll, tulad ng mga carotenoid, ay hindi matutunaw sa tubig, ngunit lubos na natutunaw sa mga organikong solvent. Magkaiba ang kulay ng mga chlorophyll a at b: ang chlorophyll a ay asul-berde at ang chlorophyll b ay dilaw-berde. Ang nilalaman ng chlorophyll a sa dahon ay humigit-kumulang tatlong beses na mas mataas kumpara sa chlorophyll b.

Mga carotenoid- ito ay dilaw at orange na mga pigment ng isang aliphatic na istraktura, mga derivatives ng isoprene. Ang mga carotenoid ay matatagpuan sa lahat ng matataas na halaman at maraming microorganism. Ito ang mga pinakakaraniwang pigment na may iba't ibang mga function. Ang mga carotenoid na naglalaman ng oxygen ay tinatawag na xanthophylls. Ang mga pangunahing kinatawan ng carotenoids sa mas mataas na mga halaman ay dalawang pigment - carotene (orange) at xanthophyll (dilaw). Hindi tulad ng mga chlorophyll, ang mga carotenoid ay hindi sumisipsip ng mga pulang sinag at hindi nag-fluoresce. Tulad ng chlorophyll, ang mga carotenoid sa mga chloroplast at chromatophores ay matatagpuan sa anyo ng mga hindi malulutas na tubig na mga complex na may mga protina. Carotenoids, sumisipsip ilang lugar solar spectrum, ilipat ang enerhiya ng mga sinag na ito sa mga molekula ng chlorophyll. Kaya, nag-aambag sila sa paggamit ng mga sinag na hindi nasisipsip ng chlorophyll.

Phycobilins- pula at asul na pigment na matatagpuan sa cyanobacteria at ilang algae. Ipinakita ng pananaliksik na ang pulang algae at cyanobacteria ay naglalaman ng mga phycobilin kasama ng chlorophyll a. Ang kemikal na istraktura ng phycobilins ay batay sa apat na pangkat ng pyrrole.

Ang mga phycobilin ay kinakatawan ng mga pigment: phycocyanin, phycoerythrin at allophycocyanin. Ang Phycoerythrin ay isang oxidized phycocyanin. Ang mga phycobilin ay bumubuo ng mga malakas na compound na may mga protina (mga protina ng phycobilin). Ang koneksyon sa pagitan ng phycobilins at mga protina ay sinisira lamang ng acid.

Ang mga phycobilin ay sumisipsip ng mga sinag sa berde at dilaw na bahagi ng solar spectrum. Ito ang bahagi ng spectrum na nasa pagitan ng dalawang pangunahing linya ng pagsipsip ng chlorophyll. Ang Phycoerythrin ay sumisipsip ng mga sinag na may wavelength na 495-565 nm, at phycocyanin - 550-615 nm. Ang paghahambing ng absorption spectra ng phycobilins sa spectral na komposisyon ng liwanag kung saan ang photosynthesis ay nangyayari sa cyanobacteria at red algae ay nagpapakita na sila ay napakalapit. Iminumungkahi nito na ang mga phycobilin ay sumisipsip ng magaan na enerhiya at, tulad ng mga carotenoid, inilipat ito sa molekula ng chlorophyll, pagkatapos nito ay ginagamit sa proseso ng photosynthesis. Ang pagkakaroon ng phycobilins sa algae ay isang halimbawa ng pagbagay ng mga organismo sa proseso ng ebolusyon sa paggamit ng mga lugar ng solar spectrum na tumagos sa kapal. tubig dagat(chromatic adaptation). Tulad ng nalalaman, ang mga pulang sinag, na tumutugma sa pangunahing linya ng pagsipsip ng chlorophyll, ay nasisipsip kapag dumadaan sa haligi ng tubig. Ang mga berdeng sinag ay tumagos nang malalim at nasisipsip hindi ng chlorophyll, ngunit ng phycobilins.

Mga katangian ng chlorophyll

Ang lahat ng chlorophyll ay magnesium salts ng pyrrole. Sa gitna ng molekula ng chlorophyll ay ang magnesium at apat na pyrrole ring na konektado sa isa't isa ng mga methane bridge.

Ayon sa istrukturang kemikal, ang mga chlorophyll ay mga ester ng dicarbonate organikong asido- chlorophyllin at dalawang nalalabi ng mga alkohol - phytol at methyl.

Ang pinakamahalagang bahagi ang mga molekula ng chlorophyll ay gitnang core. Binubuo ito ng apat na pyrrole na limang-member na singsing na konektado ng mga tulay ng carbon at bumubuo ng isang malaking porphyrin core na may mga nitrogen atom sa gitna na konektado sa isang magnesium atom. Ang molekula ng chlorophyll ay may karagdagang singsing na cyclopentanone, na naglalaman ng carbonyl at pati na rin ang mga grupo ng carboxyl na naka-link ng isang ester bond sa methyl alcohol. Ang pagkakaroon ng isang circularly conjugated system ng sampung double bond at magnesium sa porphyrin core ay tumutukoy sa mga katangian ng chlorophyll. berde.

Ang chlorophyll B ay naiiba lamang sa chlorophyll a dahil sa halip na isang methyl group sa ikalawang pyrrole ring ay mayroon itong grupong aldehyde, СOH. Ang chlorophyll ay asul-berde ang kulay, at ang chlorophyll b ay mapusyaw na berde. Ang mga ito ay na-adsorbed sa iba't ibang mga layer ng chromatogram, na nagpapahiwatig ng iba't ibang kemikal at pisikal na katangian. Sa pamamagitan ng modernong ideya, ang biosynthesis ng chlorophyll b ay nangyayari sa pamamagitan ng chlorophyll a.

Ang fluorescence ay pag-aari ng maraming katawan, sa ilalim ng impluwensya ng liwanag ng insidente, upang maglabas ng liwanag: sa kasong ito, ang wavelength ng ibinubuga na ilaw ay karaniwang mas malaki kaysa sa wavelength ng kapana-panabik na liwanag. Isa sa ang pinakamahalagang katangian chlorophylls ay ang kanilang binibigkas na kakayahang mag-fluoresce, na matindi sa solusyon at pinipigilan sa chlorophyll na nasa mga tisyu ng dahon at plastid. Kung titingnan mo ang isang solusyon ng chlorophyll sa mga sinag ng liwanag na dumadaan dito, lumilitaw na berdeng esmeralda, ngunit kung titingnan mo ito sa mga sinag ng sinasalamin na liwanag, ito ay tumatagal ng isang pulang kulay - ito ang hindi pangkaraniwang bagay ng pag-ilaw.

Ang mga chlorophyll ay naiiba sa spectra ng pagsipsip, habang sa chlorophyll b, kumpara sa chlorophyll a, ang banda ng pagsipsip sa pulang rehiyon ng spectrum ay bahagyang lumilipat patungo sa mga short-wavelength na sinag, at sa rehiyon ng asul-violet, ang maximum na pagsipsip ay inililipat patungo sa mahaba. -haba ng daluyong (pula) na sinag.

Kaugnay na impormasyon.

Bumalik Pasulong

Pansin! Ang mga slide preview ay para sa mga layuning pang-impormasyon lamang at maaaring hindi kumakatawan sa lahat ng mga tampok ng pagtatanghal. Kung interesado ka gawaing ito, mangyaring i-download ang buong bersyon.

Mga gawain: Upang bumuo ng kaalaman tungkol sa mga reaksyon ng plastic at pagpapalitan ng enerhiya at ang kanilang mga relasyon; alalahanin ang mga tampok na istruktura ng mga chloroplast. Ilarawan ang liwanag at madilim na bahagi ng photosynthesis. Ipakita ang kahalagahan ng photosynthesis bilang isang proseso na nagbibigay ng synthesis organikong bagay, pagsipsip ng carbon dioxide at paglabas ng oxygen sa atmospera.

Uri ng aralin: panayam.

Kagamitan:

1. Visual aid: mga talahanayan sa pangkalahatang biology;
2. TCO: kompyuter; multimedia projector.

Balangkas ng lecture:

1. Kasaysayan ng pag-aaral ng proseso.
2. Mga eksperimento sa photosynthesis.
3. Photosynthesis bilang isang anabolic na proseso.
4. Chlorophyll at ang mga katangian nito.
5. Mga Photosystem.
6. Banayad na yugto ng photosynthesis.
7. Madilim na yugto ng photosynthesis.
8. Nililimitahan ang mga kadahilanan ng photosynthesis.

Progreso ng lecture

Kasaysayan ng pag-aaral ng photosynthesis

1630 taon nagsimula ang pag-aaral ng photosynthesis . Van Helmont napatunayan na ang mga halaman ay bumubuo ng mga organikong sangkap at hindi ito nakukuha mula sa lupa. Pagtimbang ng isang palayok na may lupa at willow, at hiwalay ang puno mismo, ipinakita niya na pagkatapos ng 5 taon ang masa ng puno ay tumaas ng 74 kg, habang ang lupa ay nawala lamang ng 57 g. Sa kasalukuyan, alam natin na ginagamit ang carbon dioxide.

SA 1804 Saussure natagpuan na ang tubig ay mahalaga sa proseso ng photosynthesis.

SA 1887 Natuklasan ang chemosynthetic bacteria.

SA 1905 Blackman itinatag na ang photosynthesis ay binubuo ng dalawang yugto: mabilis - liwanag at isang serye ng sunud-sunod na mabagal na reaksyon ng madilim na bahagi.

Mga eksperimento sa photosynthesis

Pinatunayan ng 1 eksperimento ang kahalagahan ng sikat ng araw (Fig. 1.)	Ang eksperimento 2 ay nagpapatunay sa kahalagahan ng carbon dioxide para sa photosynthesis (Fig. 2.)
Ang karanasan 3 ay nagpapatunay sa kahalagahan ng photosynthesis (Fig. 3.)

Photosynthesis bilang isang anabolic na proseso

1. Bawat taon, bilang resulta ng photosynthesis, 150 bilyong tonelada ng organikong bagay at 200 bilyong tonelada ng libreng oxygen ang nabuo.
2. Ang cycle ng oxygen, carbon at iba pang elemento na kasangkot sa photosynthesis. Mga sumusuporta modernong komposisyon kapaligiran na kailangan para sa pagkakaroon modernong mga anyo buhay.
3. Pinipigilan ng photosynthesis ang pagtaas ng mga konsentrasyon ng carbon dioxide, na pumipigil sa Earth mula sa sobrang init dahil sa greenhouse effect.
4. Ang photosynthesis ay ang batayan ng lahat ng food chain sa Earth.
5. Ang enerhiya na nakaimbak sa mga produkto ay ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya para sa sangkatauhan.

Ang kakanyahan ng photosynthesis ay binubuo ng pag-convert ng liwanag na enerhiya ng isang solar ray sa kemikal na enerhiya sa anyo ng ATP at NADPH 2 .

Ang pangkalahatang equation para sa photosynthesis ay:

6CO 2 + 6H 2 O→C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

Mayroong dalawang pangunahing uri ng photosynthesis:

Chlorophyll at ang mga katangian nito

Mga uri ng chlorophyll

Ang kloropila ay may mga pagbabago a, b, c, d. Nag-iiba sila sa kanilang istrukturang istruktura at light absorption spectrum. Halimbawa: ang chlorophyll b ay naglalaman ng isa pang oxygen atom at dalawang mas kaunting hydrogen atoms kaysa sa chlorophyll a.

Lahat ng halaman at oxyphotobacteria ay may dilaw-berdeng chlorophyll a bilang kanilang pangunahing pigment at chlorophyll b bilang karagdagang pigment.

Iba pang mga pigment ng halaman

Ang ilang iba pang mga pigment ay nakaka-absorb ng solar energy at inililipat ito sa chlorophyll, sa gayo'y kinasasangkutan ito sa photosynthesis.

Karamihan sa mga halaman ay may dark orange na pigment - karotina, na sa katawan ng hayop ay na-convert sa bitamina A at dilaw na pigment - xanthophyll.

Phycocyanin At phycoerythrin– naglalaman ng pula at asul-berdeng algae. Sa pulang algae, mas aktibong bahagi ang mga pigment na ito sa proseso ng photosynthesis kaysa sa chlorophyll.

Ang chlorophyll ay sumisipsip ng liwanag nang kaunti sa asul-berdeng bahagi ng spectrum. Chlorophyll a, b - sa violet na rehiyon ng spectrum, kung saan ang wavelength ay 440 nm. Natatanging pag-andar ng chlorophyll ay na ito ay masinsinang sumisipsip ng solar energy at inililipat ito sa iba pang mga molekula.

Ang mga pigment ay sumisipsip ng isang tiyak na haba ng daluyong na hindi nasisipsip na mga bahagi ng solar spectrum ay makikita, na nagbibigay ng kulay ng pigment. berdeng ilaw ay hindi hinihigop, kaya ang chlorophyll ay berde.

Mga pigment- Ito mga kemikal na compound na sumisipsip nakikitang liwanag, na nagdadala ng mga electron sa isang nasasabik na estado. Ang mas maikli ang wavelength, mas malaki ang enerhiya ng liwanag at mas malaki ang kakayahang i-convert ang mga electron sa isang excited na estado. Ang estado na ito ay hindi matatag at sa lalong madaling panahon ang buong molekula ay bumalik sa normal nitong estado na mababa ang enerhiya, nawawala ang enerhiya ng paggulo nito. Ang enerhiya na ito ay maaaring gamitin para sa fluorescence.

Mga Photosystem

Ang mga pigment ng halaman na kasangkot sa photosynthesis ay "naka-pack" sa thylakoids ng mga chloroplast sa anyo ng mga functional na unit ng photosynthetic - mga photosynthetic system: photosystem I at photosystem II.

Ang bawat sistema ay binubuo ng isang set ng auxiliary pigments (mula 250 hanggang 400 molecules) na naglilipat ng enerhiya sa isang molekula ng pangunahing pigment at tinatawag sentro ng reaksyon. Gumagamit ito ng solar energy para sa photochemical reactions.

Ang liwanag na bahagi ay kinakailangang mangyari sa partisipasyon ng liwanag, ang madilim na bahagi sa parehong liwanag at dilim. Ang proseso ng liwanag ay nangyayari sa thylakoids ng mga chloroplast, ang madilim na proseso ay nangyayari sa stroma, i.e. ang mga prosesong ito ay spatially separated.

Banayad na yugto ng photosynthesis

SA 1958 Arnon at nag-aral ang kanyang mga tauhan liwanag na bahagi potosintesis. Itinatag nila na ang pinagmumulan ng enerhiya sa panahon ng photosynthesis ay magaan, at dahil sa liwanag, ang chlorophyll ay sumasailalim sa synthesis mula sa ADP + P.c. → ATP, ang prosesong ito ay tinatawag phosphorylation. Ito ay nauugnay sa paglipat ng mga electron sa mga lamad.

Ang papel na ginagampanan ng mga magaan na reaksyon: 1. ATP synthesis - phosphorylation. 2. Synthesis ng NADP.H 2.

Ang landas ng paglipat ng elektron ay tinatawag Z-scheme.

Z-scheme. Non-cyclic at cyclic photophosphorylation(Larawan 6.)

Sa panahon ng paikot na transportasyon ng mga electron, walang pagbuo ng NADP.H 2 at photodecomposition ng H 2 O, kaya ang paglabas ng O 2. Ginagamit ang pathway na ito kapag may labis na NADP.H 2 sa cell, ngunit kailangan ng karagdagang ATP.

Ang lahat ng mga prosesong ito ay nabibilang sa light phase ng photosynthesis. Kasunod nito, ang enerhiya ng ATP at NADP.H 2 ay ginagamit para sa synthesis ng glucose. Ang prosesong ito ay hindi nangangailangan ng liwanag. Ito ay mga reaksyon ng madilim na bahagi ng photosynthesis.

Madilim na yugto ng photosynthesis o Calvin cycle

Ang glucose synthesis ay nangyayari sa panahon ng isang paikot na proseso, na pinangalanan sa siyentipikong si Melvin Calvin, na natuklasan ito at ginawaran ng Nobel Prize.

kanin. 8. Siklo ni Calvin

Ang bawat reaksyon sa siklo ng Calvin ay isinasagawa ng sarili nitong enzyme. Para sa pagbuo ng glucose, ang mga sumusunod ay ginagamit: CO 2, mga proton at electron mula sa NADP.H 2, enerhiya mula sa ATP at NADP.H 2. Ang proseso ay nangyayari sa stroma ng chloroplast. Ang paunang at huling koneksyon ng siklo ng Calvin, kung saan sa tulong ng isang enzyme ribulose diphosphate carboxylase Ang CO2 ay idinagdag, ay isang limang-carbon na asukal - ribulose biphosphate, na naglalaman ng dalawang grupo ng pospeyt. Ang resulta ay isang anim na carbon compound na agad na nasira sa dalawang tatlong-carbon molecule phosphoglyceric acid, na pagkatapos ay ibabalik sa phosphoglyceraldehyde. Sa kasong ito, ang bahagi ng nagreresultang phosphoglyceraldehyde ay ginagamit upang muling buuin ang ribulose biphosphate, at sa gayon ang cycle ay nagpapatuloy muli (5C 3 → 3C 5), at ang bahagi ay ginagamit para sa synthesis ng glucose at iba pang mga organikong compound (2C 3 → C 6 → C 6 H 12 O 6).

Upang bumuo ng isang molekula ng glucose, 6 na rebolusyon ng cycle ang kinakailangan at 12 NADPH.H 2 at 18 ATP ang kinakailangan. Mula sa pangkalahatang equation ng reaksyon nakukuha natin:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Mula sa equation sa itaas ay malinaw na ang C at O ​​atoms ay pumasok sa glucose mula sa CO 2, at hydrogen atoms mula sa H 2 O. Ang glucose ay maaaring magamit sa ibang pagkakataon para sa synthesis kumplikadong carbohydrates(cellulose, starch) at ang pagbuo ng mga protina at lipid.

(C 4 - photosynthesis. Noong 1965, napatunayan na sa tubo, ang mga unang produkto ng photosynthesis ay mga acid na naglalaman ng apat na carbon atoms (malic, oxaloacetic, aspartic). Kasama sa mga halaman ng C 4 ang mais, sorghum, millet).

Nililimitahan ang mga kadahilanan ng photosynthesis

Ang rate ng photosynthesis ay ang pinaka mahalagang salik nakakaapekto sa ani ng mga pananim na agrikultural. Kaya, para sa madilim na mga yugto ng potosintesis, kailangan ang NADP.H 2 at ATP, at samakatuwid ang rate ng madilim na mga reaksyon ay nakasalalay sa mga magaan na reaksyon. Sa mababang kondisyon ng ilaw, ang rate ng pagbuo ng mga organikong sangkap ay magiging mababa. Samakatuwid, ang liwanag ay isang limitasyon na kadahilanan.

Sa lahat ng mga kadahilanan na sabay-sabay na nakakaimpluwensya sa proseso ng photosynthesis naglilimita ay ang isa na mas malapit sa pinakamababang antas. Ito ay naka-install Blackman noong 1905. Maaaring nililimitahan ng iba't ibang mga kadahilanan, ngunit isa sa mga ito ang pangunahing isa.

Ang kosmikong papel ng mga halaman(inilarawan K. A. Timiryazev) ay nakasalalay sa katotohanan na ang mga halaman ay ang tanging mga organismo na sumisipsip ng solar energy at nag-iipon nito sa anyo ng potensyal na kemikal na enerhiya ng mga organikong compound. Ang inilabas na O2 ay sumusuporta sa mahahalagang aktibidad ng lahat ng aerobic na organismo. Ang ozone ay nabuo mula sa oxygen, na nagpoprotekta mula sa lahat ng nabubuhay na bagay ultraviolet rays. Ang mga halaman ay gumamit ng malaking halaga ng CO 2 mula sa atmospera, na ang labis ay lumikha ng " epekto ng greenhouse", at ang temperatura ng planeta ay bumaba sa mga kasalukuyang halaga nito.

- synthesis ng mga organikong sangkap mula sa carbon dioxide at tubig na may ipinag-uutos na paggamit 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 liwanag, sumasalamin sa berde 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-berde na algae ay may photosystem-1 at photosystem-2, at ang 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 bahagi 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 quantum ng liwanag, ang mga electron ng chlorophyll ay nasasabik, umalis sa molekula at pumasok sa sa labas thylakoid membrane, na sa kalaunan 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 tatlo ang pinakamahalagang proseso: 1) Synthesis ng ATP; 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 pagkatapos ay nangyayari kung saan ang phosphoglyceric acid ay na-convert sa glucose sa pamamagitan ng isang serye ng mga intermediate. 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 mga 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 tampok 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 higit na pagkakaugnay para sa CO 2 at, higit sa lahat, hindi nakikipag-ugnayan sa O 2 . Ang mga mesophyll chloroplast ay may 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 bumabalik 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 ozone layer, pinoprotektahan ang mga buhay na organismo mula sa short-wave ultraviolet radiation.

Sa panahon ng photosynthesis berdeng dahon gumagamit lamang ng halos 1% ng solar energy na bumabagsak dito, ang produktibidad ay humigit-kumulang 1 g ng organikong bagay bawat 1 m 2 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 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 di-organikong sangkap, ang enerhiya ay pinakawalan, na iniimbak ng bakterya sa anyo ng mga bono ng ATP na may mataas na enerhiya. 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"

Paano maipaliwanag ang isang kumplikadong proseso tulad ng photosynthesis nang maikli at malinaw? Ang mga halaman ay ang tanging buhay na organismo na maaaring gumawa ng kanilang sariling pagkain. Paano nila ito ginagawa? Para sa paglago at makuha ang lahat mga kinakailangang sangkap mula sa kapaligiran: carbon dioxide - mula sa hangin, tubig at - mula sa lupa. Kailangan din nila ng enerhiya, na nakukuha nila mula sa sinag ng araw. Ang enerhiya na ito ay nagpapalitaw ng ilang mga kemikal na reaksyon kung saan ang carbon dioxide at tubig ay na-convert sa glucose (pagkain) at ito ay photosynthesis. Ang kakanyahan ng proseso ay maaaring maipaliwanag nang maikli at malinaw kahit na sa mga batang nasa paaralan.

"Kasama ang Liwanag"

Ang salitang "photosynthesis" ay nagmula sa dalawang salitang Griyego - "photo" at "synthesis", ang kumbinasyon nito ay nangangahulugang "kasama ang liwanag." Ang solar energy ay na-convert sa chemical energy. Chemical equation ng photosynthesis:

6CO 2 + 12H 2 O + ilaw = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

Nangangahulugan ito na 6 na molekula ng carbon dioxide at labindalawang molekula ng tubig ang ginagamit (kasama ang sikat ng araw) upang makagawa ng glucose, sa huli ay gumagawa ng anim na molekula ng oxygen at anim na molekula ng tubig. Kung kinakatawan mo ito bilang isang verbal equation, makukuha mo ang sumusunod:

Tubig + araw => glucose + oxygen + tubig.

Ang araw ay isang napakalakas na pinagmumulan ng enerhiya. Palaging sinusubukan ng mga tao na gamitin ito upang makabuo ng kuryente, mag-insulate ng mga bahay, magpainit ng tubig, at iba pa. Ang mga halaman ay "nalaman" kung paano gamitin ang solar energy milyun-milyong taon na ang nakalilipas dahil ito ay kinakailangan para sa kanilang kaligtasan. Ang photosynthesis ay maaaring maipaliwanag nang maikli at malinaw sa ganitong paraan: ang mga halaman ay gumagamit ng magaan na enerhiya mula sa araw at binago ito sa kemikal na enerhiya, na ang resulta ay asukal (glucose), ang labis nito ay nakaimbak bilang almirol sa mga dahon, ugat, tangkay at buto ng halaman. Ang enerhiya ng araw ay inililipat sa mga halaman, gayundin sa mga hayop na kumakain ng mga halaman na ito. Kapag ang isang halaman ay nangangailangan ng mga sustansya para sa paglaki at iba pang mga proseso ng buhay, ang mga reserbang ito ay lubhang kapaki-pakinabang.

Paano sumisipsip ng enerhiya ang mga halaman mula sa araw?

Ang pakikipag-usap tungkol sa potosintesis nang maikli at malinaw, ito ay nagkakahalaga ng pagtugon sa tanong kung paano pinamamahalaan ng mga halaman na sumipsip ng solar energy. Nangyayari ito dahil sa espesyal na istraktura ng mga dahon, na kinabibilangan ng mga berdeng selula - mga chloroplast, na naglalaman espesyal na sangkap tinatawag na chlorophyll. Ito ang nagbibigay sa mga dahon ng kanilang berdeng kulay at responsable para sa pagsipsip ng enerhiya mula sa sikat ng araw.

Bakit malawak at patag ang karamihan sa mga dahon?

Ang photosynthesis ay nangyayari sa mga dahon ng halaman. Kamangha-manghang katotohanan ay ang mga halaman ay napakahusay na inangkop upang makuha ang sikat ng araw at sumipsip ng carbon dioxide. Salamat sa malawak na ibabaw, mas maraming liwanag ang makukuha. Ito ay para sa kadahilanang ito na ang mga solar panel, na kung minsan ay naka-install sa mga bubong ng mga bahay, ay malawak at patag din. Kung mas malaki ang ibabaw, mas mahusay ang pagsipsip.

Ano pa ang mahalaga para sa mga halaman?

Tulad ng mga tao, ang mga halaman ay nangangailangan din ng mga kapaki-pakinabang na sustansya upang manatiling malusog, lumago at maisagawa nang maayos ang kanilang mga trabaho. mahahalagang tungkulin. Natutunaw sila sa tubig mineral mula sa lupa hanggang sa mga ugat. Kung ang lupa ay walang mineral na sustansya, ang halaman ay hindi bubuo ng normal. Madalas na sinusubok ng mga magsasaka ang lupa upang matiyak na naglalaman ito sapat na dami sustansya para sa paglaki ng pananim. Kung hindi, gumamit ng mga pataba na naglalaman ng mahahalagang mineral para sa nutrisyon at paglaki ng halaman.

Bakit napakahalaga ng photosynthesis?

Upang maipaliwanag nang maikli at malinaw ang photosynthesis para sa mga bata, ito ay nagkakahalaga ng pagsasabi na ang prosesong ito ay isa sa pinakamahalagang kemikal na reaksyon sa mundo. Ano ang mga dahilan para sa isang malakas na pahayag? Una, pinapakain ng photosynthesis ang mga halaman, na nagpapakain naman sa bawat iba pang nabubuhay na bagay sa planeta, kabilang ang mga hayop at tao. Pangalawa, bilang resulta ng photosynthesis, ang oxygen na kinakailangan para sa paghinga ay inilabas sa kapaligiran. Ang lahat ng nabubuhay na bagay ay humihinga ng oxygen at huminga ng carbon dioxide. Sa kabutihang palad, ang mga halaman ay gumagawa ng kabaligtaran, kaya ang mga ito ay napakahalaga para sa mga tao at hayop, dahil binibigyan nila sila ng kakayahang huminga.

Kamangha-manghang proseso

Ang mga halaman, lumalabas, ay alam din kung paano huminga, ngunit, hindi katulad ng mga tao at hayop, sila ay sumisipsip ng carbon dioxide mula sa hangin, hindi oxygen. Uminom din ang mga halaman. Iyon ang dahilan kung bakit kailangan mong diligan ang mga ito, kung hindi, sila ay mamamatay. Sa tulong ng root system, ang tubig at nutrients ay dinadala sa lahat ng bahagi organismo ng halaman, at sa pamamagitan ng maliliit na butas sa mga dahon ay sinisipsip ang carbon dioxide. Trigger para magsimula kemikal na reaksyon ay sikat ng araw. Ang lahat ng mga produktong metabolic na nakuha ay ginagamit ng mga halaman para sa nutrisyon, ang oxygen ay inilabas sa kapaligiran. Ito ay kung paano mo maipapaliwanag nang maikli at malinaw kung paano nangyayari ang proseso ng photosynthesis.

Photosynthesis: liwanag at madilim na mga yugto ng photosynthesis

Ang prosesong isinasaalang-alang ay binubuo ng dalawang pangunahing bahagi. Mayroong dalawang yugto ng photosynthesis (paglalarawan at talahanayan sa ibaba). Ang una ay tinatawag na light phase. Ito ay nangyayari lamang sa pagkakaroon ng liwanag sa thylakoid membranes na may partisipasyon ng chlorophyll, mga electron transport protein at ang enzyme ATP synthetase. Ano pa ang itinatago ng photosynthesis? Magliwanag at palitan ang isa't isa habang umuusad ang araw at gabi (si Calvin ay umiikot). Sa panahon ng madilim na yugto, ang produksyon ng parehong glucose, pagkain para sa mga halaman, ay nangyayari. Ang prosesong ito ay tinatawag ding light-independent na reaksyon.

Light phase

Madilim na yugto

1. Ang mga reaksyong nagaganap sa mga chloroplast ay posible lamang sa pagkakaroon ng liwanag. Sa mga reaksyong ito, ang liwanag na enerhiya ay na-convert sa enerhiya ng kemikal 2. Ang chlorophyll at iba pang pigment ay sumisipsip ng enerhiya mula sa sikat ng araw. Ang enerhiya na ito ay inililipat sa mga photosystem na responsable para sa photosynthesis 3. Ginagamit ang tubig para sa mga electron at hydrogen ions, at kasangkot din sa paggawa ng oxygen 4. Ang mga electron at hydrogen ions ay ginagamit upang lumikha ng ATP (energy storage molecule), na kailangan sa susunod na yugto ng photosynthesis

1. Ang mga sobrang liwanag na reaksyon ng siklo ay nangyayari sa stroma ng mga chloroplast 2. Ang carbon dioxide at enerhiya mula sa ATP ay ginagamit sa anyo ng glucose

Konklusyon

Mula sa lahat ng nasa itaas, ang mga sumusunod na konklusyon ay maaaring makuha:

• Ang photosynthesis ay isang proseso na gumagawa ng enerhiya mula sa araw.
• Ang liwanag na enerhiya mula sa araw ay na-convert sa kemikal na enerhiya sa pamamagitan ng chlorophyll.
• Ang chlorophyll ay nagbibigay sa mga halaman ng kanilang berdeng kulay.
• Ang photosynthesis ay nangyayari sa mga chloroplast ng mga selula ng dahon ng halaman.
• Ang carbon dioxide at tubig ay kailangan para sa photosynthesis.
• Ang carbon dioxide ay pumapasok sa halaman sa pamamagitan ng maliliit na butas, stomata, at paglabas ng oxygen sa pamamagitan ng mga ito.
• Ang tubig ay nasisipsip sa halaman sa pamamagitan ng mga ugat nito.
• Kung walang photosynthesis ay walang pagkain sa mundo.

Photosynthesis

Ang photosynthesis ay isang proseso
pagbabagong-anyo
hinihigop ng katawan
liwanag na enerhiya sa
enerhiya ng kemikal
organic
(inorganic)
mga koneksyon.
Ang pangunahing tungkulin ay ang pagbabawas ng CO2 sa
mga antas ng karbohidrat mula sa
paggamit ng enerhiya
Sveta.

Pag-unlad ng doktrina ng photosynthesis

Kliment Arkadevich Timiryazev
(Mayo 22 (Hunyo 3) 1843, St. Petersburg - 28
Abril 1920, Moscow) Mga akdang pang-agham
Timiryazev, ay nakatuon sa isyu ng
pagkabulok ng atmospheric carbon dioxide
berdeng mga halaman sa ilalim ng impluwensya
solar energy. Pag-aaral ng komposisyon at
optical na katangian ng berdeng pigment
halaman (chlorophyll), ang simula nito,
pisikal at kemikal na mga kondisyon
carbon dioxide decomposition, pagpapasiya
mga bahagi ng sinag ng araw,
pakikilahok sa hindi pangkaraniwang bagay na ito,
pag-aaral ng quantitative relationship
sa pagitan ng hinihigop na enerhiya at
ang gawaing ginawa.

Joseph Priestley (13 Marso
1733-6 Pebrero 1804) -
British pari, dissenter, naturalista,
pilosopo, pampublikong pigura.
Una sa lahat, bumaba siya sa kasaysayan
bilang isang natatanging chemist,
natuklasan ang oxygen at
carbon dioxide

Pierre Joseph Pelletier - (Marso 22, 1788 - Hulyo 19
1842) - Pranses na botika at parmasyutiko, isa sa
tagapagtatag ng alkaloid chemistry.
Noong 1817, kasama si Joseph Bieneme Cavantou, siya
nagbukod ng berdeng pigment mula sa mga dahon ng halaman na
tinawag nila itong chlorophyll.

Alexey Nikolaevich Bakh
(5 (17) Marso 1857 - Mayo 13,
1946) - biochemist ng Sobyet at
physiologist ng halaman. Ipinahayag
ang ideya na ang asimilasyon ng CO2
sa panahon ng photosynthesis ay
pinagsamang proseso ng redox,
nagaganap dahil sa hydrogen at
hydroxyl ng tubig, at oxygen
inilabas mula sa tubig sa pamamagitan ng
intermediate peroxide
mga koneksyon.

Pangkalahatang equation ng photosynthesis

6 CO2 + 12 H2O
C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Sa matataas na halaman, nangyayari ang photosynthesis sa
mga espesyal na selula ng mga organel ng dahon -
mga chloroplast.
Ang mga chloroplast ay bilog o hugis disc
mga katawan na 1-10 microns ang haba, hanggang 3 microns ang kapal. Nilalaman
mayroong mula 20 hanggang 100 sa kanila sa mga selula.
Komposisyon ng kemikal (% ayon sa tuyong timbang):
Protina - 35-55
Mga lipid - 20-30
Mga karbohidrat - 10
RNA – 2-3
DNA - hanggang sa 0.5
Kloropila – 9
Carotenoids - 4.5

Istraktura ng chloroplast

10. Pinagmulan ng mga chloroplast

Mga uri ng pagbuo ng chloroplast:
Dibisyon
namumuko
Daan ng nukleyar
kadiliman
core
inisyal
butil
liwanag
prolamillary
katawan
proplastid
chloroplast
diagram ng landas ng nukleyar

11. Ontogenesis ng mga chloroplast

12.

Ang mga chloroplast ay berdeng plastid na
matatagpuan sa mga selula ng halaman at algae.
Ultrastructure ng chloroplast:
1. panlabas na lamad
2. intermembrane
espasyo
3. panloob na lamad
(1+2+3: shell)
4. stroma (likido)
5. thylakoid na may lumen
6. thylakoid membrane
7. grana (stack of thylakoids)
8. thylakoid (lamella)
9. butil ng almirol
10. ribosome
11. plastid DNA
12. plastoglobula (fat droplet)

13. Mga pigment ng mga halamang photosynthetic

mga chlorophyll
mga phycobilin
Phycobilins
carotenoids
flavonoid
mga pigment

14. Mga kloropila

Chlorophyll -
berdeng pigment,
pagkondisyon
kulay ng mga chloroplast
halaman sa berde
kulay. Ayon sa kemikal
istraktura
mga chlorophyll -
mga magnesium complex
iba't-ibang
tetrapyrroles.
Ang mga chlorophyll ay mayroon
porphyrin
istraktura.

15.

Mga chlorophyll
Chlorophyll "a"
(asul-berde
bakterya)
Chlorophyll "c"
(brown algae)
Chlorophyll "b"
(mas mataas na halaman,
berde, characeae
damong-dagat)
Chlorophyll "d"
(pulang algae)

16. Phycobilins

Ang mga phycobilin ay
pigment,
kumakatawan
pantulong
photosynthetic
mga pigment na maaari
magpadala ng enerhiya
hinihigop na quanta
ilaw para sa chlorophyll,
pagpapalawak ng spectrum ng pagkilos
potosintesis.
Buksan ang tetrapyrrole
mga istruktura.
Natagpuan sa algae.

17. Carotenoids

Pormula sa istruktura

18.

Ang mga carotenoid ay
nalulusaw sa taba
dilaw na pigment,
pula at kahel
mga kulay. Bigyan
pangkulay para sa karamihan
orange na gulay at
prutas.

19. Mga grupo ng carotenoids:

Ang mga carotenes ay isang dilaw-orange na pigment,
unsaturated hydrocarbon
mula sa pangkat ng mga carotenoids.
Formula C40H56. Hindi matutunaw
sa tubig, ngunit natutunaw sa
mga organikong solvent.
Nakapaloob sa mga dahon ng lahat ng halaman, pati na rin sa
carrot root, rose hips, atbp. Ay
provitamin bitamina A.
2.
Ang Xanthophylls ay isang pigment ng halaman
nag-crystallize sa prismatic crystals
kulay dilaw.
1.

20. Flavonoid pigment

Ang mga flavonoid ay isang grupo
natural na nalulusaw sa tubig
mga phenolic compound.
Kinakatawan
heterocyclic
naglalaman ng oxygen
pangunahing mga koneksyon
dilaw, kahel, pula
mga kulay. Nabibilang sila sa
mga compound C6-C3-C6 series -
ang kanilang mga molekula ay naglalaman ng dalawa
konektado ang mga singsing na benzene
sa bawat isa tatlong-carbon
fragment.
Istraktura ng mga flavon

21. Mga flavonoid na pigment:

Anthocyanin - mga likas na sangkap, pagtitina ng mga halaman;
nabibilang sa glycosides.
Flavones at flavonols. Ginagampanan nila ang papel ng mga sumisipsip ng UV rays, sa gayon pinoprotektahan ang chlorophyll at cytoplasm
mula sa pagkawasak.

22. Mga yugto ng photosynthesis

liwanag
Isinagawa sa
grana ng mga chloroplast.
Tumutulo kapag naroroon
Mabilis ang mga ilaw< 10 (-5)
sec
madilim
Isinagawa sa
walang kulay na stroma ng protina
mga chloroplast.
Para sa dumadaloy na liwanag
opsyonal
Mabagal ~ 10 (-2) seg

23.

24.

25. Banayad na yugto ng photosynthesis

Sa panahon ng magaan na yugto ng photosynthesis,
mga produktong may mataas na enerhiya: ATP, na nagsisilbi sa
cell source ng enerhiya, at NADPH, ginamit
bilang isang ahente ng pagbabawas. Bilang isang by-product
inilabas ang oxygen.
Pangkalahatang equation:
ADP + H3PO4 + H2O + NADP
ATP + NADPH + 1/2O2

26.

Spectra ng pagsipsip
PAR: 380 – 710 nm
Carotenoids: 400550 nm pangunahing
maximum: 480 nm
Mga chlorophyll:
sa pulang rehiyon ng spectrum
640-700 nm
sa asul - 400-450 nm

27. Mga antas ng chlorophyll excitation

Antas 1. Nauugnay sa isang paglipat sa isang mas mataas
antas ng enerhiya ng mga electron sa system
pagpapares ng dalawang bono
Antas 2. Nauugnay sa paggulo ng hindi magkapares na mga electron
apat na nitrogen at oxygen atoms sa porphyrin
singsing.

28. Mga sistema ng pigment

Photosystem I
Binubuo ng 200 molekula
chlorophyll "a", 50
mga molekula ng caroinoid at 1
mga molekula ng pigment
(P700)
Photosystem II
Binubuo ng 200 molekula
chlorophyll "a670", 200
mga molekula ng chlorophyll "b" at
isang molekula ng pigment
(P680)

29. Lokalisasyon ng electron at proton transport reactions sa thylakoid membrane

30. Non-cyclic photosynthetic phosphorylation (Z – scheme, o Govindji scheme)

x
e
Фg e
Ff e
NADP
Phew
e
FeS
e
ADF
Sipi b6
e
II FS
NADPH
ATP
e
FS ako
Sipi f
e
e
Pc
e
P680
hV
O2
e
H2 O
P700
hV
ff – pheofetin
Px – plastoquinone
FeS - protina ng iron sulfur
Cyt b6 - cytochrome
Pc – plastocyonin
Фg – ferodoxin
x – hindi kilalang kalikasan.
tambalan

31. Photosynthetic phosphorylation

Ang photosynthetic phosphorylation ay isang proseso
pagbuo ng enerhiya ATP at NADPH sa panahon ng photosynthesis na may
gamit ang light quanta.
Mga uri:
hindi paikot (Z-scheme).
mga sistema ng pigment.
paikot. Kasama ang Photosystem I.
pseudocyclic. Ito ay sumusunod sa isang hindi paikot na uri, ngunit hindi
ang nakikitang paglabas ng oxygen ay sinusunod.

32. Paikot na photosynthetic phosphorylation

e
ADF
Фg
e
ATP
Sipib6
e
e
Quote
e
P700
hV
e
ADF
ATP
Cyt b6 - cytochrome
Фg – ferodoxin

33. Cyclic at non-cyclic electron transport sa mga chloroplast

34.

Chemistry ng photosynthesis
Photosynthesis
natupad
sa pamamagitan ng
sunud-sunod na paghahalili ng dalawang yugto:
liwanag,
tumutulo
Sa
malaki
bilis at malaya sa temperatura;
madilim, kaya tinatawag dahil para sa
mga reaksyong nagaganap sa yugtong ito
walang kinakailangang liwanag na enerhiya.

35. Madilim na yugto ng photosynthesis

Sa madilim na yugto na may partisipasyon ng ATP at NADPH
Ang CO2 ay nabawasan sa glucose (C6H12O6).
Bagama't hindi kailangan ang liwanag para magawa ito
proseso, nakikilahok siya sa regulasyon nito.

36. C3 photosynthesis, Calvin cycle

Calvin cycle o recovery cycle
Ang pentose phosphate cycle ay binubuo ng tatlong yugto:
Carboxylation ng RDF.
Pagbawi. Ang 3-FGK ay naibalik sa
3-FGA.
Regeneration ng RDF acceptor. Isinasagawa sa serye
reaksyon ng interconversion ng phosphorylatable sugars na may
iba't ibang bilang ng mga carbon atom (triose, tetrose,
pentose, hexose, atbp.)

37. Pangkalahatang equation ng Calvin cycle

H2CO (P)
C=O
HO-C-H + * CO2
N-S-OH
H2CO (P)
RDF
H2*CO (P)
2 NSON
UNS
3-FGK
H2*CO (P)
2NSON
SOO (R)
1,3-PHA
H2*CO (P)
2NSON
C=O
N
3-FGA
H2*CO (P)
2C=O
NSSON
3-FDA
paghalay, o
polimerisasyon
N
H2CO (P)
H2CO (P)
C=O
C=O
C=O
NSSON
HINDI
HINDI
HINDI
N*TULOG
NSSON
N*TULOG
NSSON
NSSON
NSSON
H2CO (P)
H2SON
H2CO (P)
1,6-diphosphate-fructose-6glucose-6fructose
pospeyt
pospeyt
N
C=O
NSSON
HINDI
N*TULOG
NSSON
H2SON
glucose

38. C4 photosynthesis (Hatch – Slack – Karpilov pathway)

Ito ay isinasagawa sa mga halaman na may dalawang uri ng chloroplast.
Bilang karagdagan sa RDF, maaaring mayroong tatlong tumatanggap ng CO2:
carbon compound – phosphoenol PVK (PEP)
Ang C4 pathway ay unang natuklasan
sa mga tropikal na cereal. Sa mga gawa
Y.S. Karpilov, M. Hatch, K. Slack kasama
gamit ang may label na carbon
ipinakita na ang una
mga produkto ng photosynthesis sa mga ito
organic ang mga halaman
mga acid.

39.

40. Photosynthesis ayon sa uri ng Crassulaceae

Katangian ng mga halaman
succulents.Sa gabi
ayusin ang carbon
organic acids ayon sa
mas mabuti ang mansanas. Ito
nangyayari sa ilalim ng impluwensya
mga enzyme
pyruvate carboxylase. Ito
pinapayagan sa araw
panatilihing nakasara ang stomata at
kaya nababawasan
transpiration. Ang ganitong uri
tinatawag na SAM photosynthesis.

41. Mismo ang photosynthesis

Sa panahon ng CAM photosynthesis, nangyayari ang paghihiwalay
CO2 assimilation at ang Calvin cycle ay hindi
espasyo tulad ng C4, ngunit sa oras. Sa gabi sa
mga cell vacuole sa katulad na paraan
sa mekanismong inilarawan sa itaas na may bukas
Ang malate ay naipon sa stomata, sa araw
Kapag ang stomata ay sarado, ang Calvin cycle ay nangyayari. Ito
ang mekanismo ay nagbibigay-daan para sa maximum na pagtitipid
tubig, gayunpaman, ito ay mas mababa sa kahusayan sa parehong C4 at
C3.

42.

43.

Photorespiration

44. Ang impluwensya ng panloob at panlabas na mga salik sa photosynthesis

Photosynthesis
makabuluhang
pagbabago dahil sa
impluwensya sa kanya
kumplikado madalas
nakikipag-ugnayan
panlabas at panloob
mga kadahilanan.

45. Mga salik na nakakaapekto sa photosynthesis

1.
Ontogenetic
estado ng halaman.
Pinakamataas
intensity
naobserbahan ang photosynthesis
sa panahon ng paglipat
halaman mula sa panahon ng paglaki hanggang
yugto ng reproduktibo. U
matatandang dahon
intensity
makabuluhang photosynthesis
talon.

46. ​​Mga salik na nakakaapekto sa photosynthesis

2. Liwanag. Hindi nangyayari ang photosynthesis sa dilim dahil
Ang carbon dioxide na ginawa sa panahon ng paghinga ay inilalabas mula sa
dahon; sa pagtaas ng intensity ng liwanag ito ay nakakamit
compensation point kung saan ang pagsipsip
carbon dioxide sa panahon ng photosynthesis at ang paglabas nito sa panahon
balanse ng paghinga sa bawat isa.

47. Mga salik na nakakaapekto sa photosynthesis

3. Parang multo
komposisyon ng liwanag.
Parang multo
komposisyon ng solar
nakakaranas ng liwanag
ilang
pagbabago sa
sa buong araw at
sa buong taon.

48. Mga salik na nakakaapekto sa photosynthesis

4. CO2.
Ay ang pangunahing isa
substrate para sa photosynthesis at
nakasalalay ang nilalaman nito
ang tindi ng prosesong ito.
Ang kapaligiran ay naglalaman ng
0.03% sa dami; pagtaas
dami ng carbon dioxide mula 0.1
tumataas hanggang 0.4%
bilis ng photosynthesis hanggang sa
isang tiyak na limitasyon, at
pagkatapos ay nagbabago
saturation ng carbon dioxide.

49. Mga salik na nakakaapekto sa photosynthesis

5.Temperatura.
Sa mga halaman ng katamtaman
pinakamainam na mga zone
temperatura para sa
potosintesis
ay 20-25; sa
tropikal - 2035.

50. Mga salik na nakakaapekto sa photosynthesis

6. Nilalaman ng tubig.
Pagbabawas ng tissue dehydration ng higit sa 20%
humahantong sa pagbaba sa intensity ng photosynthesis at sa
ang karagdagang pagwawakas nito kung ang pagkawala ng tubig ay
higit sa 50%.

51. Mga salik na nakakaapekto sa photosynthesis

7. Mga microelement.
Kakulangan ng Fe
nagiging sanhi ng chlorosis at
nakakaapekto sa aktibidad
mga enzyme. Mn
kailangan para sa
pagpapalaya
oxygen at para sa
pagsipsip ng carbon dioxide
gas Kakulangan sa Cu at
Binabawasan ng Zn ang photosynthesis
ng 30%

52. Mga salik na nakakaapekto sa photosynthesis

8.Nagpaparumi
mga sangkap at
kemikal
droga.
Tumawag
pagtanggi
potosintesis.
Karamihan
mapanganib
mga sangkap: NO2,
SO2, sinuspinde
mga particle.

53. Araw-araw na cycle ng photosynthesis

Sa katamtamang temperatura sa araw at sapat
humidity araw-araw na rate ng photosynthesis humigit-kumulang
tumutugma sa mga pagbabago sa solar intensity
insolation. Photosynthesis, simula sa umaga sa pagsikat ng araw
araw, umabot sa pinakamataas sa tanghali,
unti-unting bumababa sa gabi at humihinto sa paglubog ng araw
araw. Sa nakataas na temperatura at pagbaba
kahalumigmigan, ang pinakamataas na photosynthesis ay lumilipat sa maaga
panoorin.

54. Konklusyon

Kaya, ang photosynthesis ay ang tanging proseso sa
Earth, nangyayari sa isang malaking sukat, nauugnay sa
ginagawang kemikal na enerhiya ang enerhiya ng sikat ng araw
mga koneksyon. Ang enerhiyang ito ay iniimbak ng mga berdeng halaman
bumubuo ng batayan para sa buhay ng lahat ng iba pa
heterotrophic na organismo sa Earth mula sa bacteria hanggang sa tao.