Компоненте фотосинтезе

Садржај

• Компоненте фотосинтезе
• Резиме фотосинтезе
• Како лишће подржава фотосинтезу
• Хлоропласти: Фабрике фотосинтезе
• За шта су тилакоиди?
• Реакције светлости: Светлост допире до мембране тилакоида
• Светлосне реакције: транспорт електрона
• Светлосне реакције: фотофосфорилација
• Тхе Дарк Реацтион: Царбон Фикатион

Биљке су несумњиво човечанство најдраже живе ствари изван животињског царства. Поред способности биљака да хране светске људе - без воћа, поврћа, орашастих плодова и житарица, мало је вероватно да би ви или овај чланак постојали - биљкама су одане и по својој лепоти и улози у свим облицима људске церемоније. То што они успевају да то ураде без могућности кретања или јела је заиста изванредно.

Биљке, у ствари, користе исти основни молекул који раде сви животни облици како би расли, преживјели и размножавали се: мали, шестеро-угљени угљени хидрат у облику прстена глукоза. Али уместо да једу изворе тог шећера, они то уместо њега чине. Како је то могуће, а с обзиром да јесте, зашто људи и друге животиње једноставно не раде исто и штеде се у лову, сакупљању, чувању и конзумирању хране?

Одговор је фотосинтеза, низ хемијских реакција у којима биљне ћелије користе енергију из сунчеве светлости да би направиле глукозу. Биљке потом користе део глукозе за своје потребе, док остатак остаје доступан другим организмима.

Компоненте фотосинтезе

Астучни студенти би могли брзо да се запитају: "Током фотосинтезе у биљкама, шта је извор угљеника у молекули шећера коју биљка производи?" Не треба вам научна диплома да бисте претпоставили да се „енергија сунца“ састоји од светлости и да светлост не садржи ниједан елемент који чине молекуле најчешће у живим системима. (Светлост се састоји од фотони, које су безмасне честице које се не налазе у периодичној табели елемената.)

Најлакши начин за увођење различитих делова фотосинтезе је започети хемијском формулом која резимира цео процес.

6 Х₂О + 6 ЦО₂ → Ц₆Х₁₂О₆+ 6 О₂

Тако су сировине фотосинтезе вода (Х₂О) и угљен диоксид (ЦО)₂), којих обилује на земљи и у атмосфери, док су производи глукоза (Ц₆Х₁₂О₆) и кисеоника (О)₂).

Резиме фотосинтезе

Шематски резиме процеса фотосинтезе, чије су компоненте детаљно описане у наредним одељцима, је следећи. (За сада не брините о скраћеницама са којима можда нисте упознати.)

Прва четири од ових корака позната су као реакције светлости или реакције зависне од светлости, пошто се апсолутно ослањају на деловање сунчеве светлости. Калвинов циклус, насупрот томе, назива се мрачна реакција, познате и као реакције независне од светлости. Иако, као што име имплицира, мрачна реакција може радити без извора светлости, али ослања се на производе створене у реакцијама овисним о свјетлу.

Како лишће подржава фотосинтезу

Ако сте икада погледали дијаграм пресека људске коже (то је, како би изгледао са стране ако бисте могли да је посматрате скроз од површине до било којег ткива које се испод коже налази), можда су приметили да кожа садржи различите слојеве. Ови слојеви садрже различите компоненте у различитим концентрацијама, попут знојних жлезда и фоликула длаке.

Анатомија листа је распоређена на сличан начин, осим што лишће гледа према спољашњем свету два стране. Помичући се од врха листа (који се најчешће сматра светлошћу) према доњој страни, слојеви укључују заноктица, воштани, танки заштитни омотач; тхе тхе горња епидерма; тхе тхе мезофил; тхе тхе доња епидерма; и други слој кутикуле.

Сам мезофил укључује горњи део палисаде слој, са ћелијама распоређеним у уредним ступовима и нижим сунђераста слоја који има мање ћелија и већи размак између њих. Фотосинтеза се одвија у мезофилу, што има смисла јер је површни слој листа било које материје и најближи је било којој светлости која удари у површину листова.

Хлоропласти: Фабрике фотосинтезе

Организми који се морају хранити из органских молекула у свом окружењу (то јест, од супстанци које људи називају "храна") познати су под називом хетеротрофи. Биље са друге стране јесу аутотрофи на тај начин што граде ове молекуле унутар својих ћелија, а затим користе оно што им је потребно пре него што се остатак повезаног угљеника врати у екосистеме када биљка умре или поједе.

Фотосинтеза се јавља у органелама ("ситним органима") у биљним ћелијама званим хлоропласти. Органеле, које су присутне само у еукариотским ћелијама, окружене су двоструком мембраном плазме која је структурно слична оној која окружује ћелију у целини (обично се назива ћелијска мембрана).

Функционалне јединице фотосинтезе су тилакоиди. Ове се структуре појављују и у фотосинтетским прокариотима, попут цијанобактерија (плаво-зелене алге), и у биљкама. Али зато што само еукариоти имају органеле везане на мембрану, тилакоиди у прокариотима седе слободно у ћелијској цитоплазми, баш као што то чини ДНК у овим организмима услед недостатка језгра у прокариотима.

За шта су тилакоиди?

У биљкама је тилакоидна мембрана заправо континуирана са мембраном самог хлоропласта. Тилакоиди су стога попут органела унутар органела. Они су распоређени у округле хрпе, попут тањира за вечеру у ормару - шупљих тањира за вечеру, то јест. Ове хрпе се зову грана, а унутрашњост тилакоида повезана је у мрежу лавиринта. Простор између тилакоида и унутрашње мембране хлоропласта назива се строма.

Тхилакоиди садрже пигмент који се зове хлорофил, која је одговорна за зелену боју коју већина биљака излаже у неком облику. Међутим, важније од пружања људском оку блистав изглед, хлорофил је оно што „хвата“ сунчеву светлост (или, у вези с тим, вештачку светлост) у хлоропласт, а самим тим и супстанцу која омогућава да се фотосинтеза настави на првом месту.

Заправо постоји неколико различитих пигмената који доприносе фотосинтези, а хлорофил А је главни. Поред варијанти хлорофила, бројни други пигменти у тилакоидима реагују на светлост, укључујући црвену, браон и плаву врсту. Они могу пренијети долазну свјетлост на хлорофил А, или могу помоћи да се станица не оштети свјетлошћу, служећи као украси неке врсте.

Реакције светлости: Светлост допире до мембране тилакоида

Када сунчева светлост или енергија светлости из другог извора достигну тилакоидну мембрану након проласка кроз кутикулу листа, биљну ћелијску стијенку, слојеве ћелијске мембране, два слоја хлоропластне мембране и на крају строму, наилази на пар уско повезани мулти протеински комплекси звани фотосистеми.

Комплекс који се зове Пхотосистем И разликује се од свог другога Пхотосистем ИИ по томе што различито реагује на различите таласне дужине светлости; поред тога, два фотосистема садрже мало другачије верзије хлорофила А. Фотосистем И садржи облик који се зове П700, док Фотосистем ИИ користи облик који се зове П680. Ови комплекси садрже комплекс за сакупљање светла и реакциони центар. Када светло доспе до њих, оно избацује електроне из молекула у хлорофили, а они прелазе на следећи корак у светлосним реакцијама.

Подсјетимо да нето једначина за фотосинтезу укључује оба ЦО₂ и Х₂О као улази. Ови молекули слободно пролазе у ћелије биљке захваљујући својој малој величини и доступни су као реактанти.

Светлосне реакције: транспорт електрона

Када се електрони избаце из молекула хлорофила долазном светлошћу, треба их некако заменити. То се врши углавном цепањем Х₂О у гас за кисеоник (О₂) и слободни електрони. Тхе О₂ у овом окружењу је отпадни производ (већини људи је можда тешко замислити ново створени кисеоник као отпадни производ, али такви су хирови биохемије), док неки електрони упадају у хлорофил у облику водоника ( Х).

Електрони свој пут „нижу“ у ланцу молекула уграђених у тилакоидну мембрану према крајњем акцептору електрона, молекулу познатом као никотинамид аденин динуклеотид фосфат (НАДП⁺ ). Схватите да „доле“ не значи вертикално надоле, већ надоле у ​​смислу прогресивно ниже енергије. Када електрони достигну НАДП⁺, ови молекули се комбинују да би створили редуковани облик носача електрона, НАДПХ. Овај молекул је неопходан за каснију реакцију мрака.

Светлосне реакције: фотофосфорилација

У исто време када се НАДПХ генерише у претходно описаном систему, процес који се зове фотофосфорилација користи енергију ослобођену од других електрона који се "утапају" у тилакоидној мембрани. Протон-мотив сила се повезује неоргански молекули фосфатаили П_ја, да аденозин дифосфат (АДП) формира аденосин трифосфат (АТП).

Овај поступак је аналоган процесу ћелијског дисања познатом као оксидативна фосфорилација. У исто време, АТП се ствара у тилакоидима у сврху производње глукозе у реакцији мрака, митохондрије другде у биљним ћелијама користе производе распада неке од ове глукозе да би АТП направио у ћелијском дисању за биљке за крајњи метаболички метаболизам потребама.

Тхе Дарк Реацтион: Царбон Фикатион

Када ЦО₂ улази у биљне ћелије, пролази кроз низ реакција, прво се додаје молекулу пет угљеника како би се створио шест-угљенични интермедијер који се брзо дели на две молекуле од три угљеника. Зашто се овај шест-угљени молекул једноставно не ствара директно у глукозу, такође молекул са шест угљеника? Док неки од ових молекула три угљеника излазе из процеса и у ствари се користе за синтезу глукозе, други молекули три угљеника потребни су за одржавање циклуса, пошто су придружени долазном ЦО₂ да се добије горе поменуто једињење са пет угљеника.

Чињеница да се енергија светлости користи у фотосинтези да би се покренули процеси неовисни о светлости има смисла имајући у виду чињеницу да се сунце диже и залази, што биљке ставља у позицију да морају да „нагомилају“ молекуле током дана како би могли да наставе са прављењем њихова храна док је сунце испод хоризонта.

За потребе номенклатуре, Цалвин циклус, тамна реакција и фиксација угљеника, односе се на исту ствар, што ствара глукозу. Важно је схватити да без сталног снабдевања светлошћу фотосинтеза не би могла да се деси. Биљке могу успевати у окружењима у којима је светлост увек присутна, као у просторији у којој светла никада не затамњују. Али обратно није тачно: без светлости фотосинтеза је немогућа.