Súčasti fotosyntézy

Obsah

• Súčasti fotosyntézy
• Zhrnutie fotosyntézy
• Ako listy podporujú fotosyntézu
• Chloroplasty: Továrne fotosyntézy
• Na čo sú tylakoidy?
• Svetelné reakcie: Svetlo dosahuje tylakoidovú membránu
• Svetelné reakcie: Elektrónový transport
• Svetelné reakcie: Fotofosforylácia
• Temná reakcia: Uhlíková fixácia

Rastliny sú nepochybne ľudstvom obľúbené živé veci mimo živočíšnej ríše. Okrem schopnosti rastlín nakŕmiť ľudí na svete - bez ovocia, zeleniny, orechov a zŕn, je nepravdepodobné, že by ste vy alebo tento článok existovali - boli rastliny ctené kvôli svojej kráse a úlohe pri všetkých druhoch ľudskej slávnosti. To, že sa im to podarí bez schopnosti pohybovať sa alebo jesť, je skutočne pozoruhodné.

Rastliny v skutočnosti využívajú rovnakú základnú molekulu, akú všetky formy života robia, aby rástli, prežili a rozmnožovali sa: malý, uhľovodík v tvare kruhu so šiestimi uhlíkmi glukóza, Ale namiesto toho, aby jedli zdroje tohto cukru, namiesto toho ho vyrobia. Ako je to možné a vzhľadom na to, prečo ľudia a iné zvieratá jednoducho nerobia to isté a ušetria si ťažkosti pri hľadaní, zhromažďovaní, skladovaní a konzumácii potravín?

Odpoveď je fotosyntéza, rad chemických reakcií, pri ktorých rastlinné bunky využívajú energiu zo slnečného žiarenia na výrobu glukózy. Rastliny potom používajú časť glukózy pre svoje vlastné potreby, zatiaľ čo zvyšok zostáva k dispozícii pre iné organizmy.

Súčasti fotosyntézy

Prudkí študenti sa môžu rýchlo opýtať: „Aký je zdroj uhlíka v molekule cukru, ktorý rastlina produkuje počas fotosyntézy v rastlinách?“ Nepotrebujete vedecký titul, aby ste predpokladali, že „energia zo slnka“ pozostáva zo svetla a že svetlo neobsahuje žiadny z prvkov, ktoré tvoria molekuly najčastejšie sa vyskytujúce v živých systémoch. (Svetlo pozostáva z fotóny, ktoré sú bezhmotnými časticami, ktoré sa nenachádzajú v periodickej tabuľke prvkov.)

Najjednoduchší spôsob, ako predstaviť rôzne časti fotosyntézy, je začať s chemickým vzorcom, ktorý sumarizuje celý proces.

6 H₂O + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆+ 6 O₂

Surovinami fotosyntézy sú teda voda (H₂O) a oxid uhličitý (CO₂), ktoré sú hojné na zemi aj v atmosfére, zatiaľ čo produkty sú glukóza (C₆H₁₂O₆) a plynný kyslík (O₂).

Zhrnutie fotosyntézy

Schematické zhrnutie procesu fotosyntézy, ktorého komponenty sú podrobne opísané v nasledujúcich oddieloch, je nasledujúce. (Zatiaľ sa nemusíte obávať skratiek, s ktorými nemusíte byť oboznámení.)

Prvé štyri z týchto krokov sú známe ako reakcie svetla alebo reakcie závislé od svetla, pretože pri prevádzke sú absolútne závislé od slnečného svetla. Kalvinov cyklus sa naopak nazýva temná reakcia, tiež známe ako reakcie nezávislé od svetla. Aj keď, ako už názov napovedá, temná reakcia môže fungovať bez zdroja svetla, aby pokračovala, závisí od produktov vytvorených pri reakciách závislých od svetla.

Ako listy podporujú fotosyntézu

Ak ste sa už niekedy pozreli na prierez ľudskej kože (to je, ako by to vyzeralo zo strany, ak by ste sa na ňu mohli pozrieť celú cestu z povrchu do akéhokoľvek tkaniva, s ktorým sa pokožka stretáva), mohol poznamenať, že pokožka obsahuje odlišné vrstvy. Tieto vrstvy obsahujú rôzne zložky v rôznych koncentráciách, ako sú potné žľazy a vlasové folikuly.

Anatómia listu je usporiadaná podobným spôsobom s tým rozdielom, že listy smerujú k vonkajšiemu svetu dva boky. Pohybujúce sa od vrchu listu (považovaného za ten, ktorý je najčastejšie orientovaný na svetlo) na spodnú stranu, vrstvy zahŕňajú pokožka, voskový, tenký ochranný plášť; horná epiderma; mezofylu; nižšia epiderma; a druhú vrstvu kutikuly.

Samotný mezofyl obsahuje zvršok palisáda vrstva s bunkami usporiadanými v elegantných stĺpcoch a nižšia hubovitý vrstva, ktorá má menej buniek a väčšie medzery medzi nimi. Fotosyntéza sa uskutočňuje v mezofyle, čo dáva zmysel, pretože je to naj povrchnejšia vrstva listu akejkoľvek látky a je najbližšie k akémukoľvek svetlu dopadajúcemu na povrch listu.

Chloroplasty: Továrne fotosyntézy

Organizmy, ktoré musia získavať potravu z organických molekúl vo svojom prostredí (tj z látok, ktoré ľudia nazývajú „jedlo“), sú známe ako heterotrophs, Rastliny, na druhej strane, sú autotrophs tým, že vytvárajú tieto molekuly vo svojich bunkách a potom používajú to, čo potrebujú, pred tým, ako sa zvyšok pridruženého uhlíka vráti do ekosystému, keď rastlina zomrie alebo sa zje.

Fotosyntéza sa vyskytuje v organelách („malých orgánoch“) v rastlinných bunkách zvaných chloroplasty, Organely, ktoré sú prítomné iba v eukaryotických bunkách, sú obklopené dvojitou plazmatickou membránou, ktorá je štrukturálne podobná tej, ktorá obklopuje bunku ako celok (zvyčajne sa nazýva len bunková membrána).

Funkčné jednotky fotosyntézy sú tylakoidy. Tieto štruktúry sa vyskytujú ako v fotosyntetických prokaryotoch, ako sú napríklad cyanobaktérie (modrozelené riasy), tak v rastlinách. Pretože však iba eukaryoty majú organely viazané na membránu, tylakoidy v prokaryotoch sú voľne uložené v cytoplazme buniek, rovnako ako DNA v týchto organizmoch kvôli nedostatku jadra v prokaryotoch.

Na čo sú tylakoidy?

V rastlinách je tylakoidná membrána skutočne spojitá s membránou samotného chloroplastu. Thylakoidy sú preto ako organely v organelách. Sú usporiadané v okrúhlych stohoch, ako sú taniere v skrinke - duté taniere, to znamená. Tieto komíny sa nazývajú granaa interiéry tylakoidov sú spojené v mazelike sieti rúrok. Priestor medzi tylakoidmi a vnútornou chloroplastovou membránou sa nazýva stróma.

Thylakoidy obsahujú pigment zvaný chlorofyl, ktorý je zodpovedný za zelenú farbu, ktorú väčšina rastlín vykazuje v určitej forme. Dôležitejšie ako ponúknuť ľudskému oku lesklý vzhľad, chlorofyl je to, čo „zachytáva“ slnečné svetlo (alebo v tom prípade umelé svetlo) v chloroplaste, a teda látku, ktorá umožňuje fotosyntéze pokračovať v prvom rade.

K fotosyntéze v skutočnosti prispieva niekoľko rôznych pigmentov, pričom primárnym je chlorofyl A. Okrem variantov chlorofylu reaguje na svetlo mnoho ďalších pigmentov, vrátane červeného, ​​hnedého a modrého typu. Tieto môžu prenášať prichádzajúce svetlo na chlorofyl A, alebo môžu pomôcť zabrániť poškodeniu bunky svetlom tým, že slúžia ako návnady druhu.

Svetelné reakcie: Svetlo dosahuje tylakoidovú membránu

Keď slnečné svetlo alebo svetelná energia z iného zdroja dosiahne tylakoidnú membránu po prejdení kutikulou listu, rastlinnej bunkovej stene, vrstvách bunkovej membrány, dvoch vrstvách chloroplastovej membrány a nakoniec stróme, stretne sa s párom úzko súvisiace multiproteínové komplexy nazývané Fotosystémy.

Komplex nazývaný fotosystém I sa líši od svojho súdneho fotosystému II tým, že reaguje odlišne na rôzne vlnové dĺžky svetla; okrem toho tieto dva fotosystémy obsahujú mierne odlišné verzie chlorofylu A. Fotosystém I obsahuje formulár s názvom P700, zatiaľ čo fotosystém II používa formulár s názvom P680. Tieto komplexy obsahujú komplex získavajúci svetlo a reakčné centrum. Keď ich svetlo dosiahne, uvoľní elektróny z molekúl v chlorofyle a tieto prejdú k ďalšiemu kroku svetelných reakcií.

Pripomeňme, že čistá rovnica pre fotosyntézu zahŕňa tak CO₂ a H₂O ako vstupy. Tieto molekuly voľne prechádzajú do buniek rastliny kvôli ich malej veľkosti a sú dostupné ako reaktanty.

Svetelné reakcie: Elektrónový transport

Keď sú elektróny kope prichádzajúcim svetlom z kopoly molekúl chlorofylu, je potrebné ich nejakým spôsobom vymeniť. Toto sa deje hlavne rozdelením H₂O na plynný kyslík (O₂) a voľné elektróny. O₂ v tomto prostredí je odpadový produkt (pre väčšinu ľudí je pravdepodobne ťažké predstaviť novo vytvorený kyslík ako odpadový produkt, ale také sú hmly biochémie), zatiaľ čo niektoré elektróny sa dostávajú do chlorofylu vo forme vodíka ( H).

Elektróny robia cestu „dole“ reťazec molekúl zabudovaných do tylakoidovej membrány smerom ku konečnému akceptoru elektrónov, molekule známej ako nikotínamid adenín dinukleotidfosfát (NADP)⁺ ). Pochopte, že „nadol“ neznamená vertikálne nadol, ale nadol v zmysle postupne nižšej energie. Keď elektróny dosiahnu NADP⁺, tieto molekuly sa spoja a vytvoria redukovanú formu elektrónového nosiča, NADPH. Táto molekula je nevyhnutná pre následnú reakciu v tme.

Svetelné reakcie: Fotofosforylácia

Zároveň sa generuje NADPH v opísanom systéme, ktorý sa nazýva proces fotofosforylace využíva energiu uvoľnenú z iných elektrónov na "omieľanie" v tylakoidnej membráne. Protónová hnacia sila sa spojí molekuly anorganického fosfátualebo P_ja, na adenozín difosfát (ADP) za vzniku adenozín trifosfátu (ATP).

Tento proces je analogický procesu v bunkovej respirácii známej ako oxidačná fosforylácia. Zároveň sa v tylakoidoch vytvára ATP na účely výroby glukózy v tme, mitochondrie inde v rastlinných bunkách používajú produkty rozkladu časti tejto glukózy na výrobu ATP v bunkovej respirácii pre konečný metabolizmus rastlín. potrebuje.

Temná reakcia: Uhlíková fixácia

Keď CO₂ Vstúpi do rastlinných buniek a podstúpi sériu reakcií. Najprv sa pridá do molekuly s 5 atómami uhlíka, aby sa vytvoril medziprodukt so šiestimi atómami uhlíka, ktorý sa rýchlo rozdelí na dve molekuly s tromi atómami uhlíka. Prečo nie je táto šesťuhlíková molekula jednoducho premieňaná priamo na glukózu, tiež šesťuhlíková molekula? Zatiaľ čo niektoré z týchto troch uhlíkových molekúl opúšťajú proces a v skutočnosti sa používajú na syntézu glukózy, na udržanie cyklu v cykle sú potrebné ďalšie tri uhlíkové molekuly, pretože sú pripojené k prichádzajúcemu CO₂ za účelom prípravy vyššie uvedenej zlúčeniny s 5 atómami uhlíka.

Skutočnosť, že energia zo svetla sa využíva pri fotosyntéze na riadenie procesov nezávislých od svetla, má zmysel vzhľadom na skutočnosť, že slnko vychádza a zapadá, čo stavia rastliny do pozície, keď počas dňa musia „hromadiť“ molekuly, aby mohli pokračovať vo výrobe. ich jedlo, zatiaľ čo slnko je pod obzorom.

Na účely nomenklatúry sa Calvinov cyklus, temná reakcia a fixácia uhlíka vzťahujú na to isté, čo vytvára glukózu. Je dôležité si uvedomiť, že bez stabilného prísunu svetla by nemohla nastať fotosyntéza. Rastliny môžu prosperovať v prostrediach, v ktorých je svetlo vždy prítomné, napríklad v miestnosti, kde nie sú nikdy tlmené. Opak však nie je pravdivý: Bez svetla nie je fotosyntéza nemožná.