Ti sei mai chiesto quanti organismi viventi ci sono sul pianeta?! E dopotutto, tutti hanno bisogno di inalare ossigeno per generare energia ed espirare anidride carbonica. È l'anidride carbonica la causa principale di un fenomeno come il soffocamento nella stanza. Si svolge quando ci sono molte persone al suo interno e la stanza non viene ventilata per molto tempo. Inoltre, impianti industriali, automobili private e trasporti pubblici riempiono l'aria di sostanze tossiche.
Alla luce di quanto sopra, sorge una domanda del tutto logica: come abbiamo fatto a non soffocare allora, se tutta la vita è una fonte di anidride carbonica velenosa? Il salvatore di tutti gli esseri viventi in questa situazione è la fotosintesi. Qual è questo processo e perché è necessario?
Il suo risultato è la regolazione dell'equilibrio di anidride carbonica e la saturazione dell'aria con ossigeno. Un tale processo è noto solo ai rappresentanti del mondo della flora, cioè delle piante, poiché si verifica solo nelle loro cellule.
La fotosintesi stessa è una procedura estremamente complessa, che dipende da determinate condizioni e si verifica in diversefasi.
Definizione del concetto
Secondo la definizione scientifica, le sostanze organiche vengono convertite in sostanze organiche durante la fotosintesi a livello cellulare negli organismi autotrofi a causa dell'esposizione alla luce solare.
Per dirla più semplicemente, la fotosintesi è il processo mediante il quale si verifica quanto segue:
- La pianta è satura di umidità. La fonte di umidità può essere l'acqua del suolo o l'aria tropicale umida.
- La clorofilla (una sostanza speciale che si trova nelle piante) reagisce all'energia solare.
- La formazione del cibo necessario ai rappresentanti della flora, che non sono in grado di procurarsi da soli in modo eterotrofico, ma ne sono essi stessi i produttori. In altre parole, le piante mangiano ciò che producono. Questo è il risultato della fotosintesi.
Fase uno
In pratica ogni pianta contiene una sostanza verde, grazie alla quale può assorbire la luce. Questa sostanza non è altro che clorofilla. La sua posizione è cloroplasti. Ma i cloroplasti si trovano nella parte dello stelo della pianta e dei suoi frutti. Ma la fotosintesi fogliare è particolarmente comune in natura. Poiché quest'ultimo è abbastanza semplice nella sua struttura e ha una superficie relativamente ampia, il che significa che la quantità di energia richiesta per il proseguimento del processo di salvataggio sarà molto maggiore.
Quando la luce viene assorbita dalla clorofilla, quest'ultima è in uno stato di eccitazione e la suatrasmette messaggi energetici ad altre molecole organiche della pianta. La maggior parte di tale energia va ai partecipanti al processo di fotosintesi.
Fase due
La formazione della fotosintesi nella seconda fase non richiede la partecipazione obbligatoria della luce. Consiste nella formazione di legami chimici utilizzando anidride carbonica velenosa formata da masse d'aria e acqua. C'è anche una sintesi di molte sostanze che assicurano l'attività vitale dei rappresentanti della flora. Questi sono amido, glucosio.
Nelle piante, tali elementi organici fungono da fonte di nutrimento per le singole parti della pianta, garantendo nel contempo il normale corso dei processi vitali. Tali sostanze sono ottenute anche da rappresentanti della fauna che mangiano piante per il cibo. Il corpo umano è saturo di queste sostanze attraverso il cibo, che è incluso nella dieta quotidiana.
Cosa? In cui si? Quando?
Affinché le sostanze organiche diventino organiche, è necessario fornire condizioni adeguate per la fotosintesi. Per il processo in esame, prima di tutto, è necessaria la luce. Stiamo parlando di artificiale e luce solare. In natura l'attività vegetale è solitamente caratterizzata da intensità primaverile ed estiva, cioè quando c'è bisogno di una grande quantità di energia solare. Cosa non si può dire della stagione autunnale, quando c'è sempre meno luce, la giornata si sta accorciando. Di conseguenza, il fogliame diventa giallo e poi cade completamente. Ma non appena splenderanno i primi raggi di sole primaverili, sorgerà l'erba verde, riprenderanno immediatamente le loro attività.clorofille e inizierà la produzione attiva di ossigeno e altri nutrienti vitali.
Le condizioni per la fotosintesi includono più della semplice luce. Anche l'umidità dovrebbe essere sufficiente. Dopotutto, la pianta assorbe prima l'umidità, quindi inizia una reazione con la partecipazione dell'energia solare. Il cibo vegetale è il risultato di questo processo.
Solo in presenza di materia verde avviene la fotosintesi. Cosa sono le clorofille, abbiamo già detto sopra. Agiscono come una sorta di conduttore tra la luce o l'energia solare e la pianta stessa, garantendo il corretto svolgimento della loro vita e attività. Le sostanze verdi hanno la capacità di assorbire molti dei raggi solari.
Anche l'ossigeno gioca un ruolo significativo. Affinché il processo di fotosintesi abbia successo, le piante ne hanno bisogno in abbondanza, poiché contiene solo lo 0,03% di acido carbonico. Quindi, da 20.000 m3 di aria, puoi ottenere 6 m3 di acido. È quest'ultima sostanza che è la principale fonte di glucosio, che, a sua volta, è una sostanza necessaria per la vita.
Ci sono due fasi della fotosintesi. La prima si chiama luce, la seconda è oscura.
Qual è il meccanismo del flusso dello stadio luminoso
Lo stadio luminoso della fotosintesi ha un altro nome: fotochimico. I partecipanti principali in questa fase sono:
- energia solare;
- varietà di pigmenti.
Con il primo componente, tutto è chiaro, è la luce del sole. MAecco cosa sono i pigmenti, non tutti lo sanno. Sono verdi, gialli, rossi o blu. Le clorofille dei gruppi "A" e "B" appartengono rispettivamente al verde, le ficobiline al giallo e al rosso/blu. L'attività fotochimica tra i partecipanti a questa fase del processo è mostrata solo dalle clorofille "A". Il resto svolge un ruolo complementare, la cui essenza è la raccolta dei quanti di luce e il loro trasporto al centro fotochimico.
Poiché la clorofilla è dotata della capacità di assorbire efficacemente l'energia solare a una certa lunghezza d'onda, sono stati identificati i seguenti sistemi fotochimici:
- Centro fotochimico 1 (sostanze verdi del gruppo "A") - il pigmento 700 è incluso nella composizione, assorbendo i raggi luminosi, la cui lunghezza è di circa 700 nm. Questo pigmento svolge un ruolo fondamentale nella creazione di prodotti dello stadio luminoso della fotosintesi.
- Centro fotochimico 2 (sostanze verdi del gruppo "B") - la composizione include il pigmento 680, che assorbe i raggi luminosi, la cui lunghezza è di 680 nm. Ha un ruolo secondario, che consiste nella funzione di reintegrare gli elettroni persi dal centro fotochimico 1. Si ottiene grazie all'idrolisi del liquido.
Per 350–400 molecole di pigmento che concentrano i flussi luminosi nei fotosistemi 1 e 2, esiste solo una molecola di pigmento, che è fotochimicamente attiva: la clorofilla del gruppo “A”.
Cosa sta succedendo?
1. L'energia luminosa assorbita dalla pianta agisce sul pigmento 700 in essa contenuto, che passa dallo stato normale allo stato eccitato. Il pigmento perdeelettrone, con conseguente formazione del cosiddetto buco elettronico. Inoltre, la molecola di pigmento che ha perso un elettrone può fungere da accettore, cioè il lato che riceve l'elettrone, e tornare alla sua forma.
2. Il processo di decomposizione liquida nel centro fotochimico del pigmento che assorbe la luce 680 del fotosistema 2. Durante la decomposizione dell'acqua si formano elettroni, che sono inizialmente accettati da una sostanza come il citocromo C550 e sono indicati dalla lettera Q. Quindi, dal citocromo, gli elettroni entrano nella catena portante e vengono trasportati al centro fotochimico 1 per ricostituire il buco dell'elettrone, risultato della penetrazione dei quanti di luce e del processo di riduzione del pigmento 700.
Ci sono casi in cui una tale molecola restituisce un elettrone identico al precedente. Ciò comporterà il rilascio di energia luminosa sotto forma di calore. Ma quasi sempre, un elettrone con una carica negativa si combina con speciali proteine ferro-zolfo e viene trasferito lungo una delle catene al pigmento 700, oppure entra in un' altra catena portante e si riunisce con un accettore permanente.
Nella prima variante, c'è un trasporto di elettroni di tipo chiuso ciclico, nella seconda - non ciclico.
Entrambi i processi sono catalizzati dalla stessa catena di portatori di elettroni nel primo stadio della fotosintesi. Ma va notato che durante la fotofosforilazione di tipo ciclico, il punto iniziale e allo stesso tempo finale del trasporto è la clorofilla, mentre il trasporto non ciclico implica il passaggio della sostanza verde del gruppo "B" aclorofilla "A".
Caratteristiche del trasporto ciclico
La fosforilazione ciclica è anche chiamata fotosintetica. Come risultato di questo processo, si formano molecole di ATP. Questo trasporto si basa sul ritorno di elettroni in uno stato eccitato al pigmento 700 attraverso diversi stadi successivi, a seguito dei quali viene rilasciata energia, che prende parte al lavoro del sistema enzimatico fosforilante allo scopo di ulteriore accumulo in fosfato di ATP obbligazioni. Cioè, l'energia non viene dissipata.
La fosforilazione ciclica è la reazione primaria della fotosintesi, che si basa sulla tecnologia di generazione di energia chimica sulle superfici delle membrane dei tilattoidi cloroplasti utilizzando l'energia della luce solare.
Senza fosforilazione fotosintetica, le reazioni di assimilazione nella fase oscura della fotosintesi sono impossibili.
Le sfumature del trasporto di tipo non ciclico
Il processo consiste nel ripristino di NADP+ e nella formazione di NADPH. Il meccanismo si basa sul trasferimento di un elettrone a ferredossina, la sua reazione di riduzione e la successiva transizione a NADP+ con ulteriore riduzione a NADPH.
Di conseguenza, gli elettroni che hanno perso il pigmento 700 vengono reintegrati grazie agli elettroni dell'acqua, che si decompone sotto i raggi luminosi nel fotosistema 2.
Il percorso non ciclico degli elettroni, il cui flusso implica anche la fotosintesi della luce, avviene attraverso l'interazione di entrambi i fotosistemi tra loro, collega le loro catene di trasporto degli elettroni. Luminosol'energia dirige il flusso di elettroni indietro. Durante il trasporto dal centro fotochimico 1 al centro 2, gli elettroni perdono parte della loro energia a causa dell'accumulo come potenziale protonico sulla superficie della membrana dei tilattoidi.
Nella fase oscura della fotosintesi, il processo di creazione di un potenziale di tipo protonico nella catena di trasporto degli elettroni e il suo sfruttamento per la formazione di ATP nei cloroplasti è quasi completamente identico allo stesso processo nei mitocondri. Ma le caratteristiche sono ancora presenti. I tilattoidi in questa situazione sono mitocondri capovolti. Questo è il motivo principale per cui elettroni e protoni si muovono attraverso la membrana nella direzione opposta rispetto al flusso di trasporto nella membrana mitocondriale. Gli elettroni vengono trasportati all'esterno, mentre i protoni si accumulano all'interno della matrice tilattica. Quest'ultimo accetta solo una carica positiva e la membrana esterna del tilactoide è negativa. Ne consegue che il percorso del gradiente di tipo protonico è opposto al suo percorso nei mitocondri.
La caratteristica successiva può essere definita un livello di pH elevato nel potenziale dei protoni.
La terza caratteristica è la presenza di due soli siti di coniugazione nella catena tilattoide e, di conseguenza, il rapporto tra la molecola di ATP e i protoni è 1:3.
Conclusione
Nella prima fase, la fotosintesi è l'interazione dell'energia luminosa (artificiale e non) con una pianta. Le sostanze verdi reagiscono ai raggi: le clorofille, la maggior parte delle quali si trovano nelle foglie.
La formazione di ATP e NADPH è il risultato di tale reazione. Questi prodotti sono essenziali per il verificarsi di reazioni oscure. Pertanto, lo stadio luminoso è un processo obbligatorio, senza il quale il secondo stadio - lo stadio oscuro - non avrà luogo.
Stadio oscuro: essenza e caratteristiche
La fotosintesi oscura e le sue reazioni sono il procedimento dell'anidride carbonica in sostanze di origine organica con produzione di carboidrati. L'attuazione di tali reazioni avviene nello stroma del cloroplasto e nei prodotti del primo stadio della fotosintesi: la luce vi partecipa attivamente.
Il meccanismo dello stadio oscuro della fotosintesi si basa sul processo di assimilazione dell'anidride carbonica (detta anche carbossilazione fotochimica, il ciclo di Calvin), che è caratterizzato dalla ciclicità. Consiste di tre fasi:
- Carbossilazione - aggiunta di CO2.
- Fase di recupero.
- Fase di rigenerazione del ribuloso difosfato.
Il ribulofosfato, uno zucchero con cinque atomi di carbonio, viene fosforilato dall'ATP, risultando in ribuloso difosfato, che viene ulteriormente carbossilato combinandosi con CO2 prodotto con sei atomi di carbonio, che istantaneamente si decompongono quando interagiscono con una molecola d'acqua, creando due particelle molecolari di acido fosfoglicerico. Quindi questo acido subisce un corso di completa riduzione nell'attuazione di una reazione enzimatica, per la quale è richiesta la presenza di ATP e NADP per formare uno zucchero con tre atomi di carbonio: uno zucchero a tre atomi di carbonio, trioso o aldeidefosfoglicerolo. Quando due di questi triosi si condensano, si ottiene una molecola di esoso, che può diventare parte integrante della molecola di amido ed essere sottoposta a debug in riserva.
Questa fase si conclude con l'assorbimento di una molecola di CO durante il processo di fotosintesi2 e l'uso di tre molecole di ATP e quattro atomi di H. L'esoso fosfato si presta alle reazioni del ciclo del pentoso fosfato, il ribuloso fosfato risultante viene rigenerato, che può ricombinarsi con un' altra molecola di acido carbonico.
Le reazioni di carbossilazione, ripristino, rigenerazione non possono essere definite specifiche esclusivamente per la cellula in cui avviene la fotosintesi. Non si può nemmeno dire che cosa sia un corso "omogeneo" dei processi, poiché la differenza esiste ancora: durante il processo di ripristino, viene utilizzato NADPH e non OVERH.
L'aggiunta di CO2 da parte del ribulsio difosfato è catalizzata dalla ribulsio difosfato carbossilasi. Il prodotto di reazione è il 3-fosfoglicerato, che viene ridotto da NADPH2 e ATP a gliceraldeide-3-fosfato. Il processo di riduzione è catalizzato dalla gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi. Quest'ultimo è facilmente convertito in diidrossiacetone fosfato. si forma il fruttosio bisfosfato. Alcune delle sue molecole prendono parte al processo di rigenerazione del ribuloso difosfato, chiudendo il ciclo, e la seconda parte viene utilizzata per creare riserve di carboidrati nelle cellule di fotosintesi, cioè avviene la fotosintesi dei carboidrati.
L'energia luminosa è necessaria per la fosforilazione e la sintesi delle sostanze organicheorigine, e l'energia di ossidazione delle sostanze organiche è necessaria per la fosforilazione ossidativa. Ecco perché la vegetazione fornisce vita ad animali e altri organismi eterotrofi.
La fotosintesi in una cellula vegetale avviene in questo modo. Il suo prodotto sono i carboidrati, necessari per creare gli scheletri di carbonio di molte sostanze dei rappresentanti del mondo della flora, che sono di origine organica.
Le sostanze di tipo azoto-organico vengono assimilate negli organismi fotosintetici per la riduzione dei nitrati inorganici e dello zolfo - per la riduzione dei solfati a gruppi sulfidrilici di amminoacidi. Fornisce la formazione di proteine, acidi nucleici, lipidi, carboidrati, cofattori, ovvero la fotosintesi. Che cos'è un "assortimento" di sostanze vitali per le piante è già stato sottolineato, ma non è stata detta una parola sui prodotti di sintesi secondaria, che sono preziose sostanze medicinali (flavonoidi, alcaloidi, terpeni, polifenoli, steroidi, acidi organici e altri). Pertanto, senza esagerare, possiamo dire che la fotosintesi è la chiave per la vita di piante, animali e persone.
