Bạn đã bao giờ tự hỏi có bao nhiêu sinh vật sống trên hành tinh ?! Và sau tất cả, tất cả họ đều cần hít vào oxy để tạo ra năng lượng và thở ra carbon dioxide. Chính khí cacbonic là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng ngột ngạt trong phòng. Nó diễn ra khi có nhiều người trong đó và phòng không được thông gió trong một thời gian dài. Ngoài ra, các cơ sở công nghiệp, ô tô cá nhân và phương tiện giao thông công cộng lấp đầy không khí với các chất độc hại.
Theo quan điểm trên, một câu hỏi hoàn toàn hợp lý được đặt ra: làm thế nào mà chúng ta không bị chết ngạt khi đó, nếu tất cả sự sống là một nguồn carbon dioxide độc hại? Vị cứu tinh của tất cả chúng sinh trong tình huống này là quang hợp. Quá trình này là gì và tại sao nó lại cần thiết?
Kết quả của nó là điều chỉnh sự cân bằng của carbon dioxide và độ bão hòa của không khí với oxy. Quá trình như vậy chỉ được biết đến với các đại diện của thế giới thực vật, tức là thực vật, vì nó chỉ xảy ra trong tế bào của chúng.
Bản thân quá trình quang hợp là một quy trình cực kỳ phức tạp, tùy thuộc vào một số điều kiện nhất định và xảy ra trong một sốcác giai đoạn.
Định nghĩa khái niệm
Theo định nghĩa khoa học, các chất hữu cơ được chuyển hóa thành các chất hữu cơ trong quá trình quang hợp ở cấp độ tế bào ở các sinh vật tự dưỡng do tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.
Nói một cách đơn giản hơn, quang hợp là quá trình xảy ra những điều sau:
- Cây được bão hòa độ ẩm. Nguồn ẩm có thể là nước từ mặt đất hoặc không khí ẩm nhiệt đới.
- Chất diệp lục (một chất đặc biệt có trong thực vật) phản ứng với năng lượng mặt trời.
- Sự hình thành thức ăn cần thiết cho các đại diện của hệ thực vật, mà chúng không thể tự lấy được theo cách dị dưỡng, nhưng chính chúng là người sản xuất ra nó. Nói cách khác, thực vật ăn những gì chúng tạo ra. Đây là kết quả của quá trình quang hợp.
Giai đoạn một
Thực tế mọi loại cây đều chứa chất xanh, nhờ đó nó có thể hấp thụ ánh sáng. Chất này không hơn gì chất diệp lục. Vị trí của nó là lục lạp. Nhưng lục lạp nằm ở phần thân và quả của nó. Nhưng quá trình quang hợp của lá đặc biệt phổ biến trong tự nhiên. Vì cấu trúc sau này khá đơn giản và có bề mặt tương đối lớn, có nghĩa là lượng năng lượng cần thiết cho quá trình giải cứu để tiến hành sẽ lớn hơn nhiều.
Khi ánh sáng được diệp lục hấp thụ, ánh sáng sẽ ở trạng thái phấn khích vàtruyền thông điệp năng lượng đến các phân tử hữu cơ khác của cây. Lượng năng lượng lớn nhất được chuyển đến những người tham gia vào quá trình quang hợp.
Giai đoạn Hai
Sự hình thành quang hợp ở giai đoạn thứ hai không cần sự tham gia bắt buộc của ánh sáng. Nó bao gồm việc hình thành các liên kết hóa học bằng cách sử dụng carbon dioxide độc được hình thành từ khối không khí và nước. Ngoài ra còn có sự tổng hợp của nhiều chất đảm bảo hoạt động sống của các đại diện của hệ thực vật. Đây là tinh bột, glucose.
Trong thực vật, các nguyên tố hữu cơ như vậy đóng vai trò là nguồn dinh dưỡng cho các bộ phận riêng lẻ của cây, đồng thời đảm bảo quá trình sống diễn ra bình thường. Những chất như vậy cũng được lấy bởi các đại diện của động vật ăn thực vật để làm thức ăn. Cơ thể con người được bão hòa với những chất này thông qua thực phẩm, được đưa vào chế độ ăn uống hàng ngày.
gì? Ở đâu? Khi nào?
Để các chất hữu cơ trở nên hữu cơ, cần tạo điều kiện thích hợp cho quá trình quang hợp. Đối với quá trình đang được xem xét, trước hết, cần có ánh sáng. Chúng ta đang nói về nhân tạo và ánh sáng mặt trời. Trong tự nhiên, hoạt động của thực vật thường được đặc trưng bởi cường độ vào mùa xuân và mùa hè, tức là khi cần một lượng lớn năng lượng mặt trời. Không thể nói gì về mùa thu, khi ngày càng ít ánh sáng, ngày càng ngắn lại. Kết quả là, các tán lá chuyển sang màu vàng, và sau đó hoàn toàn rụng. Nhưng ngay khi những tia nắng đầu xuân ló dạng, cỏ xanh mọc lên, chúng sẽ ngay lập tức hoạt động trở lại.chất diệp lục, và quá trình sản xuất tích cực oxy và các chất dinh dưỡng quan trọng khác sẽ bắt đầu.
Các điều kiện để quang hợp không chỉ là ánh sáng. Độ ẩm cũng cần đủ. Rốt cuộc, thực vật đầu tiên hấp thụ độ ẩm, và sau đó một phản ứng bắt đầu với sự tham gia của năng lượng mặt trời. Thức ăn thực vật là kết quả của quá trình này.
Chỉ khi có chất xanh thì quang hợp mới xảy ra. Chất diệp lục là gì, chúng tôi đã nói ở trên. Chúng hoạt động như một loại chất dẫn giữa ánh sáng hoặc năng lượng mặt trời và bản thân cây trồng, đảm bảo quá trình thích hợp của cuộc sống và hoạt động của chúng. Chất xanh có khả năng hấp thụ nhiều tia nắng mặt trời.
Oxy cũng đóng một vai trò quan trọng. Để quá trình quang hợp thành công, thực vật cần rất nhiều vì nó chỉ chứa 0,03% axit cacbonic. Vì vậy, từ 20.000 m3không khí, bạn có thể nhận được 6 m3axit. Chất thứ hai là nguyên liệu chính tạo ra glucose, đến lượt nó, là chất cần thiết cho sự sống.
Có hai giai đoạn quang hợp. Đầu tiên được gọi là ánh sáng, thứ hai là bóng tối.
Cơ chế của luồng ánh sáng là gì
Giai đoạn ánh sáng của quá trình quang hợp có một tên gọi khác - quang hóa. Những người tham gia chính ở giai đoạn này là:
- năng lượng mặt trời;
- sắc tố đa dạng.
Với thành phần đầu tiên, mọi thứ đều rõ ràng, đó là ánh sáng mặt trời. NHƯNGđó là bột màu gì thì không phải ai cũng biết. Chúng có màu xanh lá cây, vàng, đỏ hoặc xanh lam. Chất diệp lục của nhóm "A" và "B" thuộc về màu xanh lá cây, phycobilin tương ứng với màu vàng và đỏ / xanh lam. Hoạt động quang hóa giữa những người tham gia trong giai đoạn này của quá trình chỉ được thể hiện bởi chất diệp lục "A". Phần còn lại đóng vai trò bổ sung, bản chất của nó là tập hợp các lượng tử ánh sáng và vận chuyển chúng đến trung tâm quang hóa.
Bởi vì chất diệp lục có khả năng hấp thụ hiệu quả năng lượng mặt trời ở một bước sóng nhất định, các hệ thống quang hóa sau đây đã được xác định:
- Trung tâm quang hóa 1 (các chất màu xanh lục thuộc nhóm "A") - sắc tố 700 được bao gồm trong thành phần, hấp thụ các tia sáng, chiều dài của nó xấp xỉ 700 nm. Sắc tố này đóng một vai trò cơ bản trong việc tạo ra các sản phẩm của giai đoạn ánh sáng của quá trình quang hợp.
- Trung tâm quang hóa 2 (các chất màu lục thuộc nhóm "B") - thành phần bao gồm sắc tố 680, hấp thụ các tia sáng, chiều dài của nó là 680 nm. Anh ta có một vai trò phụ, bao gồm chức năng bổ sung các điện tử bị mất bởi trung tâm quang hóa 1. Nó đạt được do sự thủy phân của chất lỏng.
Đối với 350-400 phân tử sắc tố tập trung thông lượng ánh sáng trong hệ thống quang học 1 và 2, chỉ có một phân tử sắc tố hoạt động quang hóa - chất diệp lục thuộc nhóm “A”.
Chuyện gì đang xảy ra?
1. Năng lượng ánh sáng được cây hấp thụ ảnh hưởng đến sắc tố 700 chứa trong đó, sắc tố này chuyển từ trạng thái bình thường sang trạng thái kích thích. Mất sắc tốelectron, dẫn đến sự hình thành cái gọi là lỗ trống electron. Hơn nữa, phân tử sắc tố bị mất một điện tử có thể hoạt động như chất nhận của nó, tức là bên nhận điện tử và trở lại hình dạng của nó.
2. Quá trình phân hủy chất lỏng ở trung tâm quang hóa của sắc tố hấp thụ ánh sáng 680 của quang hệ 2. Trong quá trình phân hủy nước, các điện tử được hình thành, ban đầu được chấp nhận bởi một chất như cytochrome C550 và được ký hiệu bằng chữ Q. Sau đó., từ cytochrome, các điện tử đi vào chuỗi hạt tải điện và được vận chuyển đến trung tâm quang hóa 1 để bổ sung lỗ trống điện tử, đó là kết quả của sự xâm nhập của lượng tử ánh sáng và quá trình khử của sắc tố 700.
Có những trường hợp khi một phân tử như vậy nhận lại một electron giống hệt với electron trước đó. Điều này sẽ dẫn đến việc giải phóng năng lượng ánh sáng dưới dạng nhiệt. Nhưng hầu như luôn luôn, một điện tử mang điện tích âm kết hợp với các protein sắt-lưu huỳnh đặc biệt và được chuyển dọc theo một trong các chuỗi đến sắc tố 700, hoặc đi vào chuỗi chất mang khác và tái hợp với chất nhận vĩnh viễn.
Trong biến thể đầu tiên, có sự vận chuyển electron kiểu đóng tuần hoàn, ở biến thể thứ hai - không tuần hoàn.
Cả hai quá trình đều được xúc tác bởi cùng một chuỗi các chất mang điện tử trong giai đoạn đầu tiên của quá trình quang hợp. Nhưng cần lưu ý rằng trong quá trình photophosphoryl hóa thuộc loại chu kỳ, điểm vận chuyển đầu tiên và đồng thời là điểm cuối của quá trình vận chuyển là diệp lục, trong khi vận chuyển không theo chu kỳ ngụ ý chuyển chất màu xanh lục của nhóm "B" thànhchất diệp lục "A".
Tính năng của phương tiện di chuyển theo chu kỳ
Sự phosphoryl hóa theo chu kỳ còn được gọi là quá trình quang hợp. Kết quả của quá trình này, các phân tử ATP được hình thành. Sự vận chuyển này dựa trên sự trở lại của các điện tử ở trạng thái kích thích đối với sắc tố 700 thông qua một số giai đoạn liên tiếp, do đó năng lượng được giải phóng, tham gia vào công việc của hệ thống enzyme phosphoryl hóa nhằm mục đích tích lũy thêm trong ATP phosphate. trái phiếu. Tức là, năng lượng không bị tiêu tán.
Phosphoryl hóa theo chu kỳ là phản ứng chính của quá trình quang hợp, dựa trên công nghệ tạo ra năng lượng hóa học trên bề mặt màng của thylactoid của lục lạp bằng cách sử dụng năng lượng của ánh sáng mặt trời.
Nếu không có quá trình phosphoryl hóa quang hợp, các phản ứng đồng hóa trong pha tối của quá trình quang hợp là không thể.
Sắc thái của loại hình vận chuyển không theo chu kỳ
Quá trình này bao gồm quá trình khôi phục NADP + và hình thành NADPH. Cơ chế dựa trên việc chuyển một điện tử thành ferredoxin, phản ứng khử của nó và sự chuyển đổi tiếp theo thành NADP + với sự khử tiếp tục thành NADPH.
Kết quả là, các điện tử bị mất sắc tố 700 được bổ sung nhờ các điện tử của nước, bị phân hủy dưới các tia sáng trong hệ thống quang học 2.
Con đường không tuần hoàn của các electron, dòng chảy của nó cũng ngụ ý quá trình quang hợp ánh sáng, được thực hiện thông qua sự tương tác của cả hai hệ thống quang học với nhau, liên kết chuỗi vận chuyển electron của chúng. Sángnăng lượng hướng dòng electron trở lại. Khi vận chuyển từ trung tâm quang hóa 1 đến trung tâm 2, các điện tử mất một phần năng lượng do tích tụ dưới dạng thế năng proton trên bề mặt màng của thylactoid.
Trong pha tối của quang hợp, quá trình tạo thế năng loại proton trong chuỗi vận chuyển điện tử và quá trình khai thác nó để tạo ATP trong lục lạp gần như hoàn toàn giống với quá trình tương tự trong ti thể. Nhưng các tính năng vẫn còn hiện tại. Thylactoids trong tình huống này là các ty thể quay từ trong ra ngoài. Đây là lý do chính mà các electron và proton di chuyển qua màng theo hướng ngược lại so với dòng vận chuyển trong màng ti thể. Các điện tử được vận chuyển ra bên ngoài, trong khi các proton được tích lũy ở bên trong ma trận thylactic. Loại thứ hai chỉ nhận một điện tích dương, và màng ngoài của thylactoide là âm. Theo đó, đường đi của gradient loại proton ngược với đường đi của nó trong ti thể.
Đặc điểm tiếp theo có thể được gọi là mức pH lớn trong tiềm năng của proton.
Đặc điểm thứ ba là chỉ có hai vị trí liên hợp trong chuỗi thylactoid và kết quả là tỷ lệ phân tử ATP trên proton là 1: 3.
Kết
Trong giai đoạn đầu, quang hợp là sự tương tác của năng lượng ánh sáng (nhân tạo và không nhân tạo) với thực vật. Các chất màu xanh lá cây phản ứng với các tia - chất diệp lục, hầu hết được tìm thấy trong lá.
Sự hình thành ATP và NADPH là kết quả của một phản ứng như vậy. Các sản phẩm này rất cần thiết cho các phản ứng tối xảy ra. Do đó, giai đoạn sáng là một quá trình bắt buộc, nếu không có giai đoạn thứ hai - giai đoạn tối - sẽ không diễn ra.
Giai đoạn tối: bản chất và tính năng
Quang hợp tối và các phản ứng của nó là quá trình cacbon đioxit thành các chất có nguồn gốc hữu cơ để tạo ra cacbohydrat. Việc thực hiện các phản ứng như vậy xảy ra trong chất đệm của lục lạp và các sản phẩm của giai đoạn đầu tiên của quá trình quang hợp - ánh sáng tham gia tích cực vào chúng.
Cơ chế của giai đoạn tối của quá trình quang hợp dựa trên quá trình đồng hóa carbon dioxide (còn gọi là quá trình cacboxyl hóa quang hóa, chu trình Calvin), được đặc trưng bởi tính chu kỳ. Bao gồm ba giai đoạn:
- Carboxyl hóa - bổ sung CO2.
- Giai đoạn phục hồi.
- Giai đoạn tái tạo Ribulose diphosphat.
Ribulophosphate, một loại đường có năm nguyên tử carbon, được phosphoryl hóa bởi ATP, tạo ra ribulose diphosphate, tiếp tục được carboxyl hóa bằng cách kết hợp với sản phẩm CO2với sáu carbon, ngay lập tức phân hủy khi tương tác với một phân tử nước, tạo ra hai phân tử axit photphoglyceric. Sau đó, axit này trải qua một quá trình khử hoàn toàn trong quá trình thực hiện phản ứng enzym, trong đó cần có sự hiện diện của ATP và NADP để tạo thành đường có ba nguyên tử cacbon - đường ba cacbon, triose hoặc aldehyde.photphoglycerol. Khi hai bộ ba như vậy cô đặc lại, một phân tử hexose sẽ thu được, phân tử này có thể trở thành một phần không thể thiếu của phân tử tinh bột và được gỡ lỗi dự trữ.
Giai đoạn này kết thúc với việc hấp thụ một phân tử CO trong quá trình quang hợp2và sử dụng ba phân tử ATP và bốn nguyên tử H.. Hexose phosphate tự tạo ra các phản ứng của chu trình pentose phosphate, tạo ra ribulose phosphate được tái sinh, có thể tái kết hợp với một phân tử axit cacbonic khác.
Các phản ứng carboxyl hóa, phục hồi, tái tạo không thể được gọi là đặc trưng riêng cho tế bào mà quá trình quang hợp diễn ra. Bạn cũng không thể nói quy trình “đồng nhất” là gì, vì sự khác biệt vẫn tồn tại - trong quá trình khôi phục, NADPH được sử dụng chứ không phải HƠNH.
Việc bổ sung CO2bởi ribulose diphosphate được xúc tác bởi ribulose diphosphate carboxylase. Sản phẩm của phản ứng là 3-phosphoglycerate, được khử bởi NADPH2 và ATP thành glyceraldehyde-3-phosphate. Quá trình khử được xúc tác bởi glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. Sau đó dễ dàng chuyển đổi thành dihydroxyacetone phosphate. fructose bisphosphate được tạo thành. Một số phân tử của nó tham gia vào quá trình tái tạo ribulose diphosphate, đóng chu trình và phần thứ hai được sử dụng để tạo ra dự trữ carbohydrate trong các tế bào quang hợp, tức là quá trình quang hợp carbohydrate diễn ra.
Năng lượng ánh sáng cần thiết cho quá trình phosphoryl hóa và tổng hợp các chất hữu cơnguồn gốc và năng lượng của quá trình oxy hóa các chất hữu cơ cần thiết cho quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Đó là lý do tại sao thảm thực vật cung cấp sự sống cho động vật và các sinh vật dị dưỡng khác.
Quá trình quang hợp trong tế bào thực vật xảy ra theo cách này. Sản phẩm của nó là carbohydrate, cần thiết để tạo ra bộ xương carbon của nhiều chất thuộc các đại diện của thế giới thực vật, có nguồn gốc hữu cơ.
Các chất thuộc loại nitơ-hữu cơ được đồng hóa trong sinh vật quang hợp do sự khử nitrat vô cơ và lưu huỳnh - do sự khử sunfat thành nhóm sulfhydryl của axit amin. Cung cấp sự hình thành của protein, axit nucleic, lipid, carbohydrate, đồng yếu tố, cụ thể là quá trình quang hợp. Thế nào là một "nhóm" các chất quan trọng đối với thực vật đã được nhấn mạnh, nhưng không có từ nào được nói về các sản phẩm của quá trình tổng hợp thứ cấp, đó là các dược chất có giá trị (flavonoid, ancaloit, tecpen, polyphenol, steroid, axit hữu cơ và các chất khác). Vì vậy, không ngoa, chúng ta có thể nói rằng quang hợp là chìa khóa cho sự sống của thực vật, động vật và con người.
