Ku ndodh fotosinteza në bimë? Fotosinteza ndodh në. Faza e errët e fotosintezës

1. A është fotosinteza një proces i metabolizmit plastik apo i energjisë? Pse?

Fotosinteza i referohet proceseve të metabolizmit plastik sepse i shoqëruar nga:

● me sintezën e përbërjeve organike komplekse nga substanca më të thjeshta, përkatësisht: glukoza (C 6 H 12 O 6) sintetizohet nga substanca inorganike (H 2 O dhe CO 2);

● thithjen e energjisë së dritës.

2. Në cilat organele të një qelize bimore ndodh fotosinteza? Çfarë është një fotosistem? Çfarë funksioni kryejnë fotosistemet?

Fotosinteza ndodh në plastidet e gjelbra - kloroplastet.

Fotosistemet janë komplekse speciale të pigmentit-proteinave të vendosura në membranat e tilakoideve të kloroplastit. Ekzistojnë dy lloje të fotosistemeve - fotosistemi I dhe fotosistemi II. Secila prej tyre përfshin një antenë grumbulluese të dritës të formuar nga molekulat e pigmentit, një qendër reagimi dhe transportues elektronesh.

Antena e grumbullimit të dritës funksionon si një gyp: molekulat e pigmentit thithin dritën dhe transferojnë të gjithë energjinë e mbledhur në qendrën e reagimit, ku ndodhet molekula e kurthit e përfaqësuar nga klorofila a. Duke thithur energji, molekula e kurthit kalon në një gjendje të ngacmuar dhe i jep një nga elektronet e saj një bartësi të veçantë, d.m.th. oksidohet. Kështu, fotosistemet kryejnë funksionin e thithjes së dritës dhe shndërrimit të energjisë së dritës në energji kimike.

3. Cila është rëndësia e fotosintezës në Tokë? Pse ekzistenca e biosferës do të ishte e pamundur pa organizmat fototrofikë?

Fotosinteza është i vetmi proces në planet gjatë të cilit energjia e dritës së Diellit shndërrohet në energjinë e lidhjeve kimike të substancave organike të sintetizuara. Në këtë rast, përbërësit fillestarë për sintezën e substancave organike janë substanca inorganike të varfëra me energji - dioksidi i karbonit dhe uji.

Përbërjet organike të formuara gjatë fotosintezës transferohen si pjesë e ushqimit nga organizmat fototrofikë te barngrënësit, më pas te mishngrënësit, duke qenë burim energjie dhe material ndërtimor për sintezën e substancave të tjera, për formimin e qelizave dhe strukturave të reja. Për rrjedhojë, falë aktivitetit të fototrofeve, plotësohen nevojat ushqyese të organizmave heterotrofikë.

Përveç kësaj, fotosinteza është një burim i oksigjenit molekular i nevojshëm për frymëmarrjen e shumicës së organizmave të gjallë. Shtresa e ozonit formohet dhe mirëmbahet nga oksigjeni, duke mbrojtur organizmat e gjallë në planet nga efektet e dëmshme të rrezatimit ultravjollcë me valë të shkurtër. Falë fotosintezës, ruhet një përmbajtje relativisht konstante e CO 2 në atmosferë.

4. Karakterizoni fazat e lehta dhe të errëta të fotosintezës sipas planit:

1) vendndodhja e rrjedhjes; 2) materialet fillestare; 3) proceset e vazhdueshme; 4) produktet përfundimtare.

Cilat produkte të fazës së lehtë të fotosintezës përdoren në fazën e errët?

Faza e lehtë e fotosintezës.

1) Vendi i rrjedhjes: membranat tilakoid.

2) Substancat fillestare: H 2 O, NADP i oksiduar (NADP +), ADP, H 3 PO 4. Pigmentet fotosintetike (klorofilet, etj.) janë gjithashtu të nevojshme që të ndodhë faza e dritës, por ato nuk mund të quhen substanca fillestare të fazës së dritës.

3) Proceset që ndodhin: thithja e dritës nga fotosistemet, fotoliza e ujit, transporti i elektroneve në pjesën e jashtme të tilakoidit dhe akumulimi i protoneve brenda tilakoidit (d.m.th. shfaqja e një potenciali elektrokimik në membranën tilakoid), sinteza e ATP, reduktimi i NADP +.

4) Produktet përfundimtare: ATP, NADP e reduktuar (NADP H+H +), nënprodukt - oksigjen molekular (O 2).

Faza e errët e fotosintezës.

1) Vendi i rrjedhjes: stroma e kloroplastit.

2) Substancat fillestare: CO 2, ATP, NADP e reduktuar (NADP H+H +).

3) Proceset në vazhdim: sinteza e glukozës (reduktimi i CO 2 në substanca organike), gjatë së cilës ndodh hidroliza e ATP dhe oksidimi i NADP H+H +.

4) Produktet përfundimtare: glukozë (C 6 H 12 O 6), NADP e oksiduar (NADP +), ADP, H 3 PO 4.

Në fazën e errët të fotosintezës, përdoren produkte të fazës së lehtë si NADP H+H + (shërben si burim i atomeve të hidrogjenit për sintezën e glukozës) dhe ATP (shërben si burim energjie për sintezën e glukozës).

5. Krahasoni fotosintezën dhe frymëmarrjen aerobike. Tregoni ngjashmëritë dhe dallimet.

Ngjashmëritë:

● Procese komplekse me shumë faza që përfshijnë enzimat.

● Fotosinteza dhe faza përfundimtare (oksigjeni) e frymëmarrjes aerobike ndodhin në organelet me membranë të dyfishtë (përkatësisht kloroplastet dhe mitokondritë).

● Proceset redoks, të cilat shoqërohen me transferimin e elektroneve përgjatë zinxhirëve të transportit të elektroneve të membranave të brendshme të organeleve përkatëse, shfaqjen e diferencës potenciale në këto membrana, punën e sintetazës së ATP dhe sintezës së ATP.

Dallimet:

● Procesi i fotosintezës i referohet metabolizmit plastik sepse shoqërohet me sintezën e substancave organike nga ato inorganike dhe ndodh me thithjen e energjisë së dritës. Procesi i frymëmarrjes aerobike i referohet metabolizmit të energjisë, pasi substancat organike komplekse shpërbëhen dhe energjia që përmbahet në to çlirohet.

● Fotosinteza ndodh vetëm në qelizat e organizmave fototrofikë dhe frymëmarrja aerobike ndodh në qelizat e shumicës së organizmave të gjallë (përfshirë fototrofet).

● Materiale të ndryshme fillestare dhe produkte përfundimtare. Nëse marrim parasysh ekuacionet përmbledhëse të fotosintezës dhe frymëmarrjes aerobike, mund të shohim se produktet e fotosintezës janë në të vërtetë materialet fillestare për frymëmarrjen aerobike dhe anasjelltas.

● NAD dhe FAD shërbejnë si bartës të atomeve të hidrogjenit në procesin e frymëmarrjes dhe NADP në fotosintezë.

Dhe (ose) veçori të tjera domethënëse.

6. Një person konsumon afërsisht 430 g oksigjen në ditë. Një pemë me madhësi mesatare thith rreth 30 kg dioksid karboni në vit. Sa pemë nevojiten për të siguruar një person me oksigjen?

● Në një vit, një person konsumon: 430 g × 365 = 156,950 g oksigjen.

● Le të llogarisim sasinë kimike të dioksidit të karbonit të përthithur në vit nga një pemë:

M (CO 2) = 12 + 16 × 2 = 44 g/mol. n (CO 2) = m: M = 30,000 g: 44 g/mol ≈ 681,8 mol.

● Ekuacioni përmbledhës i fotosintezës:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Thithja e 6 moleve dioksid karboni shoqërohet me çlirimin e 6 moleve oksigjen. Kjo do të thotë se, duke thithur 681.8 mol dioksid karboni në vit, pema lëshon 681.8 mole oksigjen.

● Le të gjejmë masën e oksigjenit të lëshuar nga pema në vit:

M (O 2) = 16 × 2 = 32 g/mol. m (O 2) = n × M = 681,8 mol × 32 g/mol = 21,817,6 g

● Le të përcaktojmë se sa pemë nevojiten për të siguruar oksigjen një personi. Numri i pemëve = 156,950 g: 21,817,6 ≈ 7,2 pemë.

Përgjigje: Për t'i siguruar një person oksigjen, do të nevojiten mesatarisht 7.2 pemë (përgjigjet e pranueshme do të ishin "8 pemë" ose "7 pemë").

7. Studiuesit i ndanë bimët e grurit në dy grupe dhe i rritën në laborator në të njëjtat kushte, me përjashtim të faktit se bimët e grupit të parë ndriçoheshin me dritë të kuqe dhe bimët e grupit të dytë me dritë jeshile. Në cilin grup bimësh ka ecur më intensivisht fotosinteza? Me çfarë lidhet kjo?

Fotosinteza vazhdoi më intensivisht në bimët e ndriçuara me dritë të kuqe. Kjo për faktin se pigmentet kryesore fotosintetike - klorofilet - thithin intensivisht dritën e kuqe (si dhe pjesën blu-vjollcë të spektrit), dhe reflektojnë jeshile, e cila përcakton ngjyrën e gjelbër të këtyre pigmenteve.

8*. Çfarë eksperimenti mund të përdoret për të vërtetuar se oksigjeni i çliruar gjatë fotosintezës formohet pikërisht nga molekulat e ujit, dhe jo nga molekulat e dioksidit të karbonit apo ndonjë substancë tjetër?

Nëse uji i etiketuar me oksigjen radioaktiv përdoret për të kryer fotosintezën (molekulat përmbajnë radionuklid oksigjeni në vend të nuklidit të qëndrueshëm 16 O), atëherë etiketa radioaktive mund të zbulohet në oksigjenin molekular të çliruar. Nëse përdorni ndonjë substancë tjetër që përmban radionuklid oksigjeni për fotosintezë, atëherë O2 i çliruar nuk do të përmbajë një etiketë radioaktive. Në veçanti, oksigjeni radioaktiv që përmbahet në molekulat e dioksidit të karbonit të absorbuar do të gjendet në substancat organike të sintetizuara, por jo në përbërjen e O2.

*Detyrat e shënuara me yll kërkojnë që nxënësit të parashtrojnë hipoteza të ndryshme. Prandaj, gjatë notimit, mësuesi duhet të fokusohet jo vetëm në përgjigjen e dhënë këtu, por të marrë parasysh çdo hipotezë, duke vlerësuar mendimin biologjik të nxënësve, logjikën e arsyetimit të tyre, origjinalitetin e ideve etj. Pas kësaj, këshillohet. për të njohur nxënësit me përgjigjen e dhënë.

Fotosintezaështë sinteza e përbërjeve organike në gjethet e bimëve të gjelbra nga uji dhe dioksidi i karbonit atmosferik duke përdorur energjinë diellore (të dritës) të përthithur nga klorofili në kloroplaste.

Falë fotosintezës, energjia e dritës së dukshme kapet dhe shndërrohet në energji kimike, e cila ruhet (ruahet) në substanca organike të formuara gjatë fotosintezës.

Data e zbulimit të procesit të fotosintezës mund të konsiderohet 1771. Shkencëtari anglez J. Priestley tërhoqi vëmendjen për ndryshimet në përbërjen e ajrit për shkak të aktivitetit jetësor të kafshëve. Në prani të bimëve të gjelbra, ajri përsëri u bë i përshtatshëm si për frymëmarrje ashtu edhe për djegie. Më pas, puna e një numri shkencëtarësh (Y. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J.B. Boussingault) vërtetoi se bimët e gjelbra thithin CO 2 nga ajri, nga i cili formohet lënda organike me pjesëmarrjen e ujit në dritë. . Ishte ky proces që në 1877 shkencëtari gjerman W. Pfeffer e quajti fotosintezë. Ligji i ruajtjes së energjisë i formuluar nga R. Mayer kishte një rëndësi të madhe për zbulimin e thelbit të fotosintezës. Në 1845, R. Mayer propozoi se energjia e përdorur nga bimët është energjia e Diellit, të cilën bimët e shndërrojnë në energji kimike përmes procesit të fotosintezës. Ky pozicion u zhvillua dhe u konfirmua eksperimentalisht në hulumtimin e shkencëtarit të shquar rus K.A. Timiryazev.

Roli kryesor i organizmave fotosintetikë:

1) shndërrimi i energjisë së dritës së diellit në energjinë e lidhjeve kimike të përbërjeve organike;

2) ngopja e atmosferës me oksigjen;

Si rezultat i fotosintezës, në Tokë formohen 150 miliardë ton lëndë organike dhe rreth 200 miliardë ton oksigjen të lirë çlirohen në vit. Parandalon rritjen e përqendrimit të CO2 në atmosferë, duke parandaluar mbinxehjen e Tokës (efekti serë).

Atmosfera e krijuar nga fotosinteza mbron qeniet e gjalla nga rrezatimi i dëmshëm UV me valë të shkurtër (mburoja oksigjen-ozon e atmosferës).

Vetëm 1-2% e energjisë diellore transferohet në të korrat e bimëve bujqësore. Prandaj, ekziston një perspektivë e madhe për rritjen e produktivitetit përmes përzgjedhjes së varieteteve me efikasitet të lartë të fotosintezës dhe krijimit të një strukture të favorshme për thithjen e dritës. Në këtë drejtim, zhvillimi i bazave teorike për kontrollin e fotosintezës po bëhet veçanërisht i rëndësishëm.

Rëndësia e fotosintezës është gjigante. Le të theksojmë vetëm se ai furnizon karburantin (energjinë) dhe oksigjenin atmosferik të nevojshëm për ekzistencën e të gjitha gjallesave. Prandaj, roli i fotosintezës është planetar.

Planetariteti i fotosintezës përcaktohet edhe nga fakti se falë ciklit të oksigjenit dhe karbonit (kryesisht) ruhet përbërja aktuale e atmosferës, e cila nga ana tjetër përcakton ruajtjen e mëtejshme të jetës në Tokë. Më tej mund të themi se energjia që ruhet në produktet e fotosintezës është në thelb burimi kryesor i energjisë që ka tani njerëzimi.

Reagimi total i fotosintezës

CO 2 +H 2 O = (CH 2 O) + O 2 .

Kimia e fotosintezës përshkruhet nga ekuacionet e mëposhtme:

Fotosinteza - 2 grupe reaksionesh:

skenë e lehtë (varet nga ndriçim)

fazë e errët (varet nga temperatura).

Të dy grupet e reaksioneve ndodhin njëkohësisht

Fotosinteza ndodh në kloroplastet e bimëve të gjelbra.

Fotosinteza fillon me kapjen dhe thithjen e dritës nga pigmenti klorofil, që gjendet në kloroplastet e qelizave bimore jeshile.

Kjo rezulton të jetë e mjaftueshme për të zhvendosur spektrin e absorbimit të molekulës.

Molekula e klorofilit thith fotonet në ngjyrë vjollce dhe blu, dhe më pas në pjesën e kuqe të spektrit, dhe nuk ndërvepron me fotonet në pjesën e gjelbër dhe të verdhë të spektrit.

Kjo është arsyeja pse klorofili dhe bimët duken jeshile - ato thjesht nuk mund të përfitojnë nga rrezet e gjelbra dhe t'i lënë ato të enden nëpër botë (duke e bërë atë më të gjelbër).

Pigmentet fotosintetike janë të vendosura në anën e brendshme të membranës tilakoidale.

Pigmentet janë të organizuara në fotosistemet(fusha antenash për kapjen e dritës) - që përmban 250–400 molekula pigmentesh të ndryshme.

Fotosistemi përbëhet nga:

qendra e reagimit fotosistemet (molekula e klorofilit A),

molekulat e antenës

Të gjitha pigmentet në fotosistem janë të afta të transferojnë energjinë e gjendjes së ngacmuar tek njëri-tjetri. Energjia e fotonit e përthithur nga një ose një molekulë tjetër pigmenti transferohet në një molekulë fqinje derisa të arrijë në qendrën e reagimit. Kur sistemi i rezonancës së qendrës së reagimit kalon në një gjendje të ngacmuar, ai transferon dy elektrone të ngacmuara në molekulën pranuese dhe në këtë mënyrë oksidohet dhe fiton një ngarkesë pozitive.

Në bimë:

fotosistemi 1(përthithja maksimale e dritës në një gjatësi vale prej 700 nm - P700)

fotosistemi 2(përthithja maksimale e dritës në një gjatësi vale prej 680 nm - P680

Dallimet në optimumin e përthithjes janë për shkak të dallimeve të vogla në strukturën e pigmentit.

Të dy sistemet punojnë së bashku, si një transportues me dy pjesë të quajtur fotofosforilimi jociklik .

Ekuacioni përmbledhës për fotofosforilimi jociklik:

Ф - simbol i mbetjes së acidit fosforik

Cikli fillon me fotosistemin 2.

1) molekulat e antenës kapin fotonin dhe transmetojnë ngacmimin në molekulën qendrore aktive P680;

2) molekula e ngacmuar P680 i dhuron dy elektrone kofaktorit Q, ndërsa oksidohet dhe fiton një ngarkesë pozitive;

Kofaktori(kofaktor). Një koenzimë ose çdo substancë tjetër e nevojshme që një enzimë të kryejë funksionin e saj

Koenzimat (koenzimat)[nga lat. co (cum) - së bashku dhe enzimat], komponime organike me natyrë jo proteinike që marrin pjesë në reaksionin enzimatik si pranues të atomeve individuale ose grupeve atomike të shkëputura nga enzima nga molekula e substratit, d.m.th. për të kryer veprimin katalitik të enzimave. Këto substanca, në ndryshim nga përbërësi proteinik i enzimës (apoenzima), kanë një peshë molekulare relativisht të vogël dhe, si rregull, janë të qëndrueshme termike. Ndonjëherë koenzimat nënkuptojnë çdo substancë me molekulare të ulët, pjesëmarrja e të cilave është e nevojshme që të ndodhë veprimi katalitik i enzimës, duke përfshirë jonet, për shembull. K +, Mg 2+ dhe Mn 2+. Enzimat janë të vendosura. në qendrën aktive të enzimës dhe së bashku me substratin dhe grupet funksionale të qendrës aktive formojnë një kompleks të aktivizuar.

Shumica e enzimave kërkojnë praninë e një koenzime për të shfaqur aktivitet katalitik. Përjashtim bëjnë enzimat hidrolitike (për shembull, proteazat, lipazat, ribonukleazat), të cilat kryejnë funksionin e tyre në mungesë të një koenzime.

Molekula zvogëlohet me P680 (nën veprimin e enzimave). Në këtë rast, uji shpërbëhet në protone dhe oksigjen molekular, ato. uji është një dhurues elektroni, i cili siguron rimbushjen e elektroneve në P 680.

FOTOLIZA UJI- ndarja e një molekule uji, veçanërisht gjatë fotosintezës. Për shkak të fotolizës së ujit, prodhohet oksigjen, i cili lëshohet nga bimët e gjelbra në dritë.

Fotosinteza- procesi i sintezës së substancave organike duke përdorur energjinë e dritës. Organizmat që janë të aftë të sintetizojnë substanca organike nga komponimet inorganike quhen autotrofike. Fotosinteza është karakteristike vetëm për qelizat e organizmave autotrofikë. Organizmat heterotrofikë nuk janë në gjendje të sintetizojnë substanca organike nga komponimet inorganike.
Qelizat e bimëve jeshile dhe disa baktereve kanë struktura të veçanta dhe komplekse kimikatesh që u lejojnë atyre të kapin energji nga rrezet e diellit.

Roli i kloroplasteve në fotosintezë

Qelizat bimore përmbajnë formacione mikroskopike - kloroplaste. Këto janë organele në të cilat energjia dhe drita absorbohen dhe shndërrohen në energjinë e ATP dhe molekulave të tjera - bartës të energjisë. Grana e kloroplasteve përmban klorofil, një substancë organike komplekse. Klorofili kap energjinë e dritës për përdorim në biosintezën e glukozës dhe substancave të tjera organike. Në kloroplaste gjenden edhe enzimat e nevojshme për sintezën e glukozës.

Faza e lehtë e fotosintezës

Një sasi e dritës së kuqe e përthithur nga klorofili e transferon elektronin në një gjendje të ngacmuar. Një elektron i ngacmuar nga drita fiton një furnizim të madh energjie, si rezultat i së cilës lëviz në një nivel më të lartë energjie. Një elektron i ngacmuar nga drita mund të krahasohet me një gur të ngritur në një lartësi, i cili gjithashtu fiton energji potenciale. Ai e humb atë, duke rënë nga një lartësi. Elektroni i ngacmuar, sikur në hapa, lëviz përgjatë një zinxhiri të përbërjeve organike komplekse të ndërtuara në kloroplast. Duke lëvizur nga një hap në tjetrin, elektroni humbet energjinë, e cila përdoret për sintezën e ATP. Elektroni që harxhoi energji kthehet në klorofil. Një pjesë e re e energjisë së dritës përsëri ngacmon elektronin e klorofilit. Ai përsëri ndjek të njëjtën rrugë, duke shpenzuar energji në formimin e molekulave ATP.
Jonet e hidrogjenit dhe elektronet, të nevojshme për restaurimin e molekulave që mbartin energji, formohen nga ndarja e molekulave të ujit. Zbërthimi i molekulave të ujit në kloroplaste kryhet nga një proteinë e veçantë nën ndikimin e dritës. Ky proces quhet fotoliza e ujit.
Kështu, energjia e dritës së diellit përdoret drejtpërdrejt nga qeliza bimore për:
1. ngacmimi i elektroneve të klorofilit, energjia e të cilave shpenzohet më tej në formimin e ATP dhe molekulave të tjera bartëse të energjisë;
2. fotoliza e ujit, duke furnizuar jonet e hidrogjenit dhe elektronet në fazën e lehtë të fotosintezës.
Kjo çliron oksigjenin si një nënprodukt i reaksioneve të fotolizës. Faza gjatë së cilës, për shkak të energjisë së dritës, formohen komponime të pasura me energji - ATP dhe molekulat që mbartin energji, thirrur Faza e lehtë e fotosintezës.

Faza e errët e fotosintezës

Kloroplastet përmbajnë sheqerna me pesë karbon, njëri prej të cilëve ribuloz difosfat, është një pranues i dioksidit të karbonit. Një enzimë e veçantë lidh sheqerin me pesë karbon me dioksidin e karbonit në ajër. Në këtë rast, formohen komponime që, duke përdorur energjinë e ATP dhe molekulave të tjera bartëse të energjisë, reduktohen në një molekulë glukoze me gjashtë karbon. Kështu, energjia e dritës e konvertuar gjatë fazës së dritës në energjinë e ATP dhe molekulave të tjera bartëse të energjisë përdoret për sintezën e glukozës. Këto procese mund të ndodhin në errësirë.
Ishte e mundur të izoloheshin kloroplastet nga qelizat bimore, të cilat në një epruvetë, nën ndikimin e dritës, kryenin fotosintezën - ata formuan molekula të reja glukoze dhe thithën dioksid karboni. Nëse ndalohej ndriçimi i kloroplasteve, ndalohej edhe sinteza e glukozës. Megjithatë, nëse ATP-ja dhe molekulat e bartësve të energjisë të reduktuara u shtoheshin kloroplasteve, atëherë sinteza e glukozës rifillonte dhe mund të vazhdonte në errësirë. Kjo do të thotë se drita në të vërtetë nevojitet vetëm për të sintetizuar ATP dhe për të ngarkuar molekulat që mbartin energji. Thithja e dioksidit të karbonit dhe formimi i glukozës në bimë thirrur Faza e errët e fotosintezës sepse ajo mund të ecë në errësirë.
Ndriçimi intensiv dhe rritja e përmbajtjes së dioksidit të karbonit në ajër çojnë në rritjen e aktivitetit të fotosintezës.

Zbatuar procesi i fotosintezës në gjethet e bimëve. Fotosinteza është karakteristikë vetëm për bimët e gjelbra. Ky aspekt më i rëndësishëm i aktivitetit të gjetheve karakterizohet më plotësisht nga K. A. Timiryazev:

Mund të thuhet se jeta e gjethes shpreh vetë thelbin e jetës së bimëve. Të gjitha substancat organike, pavarësisht sa të ndryshme mund të jenë, kudo që gjenden - qoftë në një bimë, një kafshë apo një person - kalojnë nëpër gjethe, me origjinë nga substancat e prodhuara nga gjethja.

Struktura e gjetheve të bimëve

Gjethet e bimëve Ato karakterizohen nga një larmi e madhe në strukturën e tyre anatomike, e cila varet si nga lloji i bimës ashtu edhe nga kushtet e rritjes së tyre. Gjethja është e mbuluar sipër dhe poshtë me epidermë - një ind mbulues me hapje të shumta të quajtura stomata. Nën epidermën e sipërme ka një palisadë, ose parenkimë kolone, e quajtur asimilim. Nën të ka ind më të lirshëm - parenkima sfungjerore, e ndjekur nga epiderma e poshtme. E gjithë gjethja përshkohet nga një rrjet venash i përbërë nga tufa përcjellëse nëpër të cilat kalojnë uji, mineralet dhe substancat organike. Seksion kryq i një gjetheje. Indi kolone dhe sfungjer i gjethes përmban plastide jeshile - kloroplaste që përmbajnë pigmente. Prania e kloroplasteve dhe pigmenteve jeshile që ato përmbajnë (klorofilet) shpjegon ngjyrën e bimëve. Sipërfaqja e madhe e gjetheve, duke arritur në 30,000 - 50,000 sq. m për 1 hektar në bimë të ndryshme, është përshtatur mirë për thithjen e suksesshme të CO 2 nga ajri gjatë fotosintezës. Dioksidi i karbonit depërton në gjethen e bimës nëpërmjet stomatave të vendosura në epidermë, hyn në hapësirat ndërqelizore dhe, duke depërtuar përmes membranës qelizore, hyn në citoplazmë dhe më pas në kloroplaste, ku zhvillohet procesi i asimilimit. Oksigjeni i formuar në këtë proces shpërndahet nga sipërfaqja e kloroplasteve në gjendje të lirë. Kështu, përmes stomatës, ndodh shkëmbimi i gazit midis gjetheve dhe mjedisit të jashtëm - marrja e dioksidit të karbonit dhe lirimi i oksigjenit gjatë fotosintezës, çlirimi i dioksidit të karbonit dhe thithja e oksigjenit gjatë frymëmarrjes. Përveç kësaj, stomatat shërbejnë për të çliruar avujt e ujit. Përkundër faktit se sipërfaqja totale e hapjeve stomatale është vetëm 1-2% e të gjithë sipërfaqes së gjethes, megjithatë, kur stomatat janë të hapura, dioksidi i karbonit depërton në gjethe me një shpejtësi 50 herë më të lartë se thithja e tij nga alkali. . Numri i stomatave është shumë i madh - nga disa dhjetëra në 1500 për 1 katror. mm.

Kloroplastet

Kloroplastet- plastide të gjelbra në të cilat ndodh procesi i fotosintezës. Ato janë të vendosura në citoplazmë. Në bimët më të larta, kloroplastet janë në formë disku ose thjerrëzash në bimët më të ulëta.
Kloroplastet në qelizat e bimëve jeshile. Madhësia e kloroplasteve në bimët më të larta është mjaft konstante, mesatarisht 1-10 mikron. Zakonisht një qelizë përmban një numër të madh kloroplastesh, mesatarisht 20-50, dhe ndonjëherë më shumë. Ato janë të vendosura kryesisht në gjethe, dhe ka shumë prej tyre në fruta të papjekura. Në një bimë, numri i përgjithshëm i kloroplasteve është i madh; në një lis të rritur, për shembull, sipërfaqja e tyre është 2 hektarë. Kloroplasti ka një strukturë membranore. Ndahet nga citoplazma me një membranë të dyfishtë. Kloroplasti përmban lamela, pllaka protein-lipoid, të mbledhura në tufa dhe të quajtura grana. Klorofili ndodhet në lamela në formën e një shtrese monomolekulare. Midis lamelave ekziston një lëng proteinik me ujë - stroma; përmban kokrra niseshteje dhe pika vaji. Struktura e kloroplastit është përshtatur mirë me fotosintezën, pasi ndarja e aparatit që mbart klorofil në pllaka të vogla rrit ndjeshëm sipërfaqen aktive të kloroplastit, gjë që lehtëson aksesin e energjisë dhe transferimin e saj në sistemet kimike të përfshira në fotosintezë. Të dhënat nga A. A. Tabentsky tregojnë se kloroplastet ndryshojnë gjatë gjithë kohës gjatë ontogjenezës së bimëve. Në gjethet e reja, vërehet një strukturë me kokrriza të imta të kloroplasteve, në gjethet që kanë përfunduar rritjen - një strukturë me kokërr të trashë. Në gjethet e vjetra, tashmë vërehet prishja e kloroplasteve. Lënda e thatë e kloroplasteve përmban 20-45% proteina, 20-40% lipoide, 10-12% karbohidrate dhe substanca të tjera rezervë, 10% elemente minerale, 5-10% pigmente jeshile (klorofil A dhe klorofilit b), 1-2% karotenoidë, si dhe sasi të vogla ARN dhe ADN. Përmbajtja e ujit arrin 75%. Kloroplastet përmbajnë një grup të madh enzimash hidrolitike dhe redoks. Hulumtimet nga N. M. Sissakyan kanë treguar se sinteza e shumë enzimave ndodh në kloroplaste. Falë kësaj, ata marrin pjesë në të gjithë kompleksin kompleks të proceseve të jetës së bimëve.

Pigmentet, vetitë e tyre dhe kushtet e formimit

Pigmentet mund të nxirret nga gjethet e bimëve me alkool ose aceton. Ekstrakti përmban pigmentet e mëposhtme: jeshile - klorofil A dhe klorofilit b; e verdhë - karoten dhe ksantofili (karotenoidet).

Klorofili

Klorofili përfaqëson

një nga substancat më interesante në sipërfaqen e tokës

(C. Darwin), pasi falë tij është e mundur sinteza e substancave organike nga CO 2 dhe H 2 O inorganike Klorofila është e patretshme në ujë dhe ndryshon lehtësisht nën ndikimin e kripërave, acideve dhe alkaleve, kështu që ishte shumë e vështirë. për të përcaktuar përbërjen e tij kimike. Alkooli etilik ose acetoni përdoret zakonisht për nxjerrjen e klorofilit. Klorofili ka këto formula përmbledhëse: klorofil A- C 55 H 72 O 5 N 4 Mg, klorofil b- C 55 H 70 O 6 N 4 Mg. Në klorofil A 2 atome hidrogjeni dhe 1 atom më pak oksigjen se klorofili b. Formulat për klorofilin mund të përfaqësohen si më poshtë:
Formulat e klorofilit A Dhe b. Vendin qendror në molekulën e klorofilit e zë Mg; mund të zhvendoset duke trajtuar ekstraktin alkoolik të klorofilit me acid klorhidrik. Pigmenti jeshil shndërrohet në një ngjyrë kafe, të quajtur feofitinë, në të cilën Mg zëvendësohet nga dy atome H nga acidi klorhidrik. Është shumë e lehtë për të rivendosur ngjyrën e gjelbër të ekstraktit duke shtuar magnez ose një metal tjetër në molekulën e feofitinës. Prandaj, ngjyra e gjelbër e klorofilit shoqërohet me praninë e metalit në përbërjen e tij. Kur një ekstrakt alkoolik i klorofilit është i ekspozuar ndaj alkalit, grupet e alkoolit (fitol dhe alkool metil) eliminohen; në këtë rast, ngjyra e gjelbër e klorofilit ruhet, gjë që tregon se thelbi i molekulës së klorofilit ruhet gjatë këtij reaksioni. Përbërja kimike e klorofilit është e njëjtë në të gjitha bimët. Përmbajtja e klorofilit a është gjithmonë më e lartë (rreth 3 herë) se klorofili b. Sasia totale e klorofilit është e vogël dhe arrin në rreth 1% të lëndës së thatë të gjethes. Për nga natyra e tij kimike, klorofili është afër substancës ngjyrosëse në gjak - hemoglobina, vendin qendror në molekulën e së cilës e zë jo magnezi, por hekuri. Në përputhje me këtë, funksionet e tyre fiziologjike ndryshojnë gjithashtu: klorofili merr pjesë në procesin më të rëndësishëm rigjenerues në një bimë - fotosintezën, dhe hemoglobina - në procesin e frymëmarrjes së organizmave të kafshëve, duke transportuar oksigjen.

Vetitë optike të pigmenteve

Klorofili thith energjinë diellore dhe e drejton atë në reaksione kimike që nuk mund të ndodhin pa energjinë e marrë nga jashtë. Një tretësirë ​​e klorofilit në dritën e transmetuar është e gjelbër, por me rritjen e trashësisë së shtresës ose përqendrimit të klorofilit ajo bëhet e kuqe. Klorofili thith dritën jo plotësisht, por në mënyrë selektive. Kur drita e bardhë kalon nëpër një prizëm, fitohet një spektër i përbërë nga shtatë ngjyra të dukshme, të cilat gradualisht shndërrohen në njëra-tjetrën. Kur kaloni dritën e bardhë nëpër një prizëm dhe një zgjidhje klorofili, thithja më intensive në spektrin që rezulton do të jetë në rrezet e kuqe dhe blu-vjollcë. Rrezet jeshile absorbohen pak, prandaj, në një shtresë të hollë, klorofili ka një ngjyrë të gjelbër në dritën e transmetuar. Megjithatë, me rritjen e përqendrimit të klorofilit, brezat e përthithjes zgjerohen (një pjesë e konsiderueshme e rrezeve jeshile absorbohet gjithashtu) dhe vetëm një pjesë e rrezeve të kuqe ekstreme kalon pa përthithje. Spektrat e absorbimit të klorofilit A Dhe b shume afer. Në dritën e reflektuar, klorofila duket e kuqe vishnje sepse lëshon dritë të përthithur me një ndryshim në gjatësinë e valës së saj. Kjo veti e klorofilit quhet fluoreshencë.

Karoteni dhe ksantofili

Karoteni dhe ksantofili kanë breza absorbues vetëm në rrezet blu dhe vjollcë. Spektrat e tyre janë afër njëri-tjetrit.
Spektrat e absorbimit të klorofilit A Dhe b. Energjia e përthithur nga këto pigmente transferohet në klorofil A, e cila është pjesëmarrëse e drejtpërdrejtë në fotosintezë. Karoteni konsiderohet provitamina A, pasi shpërbërja e saj prodhon 2 molekula të vitaminës A. Formula e karotinës është C 40 H 56, ksantofili është C 40 H 54 (OH) 2.

Kushtet për formimin e klorofilit

Formimi i klorofilit kryhet në 2 faza: faza e parë është e errët, gjatë së cilës formohet pararendësi i klorofilit, protoklorofili, dhe e dyta është drita, gjatë së cilës klorofili formohet nga protoklorofili në dritë. Formimi i klorofilit varet si nga lloji i bimës ashtu edhe nga një sërë kushtesh të jashtme. Disa bimë, të tilla si fidanët halorë, mund të bëhen jeshile edhe pa dritë, në errësirë, por në shumicën e bimëve, klorofili formohet nga protoklorofili vetëm në dritë. Në mungesë të dritës, fitohen bimë të etioluara që kanë një kërcell të hollë, të dobët, shumë të zgjatur dhe gjethe shumë të vogla të verdha të zbehta. Nëse ekspozoni bimët e etioluara në dritë, gjethet do të bëhen shpejt të gjelbra. Kjo shpjegohet me faktin se gjethet tashmë përmbajnë protoklorofil, i cili nën ndikimin e dritës shndërrohet lehtësisht në klorofil. Temperatura ka një ndikim të madh në formimin e klorofilit; në një pranverë të ftohtë, gjethet e disa shkurreve nuk bëhen të gjelbra derisa të vendoset moti i ngrohtë: kur temperatura bie, formimi i protoklorofilit shtypet. Temperatura minimale në të cilën fillon formimi i klorofilit është 2°, maksimumi në të cilin nuk ndodh formimi i klorofilit është 40°. Përveç një temperature të caktuar, formimi i klorofilit kërkon elementë të ushqyerjes minerale, veçanërisht hekur. Në mungesë të tij, bimët përjetojnë një sëmundje të quajtur klorozë. Me sa duket, hekuri është një katalizator në sintezën e protoklorofilit, pasi nuk është pjesë e molekulës së klorofilit. Formimi i klorofilit kërkon gjithashtu nitrogjen dhe magnez, të cilët janë pjesë e molekulës së tij. Një kusht i rëndësishëm është prania në qelizat e gjetheve të plastideve të afta për gjelbërim. Në mungesë të tyre, gjethet e bimës mbeten të bardha, bima nuk është e aftë për fotosintezë dhe mund të jetojë vetëm derisa të përdorë rezervat e farës së saj. Ky fenomen quhet albinizëm. Ajo shoqërohet me një ndryshim në natyrën trashëgimore të një bime të caktuar.

Marrëdhëniet sasiore midis klorofilit dhe dioksidit të karbonit të asimilueshëm

Me përmbajtje më të lartë klorofilit Në një bimë, procesi i fotosintezës fillon me intensitet më të ulët të dritës dhe madje edhe në temperaturë më të ulët. Me një rritje të përmbajtjes së klorofilit në gjethe, fotosinteza rritet, por në një kufi të caktuar. Për rrjedhojë, nuk ka lidhje të drejtpërdrejtë midis përmbajtjes së klorofilit dhe intensitetit të përthithjes së CO 2. Sasia e CO 2 e asimiluar nga gjethja në orë, e llogaritur për njësi të klorofilit që përmbahet në gjethe, është më e lartë, aq më pak klorofil. R. Willstetter dhe A. Stohl propozuan një njësi që karakterizon marrëdhënien midis sasisë së klorofilit dhe dioksidit të karbonit të absorbuar. Ata e quajtën sasinë e dioksidit të karbonit të zbërthyer për njësi të kohës për njësi të peshës së klorofilit numri i asimilimit. Numri i asimilimit nuk është konstant: është më i lartë kur përmbajtja e klorofilit është e ulët dhe më e ulët kur përmbajtja e tij në gjethe është e lartë. Për rrjedhojë, molekula e klorofilit përdoret më produktivisht kur përmbajtja e saj në gjethe është e ulët dhe produktiviteti i klorofilit zvogëlohet me rritjen e sasisë së tij. Të dhënat futen në tabelë.

Tabela Numri i asimilimit në varësi të përmbajtjes së klorofilit (sipas R. Willstetter dhe A. Stohl)

Bimët	në 10 gjethet (mg)	Numri i asimilimit
garë e gjelbër raca e verdhë	16,2 1,2	6,9 82,0
Lilac	16,2	5,8
Fasulja e etioluar mbin pas ndezjes për: 6 orë 4 ditë

Tabela e publikuar tregon se nuk ka lidhje të drejtpërdrejtë midis përmbajtjes së klorofilit dhe sasisë së CO 2 të përthithur. Klorofili në bimë gjendet gjithmonë në tepricë dhe, padyshim, jo ​​të gjithë përfshihen në fotosintezë. Kjo shpjegohet me faktin se gjatë fotosintezës, së bashku me proceset fotokimike që kryhen me pjesëmarrjen e klorofilit, ekzistojnë procese thjesht kimike që nuk kanë nevojë për dritë. Reaksionet e errëta në bimë zhvillohen shumë më ngadalë se reaksionet e dritës. Shpejtësia e reaksionit të dritës është 0.00001 sekonda, reaksioni i errët është 0.04 sekonda. Reaksionet e errëta në procesin e fotosintezës u zbuluan për herë të parë nga F. Blackman. Ai zbuloi se reaksioni i errësirës varet nga temperatura dhe me rritjen e tij, shpejtësia e proceseve të errëta rritet. Kohëzgjatja e reaksioneve të dritës është e papërfillshme, prandaj shpejtësia e fotosintezës përcaktohet kryesisht nga kohëzgjatja e proceseve të errëta. Ndonjëherë, në kushte të favorshme për fotosintezën (klorofil dhe dritë të mjaftueshme), ajo vazhdon ngadalë. Kjo shpjegohet me faktin se produktet e formuara gjatë reaksioneve fotokimike nuk kanë kohë të përpunohen gjatë reaksioneve të errëta. Një sasi e vogël klorofili lejon që të gjitha produktet e formuara në reaksionin fotokimik të përpunohen shpejt dhe plotësisht gjatë reaksionit të errët.

Fotosintezaështë procesi i sintezës së substancave organike nga ato inorganike duke përdorur energjinë e dritës. Në shumicën dërrmuese të rasteve, fotosinteza kryhet nga bimët duke përdorur organele qelizore si p.sh kloroplastet që përmban pigment jeshil klorofilit.

Nëse bimët nuk do të ishin në gjendje të sintetizonin lëndë organike, atëherë pothuajse të gjithë organizmat e tjerë në Tokë nuk do të kishin asgjë për të ngrënë, pasi kafshët, kërpudhat dhe shumë baktere nuk mund të sintetizojnë substanca organike nga ato inorganike. Thithin vetëm të gatshmet, i ndajnë në më të thjeshta, nga të cilat përsëri mbledhin komplekse, por tashmë karakteristike për trupin e tyre.

Ky është rasti nëse flasim për fotosintezën dhe rolin e saj shumë shkurt. Për të kuptuar fotosintezën, duhet të themi më shumë: cilat substanca specifike inorganike përdoren, si ndodh sinteza?

Fotosinteza kërkon dy substanca inorganike - dioksid karboni (CO 2) dhe ujë (H 2 O). E para absorbohet nga ajri nga pjesët mbitokësore të bimëve kryesisht përmes stomatave. Uji vjen nga toka, prej nga i dërgohet qelizave fotosintetike nga sistemi përcjellës i bimës. Gjithashtu, fotosinteza kërkon energjinë e fotoneve (hν), por ato nuk mund t'i atribuohen materies.

Në total, fotosinteza prodhon lëndë organike dhe oksigjen (O2). Në mënyrë tipike, lënda organike më shpesh nënkupton glukozë (C 6 H 12 O 6).

Komponimet organike përbëhen kryesisht nga atomet e karbonit, hidrogjenit dhe oksigjenit. Ato gjenden në dioksid karboni dhe ujë. Megjithatë, gjatë fotosintezës, oksigjeni lirohet. Atomet e tij merren nga uji.

Shkurtimisht dhe përgjithësisht, ekuacioni për reagimin e fotosintezës zakonisht shkruhet si më poshtë:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Por ky ekuacion nuk pasqyron thelbin e fotosintezës dhe nuk e bën atë të kuptueshëm. Shikoni, megjithëse ekuacioni është i balancuar, në të numri i përgjithshëm i atomeve në oksigjenin e lirë është 12. Por ne thamë se ato vijnë nga uji dhe janë vetëm 6 prej tyre.

Në fakt, fotosinteza ndodh në dy faza. I pari quhet dritë, e dyta - errët. Emra të tillë janë për faktin se drita nevojitet vetëm për fazën e dritës, faza e errët është e pavarur nga prania e saj, por kjo nuk do të thotë se ajo ndodh në errësirë. Faza e dritës ndodh në membranat e tilakoideve të kloroplastit dhe faza e errët ndodh në stromën e kloroplastit.

Gjatë fazës së dritës, lidhja e CO 2 nuk ndodh. Gjithçka që ndodh është kapja e energjisë diellore nga komplekset e klorofilit, ruajtja e saj në ATP dhe përdorimi i energjisë për të reduktuar NADP në NADP*H2. Rrjedha e energjisë nga klorofila e ngacmuar nga drita sigurohet nga elektronet e transmetuara përgjatë zinxhirit të transportit të elektroneve të enzimave të ndërtuara në membranat tilakoid.

Hidrogjeni për NADP vjen nga uji, i cili zbërthehet nga rrezet e diellit në atome oksigjeni, protone hidrogjeni dhe elektrone. Ky proces quhet fotolizë. Oksigjeni nga uji nuk është i nevojshëm për fotosintezën. Atomet e oksigjenit nga dy molekula uji kombinohen për të formuar oksigjen molekular. Ekuacioni i reagimit për fazën e lehtë të fotosintezës duket shkurtimisht kështu:

H 2 O + (ADP+P) + NADP → ATP + NADP*H 2 + ½O 2

Kështu, çlirimi i oksigjenit ndodh gjatë fazës së lehtë të fotosintezës. Numri i molekulave ATP të sintetizuara nga ADP dhe acidi fosforik për fotolizë të një molekule uji mund të jetë i ndryshëm: një ose dy.

Pra, ATP dhe NADP*H 2 vijnë nga faza e dritës në fazën e errët. Këtu, energjia e të parit dhe fuqia reduktuese e të dytës harxhohen në lidhjen e dioksidit të karbonit. Kjo fazë e fotosintezës nuk mund të shpjegohet thjesht dhe në mënyrë koncize sepse nuk vazhdon në atë mënyrë që gjashtë molekula CO 2 të kombinohen me hidrogjenin e çliruar nga molekulat NADP * H 2 për të formuar glukozë:

6CO 2 + 6NADP*H 2 →C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reaksioni ndodh me shpenzimin e energjisë ATP, e cila zbërthehet në ADP dhe acid fosforik).

Reagimi i dhënë është thjesht një thjeshtim për ta bërë më të lehtë për t'u kuptuar. Në fakt, molekulat e dioksidit të karbonit lidhen një nga një, duke u bashkuar me substancën organike tashmë të përgatitur me pesë karbon. Formohet një substancë organike e paqëndrueshme me gjashtë karbon, e cila zbërthehet në molekula karbohidrate me tre karbon. Disa nga këto molekula përdoren për të risintetizuar substancën origjinale me pesë karbon për të lidhur CO 2 . Kjo risintezë sigurohet Cikli i kalvinit. Një pakicë e molekulave të karbohidrateve që përmbajnë tre atome karboni dalin nga cikli. Të gjitha substancat e tjera organike (karbohidratet, yndyrat, proteinat) sintetizohen prej tyre dhe substancave të tjera.

Kjo është, në fakt, sheqernat me tre karbon, jo glukoza, dalin nga faza e errët e fotosintezës.