We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Profesörüm, tilakoidde ışık reaksiyonlarının ve karanlık reaksiyonların meydana geldiğini söyledi. "Her iki reaksiyon da kloroplastta gerçekleşir" cevabını seçmedi.
Tilakoid, kloroplastın bir parçası değil mi?
Işığa bağlı reaksiyonlar, thylakoid membrana gömülü enzimlerle bir elektron taşıma zincirini içerir. Stromada NADPH ve ATP üretilir ve thylakoid lümeninde su oksitlenir.
Işıktan bağımsız reaksiyonların "tilakoidde" meydana geldiğini söylemenin doğru olup olmadığından emin değilim, çünkü bitkilerde bunlar gerçekten stromada herhangi bir yerde (mutlaka thylakoidde "olmaz" ve kesinlikle onun içinde değil) meydana gelebilirler. Işıktan bağımsız reaksiyonlarda yer alan enzimlerin, substratların verimli kullanımı için thylakoid zarın stromal tarafında bir şekilde lokalize olması mümkündür, ancak durumun gerçekten böyle olup olmadığı hakkında hiçbir fikrim yok ve herhangi birini gözden geçirecek zamanım yok. Edebiyat.
Bitkilerde bu işlemlerin tümü kloroplastta gerçekleşir. Ancak fotosentetik bakterilerin kloroplastları yoktur, bu nedenle kategorik olarak fotosentetik reaksiyonların sadece kloroplastlar içinde gerçekleştiğini söyleyemezsiniz. Siyanobakteriler, ışığa bağlı reaksiyonların meydana geldiği tilakoidlere sahiptir.
Işık reaksiyonları, klorofil pigmentlerini içerdiğinden ve ışık fotosentez hızı için sınırlayıcı faktör olduğundan, yeşil plastid içindeki granülde meydana gelen bir reaksiyon grubudur.
Işık reaksiyonlarının adımları
Kloroplastın içindeki grana klorofiline ışık düşer, klorofil atomlarındaki bazı elektronlar enerji kazanır, bu uyarılmış elektronlar düşük enerjili seviyelerinden yüksek enerjili seviyelere kaydırılır.
Kinetik ışık enerjisi, klorofilde potansiyel bir kimyasal enerji olarak depolanır, bu nedenle klorofil moleküllerinin uyarılmış durumda veya aktif durumda olduğu söylenir.
Depolanan potansiyel kimyasal enerji serbest bırakıldığında, elektronlar bir kez daha düşük enerji seviyelerine düşer ve klorofil, ışığın başka bir etkisinin bir kez daha uyarılması için hazır duruma geri döner.
Fotosentez
Klorofilden salınan enerjinin bir kısmı, su molekülünü hidrojen ve oksijene bölmek için kullanılır; burada: hidrojen, kloroplastta (NADP) bulunan bir ko-enzim ile birleşerek NADPH'yi verir.2 bu şekilde hidrojen kaçmaz veya tekrar oksijenle birleşmez, Oksijen ikincil ürün olarak açığa çıkar.
Uyarılmış klorofilden gelen enerjinin diğer kısmı, ADP molekülünde (hücredeki enerji para birimi) ADP molekülü (kloroplastta bulunan) ile işaretli yüksek enerjili bir bağ vasıtasıyla bir fosfat grubu (P) kombinasyonu ile depolanır. dalgalı bir çizgiyle ( ∼ ) bu işleme fotosentetik fosforilasyon denir .
ADP + P → ATP
Adenozin − P ∼P + P → Adenozin − P∼P ∼ P
ADP: Adenozin DiFosfat.
ATP: Enerjiyi karanlık reaksiyonlara taşıyan Adenozin Trifosfat.
NADP: Hidrojen reseptörü olarak görev yapan Nikotinamid Adenin Dinükleotid Fosfat.
Karanlık reaksiyonlar
Karanlık reaksiyonlar (Enzimatik reaksiyonlar), sıcaklığın fotosentez hızı için sınırlayıcı faktör olduğu kloroplast stromasında meydana gelen bir reaksiyon grubudur, bu nedenle bu reaksiyonlar hem aydınlıkta hem de karanlıkta meydana gelebilir.
Bu reaksiyonlarda, NADPH üzerinde taşınan hidrojen2 CO'yu düzeltmek için kullanılır2 ATP moleküllerinde depolanan enerji yardımıyla gazı karbonhidratlara indirgeyerek gaz haline getirir.
Malvin Calvin ve California üniversitesindeki arkadaşları, yeni keşfedilen radyoaktif karbon 14 C izotopunu kullanarak, karanlık reaksiyonların doğasını 1949'da ortaya çıkardılar.
Malvin Calvin deneyi
- Cihaza Chlorella yosunu yerleştirdiler.
- Alga CO sağladılar2 radyoaktif karbon içeren gaz 14 C .
- Aparat, fotosentez işleminin gerçekleşmesini sağlamak için çok kısa bir lamba ışığına maruz bırakıldı.
- Chlorella daha sonra protoplazmayı biyokimyasal reaksiyonlarını durdurarak öldürmek için sıcak alkol içeren bir behere daldırıldı.
- Fotosentez ürünlerini özel yöntemlerle ayırmayı başardılar ve bu bileşiklerdeki radyoaktif karbonu test ettiler.
PGAL, fosfogliseraldehit olan 3 karbonlu bir bileşik oluşturuldu, Bu:
- Fotosentezden üretilen ilk kararlı bileşik.
- Glikoz, nişasta, protein ve yağ yapımında kullanılır.
- Yüksek enerjili bir bileşik olarak hücresel solunumda kullanılır.
Calvin ayrıca, heksoz şekerin (glikoz) sentezinin tek adımda değil, belirli spesifik enzimler tarafından katalize edilen birkaç ara reaksiyon yoluyla tamamlandığını belirtti.
İçerik: Hafif Reaksiyon ve Karanlık Reaksiyon
Karşılaştırma Tablosu
|Özellikler||Işık reaksiyonu||Karanlık reaksiyon|
|Anlam||Su molekülünün oksidasyonu ile güneş ışığından gelen ışık enerjisinin hücresel enerjiye (ATP ve NADPH) dönüştürülmesini içerir.||Karbondioksitin indirgenmesiyle hücresel enerjinin (ATP ve NADPH) kimyasal enerjiye veya şekerlere dönüştürülmesini içerir.|
|alternatif isimler||Işığa bağımlı veya Hill'in tepkisi||Işıktan bağımsız veya Blackman'in tepkisi|
|fotosentez aşaması||Fotosentezin ilk aşamasıdır ve “Fotokimyasal aşama” olarak da adlandırılır.||Fotosentezin ikinci aşamasıdır ve “Biyosentetik aşama” olarak da adlandırılır.|
|Işık gereksinimi||Işık kaynağının varlığını kuvvetle gerektirir||Işık kaynağının yokluğunda oluşur|
|Olay yeri||Kloroplastın tilakoid zarında meydana gelir||Kloroplastın stromasında gerçekleşir|
|fonksiyonel rol||Suyu bölerek oksijeni serbest bırakır.||Şeker üretmek için karbondioksiti sabitler|
|fotoliz||Fotosistem-II'de meydana gelir||oluşmaz|
|Mamul||Nihai ürünü, ATP ve NADPH salınımı ile oksijendir.||Nihai ürünü, ADP ve NADP salınımına sahip şekerdir.|
|klorofil katılımı||Işık enerjisini emmek için fotosentetik pigment veya klorofilin varlığını içerir.||Böyle bir pigmentten yoksundur.|
Işık Reaksiyonunun Tanımı
Bir bitkinin hücresel enerji elde ettiği, yani fotosentezin ilk aşamasıdır. ATP ve ışık enerjisinden, yani güneş ışığından NADPH. NS fotokimyasal evre veya hafif reaksiyon, tek su molekülünün yarı oksijen molekülüne oksidasyonunu içeren bir aşamadır.
Bu nedenle, bölme iki su moleküllerin salınmasına neden olur bir oksijen molekül. Su salınımlarının oksidasyonu ATP ve NADPH bu da bitki hücrelerine kendileri için yiyecek hazırlamaları için hücresel enerji sağlar.
Gündüz veya güneş ışığı varlığında oluşur. Işık enerjisinin yeniden yapılandırılması için bir ışık reaksiyonu, PS-I ve PS-II olmak üzere iki fotosistem içerir.
PS-I, 700 nm'lik bir ışık dalga boyundan yararlanırken, PS-II, 680 nm'lik bir ışık dalga boyundan yararlanır. Işık reaksiyonunun yeri, tilakoid zar fotosentetik aparatın (Kloroplast). Genellikle aşağıdaki adımları içerir:
- Güneş ışığından gelen ışık enerjisinin emilmesi.
- Bir su molekülünün hidrolizi
- Atmosfere oksijen salınımı
- Hücresel enerjinin oluşumu, yani ATP ve NADPH
Karanlık Reaksiyonun Tanımı
Bir bitkinin, şekerleri sentezleyerek kimyasal enerji üretmek için ışık reaksiyonundan salınan hücresel enerjiyi (ATP ve NADPH) kullandığı fotosentezin ikinci aşamasıdır.
Biyosentetik faz, bir azalmayı içerir. altı CO2moleküller ve on iki H2NADPH'den moleküller tek glikoz (C6H12Ö6) molekül.
ADP ve NADP ATP ve NADPH hidrolizi ile salınır. Güneş ışığının yokluğunda oluşur. Işıktan bağımsız reaksiyonun bir yeri sulu ortamın içindedir. stroma fotosentetik aparatın (Kloroplast). Genellikle aşağıdaki adımları içerir:
- Işık reaksiyonundan gelen kimyasal enerjinin kullanımı.
- Karbondioksitin sabitlenmesi
- Glikoz oluşumu
- ADP ve NADP'nin piyasaya sürülmesi
İçindekiler: Fotosentezde Işık Reaksiyonları ve Karanlık Reaksiyonlar Arasındaki Fark
Karşılaştırma Tablosu
|Ayrım Temeli||Fotosentezde Işık Reaksiyonu||Fotosentezde Karanlık Reaksiyon|
|Konum||Her zaman kloroplastların granasında gerçekleşir||Daima kloroplastların stromasında yer alır.|
|İşlem||Fotosentezin bir sonraki aşaması için gerekli olan iki molekülü yapmak için ışık enerjisini kullanın: enerji depolama molekülü ATP ve indirgenmiş elektron taşıyıcı NADPH.||Bu organik enerji molekülleri ATP ve NADPH'den yararlanın ve bu yanıt döngüsüne Calvin Benison Döngüsü de denir.|
|Gereklilik||Fotosistem 1 ve fotosistem 2 gibi işlemleri gerektirir.||Herhangi bir ışık gerektirmezler, fotosistem gereksinimi yoktur.|
|Ürün||Suyun fotolizi meydana gelir ve dolayısıyla oksijen salınır.||Fotoliz işlemi gerçekleşmez ve karbondioksit emilir.|
Fotosentezde Işık Reaksiyonu Nedir?
Işığa bağımlı reaksiyonlar, fotosentezin bir sonraki aşaması için gerekli olan iki molekülü yapmak için ışık enerjisini kullanır: enerji depolama molekülü ATP ve indirgenmiş elektron taşıyıcı NADPH. Bitkilerde ışık reaksiyonları kloroplast adı verilen organellerin tilakoid zarlarında gerçekleşir. Fotosentezde ışığa bağlı reaksiyonlar tilakoid zarlarda gerçekleşir. Tilakoid zarın iç kısmına lümen, tilakoid zarın dışına ise ışıktan bağımsız reaksiyonların gerçekleştiği stroma adı verilir. Tilakoid zar, ışık tepkilerini katalize eden bazı integral zar protein komplekslerini içerir. Tilakoid zarında dört ana protein kompleksi vardır: Fotosistem II (PSII), Sitokrom b6f kompleksi, Fotosistem I (PSI) ve ATP sentaz. Bu dört bileşik, sonuçta ATP ve NADPH ürünlerini oluşturmak için birlikte çalışır. İki fotosistem, ışık enerjisini pigmentler, özellikle de yaprakların yeşil renginden sorumlu olan klorofiller aracılığıyla emer. Işığa bağımlı reaksiyonlar fotosistem II'de başlar. PSII'nin reaksiyon merkezindeki bir klorofil molekülü bir fotonu emdiğinde, bu moleküldeki bir elektron daha yüksek bir enerji seviyesine ulaşır. Bir atomun bu durumu çok kararsız olduğu için elektron, bir elektron taşıma zinciri (ETC) adı verilen bir redoks reaksiyonları zinciri oluşturarak bir molekülden diğerine aktarılır. Elektron akışı, PSII'den sitokrom b6f'ye ve PSI'ye gider. PSI'da elektron, enerjiyi başka bir fotondan alır. Son elektron alıcısı NADP'dir. Oksijenli fotosentezde, ilk elektron verici sudur ve atık ürün olarak oksijeni oluşturur. Oksijenik fotosentezde çeşitli elektron donörleri kullanılır. Diğer reaksiyonlardan daha fazla zaman alırlar ve bu nedenle sadece gündüz meydana gelirler.
Fotosentezde Karanlık Reaksiyon Nedir?
Karanlık reaksiyonlar bu organik enerji moleküllerini (ATP ve NADPH) kullanır. Bu yanıt döngüsüne Calvin Benison Döngüsü de denir ve stromada gerçekleşir. ATP enerji sağlarken NADPH, CO2'yi (karbondioksit) karbonhidratlara sabitlemek için gereken elektronları sağlar. Fotosentez, işleri başlatmak için güneş ışığından gelen enerjiyi kullanmaya başlar, ancak şeker üretimini tamamlamak için güneş ışığına ihtiyaç duymayan karanlık reaksiyonlarla sona erer. Calvin döngüsünde, ışık reaksiyonlarından ATP ve NADPH şeker üretmek için kullanılır. Bitkilerde fotosentez kloroplastlarda gerçekleşir. Fotosentez, ışığa bağlı reaksiyonları ve doğrudan ışık tarafından enerji verilmeyen reaksiyonları içerir. Fotosentetik ışık reaksiyonlarında ışığın enerjisi, ATP'nin “yüksek enerji” fosfoanhidrit bağları olarak ve NADPH'ın gücünü azaltıcı olarak korunur. Fotosentetik ışık reaksiyonundan sorumlu proteinler ve pigmentler, thylakoid (grana disk) zarlarıyla birleşir. Işık reaksiyon yolları burada sunulmayacaktır. Daha önce fotosentetik "karanlık reaksiyonlar" yolunu belirleyen Calvin Döngüsü, şimdi karbon reaksiyonları yolu olarak adlandırılıyor. Bu yolda, bölünmenin serbest enerjisi
ATP'nin P bağları ve NADPH'nin gücünü azaltmak, CO2'yi karbonhidrat oluşturmak üzere sabitlemek ve azaltmak için kullanılır. Calvin Döngüsünün enzimleri ve ara ürünleri, mitokondriyal matrise biraz benzer bir bölme olan kloroplast stromasındadır. Bu reaksiyonlar sadece gece meydana gelir ve bu nedenle adını alır.
Fotosentez
Fotosentez, soluduğumuz oksijeni ve yediğimiz yiyecekleri sağlayarak, Dünya gezegenindeki neredeyse tüm yaşamı sürdürür ve küresel besin zincirlerinin temelini oluşturur ve fosilleşmiş fotosentetik yakıtlar aracılığıyla insanlığın mevcut enerji ihtiyacının çoğunu karşılar. Bitkilerde fotosentez süreci, kloroplastın ayrı kısımları tarafından gerçekleştirilen iki reaksiyona dayanır. Işık reaksiyonları kloroplast tilakoid zarında meydana gelir ve suyun oksijene, protonlara ve elektronlara bölünmesini içerir. Protonlar ve elektronlar daha sonra enerji depolama molekülleri adenozin trifosfat (ATP) ve nikotinomid-adenin dinükleotit fosfat (NADPH) oluşturmak için tilakoid zardan aktarılır. ATP ve NADPH daha sonra CO2'yi dönüştüren Calvin-Benson döngüsünün (karanlık reaksiyonlar) enzimleri tarafından kullanılır.2 kloroplast stromasında karbonhidrata dönüşür. Güneş enerjisinin yakalanması, enerji, elektron ve proton transferinin temel prensipleri ve karbon fiksasyonunun biyokimyasal temeli açıklanmış ve önemi tartışılmıştır.
Anahtar Kelimeler: membran fotosentezi thylakoid.
Rakamlar
Şekil 1. Küresel karbon döngüsü
Şekil 1. Küresel karbon döngüsü
Solunum, fotosentez ve küresel CO arasındaki ilişki 2…
Şekil 2. Fotosentetik makinelerin konumu
Şekil 2. Fotosentetik makinelerin konumu
( A ) Model bitki Arabidopsis thaliana…
Şekil 3. Şirket içindeki iş bölümü…
Şekil 3. Kloroplast içindeki iş bölümü
Fotosentezin ışık tepkimeleri gerçekleşir...
Şekil 4. Fotosentetik elektron ve proton…
Şekil 4. Fotosentetik elektron ve proton transfer zinciri
Doğrusal elektron transfer yolu…
Şekil 5. Fotosentetik elektron transferinin Z şeması
Şekil 5. Fotosentetik elektron transferinin Z şeması
Doğrusal elektron transferinin ana bileşenleri…
Şekil 6. Bitkilerdeki başlıca fotosentetik pigmentler
Şekil 6. Bitkilerdeki başlıca fotosentetik pigmentler
Klorofil ve karotenoidin kimyasal yapıları…
Şekil 7. Temel absorpsiyon spektrumları…
Şekil 7. Bitkilerde bulunan başlıca klorofil ve karotenoid pigmentlerin temel absorpsiyon spektrumları
Şekil 8. Klorofilin Jablonski diyagramı…
Şekil 8. S'nin olası kaderini gösteren klorofilin Jablonski diyagramı 1 ve…
Şekil 9. Uyarma enerjisinin temel mekanizması…
Şekil 9. Klorofil molekülleri arasındaki uyarma enerjisi transferinin temel mekanizması
İki klorofil molekülü…
Şekil 10. Bir fotosistemin temel yapısı
Şekil 10. Bir fotosistemin temel yapısı
Işık enerjisi anten pigmentleri tarafından yakalanır…
Şekil 11. PSII-LHCII'nin temel yapısı…
Şekil 11. Ispanaktan elde edilen PSII-LHCII süper kompleksinin temel yapısı
PSII organizasyonu ve…
Şekil 12. Su oksidasyonunun S-durumu döngüsü…
Şekil 12. Manganez kümesi tarafından su oksidasyonunun S-durumu döngüsü (daireler olarak gösterilmiştir…
Şekil 13. PSI-LHCI'nin temel yapısı…
Şekil 13. Bezelyeden elde edilen PSI-LHCI süper kompleksinin temel yapısı
PSI organizasyonu ve…
Şekil 14. Sitokrom B 6 F karmaşık
Şekil 14. Sitokrom B 6 F karmaşık
( A ) PDB kodu 1Q90'dan alınan yapı. (…
Şekil 15. Tilakoid membranda yanal heterojenlik…
Şekil 15. Tilakoid membran organizasyonunda yanal heterojenlik
( A ) Elektron mikrografı…
Şekil 16. Calvin-Benson döngüsü
Şekil 16. Calvin-Benson döngüsü
CO fiksasyonu için biyokimyasal yola genel bakış…
( A ) Rubisco enziminin yapısı (büyük alt birimler…
Şekil 18. Bir C diyagramı 4…
Şekil 18. Bir C diyagramı 4 Kranz anatomisini gösteren bitki yaprağı
Şekil 19. C 4 yol (NADP…
Şekil 19. C 4 CO2 fiksasyonu için yol (NADP + –malik enzim tipi)…
Genel bakış
Fotosentez iki reaksiyon grubuna ayrılır: ışığa bağımlı (ışık) reaksiyonlar ve ışıktan bağımsız (karanlık) reaksiyonlar. Adlarından da anlaşılacağı gibi, ilk küme doğrudan ışığa bağlıdır, ikinci küme ise değildir. Bununla birlikte, bitkiler ışık reaksiyonlarının ürünlerine bağlı oldukları için çok uzun süre ışıktan mahrum kalırlarsa, karanlık reaksiyonlar bile duracaktır.
Işıktaki enerjiyi kimyasal enerjiye dönüştüren ışık reaksiyonları, kloroplastların tilakoid zarlarında gerçekleşirken, bu kimyasal enerjiyi CO2'yi sabitlemek için kullanan karanlık reaksiyonlar. 2 içine organik moleküller, kloroplastın stromasında yer alır. Işık reaksiyonlarında, ışığın enerjisi suyu ayırmak, ondan bir çift elektronu sıyırmak (ve iki hidrojenin kaybolmasına neden olmak) ve böylece moleküler oksijen üretmek için kullanılır. Işıktaki enerji bu elektronlara aktarılır ve daha sonra adenozin trifosfat üretmek için kullanılır ( ATP ) ve elektron taşıyıcı NADPH. Bu iki ürün, ışık reaksiyonlarında üretilen enerjiyi ve elektronları, karanlık reaksiyonlar tarafından CO2'den şekerleri sentezlemek için kullanıldığı stromaya taşır. 2 .
Fotosentez Işık Reaksiyonları
Fotosentez sırasında ışığın tüm dalga boyları emilmez. Çoğu bitkinin rengi olan yeşil, aslında yansıtılan renktir. Emilen ışık, suyu hidrojen ve oksijene ayırır:
H2O + ışık enerjisi → ½ O2 + 2H+ + 2 elektron
- Fotosistem I'den gelen heyecanlı elektronlar, oksitlenmiş P700'ü azaltmak için bir elektron taşıma zinciri kullanabilirim. Bu, ATP üretebilen bir proton gradyanı oluşturur. Döngüsel fosforilasyon adı verilen bu döngüsel elektron akışının sonucu, ATP ve P700'ün üretilmesidir.
- Fotosistem I'den gelen heyecanlı elektronlar, karbonhidratları sentezlemek için kullanılan NADPH'yi üretmek için farklı bir elektron taşıma zincirinden aşağı akabilir. Bu, P700'ün Fotosistem II'den uyarılan bir elektron tarafından indirgendiği döngüsel olmayan bir yoldur.
- Fotosistem II'den uyarılmış bir elektron, uyarılmış P680'den oksitlenmiş P700 formuna bir elektron taşıma zincirinden aşağı akar ve stroma ve ATP üreten tilakoidler arasında bir proton gradyanı oluşturur. Bu reaksiyonun net sonucuna siklik olmayan fotofosforilasyon denir.
- Su, indirgenmiş P680'i yeniden oluşturmak için gereken elektrona katkıda bulunur. Her NADP+ molekülünün NADPH'ye indirgenmesi iki elektron kullanır ve dört foton gerektirir. İki ATP molekülü oluşur.
Hafif Bağımsız Reaksiyonlar
Kredi: Mike Jones [CC-BY-SA 3.0] Işıktan bağımsız reaksiyonlar aynı zamanda karanlık reaksiyonlar veya Calvin Döngüsü ve gaz halindeki CO2'yi sabitlemek için ışığa bağımlı reaksiyonlardan ATP ve NADPH'yi kullanın2 karbonhidrat omurgalarına dönüştürülür. Fotosentez genellikle 6CO'ya basitleştirilir2 + 6H2O + hafif &ndash> C6H12Ö6 + 6O2 . Bununla birlikte, gerçek ürün, glikoz gibi daha uzun karbonhidratlar üretmek için kullanılabilen 3-fosfogliserattır. başlangıç noktası karbon fiksasyonu karbonhidrat Ribuloz 1,5-bifosfattır. Ribuloz Bisfosfat Karboksilaz enzimi ( RuBisCO ) bir CO yakalar2 işlemine girebilen 2 molekül 3-fosfogliserat üretmek için Ribuloz 1,5-bifosfat üzerine molekül glukoneogenez glikoz üretmek için. Işık reaksiyonlarından gelen ATP, daha sonra 3-fosfogliseratın, NADPH tarafından gliseraldehit-3-fosfata (G3P) indirgenebilen 1,3 bifosfogliserata dönüşümünü kolaylaştırabilir. G3P daha sonra Ribuloz 1,5-bifosfatı yeniden oluşturmak için kullanılabilir.
1: RuBisCO ile karbon fiksasyonu 2: NADPH ile indirgeme 3: Ribuloz, 5-bifosfat rejenerasyonu
41 Fotosenteze Genel Bakış
Bu bölümün sonunda aşağıdakileri yapabileceksiniz:
- Fotosentezin diğer canlılar için önemini açıklar
- Fotosentezde yer alan temel yapıları açıklayınız
- Fotosentezin substratlarını ve ürünlerini tanımlayın
Fotosentez, hem bitkiler hem de hayvanlar ona bağlı olan dünyadaki tüm yaşam için gereklidir. Güneş ışığından kaynaklanan enerjiyi yakalayabilen ve onu her organizmanın metabolizmasını güçlendirmek için kullandığı kimyasal bileşiklere (karbonhidratlar) dönüştürebilen tek biyolojik süreçtir. Aynı zamanda birçok canlı organizma için gerekli olan bir oksijen kaynağıdır. Özetle, güneş ışığının enerjisi elektronları harekete geçirmek için “yakalanır” ve bu enerji daha sonra şeker moleküllerinin kovalent bağlarında depolanır. Bu kovalent bağlar ne kadar uzun ömürlü ve kararlı? Bugün kömür ve petrol ürünlerinin yakılmasıyla elde edilen enerji, 350 ila 200 milyon yıl önce Karbonifer Dönemi'nde fotosentez tarafından yakalanan ve depolanan güneş ışığı enerjisini temsil ediyor.
Bitkiler, algler ve siyanobakteri adı verilen bir grup bakteri, fotosentez yapabilen tek organizmalardır ((Şekil)). Kendi yiyeceklerini üretmek için ışık kullandıkları için fotoototroflar (kelimenin tam anlamıyla, "ışık kullanarak kendi kendine beslenenler") olarak adlandırılırlar. Hayvanlar, mantarlar ve diğer bakterilerin çoğu gibi diğer organizmalar, enerji ihtiyaçları için fotosentetik organizmalar tarafından üretilen şekerlere güvenmeleri gerektiğinden, heterotroflar ("diğer besleyiciler") olarak adlandırılır. Üçüncü çok ilginç bir bakteri grubu, güneş ışığının enerjisini kullanarak değil, inorganik kimyasal bileşiklerden enerji çıkararak şeker sentezler. Bu nedenle kemoototroflar olarak adlandırılırlar.
Fotosentezin önemi sadece güneş ışığının enerjisini yakalayabilmesi değildir. Sonuçta, soğuk bir günde güneşlenen bir kertenkele, güneş enerjisini ısınmak için kullanabilir. davranışsal termoregülasyon. Buna karşılık, fotosentez hayati öneme sahiptir çünkü bir yol olarak evrimleşmiştir. güneş radyasyonundan ("foto-" kısım) enerjiyi karbonhidrat moleküllerinin karbon-karbon bağlarındaki ("-sentez" kısmı) enerjiye depolar. Bu karbonhidratlar, heterotrofların solunum yoluyla ATP sentezini güçlendirmek için kullandıkları enerji kaynağıdır. Bu nedenle, fotosentez, Dünya ekosistemlerinin yüzde 99'una güç sağlar. Kurt gibi en büyük yırtıcı hayvan bir geyiği avladığında ((Şekil)), kurt, güneşin yüzeyindeki nükleer reaksiyonlardan görünür ışığa, fotosenteze giden bir enerji yolunun sonundadır. bitki örtüsüne, geyiğe ve nihayet kurda.
Fotosentezin Ana Yapıları ve Özeti
Fotosentez, substrat olarak görünür güneş ışığı, karbondioksit (enerjisi düşük olan) ve suyun belirli dalga boylarını gerektiren çok adımlı bir işlemdir ((Şekil)). İşlem tamamlandıktan sonra oksijeni serbest bırakır ve gliseraldehit-3-fosfat (GA3P) ve daha sonra glikoz, sakaroz veya düzinelerce başka şeker molekülünden herhangi birine dönüştürülebilen basit karbonhidrat molekülleri (yüksek enerjili) üretir. Bu şeker molekülleri, tüm canlıların hayatta kalması için ihtiyaç duyduğu enerjiyi ve enerjili karbonu içerir.
Aşağıdaki fotosentez için kimyasal denklemdir ((Şekil)):
Denklem basit görünse de, fotosentez sırasında gerçekleşen birçok adım aslında oldukça karmaşıktır. Fotoototrofların güneş ışığını nasıl yiyeceğe dönüştürdüğünün ayrıntılarını öğrenmeden önce, ilgili yapılara aşina olmak önemlidir.
Temel Fotosentetik Yapılar
Bitkilerde fotosentez genellikle birkaç hücre katmanından oluşan yapraklarda gerçekleşir. Fotosentez süreci, mezofil adı verilen orta tabakada gerçekleşir. Karbondioksit ve oksijenin gaz değişimi, gaz değişiminin ve su dengesinin düzenlenmesinde de rol oynayan stoma (tekil: stoma) adı verilen küçük, düzenlenmiş açıklıklar yoluyla gerçekleşir. Stomalar tipik olarak yaprağın alt tarafında bulunur, bu da yaprağın üst yüzeyindeki yüksek sıcaklıklar nedeniyle su kaybını en aza indirmeye yardımcı olur. Her stoma, ozmotik değişikliklere tepki olarak şişerek veya küçülerek stomaların açılıp kapanmasını düzenleyen koruyucu hücrelerle çevrilidir.
Tüm ototrofik ökaryotlarda fotosentez, kloroplast adı verilen bir organel içinde gerçekleşir. Bitkiler için kloroplast içeren hücreler çoğunlukla mezofilde bulunur. Kloroplastlar çift zarlı bir zarfa sahiptir (bir dış zar ve bir iç zardan oluşur) ve atalardan kalma antik serbest yaşayan siyanobakterilerden türetilmiştir. Kloroplastın içinde thylakoid adı verilen disk şeklinde istiflenmiş yapılar bulunur. Tilakoid zarına gömülü olan klorofil, ışık ve bitki materyali arasındaki ilk etkileşimden sorumlu bir pigment (ışığı emen molekül) ve elektron taşıma zincirini oluşturan çok sayıda proteindir. Tilakoid zar, tilakoid lümen adı verilen bir iç boşluğu çevreler. (Şekil)'de gösterildiği gibi, bir thylakoid yığınına granum denir ve granumu çevreleyen sıvı dolu boşluğa stroma veya "yatak" denir (stoma veya "ağız" ile karıştırılmamalıdır), yaprak epidermisindeki bir açıklık ).
Sıcak ve kuru bir günde, bitkilerin koruyucu hücreleri suyu korumak için stomalarını kapatır. Bunun fotosentez üzerindeki etkisi ne olacak?
Fotosentezin İki Parçası
Fotosentez iki ardışık aşamada gerçekleşir: ışığa bağımlı reaksiyonlar ve ışıktan bağımsız reaksiyonlar. Işığa bağımlı reaksiyonlarda, güneş ışığından gelen enerji klorofil tarafından emilir ve bu enerji depolanmış kimyasal enerjiye dönüştürülür. Işıktan bağımsız reaksiyonlarda, ışığa bağlı reaksiyonlar sırasında hasat edilen kimyasal enerji, şeker moleküllerinin karbondioksitten bir araya gelmesini sağlar. Bu nedenle, ışıktan bağımsız tepkimeler reaktan olarak ışığı kullanmasalar da, işlev görebilmek için ışığa bağımlı tepkimelerin ürünlerine ihtiyaç duyarlar. Buna ek olarak, ışıktan bağımsız reaksiyonların birkaç enzimi ışıkla aktive edilir. Işığa bağımlı reaksiyonlar, enerjiyi geçici olarak depolamak için belirli molekülleri kullanır: Bunlara enerji taşıyıcıları. Enerjiyi ışığa bağımlı reaksiyonlardan ışıktan bağımsız reaksiyonlara taşıyan enerji taşıyıcıları, enerji açısından zengin oldukları için “dolu” olarak düşünülebilir. Enerji serbest bırakıldıktan sonra, “boş” enerji taşıyıcıları daha fazla enerji elde etmek için ışığa bağımlı reaksiyona geri döner. (Şekil), ışığa bağımlı ve ışıktan bağımsız reaksiyonların gerçekleştiği kloroplast içindeki bileşenleri göstermektedir.
Fotosentez hakkında daha fazla bilgi için bağlantıya tıklayın.
Bakkalda Fotosentez
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki büyük marketler, süt ürünleri, et, ürün, ekmek, tahıllar ve benzeri gibi bölümler halinde düzenlenmiştir. Her koridorda ((Şekil)) müşterilerin satın alıp tüketmesi için binlerce olmasa da yüzlerce farklı ürün bulunur.
Çok çeşitli olmasına rağmen, her bir öğe nihayetinde fotosenteze bağlanabilir. Hayvanlar bitki bazlı gıdalarla beslendikleri için etler ve süt ürünleri arasında bağlantı kuruldu. Ekmekler, tahıllar ve makarnalar büyük ölçüde fotosenteze bağımlı bitkilerin tohumları olan nişastalı tahıllardan gelir. Tatlılar ve içecekler ne olacak? Bu ürünlerin tümü şeker içerir - sakaroz bir bitki ürünüdür, bir disakkarittir, doğrudan fotosentezden oluşan bir karbonhidrat molekülüdür. Ayrıca, pek çok öğe daha az açık bir şekilde bitkilerden elde edilir: Örneğin, kağıt ürünler genellikle bitkisel ürünlerdir ve birçok plastik (ürün ve ambalaj olarak bol miktarda bulunur) “alglerden” (tek hücreli bitki benzeri organizmalar ve siyanobakteriler) türetilir. Baharat koridorundaki hemen hemen her baharat ve aroma, bir bitki tarafından yaprak, kök, ağaç kabuğu, çiçek, meyve veya gövde olarak üretildi. Sonuç olarak, fotosentez, bir kişinin tükettiği her öğüne ve her besine bağlanır.
Bölüm Özeti
Fotosentez süreci, Dünya'daki yaşamı dönüştürdü. Güneşten gelen enerjiyi kullanarak, fotosentezin evrimi, canlıların muazzam miktarda enerjiye erişmesine izin verdi. Fotosentez sayesinde canlılar, yeni yapılar inşa etmelerine ve günümüzde görülen biyoçeşitliliğe ulaşmalarına olanak tanıyan yeterli enerjiye eriştiler.
Sadece belirli organizmalar (fotoototroflar), fotosentez yapabilirler, görünür spektrumun belirli dalga boylarını emen ve güneş ışığından enerji yakalayan özel bir pigment olan klorofilin varlığına ihtiyaç duyarlar. Fotosentez, karbonhidrat moleküllerini bir araya getirmek ve bir yan ürün olarak oksijeni atmosfere salmak için karbondioksit ve su kullanır. Bitkiler ve algler gibi ökaryotik ototroflar, fotosentezin gerçekleştiği ve nişastanın biriktiği kloroplast adı verilen organellere sahiptir. Siyanobakteriler gibi prokaryotlarda, süreç daha az lokalizedir ve katlanmış zarlarda, plazma zarının uzantılarında ve sitoplazmada meydana gelir.
Görsel Bağlantı Soruları
(Şekil) Sıcak ve kuru bir günde, bitkilerin koruyucu hücreleri suyu korumak için stomalarını kapatır. Bunun fotosentez üzerindeki etkisi ne olacak?
(Şekil) Karbondioksit seviyeleri (gerekli bir fotosentetik substrat) hemen düşecektir. Sonuç olarak, fotosentez hızı engellenecektir.
Soruları İncele
Aşağıdaki bileşenlerden hangisi Olumsuz hem bitkiler hem de siyanobakteriler tarafından fotosentez yapmak için kullanılır mı?
Fotosentez sonucu ortaya çıkan iki ana ürün nelerdir?
- oksijen ve karbondioksit
- klorofil ve oksijen
- şekerler/karbonhidratlar ve oksijen
- şekerler/karbonhidratlar ve karbondioksit
Fotosentezin ışıktan bağımsız reaksiyonları bitki hücresinin hangi bölümünde gerçekleşir?
Ökaryotlarda tilakoidlerle ilgili hangi ifade Olumsuz doğru?
- Tilakoidler yığınlar halinde birleştirilir.
- Tilakoidler, katlanmış zarlardan oluşan bir labirent olarak bulunur.
- Tilakoidleri çevreleyen boşluğa stroma denir.
- Tilakoidler klorofil içerir.
Bir kloroplastın ışıktan bağımsız enzimleri, ışığa tepki olarak aktifleşmelerini engelleyen bir mutasyon geliştirdiyse, nihai sonucu tahmin edin.
- GA3P birikimi
- ATP ve NADPH birikimi
- Su birikimi
- Karbondioksit tükenmesi
Fotosentez sırasında yapılan NADPH ve GA3P molekülleri nasıl benzer?
- Her ikisi de fotosentezin son ürünleridir.
- Her ikisi de fotosentez için substrattır.
- Her ikisi de karbondioksitten üretilir.
- Her ikisi de enerjiyi kimyasal bağlarda depolar.
Eleştirel Düşünme Soruları
Fotosentezdeki ışık reaksiyonlarının genel sonucu nedir?
Fotosentezdeki ışık reaksiyonlarının sonucu, güneş enerjisinin kloroplastların iş yapmak için kullanabileceği kimyasal enerjiye dönüştürülmesidir (çoğunlukla karbondioksitten karbonhidratların anabolik üretimi).
Aslanlar gibi etoburlar neden hayatta kalmak için fotosenteze bağımlıdır?
Çünkü aslanlar bitki yiyen hayvanları yerler.
Enerji taşıyıcıları neden “dolu” veya “boş” olarak düşünülür?
Işığa bağımlı reaksiyondan ışıktan bağımsız reaksiyona geçen enerji taşıyıcıları, enerji getirdikleri için “dolu”dur. Enerji serbest bırakıldıktan sonra, “boş” enerji taşıyıcıları daha fazla enerji elde etmek için ışığa bağımlı reaksiyona geri döner. Çok fazla gerçek hareket yok. Hem ATP hem de NADPH stromada üretilir ve burada da kullanılırlar ve ADP, Pi ve NADP+'a dönüştürülürler.
Yellowstone Ulusal Parkı'nın bir bölümünde güneş ışığını engelleyen yoğun bir kül bulutu yayan volkanik bir patlamadan gri kurt popülasyonunun nasıl etkileneceğini açıklayın.
Gri kurtlar, besin ağlarında apeks avcılarıdır, yani daha küçük av hayvanları tüketirler ve başka hiçbir hayvanın avı değildirler. Güneş ışığını engellemek, besin ağının altındaki bitkilerin fotosentez yapmasını engeller. Bu, birçok bitkiyi öldürecek ve Yellowstone'daki daha küçük hayvanlar için mevcut olan besin kaynaklarını azaltacaktır. Daha küçük bir av hayvanı popülasyonu, bölgede daha az kurdun hayatta kalabileceği ve gri kurt popülasyonunun azalacağı anlamına gelir.
Stomaların kapanması fotosentezi nasıl sınırlar?
Stomalar, yaprak ve çevresindeki ortam arasındaki gaz ve su buharı değişimini düzenler. Stomalar kapatıldığında, su molekülleri yapraktan kaçamaz, ancak yaprak da ortamdan yeni karbondioksit molekülleri alamaz. Bu, ışıktan bağımsız reaksiyonların yalnızca yapraktaki karbondioksit depoları tükenene kadar devam etmesini sınırlar.
Sözlük
Alglerde ve Siyanobakterilerde Tilakoidler
Bitki hücrelerindeki tilakoidler bitkilerde grana yığınları oluştururken, bazı alg türlerinde istiflenmemiş olabilirler.
Algler ve bitkiler ökaryot iken siyanobakteriler fotosentetik prokaryotlardır. Kloroplast içermezler. Bunun yerine, tüm hücre bir tür tilakoid görevi görür. Siyanobakteri bir dış hücre duvarına, hücre zarına ve tilakoid zara sahiptir. Bu zarın içinde bakteri DNA'sı, sitoplazma ve karboksizomlar bulunur. Tilakoid zar, fotosentezi ve hücresel solunumu destekleyen fonksiyonel elektron transfer zincirlerine sahiptir. Siyanobakteriler thylakoid membranlar grana ve stroma oluşturmazlar. Bunun yerine, zar, hafif hasat yapıları olan fikobilizomlar için her bir tabaka arasında yeterli boşluk bulunan sitoplazmik zarın yakınında paralel tabakalar oluşturur.