ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 142
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Фотосинтездің маңызы және жасыл өсімдіктердің космостық рөлі:
1)Органикалық қосылыстар жасау үшін жарық энергиясын ассимиляциялау. 2)Жануарлар мен адамдарға қажетті органикалық массаны (жыл сайын 177 млрд т) құру. 3)Жер атмосферасына оттегінің бөлінуі (жылына шамамен 450 млн т). 3)Ауадағы СО2 концентрациясын 0,02–0,04% деңгейінде ұстау. 4)Энергияның жинақталуы. 5)Топырақ түзілуі.
Өсімдіктердің арқасында планетамыздың атмосферасындағы O2 молекулаларының мөлшері 21% деңгейінде сақталады. Ірі қалалардың, өнеркәсіп орталықтарының, көлік тораптарының үстінде ауа оттегіге кедей, шаңды, құрамында көмірқышқыл газы, улы заттар көп.
Жердегі ең маңызды процестердің бірінің мәні химиялық теңдеуді көрсетеді:
6H2O + 6CO2 + жарық энергиясы → C6H12O6 + O2
13. Фотосинтездің жүру кезеңдері. Фотосинтездің жарық және қараңғы сатылары, олардың ерекшелігі мен байланысын салыстыру.
Фотосинтез процесін екі кезеңге бөлуге болады:1. Жарық. 2. Қараңғы. Фотосинтездің жарық фазасында энергия АТФ түрінде өндіріледі және сутегі атомының әмбебап доноры тотықсыздандырғыш NADPH (NADP H2) болып табылады. Бұл заттар қараңғы фазаның өтуі үшін қажет. Ол сонымен қатар жанама өнім, оттегі шығарады. Жарық фазасы тек тилакоидты мембраналар арқылы және жарықта өте алады.
Күрделі биохимиялық процесс – Кальвин циклінің арқасында фотосинтездің қараңғы фазасында органикалық заттар (қант) түзіледі. Қараңғы фаза хлоропластар стромасында жарықта да, қараңғыда да өтеді. Қараңғы ферментативті процестер жеңілге қарағанда баяу жүреді, сондықтан өте жарқын жарықта фотосинтез жылдамдығы қараңғы фазаның жылдамдығымен толығымен анықталады.. Фотосинтездің жарық фазасы Фотосинтездің жарық фазасы фотохимиялық және фотофизикалық процестерді қамтиды және оны үш кезеңге бөлуге болады: Абсорбция фазасы – жарық энергиясы жарық жинау кешендерінің көмегімен ұсталып, пигменттердің электронды қозу энергиясына өтіп, I және II фотожүйелердің реакциялық орталығына өтеді. Реакция орталықтарының фазасы – фотожүйелердің реакциялық орталықтарын белсендіру үшін жарық жинайтын кешендердің пигменттерінің электронды қозуының энергиясы жұмсалады. Реакция орталығында қоздырылған хлорофиллден электрон электрондарды тасымалдау тізбегінің басқа компоненттеріне ауысады, пигмент электрон бергеннен кейін тотыққан күйге өтеді және өз кезегінде басқа заттардан электрондарды қабылдауға қабілетті болады. Дәл осы процесте энергияның физикалық түрі химиялық энергияға айналады. Электронды тасымалдау тізбегінің фазасы – электрондар тасымалдаушы тізбек
бойымен тасымалданады, АТФ, НАДФН, О2 түзіледі. Электронды тасымалдау тізбегінің әрбір тасымалдаушысының тотықсыздануы және тотығуы өз кезегінде, осылайша электрон энергиясының берілуін қамтамасыз ету қажет. Электронды тасымалдаудың кез келген кезеңі энергияның бөлінуімен немесе жұтылуымен бірге жүреді. Энергияның бір бөлігі жоғалады. Электронды тасымалдау тізбегінің кейбір бөліктерінде электронның берілуі протонның тасымалдануымен байланысты.
14. Фотосинтездік аппараттың құрылымдық ұйымдасуы. Хлоропластар элементтерінің ультрақұрылымы, олардың табиғаты және қызметін түсіндіру.
Өсімдіктердің фотосинтездік аппаратының құрылымдық ұйымдастырылуы
1)Кез келген фотохимиялық реакция жүруі үшін жарықты фотохимиялық белсенді зат сіңіруі керек. Өсімдіктердің жапырақтарында бұл жасыл пигмент - хлорофилл. Ол жасыл өсімдіктерде бірнеше формада кездеседі.
2)Ерітінділерде (органикалық еріткіштерде) хлорофиллдер толқын ұзындығы 380-720 мμ спектрлік аймақта негізінен қызыл және көк сәулелерді сіңіреді.
3)Жасыл сәулелер нашар сіңеді, бірақ жақсы шағылысып, беріледі. Сондықтан хлорофиллдер жасыл болады. Жапырақтарда хлорофиллден басқа сары пигменттер – каротиноидтар болады.
4)Жапырақтардағы бұл пигменттердің мазмұны әртүрлі. Ескі сарғайған жапырақтарда тек каротиноидтар бар. Мұндай жапырақтар фотосинтез жүргізе алмайды. Фотосинтез процесінің қалыпты жүруі үшін хлорофиллдің болуы қажет. Хлорофилл фотосинтезді жүзеге асырудағы негізгі белсенді принцип болып табылады.
5)Фотосинтез тек хлорофилл сіңіретін таза қызыл сәулелерде жүруі мүмкін.
6)Жапырақ фотосинтезінің қарқындылығы әдетте ондағы хлорофилл концентрациясына байланысты.
7)Фотосинтездің әсер ету спектрі әдетте жапырақ пен хлорофиллдің сіңіру спектріне сәйкес келеді, максимум қызыл және көк аймақтарда және жасыл аймақта төмен түседі иии далее..............
Хлоропласттың арасында бос аралық кеңістік бар ішкі және сыртқы мембрана болады. Хлоропласттың ішінде грана деп аталатын тилакоидтардың дестелері, сонымен қатар хлоропласттың ішіндегі тығыз сұйықтық строма бар. Бұл тилакоидтарда өсімдіктің фотосинтезден өтуі үшін қажетті хлорофилл бар.
Хлоропласт мынадай элементтерден тұрады.Хлоропластарда белоктар, липидтер және хлорофилл, каротиноидтар, РНҚ және ДНҚ болады. Онда крахмал түйіршіктері немесе осмиофильді тамшылар да болады. Белоктар хлоропласт мембранасы мен ламеллалардың бір бөлігін құрайды, сонымен қатар матрицада ферменттер түрінде болады.Хлоропласттардың құрылымдық және функционалдық бірліктері грана болып табылады.
15. Фотосинтезге тікелей қатысатын өсімдік пигменттерінің топтары. Тетрапирролдарга жататын пигменттер, олардың құрылымдық ерекшеліктеріне сипаттама беру. Фотосинтез процесі хлоропластағы жарықты сіңіру арқасында жүреді. Жасыл өсімдік жапырағында кездесетін пигменттер негізгі 4 топқа бөлінеді:
1. Хлорофиллдер 2. Каротиноидтар 3. Фикобилиндер 4. Антоциандар
Хлоропластағы пигменттер жүйесі екі негізгі топқа бөлінеді:
І. Тетрапирролдар: хлорофилдер – магний порфириндер; фикобилиндер;
ІІ – Полиизопреноид тектес пигменттер – каротиноидтар. Бұл топтардың әрқайсысының құрамына көптеген химиялық, физикалық қасиеттері бір-біріне ұқсай бермейтін жеке пигменттер енеді
16. Электрондардың циклді және циклсіз тасымалы. І және ІІ фотожүйелер, оларға сипаттама беру. Энергетикалық процестер тікелей жарық фазасында жүреді. Жарық кванты хлоропласта орналасқан хлорофилл пигменті арқылы қабылданады. Жарық кванты мен хлорофилдер әрекеттескенде, электрондар пайда болады. Ежелгі фотосинтездеуші бактериялар мен төменгі сатылы балдырларда электрондар электронды тасымалдаушы тізбек арқылы тасымалданғанда, бейорганикалық фосфат пен аденозиндифосфаттан (АДФ) аденозинтрифосфат (АТФ) түзіледі. Бұл процесте электрондар хлорофилге қайтып оралатындықтан, циклдік фотофосфорлану деп аталады. Хлоропласт ламелласының квантосомаларында орналасқан циклді фотофосфорлану тек қана фотосинтездеуші микроорганизмдер мен төменгі сатыдағы балдырларда ғана емес, жасыл өсімдіктерде де жүреді. Циклді фотофосфорлану жүретін құрылым — I фотожүйе деп аталады. I фотожүйе құрамында хлорофилл a, с бар. Олар 700 нм-де жарық сіңіреді. Жасыл өсімдіктердің фотосинтезін зерттеуде Р. Хилл 1937 жылы үлкен үлес қосты. Ол алғаш рет судың фотолизі кезіндегі молекулалық оттектің бөлінуі фотосинтездің жарық фазасында жүретін реакция екендігін анықтаған. Бұл реакция жүзеге асу үшін міндетті түрде электрондар акцепторы қатысуы қажет, мысалы, феррицианид немесе энергия жұмсау арқылы жинайды. Осы циклдік емес фотофосфорланудың пайда болуы нәтижесінде жоғары сатыдағы (жасыл) балдырлар мен жасыл өсімдіктер атмосфераға оттек бөле бастады. Ал олардың пайда болуына дейін атмосферада оттек болмаған. Жасыл өсімдіктердің арқасында аэробты тіршілік және аэробты организмдер эволюциясы пайда болды.
ФЖ-І–дің құрамындағы реакциялық орталыққа П700 пигментінің димері (сіңіру максимумы 700 нм болатын хлорофилл-а), сонымен бірге ФЖ-І антеналық компоненттерінің ролін атқаратын хлорофиллдер а675-695 кіреді.
Бұл жүйеде электрондардың алғашқы акцепторы ретінде а695 (А1) хлорофиллінің мономерлі формасы, ал екіншілік акцепторлар ретінде – А2 және Ав (күкіртті темір белоктары – FeS) болады. ФЖ-І кешені жарықтың әсерінен суда еритін FeS-ферредоксин белогын тотықсыздандырады да, құрамында мысы бар суда еритін белок пластоцианинді (Пц) тотықтырады.
ФЖ-ІІ–нің құрамындағы реакциялық орталыққа П680 пигментінің димері (сіңіру максимумы 680 нм болатын хлорофилл-а) және антеналық компоненттерінің ролін атқаратын хлорофиллдер а670-683 кіреді.
ФЖ-ІІ кешенінің құрамына сонымен бірге суды тотықтыратын S-жүйенің белоктық кешені және S-жүйемен байланысқан және П680 үшін электрон доноры болатын Z электрон тасымалдаушысы кіреді. Бұл кешен марганец, хлор және кальцийдің қатысуымен жұмыс жасайды. ФЖ-ІІ де b559 цитохромы орналасқан. ФЖ-ІІ пластохинонды тотықсыздандырып, суды тотықтырады, нәтижесінде О2 және протондар бөлінеді.
17. Фотофосфорлану, оның негізгі типтері. АТФ синтезімен жүретін тотығу-тотықсыздану процесстерінің механизмдерін түсіндіру.
Фотофосфорлау – жарық энергиясы есебінен АТФ синтезінің үдерісі. Осы үдеріс өз атауын: АТФ молекуласының синтезі – «энергияның шоғырлануы » – фосфаттың АДФ-ке қосылу үдерісіне байланысты алды. Демек, фосфорлау үдерісі жүреді. Сонымен қатар фосфаттың АМФ-қа қосылуы және оның АДФ-ке айналуы да фосфорлау болып табылады. Бұл фотосинтез барысында жарық фотоны есебінен жүретіндіктен, үдерістің химизмі атауына энергия көзінің белгіленуі қосылады. Жарық пен хлорофилдің әрекеттесуі нәтижесінде фотон энергиясы АТФ молекуласының химиялық энергиясына айналады.
Жарықтың хлорофилмен әрекеттесуі – бұл жай ғана бір химиялық реакция емес. Осы күрделі биофизикалық үдерісті нақтырақ қарастырайық. Күн жасыл өсімдіктерге, ал оның фотондары хлорофилл молекулаларына түседі. Хлорофилл – жарық кванты түскенде электрондарын¹ жоғалтуы мүмкін ерекше зат. Яғни хлорофилл молекуласында энергия алған кезде одан оңай үзілетін электрон болады. Жарық энергиясы хлорофилді тастаған электрон энергиясына айналады.
Кейін қозған, энергияға бай электрон гран тилакоидының мембранасына орналасқан тасымалдаушы-молекулалар тізбегіне түседі. Тасымалдаушы-молекулалар – бұл ерекше қосылыстар. Көбінесе құрамында басқа заттармен (циклдік, липидті және т.б.) байланысқан металдар болатын нәруыздар. Олар жарық квантынан алған электрон энергиясын «тартып алады» да, оны АТФ синтезіне пайдаланады. Бұл жерде фосфаттың АДФ-ке қосылу үдерісін катализдейтін ферменттер де жұмыс істейді. Демек, нәтижесі АТФ молекуласы болып табылатын фотофосфорлау үдерісі жүреді. Ал энергия берген электрон, кейін сутек протонына Н+ қосылады. Сутек протоны – бұл фотолиз нәтижесі.
Фотолиз – жарық әсерінен судың ыдырау үдерісі. Ол тилакоидтармен қатарлас хлоропласт стромасында жүреді. Оның мәні: хлорофилдің әрбір молекуласы тек бір электронын жоғалтуы мүмкін. Екінші электрон қанша жарық түссе де ешқашан хлорофилл молекуласынан ұшпайды. Сондықтан өсімдік хлорофилге электронды қайтаруы керек. Егер хлорофилл тек электронын жоғалтса, үдеріс өте тез аяқталар еді. Хлорофилдің барлық молекулалары бір электроннан жоғалтса, фотофосфорлау да тоқтап қалатын еді. Фотолиз үдерісі есебінен хлорофилл жоғалтқан электрон қалпына келеді. Фотолиз реакциясының өзі классикалық «судың электролиттік диссоциациясы» сияқты.
Оның формуласы: Бұл кезде ОН– тобының электроны хлорофилдің қалпына келуі үшін қолданылады да, кейін ОН тобы теріс зарядсыз қалады. Демек, су молекуласы 3 құрамбөлікке ыдырайды: Н+ сутек протоны, одан алынған электрон ē және зарядталмаған ОН топтары. ОН топтары төртеуден бірігіп, су молекуласы мен атмосфераға бөлінетін бос оттек түзеді:
4ОН = 2Н2О + О2
18. Фотосинтездің қараңғы сатысы. Кальвин циклінің реакциялары. Фотосинтез өнімдері және олардың табиғатын сипаттау. Фотосинтездің II сатысы жарық квантын қажет етпегендіктен, фотосинтездің қараңғы сатысы деп аталған. Бұл сатыда С02-ні игеру және көмірсуларды синтездеу үшін АТФ пен НАДФН энергиялары жұмсалынады. Мұнда құрамында 3—7 көміртек атомдары болатын әр алуан көміртекті қосылыстардың айналымы сияқты күрделі процестер жүреді. Бұл процесте бейорганикалық С02-ні игеретін негізгі фермент — рибулозобифосфаткарбоксилаза. Оны қысқаша "рубиско" деп атайды. Мұндай көміртектің фотосинтездік ассимиляциялану жолын Кальвин жолы деп атайды.
Кальвин циклінің алғашқы реакциясы сырттан енген СО2-нің Д-рибулозо-1,5-дифосфатпен реакциялануынан басталады; нәтижесінде 3-фосфоглицерин қышқылының (3-ФГК,) екі молекуласы пайда болады:
Бұл реакцияны рибулозо-1,5-дифосфаткарбоксилаза (РуДФ-кар-боксилаза) ферменті катализдейді. Реакцияда көрсетілгендей, рибулозодифосфат алдымен таутомерленіп, енолдық күйге ауысады, содан соң көміртегінің екінші атомы арқылы карбоксилденеді.
Пайда болған 3-ФГҚ фосфорланып 1,3-дифосфоглицерин қышқылына (1,3—ДФГҚ) айналады. Бұл фосфорлану фотосинтездің жарық сатысында синтезделген АТФ-тың есесінен жүзеге асады. Осы реакцияны фосфоглицераткиназа ферменті катализдейді: