Фотосинтез определяется как восстановление углекислого газа в углеводы зелеными растениями с помощью световой энергии. Из продуктов фотосинтеза прямо или косвенно образуются различные типы биологических молекул. В процессе дыхания органические материалы выделяют энергию, которая используется для метаболических процессов.

Единственным естественным процессом является фотосинтез.

Единственным естественным процессом, который может обеспечить живые организмы кислородом, является процесс фотосинтеза [ 1 ]. У высших растений листья - это органы, в которых происходит процесс фотосинтеза.

Биологи фокусируются на структуре органов и их биохимических и физиологических функциях. Хорошим примером функции органа являются листья растений.

Листья некоторых растений изменяют свою форму для различных целей, но все же их основная функция - синтез пищи. Листья стремятся максимально увеличить свою площадь и изменить угол наклона, чтобы обеспечить достаточное количество света.

Лист, рассматриваемый как фотосинтетический двигатель, эффективно осуществляет фотосинтез в стрессовых условиях [ 2 ]. Фотосинтез происходит не только в эукариотических организмах, таких как зеленые растения и зеленые водоросли, но и в прокариотических организмах, таких как цианобактерии и некоторые группы бактерий. У высших растений и зеленых водорослей фотосинтетические реакции происходят в хлоропласте, который действует как термодинамическая машина.

Хлоропласт усекает лучистую энергию солнечного света и сохраняет часть ее в стабильной химической энергии. Реакции, которые осуществляют эти энергетические преобразования, определяются как светозависимые реакции или первая стадия фотосинтеза. Энергия, полученная в результате светозависимых реакций, впоследствии используется для восстановления неорганического CO2 до органического углерода в форме сахаров. Углерод и энергия, сохраняемые в этих сахарах, затем используются для создания порядка и структуры, которые отличают живые организмы от их неорганической среды Duysens et al.

.

Структура листьев У высших растений структура листьев, особенно верхнего участка, лучше приспособлена для получения большого количества солнечного света. Однако нижняя площадка отражает и рассеивает свет.

Расположение клеток в боковом листе также имеет большее значение наряду с морфологией листа. Листья двудольных растений имеют два эпидермиса: верхний и нижний, покрытые кутикулой. Ткани мезофилла, содержащие фотосинтезирующие ткани, расположены между двумя эпидермальными слоями. В верхней фотосинтезирующей ткани обычно имеется от 1 до 3 палисадных клеток мезофилла. Палисадные клетки имеют особую форму. На нижнем участке находятся губчатые клетки мезофилла, которые имеют изодиаметрическую форму.

Лист монокоты похож на лист двудольных, но в нем нет особых клеток мезофилла. Как правило, в палисадных клетках, которые имеют более высокую концентрацию хлорофилла, чем клетки губчатого мезофилла, имеется больше хлоропластов.

Присутствие большего количества хлоропластов в палисадных клетках, которые имеют более высокую концентрацию хлорофилла, чем клетки губчатого мезофилла.

Наличие большего количества хлоропластов не означает более высокую скорость фотосинтеза, который происходит в верхней части листа.

Двудольные листья имеют больше хлоропластов в палисаде; однако в небольшом объеме клетки может быть больше хлоропластов. Большая часть света проходит через первый слой клеток, не поглощаясь, потому что пигменты соединяются с хлоропластом. На эффективность поглощения света могут влиять факторы, изменяющие направление света. Поверхность клеток листа может отражать свет. Если пигмент поглощает световую энергию, происходит одно из трех событий: во-первых, энергия рассеивается в виде тепла.

Во-вторых, энергия может излучаться сразу в виде более длинной волны - явление, известное как флуоресценция. В-третьих, энергия может вызвать химическую реакцию, как при фотосинтезе. Структура зерен и митохондрий в хлоропластах имеет размеры, параллельные активной длине волны в фотосинтезе.

Свет рассеивается зернами и митохондриями. Отклонение, отражение и рассеивание усиливают воздействие света на лист. Более длинная световая волна увеличивает количество фотонов, поглощенных листьями [ 3 ]. Свет, поглощенный палисадной клеткой, проецируется не так сильно, как предполагалось, и имеет более низкую эффективность снижения освещенности. Это может быть связано с тем, что палисадник действует как световод.

Часть падающего света проходит через межклеточные пространства между клетками палисада точно так же, как свет передается по оптическому волокну.

Свет передается через клетки палисада точно так же, как свет передается по оптическому волокну.

Фотосинтез в самом верхнем слое палисада, вероятно, насыщен светом. Любой избыток света будет потрачен впустую и приведет к фотоингибированию. Поэтому увеличение распространения света в нижние слои клеток в результате как рассеивания света, так и воздействия световода, несомненно, будет способствовать более эффективному распределению фотосинтетической энергии по всему листу.

У разных растений разные листья. В связи с ситуацией в окружающей среде листья могут претерпевать некоторые изменения для адаптации. Способность перехватывать свет снижается в пользу меньшего соотношения поверхности к объему, что помогает бороться с обезвоживанием при воздействии сухого воздуха.

Листья становятся более чувствительными к свету, поэтому они более подвержены обезвоживанию при воздействии сухого воздуха.

Листья становятся толще, чтобы сохранить больше воды на поверхности пустыни. В крайних случаях, например, у кактусов, листья сведены к шипам, а стебель выполняет двойную функцию - хранения воды и фотосинтеза. АТФ синтезируется путем хемиосмоса, а NADPH является продуктом реакций переноса электронов, связанных с тилакоидными мембранами хлоропласта.

Ферментативная реакция, участвующая в преобразовании CO2 в сахара, происходит в строме хлоропласта [ 4 ]. Стадия световых реакций В мембранах тилакоидов в световых реакциях участвуют две фотосистемы, фотосистемы I и II. Каждая фотосистема имеет комплекс из многочисленных молекул хлорофилла и каротиноидов, известных как светоулавливающие усики, которые связаны с мембранными белками.

Многочисленные единицы этих фотосистем расположены на мембранах тилакоидов в хлоропласте. Когда свет попадает на молекулу пигмента в каждой фотосистеме, энергия направляется в реакционный центр, который состоит из хлорофилла - молекулы, связанной с мембранным белком. В фотосистеме I реакционный центр обозначен P, в красной области спектра, что указывает на длину волны максимального поглощения света; реакционный центр фотосистемы II обозначен P, что также указывает на пик поглощения.

Некоторые ферменты и коферменты, которые связаны с фотосистемой, действуют как транспортеры электронов в тилакоидных мембранах. Энергия образуется в P, когда фотон света попадает на молекулу пигмента в фотосистеме I. Электрон возбуждается и выбрасывается, когда P поглощает энергию, оставляя P в окисленном состоянии.

В фотосистеме II очередной фотон света поглощается молекулой хлорофилла, которая передает свою энергию реакционному центру P Бердсли и Тим [ 5 ]. Когда P поглощает эту энергию, возбужденный электрон выбрасывается и переходит к другому первичному акцептору электронов, оставляя P в окисленном состоянии. Электрон в воде компенсирует электрон, потерянный P, и эта реакция пока не ясна и катализируется ферментом в тилакоидной мембране, требующим атомов марганца, а молекулы воды в этой реакции расщепляются на H и O2; источником как электронов, так и протонов является водород.

Электрон от первичного акцептора электронов проходит через другие переносчики электронов, к которым относятся пластохинон Pq, цитохромный комплекс и пластоцианин Pc. В конечном итоге электрон передается в фотосистему I для окисления P АТФ образуется во время переноса электронов из просвета тилакоида в строму с помощью АТФ-синтазы в мембране.

Механизм производства АТФ через прохождение протонов остается неясным. Вода постоянно пополняется за счет электронов, потерянных из P В нециклическом фотофосфорилировании восстановление NADP является заключительным этапом однонаправленного переноса электронов. Циклическая форма переноса электронов происходит только в фотосистеме I. Электроны, вместо того чтобы переходить к NADP от ферредоксина, могут переходить к цитохромному комплексу, а затем обратно к P. Единственным постоянным источником газообразного кислорода в атмосфере является фотосинтез посредством диффузии из листьев в атмосферу.

Цианобактерии - первые фотосинтезирующие организмы, которые начали накапливать кислород еще в древние времена, когда его не было. Сейчас большинство живых организмов зависит от кислорода для клеточного дыхания, и, таким образом, именно он является энергией, поддерживающей жизнь. Ad 2. Темновые реакции цикла Кальвина В атмосфере основным источником считается углекислый газ, из которого в процессе фотосинтеза образуется сахар.

Углекислый газ занимает около 0. Реакции фиксации углерода, в результате которых CO2 превращается в сахар, иногда называют циклом Кальвина или C3-путем. Эти реакции не используют свет напрямую, но используют АТФ и NADPH, полученные в результате световых реакций, иногда называемые светонезависимыми реакциями или темными реакциями.

Темные реакции происходят в строме хлоропласта, где многие реакции катализируются ферментами. Этот путь был разработан Мелвином Кельвином в сотрудничестве с Эндрю Бенсоном и Джеймсом Басхамом в конце х годов и начале х годов. Путь назван в честь Кельвина, который получил Нобелевскую премию за свою работу в г. Далее обсуждение будет ограничено основными событиями цикла Кельвина. Конечным продуктом этого пути является синтез шестиуглеродного сахара, что требует участия углекислого газа.

Конечным продуктом этого пути является синтез шестиуглеродного сахара, что требует участия углекислого газа.

Для получения одной молекулы шестиуглеродного сахара шесть молекул CO2 должны соединиться вместе через шесть витков цикла. Первый процесс - это взаимодействие CO2 с рибулозой-1,5-бисфосфатом RUBP , пятиуглеродным сахаром с двумя фосфатными группами. В результате карбоксилирования образуется нестабильный шестиуглеродный переход, который немедленно расщепляется на две молекулы трехуглеродного соединения с фосфатной группой, известного как фосфоглицериновая кислота PGA , или фосфоглицерат.

Шесть молекул РУБП восстанавливаются из 10 из 12 молекул глицеральдегидфосфата в сложной серии взаимопревращений, которые требуют еще шесть АТФ и позволяют продолжить цикл. Две молекулы глицеральдегидфосфата являются чистым результатом шести оборотов цикла Кальвина; они превращаются в одну молекулу фруктозо-1,6-бисфосфата, которая преобразуется в глюкозу.

Полученная глюкоза преобразуется в крахмал, сахарозу или различные другие продукты, завершая процесс преобразования солнечной энергии в химическую. Все этапы процесса фотосинтеза можно свести к простому уравнению, отражающему исходные материалы и конечные продукты процесса.

Многие растения используют несколько циклов фиксации углерода, состоящих из префиксации CO2 перед циклом Кальвина. Префиксация происходит в двух путях - C4 и CAM.

Многие тропические и субтропические растения, такие как кукуруза, сорго и сахарный тростник, имеют C4-путь. Этот путь происходит в клетках мезофилла для фиксации углекислого газа в органические кислоты с четырехуглеродным соединением, так называемый путь C4; это соединение затем расщепляется для высвобождения углекислого газа в клетки, окружающие сосудистый пучок. Более эффективный перенос CO2 в пути C4 и более высокая скорость фотосинтеза в условиях высокой интенсивности света, низкой концентрации CO2 и высокой температуры.

В CAM-пути метаболизма крассуловой кислоты есть один и тот же этап, который функционирует у ряда растений пустынной среды, кактусов и суккулентов.

Этот путь был впервые описан среди представителей семейства растений Crassulaceae. CAM растения необычны тем, что их стоматы закрыты днем, но открыты ночью.

Они необычны тем, что их стоматы закрыты днем, но открыты ночью.

Они фиксируют CO2 в ночные часы, превращая его в четырехуглеродные органические кислоты.

Навигация

thoughts on “”

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *