Точка 11
Част III. Точка 11:
Фотосинтеза
Животът на земята зависи основно от слънчева енергия (Фигура 11.1а), който е в капан през фотосинтетичния процес, който е отговорен за производството на всички органични вещества (Биомаса Фигура 11.1b), които знаем. Органичната материя включва храната, която ние и животните консумираме ежедневно, изкопаеми горива (нефт, газ, бензин, въглища); както и дърва за огрев, дърво, целулоза за хартия, включително суровината за производство на синтетични влакна, пластмаси, полиестер и др.
Количеството въглерод, фиксирано чрез фотосинтеза, е впечатляващо, както показват цифрите за годишното производство на сухо органично вещество, оценено на 1,55 х 1011 тона, като приблизително 60% се образуват на сушата, а останалата част в океаните и вътрешните води.
Организмите, които в хода на еволюцията са се научили да използват слънчевата енергия и да я трансформират в химическа енергия, са така наречените автотрофи, които са представени от бактерии и организми от Растителното царство (Фигури 11.2а Y. 11.2б).
Фигура 11.1b
Фигура 11.2b
В растението над 90% от сухото му тегло се състои от различните вещества и органични молекули, които изграждат клетъчните му структури или регулират метаболизма му. Първоначалните въглеродни вериги, които се използват от всички клетки, се осигуряват чрез фотосинтеза (Фигура 11.3).
Животът на Земята продължава да зависи от фотосинтезата. Фотосинтетичните организми улавят енергията на светлината и в много сложна серия от реакции я използват за получаване на въглехидрати и освобождават кислород от въглеродния диоксид и водата (Фигура 11.4).
Цялостният процес може да бъде изразен чрез следната реакция:
Всички тези потвърждения позволяват на Жан Батист Бусинга и Джулиус Сакс да формулират класическото уравнение на фотосинтезата:
Фигура 11.6 Разлагане на бяла светлина в различни цветове при преминаване през призма.
Обхват на дължината на вълната (nm)
Представителна дължина на вълната
Честота (херца)
Енергия (KJ/mol)
Фигура 11.9 Спектър на видимото лъчение и свързаните дължини на вълните. (Променено от http://gened.emc.maricopa.edu/Bio/BIO181/BIOBK/BioBookTOC.html)
За да може енергията на светлината да се използва от живите същества, тя първо трябва да бъде погълната. Нарича се вещество, което абсорбира светлината пигмент (Фигура 11.10).
Фигура 11.10 Поглъщане на определени дължини на вълните от пигмент.
(Променено от http://gened.emc.maricopa.edu/Bio/BIO181/BIOBK/BioBookTOC.html)
Фигура 11.12 Хлорофилни структури да се Y. б
(Променено от http://gened.emc.maricopa.edu/Bio/BIO181/BIOBK/BioBookTOC.html)
| Молекулата на хлорофила се състои от тетрапиролна глава с магнезиев атом в центъра и опашка от фитол (дълговерижен алкохол). |
Фигура 11.13 Структура на хлорофила да се
(Взето от http://www.nyu.edu/pages/mathmol/library/photo)
Всички тилакоиди на хлоропласта винаги са успоредни един на друг. По този начин, тъй като хлоропластите са ориентирани към светлината, милионите пигментни молекули могат да бъдат ориентирани едновременно, за да оптимизират приемането, сякаш са малки електромагнитни антени.
Фигура 11.18а
Оптична микрофотография на растителна клетка от Елодея показва хлоропласти (x80).
Фигура 11.18г
Електронна микрофотография на ST на хлоропласт от царевични листа (Zea mays). Детайл, показващ алено.
Фигура 11.18в
Електронна микрофотография на ST на хлоропласт от царевични листа (Zea mays)
Фигура 11.18д
Схема на хлоропласт, където могат да се видят основните му компоненти.
Също така каротеноидите, които са тясно свързани с хлорофилите в антенните комплекси, улавят енергията при характерните им дължини на вълната и я прехвърлят към хлорофилите (макар и с по-малка ефективност); Те имат и защитна функция, тъй като абсорбират излишната енергия, която може да доведе до образуването на вредни съединения.
The Фотосистема II (FS II) също съдържа молекула хлорофил да се реактивен, наречен P680, Той абсорбира за предпочитане при 680 nm и се намира, за предпочитане, в гранулирани ламели (grana). Тоест, двата типа фотосистеми са пространствено разделени в тилакоидните мембрани.
По време на светлинните фазови реакции двете фотосистеми действат координирано. The анимации 11.12 Y. 11.13 те показват текущите познания за това как работи тази координация. Погълнатата енергия (1 фотон) за него FS I се прехвърля от антенния комплекс към неговия реакционен център е причинено от загубата на електрон на P700, който след това остава в нестабилно състояние, с електронна „дупка“, която ще бъде „запълнена“ от електрон от FS II. Електронът, изгубен от P700, преминава към верига от транспортери, присъстващи в тилакоидната мембрана, които последователно се редуцират (чрез приемане на електрона) и се окисляват (чрез прехвърлянето му), с по-ниско енергийно ниво във всяка стъпка. След няколко малко известни междинни съединения (много от тях феросулфопротеини без хем група: FX, FB, FA), електронът отива в фередоксин, и накрая до фередоксин НАДФ + оксидоредуктаза което намалява NADP + (окислена форма на NADPH), съгласно следната реакция: