11. tétel
III. Rész 11. tétel:
Fotoszintézis
A földi élet alapvetően függ a napenergia (11.1a. ábra), amely az összes szerves anyag termeléséért felelős fotoszintetikus folyamat révén csapdába esik (Biomassza 11.1b ábra) hogy tudjuk. A szerves anyagok magukban foglalják azt az ételt, amelyet mi és az állatok naponta fogyasztunk, a fosszilis tüzelőanyagokat (olaj, gáz, benzin, szén); valamint tűzifa, fa, papírpép, beleértve a szintetikus szálak, műanyagok, poliészter stb.
A fotoszintézissel rögzített szénmennyiség látványos, amint azt a száraz szerves anyag éves termelésének adatai mutatják, becslések szerint 1,55 x 1011 tonna, amelynek körülbelül 60% -a szárazföldön képződik, a többi pedig az óceánokban és a belvizekben.
Azok a szervezetek, amelyek az evolúció során megtanulták felhasználni a napenergiát és kémiai energiává alakítani, az úgynevezett autotrófok, amelyeket a növényvilág baktériumai és organizmusai képviselnek (11.2a. Ábra Y 11.2b).
11.1b. Ábra
11.2b. Ábra
Egy növényben száraz tömegének több mint 90% -át a sejtszerkezetét alkotó vagy anyagcseréjét szabályozó különféle anyagok és szerves molekulák alkotják. Az összes sejt által használt kezdeti szénláncokat a fotoszintézis biztosítja (11.3. Ábra).
A földi élet továbbra is a fotoszintézistől függ. A fotoszintetikus organizmusok megfogják a fény energiáját, és nagyon összetett reakciósorozatban felhasználják szénhidrátok előállítására, és oxigén felszabadítására a szén-dioxidból és a vízből (11.4. Ábra).
A teljes folyamat a következő reakcióval fejezhető ki:
Mindezek a megerősítések lehetővé teszik Jean Baptiste Boussingault és Julius Sachs számára a fotoszintézis klasszikus egyenletének megfogalmazását:
11.6. Ábra A fehér fény különböző színekre bomlása, amikor egy prizmán halad át.
Hullámhossz tartomány (nm)
Reprezentatív hullámhossz
Frekvencia (hertz)
Energia (KJ/mol)
11.9. Ábra A látható sugárzás és a kapcsolódó hullámhosszak spektruma. (Módosítva http://gened.emc.maricopa.edu/Bio/BIO181/BIOBK/BioBookTOC.html)
Ahhoz, hogy a fény energiáját az élőlények felhasználhassák, először fel kell szívniuk. A fényt elnyelő anyagot ún pigment (11.10. ábra).
11.10. Ábra Bizonyos hullámhosszak abszorpciója egy pigment által.
(Módosítva http://gened.emc.maricopa.edu/Bio/BIO181/BIOBK/BioBookTOC.html)
11.12. Ábra Klorofill szerkezetek nak nek Y
(Módosítva http://gened.emc.maricopa.edu/Bio/BIO181/BIOBK/BioBookTOC.html)
| A klorofill molekula egy tetrapirrol fejből áll, amelynek közepén egy magnézium atom található, és egy fitol (hosszú láncú alkohol). |
11.13. Ábra A klorofill szerkezete nak nek
(A következő webhelyről származik: http://www.nyu.edu/pages/mathmol/library/photo)
A kloroplaszt összes tilakoidja mindig párhuzamos egymással. Így, mivel a kloroplasztikák a fény felé orientálódnak, a pigmentmolekulák milliói egyszerre orientálódhatnak a vétel optimalizálása érdekében, mintha kicsi elektromágneses antennák lennének.
11.18a. Ábra
Növényi sejt optikai mikrográfiája Elodea kloroplasztok megjelenítése (x80).
11.18d. Ábra
A kukoricalevél kloroplasztikájának ST elektronmikroszkópiája (Zea mays). Egy skarlátvörös részlet.
11.18c. Ábra
A kukoricalevél kloroplasztikájának ST elektronmikroszkópiája (Zea mays)
11.18e ábra
Egy kloroplaszt vázlata, ahol a fő komponensei láthatók.
A karotinoidok, amelyek szorosan kapcsolódnak az antennakomplexek klorofilljaihoz, megkapják az energiát a jellegzetes hullámhosszukon, és átadják a klorofilloknak (bár kisebb hatékonysággal); Védelmi funkcióval is rendelkeznek, mivel felesleges energiát szívnak fel, amely káros vegyületek képződéséhez vezethet.
A Fotórendszer II (FS II) klorofill molekulát is tartalmaz nak nek reaktív, hívott P680, Előnyösen 680 nm-en abszorbeál és előnyösen a szemcsés lamellában (grana) helyezkedik el. Vagyis a tilakoid membránokban a két típusú fotorendszer térben van elválasztva.
A fényfázisú reakciók során a két fotorendszer összehangoltan hat. A animációk 11.12 Y 11.13 megmutatják a koordináció működésének jelenlegi ismereteit. Az elnyelt energia (1 foton) neki FS I az antennakomplexum átviszi reakcióközpontjába az elvesztése okozza egy elektron az instabil állapotú P700-as készülék elektronikus "lyukával", amelyet egy "kitölti" egy elektron a FS II. A P700 által elveszített elektron a tilakoid membránban lévő transzporterek láncába kerül, amelyek egymás után redukálódnak (az elektron befogadásával) és oxidálódnak (átvitellel), minden lépésben alacsonyabb energiaszinttel. Több kevéssé ismert köztes vegyület után (sok közülük hemocsoport nélküli ferroszulfoproteinek: FX, FB, FA), az elektron a ferredoxin, és végül a ferredoxin NADP + oxidoreduktáz amely a NADP + -ot (a NADPH oxidált formája) redukálja a következő reakció szerint: