A fotoszintézis • Dzheyms TREFIL Encyclopedia „kétszáz törvények a világegyetem”

Növények átalakítani napfényt kémiai energiává tárolt két lépésben: először, ezek elfog az energia a napfény, majd azt használjuk a szén kötődés kialakulását szerves molekulák.

Zöld növények - biológusok hívják őket autotróf - az élet alapja a bolygón. A növények kezdenek szinte minden élelmiszer lánc. Ezek átalakítani beeső energia őket formájában a napfény tárolt energia szénhidrátok (lásd. A biológiai molekulákat), amelyek a legfontosabb hat szénatomos cukor glükóz. Ez az energia átalakítási folyamat fotoszintézis. Más szervezetek férhetnek hozzá ehhez az energiát eszik a növényeket. Ez létrehoz egy tápláléklánc, amely támogatja a bolygó ökoszisztémát.

Ezen túlmenően, a belélegzett levegő a fotoszintézis révén oxigénnel telített. Az általános egyenlet fotoszintézis a következő:

szén-dioxid + víz + fény + oxigén → szénhidrátok

A növények elnyelik a szén-dioxid képződik a légzés során és oxigén felszabadulása - a termék növényi élet (lásd a glikolízist és a légzés.). Ezen túlmenően, a fotoszintézis elengedhetetlen a szén körforgása a természetben.

Úgy tűnik, hihetetlen, hogy annak ellenére, hogy fontos a fotoszintézis, a tudósok olyan hosszú, hogy tanulmányozzák. Miután Van Gelmonta kísérletet. szállítják a XVII században, volt egy szünet, és csak 1905-ben, az angol növény fiziológus Frederick Blackman (Frederick Blackman, 1866-1947) kutatást és létrehozta az alapvető folyamatok fotoszintézist. Azt mutatta, hogy a fotoszintézis kezdődik gyenge fény, hogy az arány a fotoszintézis tartalom növekedésével nő a fényáram, de kiindulási anyagként egy bizonyos szintet, a további fokozását megvilágítás nem eredményez megnövekedett fotoszintetikus aktivitás. Blackman azt mutatta, hogy a hőmérséklet emelkedése, kevés fény mellett nem befolyásolja az a fotoszintézis, de miközben a hőmérsékletet és a világítás a fotoszintézis növekszik sokkal több, mint ha csak egy fénykibocsátás.

Mindezek alapján a kísérletek, Blackman következtetésre jutott, hogy van két folyamat, amelyek közül az egyik nagymértékben függ a megvilágítási szint, de nem az a hőmérséklet, míg a második hőmérséklet erősen meghatározzák függetlenül a fényerejét. Ez a felismerés képezte az alapját a modern koncepciók a fotoszintézis. A két folyamat néha „fény” és „sötét” reakció nem teljesen helyes, mivel úgy találták, hogy bár a reakció „sötét” fázis, és megy a fény hiánya, szükség termék „light” fázisban.

A fotoszintézis kezdődik, hogy a kibocsátott fotonok a nap esik a speciális pigment molekulák a lap - a klorofill molekula. Klorofill tartalmazza levél sejtekben, sejtszervecskéket membránok kloroplasztisz (adnak egy zöld színű lap). A folyamat az energia csapdázási áll a két szakaszban, és végezzük külön klaszterek molekulák - ezen klaszterek nevezzük fotokémiai I. és fotorendszer II. Nem klaszterek tükrözik a sorrendet, amelyben ezek a folyamatok fedezték, és ez az egyik szórakoztató tudományos furcsaságok, mert első lemez reakciók mennek végbe a fotoszisztéma II, és csak ezután - a fotoszisztéma I.

Amikor egy foton ütközik 250-400 molekulák fotokémiai II, hirtelen növeli és az energia átadódik a klorofill molekula. Ezen a ponton, a két kémiai reakciók lépnek fel: a klorofill molekula veszít két elektron (ami egy másik molekula úgynevezett elektron akceptor), és egy vízmolekula van osztva. Az elektronok két hidrogénatom, tartalmazza a víz molekula, két elvesztett kompenzálja elektron klorofill.

Ezt követően, a nagy energiájú ( „gyors”) elektron dob egymáshoz, mint a forró krumpli gyűjtött molekuláris lánc vektorokban. Ebben a részben az energia megy a kialakulását a molekula adenozin-trifoszfát (ATP), az egyik fő hordozói energiát a sejtben (lásd. A biológiai molekula). Közben egy kicsit más molekula klorofill fotokémiai I elnyeli a foton energia, és átadja egy elektront egy másik molekulához elfogadó. Ezt elektron helyébe a klorofill elektronok érkező az áramköri hordozók fotokémiai II. Az elektron energia fotokémiai I és hidrogén ionok keletkeznek a korábban a hasítása egy molekula víz, menjen a NADPH képződését, egy másik hordozó molekulához.

Ennek eredményeként, a fénygyűjtő folyamat, az energia a két foton van tárolva a molekulák használt sejt reakcióban, és további egy molekula oxigén keletkezik. (Megjegyezzük, hogy ennek eredményeként a másik, sokkal kevésbé hatékony folyamat során csak egyetlen fotokémiai rendszer I, is képezhetnek ATP molekulákat.) Miután a napenergia felszívja és tárolja, a turn szénhidrát képződése. A fő mechanizmus a szénhidrát-szintézis növényekben fedezték fel Melvin Calvin, tenni a 1940-es években, egy sor kísérletet vált klasszikus. Calvin és munkatársainak Alga jelenlétében növesztett szén-dioxid tartalmú radioaktív szén-14. Sikerült megállapítani a kémiai reakciók a sötét fázis, megszakítva a fotoszintézis különböző szakaszaiban.

Ciklus átalakítása napenergiát szénhidrátok - az úgynevezett Calvin-ciklus - hasonlóan a Krebs ciklus (lásd a glikolízist és a légzés.): Ez is áll, egy sor kémiai reakciók, amelyek kiindulási vegyületet a bejövő molekula egy olyan molekula egy „helper”, majd kezdeményezése más kémiai reakciók . Ezek a reakciók kialakulásához vezet a végtermék, és ezzel egyidejűleg reprodukálni molekulu- „segítő”, és a ciklus kezdődik elölről. A Calvin-ciklus molekuly- szerepe az ilyen „helper” hordoz öt szénatomos cukor ribulozodifosfat (RDF). Calvin-ciklus kezdődik az a tény, hogy a szén-dioxid-molekulák vannak csatlakoztatva az RDF. Mivel az energia a napfény tárolt ATP formájában és a NADP-H, az első kémiai reakciók, így a szén-dioxid-kötő szénhidrátokat, majd - felüdítő ribulozodifosfat reakciót. Hat tekercsek ciklus hat szénatomos tartalmazza a prekurzor molekula glükózból és más szénhidrátok. Ez a ciklus a kémiai reakciók addig folytatódik, amíg az energia jön. Ezzel a ciklus az energia a napfény áll az élő szervezetekre.

A legtöbb növényben a Calvin-ciklus végezzük a fent leírt módon, ahol a szén-dioxid közvetlen reakciókban részt vegyen társított ribulozodifosfat. Ezek a növények nevezzük C3 -rasteniyami. Komplex, mint a „szén-dioxid-ribulozodifosfat” osztja két kisebb molekulákká, amelyek mindegyike három szénatomot tartalmaz. Egyes növények (pl kukoricából és cukornádból, valamint számos trópusi füveket, beleértve kúszó gyom) ciklus különböző. Az a tény, hogy a szén-dioxid általában behatol a lyukakon keresztül a felület lapos, úgynevezett sztómák. Magas hőmérsékleten, a sztómák zárva vannak, védő növényi a túlzott nedvességet veszteség. A C3 -rasteniya zárt sztómák megszűnik, és a szén-dioxid-áramlás, amely vezet lassulás és a változás a fotoszintézisben a fotoszintetikus reakciók. Abban az esetben, kukorica szén-dioxid van kötve a három szén-molekula a lemez felületén, és azután átvisszük a belső részek a lap, ahol a szén-dioxid szabadul fel, és elindítja a Calvin-ciklus. Ennek köszönhetően meglehetősen összetett folyamat a fotoszintézis kukorica végzik még rendkívül forró, száraz időjárás. Növények, amelyben van egy folyamat hívjuk a C4 -rasteniyami. azért, mert a szén-dioxid az elején a ciklus szállítják részeként négy-molekulák. C3 -rasteniya - ez többnyire mérsékelt éghajlatú növény. és C4 -rasteniya elsősorban nőnek a trópusokon.

Hipotézis Van Nilya

A folyamat a fotoszintézis ismertetjük az alábbi kémiai reakció:

A XX század elején azt hitték, hogy az oxigén fejlődött a fotoszintézis során, van kialakítva a hasítási széndioxid. Ezt a nézetet cáfolta az 1930 Cornelis Bernardus Van Niel (Van Niel, 1897-1986), míg egy végzős hallgató a kaliforniai Stanford Egyetem. Tanult bíbor kén baktériumok (kép), amelynek szüksége van a fotoszintézishez hidrogén-szulfid (H2S), és bocsát ki, mint melléktermék hulladék termék atomi kén. E baktériumok fotoszintetikus egyenlet a következő:

CO2 + H2 → S + fény szénhidrát + 2S.

Hasonlósága alapján ezeket a két folyamat, van Niel feltételezzük, hogy a normál fotoszintetikus oxigén forrás nem szén-dioxid, és a vizet, miközben a kén a baktériumok, amely ahelyett, hogy oxigén-anyagcsere érintett kénatom, a fotoszintézis visszatér, hogy a kén, amely egy mellékterméke fotoszintézis reakciók. Modern részletes magyarázatot a fotoszintézis megerősíti ezt becslés: az első lépés a fotoszintézis, a folyamat (végrehajtott fotokémiai II) a felosztása a vízmolekulák.

Melvin Calvin
Melvin Calvin, 1911-1997

Amerikai biológus. Született St. Paul, Minnesota, a fia bevándorlók tartozik. 1931-ben megkapta a diplomát kémiából Michigan College of Mining and Technology, és 1935-ben - a doktori kémia, a University of Minnesota. Két évvel később, Calvin kezdett dolgozni a University of California, Berkeley, 1948-ban lett professzor; Az év előtt nevezték igazgatója osztály bioorganiki Lawrence Radiation Laboratory Berkeley, ahol használják a technológiai fejlődés katonai kutatások a második világháború idején, például új módszerek a kromatográfia a tanulmány a sötét fázis a fotoszintézis. 1961-ben Calvin-ben elnyerte a kémiai Nobel-díjat.

Amennyire én tudom, a kutató, aki tagadta a konvencionális elmélet (azt gondolták, hogy a szénhidrátok származnak C és H 2 O és O2 szabadul fel szén-dioxid), és egy meghatározó szerepet a tanulmány a fotoszintézis Cornelius Van Niel (S. Van Niel), amikor még egyetemi hallgató (Stamford Egyetem), megvizsgálta az anyagcsere különböző fotoszintetikus prokarióták oxigénhiányos. Anélkül, hogy részletesen meg kell jegyezni, hogy azt javasolja, a következő teljes fotoszintetikus egyenlet: CO2 + fény = 2N2A (2O) + H2O + 2A. Ebben az egyenletben H2A jelentése vagy vizet, vagy más oxidálható anyagot, például hidrogén-szulfid vagy H2 (zöld növények, beleértve algák, H2A = H2O és az egyenlet a következő: 6SO2 + 12N2O fény 6O2 = C6H12O6 + 6H2O +). Azaz K. Van Niel azt javasolta, hogy a H2O, nem szén-dioxid, elbomlik a fotoszintézis során. Ez zseniális ötlet előadott a harmincas, kísérletileg bizonyított később (izotópos oxigén rajzoltunk az utat a víznek a gáz halmazállapotú). Érdekes megjegyezni, hogy 1926-ban, mikrobiológusok Albert Kluyver (A. Kluyver) és Hendrik Donker (H. Donker), majd C. van Niel 1931 javasolt univerzális modell előfordulási metabolikus reakciók (utak) a sejten belül, amely lehetővé tette (beleértve az adatok fiziológia állatok, majd a genetikusok) körülbelül a közepén a XX század megfogalmazni a „biokémiai élet egységét”, egyike azon kevés paradigmák léteznek biológia ezen a napon.

ó te Zaneta én bio, pont nem tetszik, de egyetértek veled.