Հիմնական նյութ
Կենսաբանություն
Դասընթաց․ (Կենսաբանություն) > Բաժին 13
Դաս 1: Ծանոթություն լուսասինթեզինԾանոթություն լուսասինթեզին
Լուսային էներգիայի փոխակերպումը քիմիականի։ Լուսասինթեզի ռեակցիաներ, որտեղ են դրանք տեղի ունենում և դրանց էկոլոգիական կարևորությունը։
Ներածություն
Իսկ դու երբևէ ծառ գրկե՞լ ես։ Եթե ոչ, ապա ժամանակն է, որ մի փոքր մտածես դրա մասին։ Դու, ինչպես նաև ամբողջ մարդկությունը, իրենց գոյության համար պարտական են բույսերին և այն օրգանիզմներին, որոնք յուրացնում են լույսը։ Իրականում, կյանքը հնարավոր է Երկրի վրա, քանի որ արևը էներգիայի շարունակական աղբյուր լինելով՝ էկոհամակարգերին ապահովում է էներգիայով։
Բոլոր օրգանիզմները, ներառյալ մարդիկ, էներգիայի կարիք ունեն՝ ապահովելու նյութափոխանակության ռեակցիաները, որոնք անհրաժեշտ են աճի, զարգացման և վերարտադրվելու համար։ Բայց օրգանիզմները ուղղակիորեն չեն կարող օգտագործել լուսային էներգիան։ Նախ, այն պետք է փոխակերպել քիմիական էներգիայի՝ ֆոտոսինթեզի միջոցով։
Ի՞նչ է ֆոտոսինթեզը
Ֆոտոսինթեզը գործընթաց է, որի ընթացքում լուսային էներգիան փոխակերպվում է քիմիականի՝ պահեստավորվելով շաքարներում։ Այս գործընթացում, որն իրականանում է լույսի մասնակցությամբ, գլյուկոզի մոլեկուլների (կամ այլ շաքարների) ստեղծման համար հիմք են ծառայում ջուրը և ածխածնի երկօքսիդը, իսկ թթվածինը արտազատվում է՝ որպես վերջնանյութ։ Գլյուկոզի մոլեկուլներն ապահովում են օրգանիզմը երկու կարևոր աղբյուրով՝ էներգիա և ֆիքսված (օրգանական) ածխածին։
- Էներգիա։ Գլյուկոզի մոլեկուլները վառելանյութ են հանդիսանում բջիջների համար։ Նրանց քիմիական էներգիան կարող է անջատվել այնպիսի գործընթացների արդյունքում, ինչպիսիք են բջջային շնչառությունը և խմորումը, որոնց արդյունքում արտադրվում է ադենոզինեռֆոսֆատ՝ start text, Ա, Ե, Ֆ, end text՝ փոքր, էներգակիր մոլեկուլ, որն ապահովում է բջջի էներգիական կարիքները։
- Ֆիքսված ածխածին։ Ածխածինը՝ ածխածնի երկօքսիդից, որն անօրգանական նյութ է, կարող է փոխակերպվել օրգանական մոլեկուլների։ Այս գործընթացը կոչվում է ածխածնի ֆիքսացիա, իսկ օրգանական մոլեկուլների կազմի մեջ մտնող ածխածինը հայտնի է, որպես ֆիքսված ածխածին։ Վերջինս ֆոտոսինթեզի ընթացքում կարող է փոխակերպվել շաքարների և հետագայում օգտագործվել բջջի համար անհրաժեշտ այլ օրգանական նյութեր ստեղծելիս։
Ֆոտոսինթեզի էկոլոգիական կարևորությունը
Ֆոտոսինթեզող օրգանիզմները, ներառյալ՝ բույսերը, ջրիմուռները և որոշ բակտերիաներ, էկոլոգիական կարևոր դեր ունեն։ Դրանք էկոհամակարգում ներմուծում են քիմիական էներգիա ու ֆիքսված ածխածին՝ օգտագործելով լույսը, որպեսզի սինթեզեն շաքարներ։ Այս օրգանիզմները կոչվում են ֆոտոավտոտրոֆներ (բառացի՝ ինքնուրույն սնվողներ, որոնք օգտագործում են լույսը), քանի որ նրանք արտադրում են իրենց սեփական սնունդը, այն է՝ ֆիքսում են սեփական ածխածինը՝ օգտագործելով լուսային էներգիա։
Մարդիկ և այլ օրգանիզմները, որոնք ինքնուրույն չեն կարող ածխաթթու գազը փոխակերպել օրգանական նյութերի, կոչվում են հետերոտրոֆներ, որը նշանակում է տարբեր սնվողներ։ Հետերոտրոֆները ստանում են ֆիքսված ածխածին՝ սնվելով այլ օրգանիզմներով կամ դրանց վերջնանյութերով։ Կենդանիները, սնկերը, բազմաթիվ նախակորիզավորներ և պրոտիստներ հետերեոտրոֆներ են։
Բացի ֆիքսված ածխածնի և էներգիայի ներմուծումից էկոհամակարգեր, ֆոտոսինթեզն ազդում է նաև Երկրի մթնոլորտի ձևավորման վրա։ Ֆոտոսինթեզող օրգանիզմների մեծ մասը, որպես վերջնանյութ արտազատում է թթվածին: Ֆոտոսինթեզի ի հայտ գալուց ի վեր մոտ 3 միլիարդ տարի առաջ, բակտերիան, որը նման է ժամանակակից ցիանոբակտերիային՝ ընդմիշտ փոխեց կյանքը Երկրի վրաstart superscript, 1, end superscript։ Բակտերիան սկսեց թթվածնով լցնել դրանով աղքատ Երկրի մթնոլորտը։ Թթվածնի կոնցենտրացիայի աճը մեծ ազդեցություն ունեցավ աերոբ օրգանիզմների էվոլյուցիոն զարգացման վրա՝ այն օրգանիզմների, որոնք բջջային շնչառության համար թթվածին են օգտագործում։ Եթե այդ հնագույն ֆոտոսինթեզողները գոյություն չունենային, ապա մենք, ինչպես նաև բազմաթիվ այլ տեսակներ, այսօր այստեղ չէինք լինի։
Ֆոտսինթեզ իրականացնող օրգանիզմները մեծ քանակությամբ ածխածնի երկօքսիդ են կլանում են մթնոլորտից և ածխածնի մոլեկուլներն օգտագործում են այլ օրգանական նյութեր ստեղծելու համար։ Երկրի վրա բուսականության և ջրիմուռների առատության բացակայության դեպքում, որոնք անընդհատ կլանում են ածխածնի երկօքսիդը, գազի մակարդակը կաճեր մթնոլորտում։ Չնայած, ֆոտոսինթեզող օրգանիզմները կլանում են մարդկանց գործունեության արդյունքում արտանետված ածխածնի երկօքսիդի որոշ ծավալներ, այնուամենայնիվ ջերմոցային գազերի քանակն աճում է, ինչն էլ հանգեցնում է կլիմայի փոփոխության։ Բազմաթիվ գիտնականներ հավատում են, որ անտառների և բուսական այլ տարածքների պահպանությունը ածխածնի երկօքսիդի քանակի աճի դեմ պայքարում դառնում է ավելի ու ավելի կարևոր։
Տերևները ֆոտոսինթեզի վայրն են
Ցամաքային էկոհամակարգերում բույսերն ամենատարածված ավտոտրոֆներն են։ Բույսերի բոլոր կանաչ հյուսվածքները կարող են ֆոտոսինթեզ իրականացնել, սակայն դրանց մեծամասնության մոտ ֆոտոսինթեզի գործընթացների հիմնական մասը տեղի է ունենում տերևներում։ Տերևների հյուսվածքի միջին շերտի բջիջները կոչվում է մեզոֆիլ, որը ֆոտոսինթեզի իրականացման հիմնական վայրն է։
Փոքրիկ ծակոտիները կոչվում են հերձանցքեր, որոնք հայտնաբերվել են բույսերի մեծամասնության տերևների մակերևույթին և ածխածնի երկօքսիդին թույլ են տալիս դիֆուզվելու մեզոֆիլից ներս, իսկ թթվածնին՝ դուրս։
Մեզոֆիլի բջիջներից յուրաքանչյուրը պարունակում է քլորոպլաստ կոչվող օրգանոիդը, որը մասնագիտացած է ֆոտոսինթեզի ռեակցիաների իրականացման համար։ Յուրաքանչյուր քլորոպլաստ պարունակում է սկավառակաձև կառուցվածքներ՝ թիլակոիդներ, որոնք դասավորված են առանձին խմբերով, ինչպես թխվածքաբլիթի շերտերը և հայտնի են գրաններ անունով։ Յուրաքանչյուր թիլակոիդի թաղանթ պարունակում է կանաչ գունավորում ունեցող գունանյութեր՝ քլորոֆիլներ, որոնք կլանում են լույսը։ Գրանների շուրջ առկա տարածությունը լցված է հեղուկով՝ ստրոմայով, իսկ թիլակոիդների սկավառակների միջև առկա տարածությունը կոչվում է թիլակոիդային տարածություն։ Տարբեր քիմիական ռեակցիաներ տեղի են ունենում քլորոպլաստների տարբեր հատվածներում։
Լուսային ռեակցիաներ և Կալվինի ցիկլը
Բույսերի տերևներում ընթացող ֆոտոսինթեզը ներառում է բազմաթիվ քայլեր, սակայն դրանք կարելի բաժանել երկու փուլի՝ լուսային փուլի ռեակցիաներ և Կալվինի ցիկլ։
- Լուսային փուլի ռեակցիաները տեղի են ունենում թիլակոիդների թաղանթում և պահանջում են լուսային էներգայի շարունակական առկայություն։ Քլորոֆիլները կլանում են լուսային էներգիան, որը փոխակերպվում է քիմիականի՝ start text, Ա, Ե, Ֆ, end text-ի (էներգիա պահեստավորող մոլեկուլ) և start text, Ն, Ա, Դ, Ֆ, H, end text՝ (վերականգնված էլեկտրոնակիր) տեսքով։ Այս գործընթացների ժամանակ ջրի մոլեկուլները փոխարկվում են թթվածին գազի․ այն թթվածնի, որը մենք շնչում ենք։
- Կալվինը ցիկլը, որը հայտնի է նաև, որպես մթնային փուլի ռեակցիաներ անունով, տեղի է ունենում ստրոմայում և անմիջականորեն չի պահանջում լույս։ Փոխարենը, Կալվինի ցիկլում օգտագործվում են լուսային ռեակցիաների ընթացքում առաջացած start text, Ա, Ե, Ֆ, end text–ը և start text, Ն, Ա, Դ, Ֆ, H, end text–ը՝ ֆիքսելու ածխածինը և արտադրելու երեք ածխածին պարունակող շաքարներ՝ գլիցերալդեհիդ-3-ֆոսֆատ կամ, որ նույնն է Գ3Ֆ, որոնք միանում են միմյանց՝ գյուկոզ ստեղծելու համար։
Արդյունքում՝ լուսային փուլի ռեակցիաները կլանում են լուսային էներգիան և այն ժամանակավորապես պահեստավորում են քիմիական ձևով՝ start text, Ա, Ե, Ֆ, end text-ի և start text, Ն, Ա, Դ, Ֆ, H, end text-ի միջոցով։ Այնուհետև start text, Ա, Ե, Ֆ, end text-ը քայքայվում է՝ անջատելով էներգիա, իսկ start text, Ն, Ա, Դ, Ֆ, H, end text-ը տրամադրում է իր էլեկտրոնները՝ ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլները շաքարների փոխակերպելու համար։ Վերջում էներգիան, որն ի սկզբանե լուսային էր, փոխակերպվում և պահեստավորվում է շաքարների կապերում։
Ֆոտոսինթեզի և բջջային շնչառության համեմատությունը
Ռեակցիաները ընդհանրական մակարդակում դիտարկելիս, ֆոտոսինթեզը և բջջային շնչառությունը կարծես հակադարձ ռեակցիաներ լինեն։ Դրանք տարբերվում են միայն էներգիայի յուրացման ու արտադրման եղանակներով, ինչպես ցույց է տրված է ներքևի տրամագրում։
Առանձին քայլերը դիտարկելիս պարզ է դառնում, որ ֆոտոսինթեզը, պարզապես բջջային շնչառության հակադարձ գործընթացը չէ։ Փոխարենը, ինչպես կտեսնես հաջորդիվ, ֆոտոսինթեզը յուրահատուկ քայլերի հաջորդականություն է։ Այնուամենայնիվ, կան մի շարք շոշափելի նմանություններ ֆոտոսինթեզի և բջջային շնչառության միջև։
Օրինակ, և՛ ֆոտոսինթեզը, և՛ բջջային շնչառությունը ներառում են օքսիդավերականգնման ռեակցիաներ (էլեկտրոնի փոխադրումներ ներառող ռեակցիաներ)։ Բջջային շնչառության ժամանակ էլեկտրոնները փոխադրվում են գլյուկոզից դեպի թթվածին՝ առաջացնելով ջուր և անջատելով էներգիա։ Ֆոտոսինթեզի դեպքում դրանք շարժում են հակառակ ուղղությամբ՝ ջրից դեպի գլյուկոզ, որն էներգիա պահանջող գործընթաց է, որի համար լույս է անհրաժեշտ։ Ինչպես բջջային շնչառությունը, այնպես էլ ֆոտոսինթեզը, օգտագործում են էլետրոնափոխադրիչ շղթա՝ ստեղծելով start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript-ի կոնցենտրացիոն գրադիենտ, որի շնորհիվ իրականանում է start text, Ա, Ե, Ֆ, end text-ի սինթեզը քիմիօսմոսի միջոցով։
Եթե այս ամենն անծանոթ է հնչում քեզ, ապա մի անհանգստացիր։ Ֆոտոսինթեզը հասկանալու համար ամենևին պարտադիր չէ բջջային շնչառությունն իմանալ։ Պարզապես շարունակիր կարդալ ու դիտել և կծանոթանաս այս կենսապահպան գործընթացների բոլոր մանրուքներին։
Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։
Առայժմ հրապարակումներ չկան։