Сімдік деңгейіндегі фотосинтез

Жарықтың жұтылуы. Жапыраққа түсетін күн сәулесі, жартылай шағылады, жартылай өткізеді және жұтылады. Фотосинтез нәтижесінде жұтылған радиацияның азғантай бөлігі (5%-дан аз емес) энергияның қуатталуын және оттегінің бөлінуін қамтамасыз етеді. Қалған жылу жоғарғы температура арқылы немесе сұйықтықтың булануы арқылы байқалады. Оттегінің пайда болуы сәулелену толқынының ұзындығына тәуелді функция және де ол фотосинтездің спектралды сипаттамасымен баяндалады.

10.5 - суретте жасыл жапырақтың жұтылу спектрі көрсетілген. Фотосинтез спектрдің көрінетін бөлігінің барлық диаазонында орын алады. Жарықтың жұтылуы спектрдің көк және қызыл бөліктерінде қатты байқалады, осыдан көп өсімдіктер жасыл түсті. Қазіргі таңда бұл процессті нақты әрі діл есептейтін көптеген дәлділігі жоғары спектроскопиялық техникалар мен методикалар бар, алайда келесі екі қорытынды маңызды болып саналады:

1. Жапырақ пигменттерін жұту спектрі химиялық әдіспен бөлінген дара спектрлерден өзгешеленеді. Осылайша, байланысқан in vivo пигменттерінің күрделі жүйесінің ішінде жеке дара кұрылған жұту спектрлары өзгереді.

2. Жасыл өсімдіктер үшін ұзындығы 700 және 650нм толқынды жұту кезінде фотосинтездің ұлғаюы тән.Бұдан Эммерсон эффектісі деп аталатын тағы бір ұжымдық эффект көрініс алады, яғни, жасыл өсімдіктердегі фотосинтез бір-бірімен байланысқан фотожүйелер арқылы орындалады.

Өсімдік жапырақтарының құрылысы. 10.6-суреттен жеке элементтердің құрылысы мен көлемі жөнінде жалпы көрініс алуға болады. Шын мәнінде, сипаттамаға молекуляры тұрғыдан қарайтын болсақбәрі күрделірек, бірақ бұл өсімдіктің физиологиясына байланысты. Ең негізгі кезеңдерін қарастырайық:

1.Фотосинтез өсімдік тіндерінде орын алады, әдетте жасыл жапырақтар мен балдырларда. Сонымен қатар, бұл құбылыс оттегісіз өмір сүретін кейбір қарапайым ағзаларға тән (мысалы, қызылкүрең бактериялар)

2. Жасыл өсімдіктердің активті жасушасы жапырақтың ішінде шамамен 0,5мм орналасақан, газ бен суға кіретін мембраналары бар. Бұл жасушаларда ерекше органелла деп аталын жасушаішілік ағзалар бар, олардың да мембраналары бар.

3. Фотосинтетикалық активті эллипсоидалды органеллалар хлоропласт деп аталады. олардың ұзындығы шамамен 10мкм, олар жартылай сұйық ортаны және пластина түріндегі мембрананы құрайды

4. Пигменттері оқшауланған пластиналар тегістелген және олардың көп бөлігі бір бумаға жиналған, ал қалған жинақталмаған бөлігімен арасындағы шекара байланыстырады, әрі хлоропластардың ішінде бір-бірімен байланысқан қуыстары бар.

5. Пластиналарды тилакоидтар деуге болады. Олар мембранасы бар дисководты баллондарға ұқсас келеді, олардың төрт спецификалық беттері бар, мұны 10.6. суреттен байқауға болады. Пластиналардың құрылысы хлоропласттың ішкі ауданын тилакоидттың жан-жағынан сұйықтық әр түрлі болатындай етіп бөлінген. Бұндай бөлуді хлоропластың екі өлшемді бөлігінде ажырату қиын.

6. Тилакоидты мембраналар жарық реакциясы жүретін фотосинтездеуші компоненттерден құралады (10.6-сурет).Бұл жүйелерде пигменттің молекулалары және көбіне өздерінің жүйелі элементтерінде фотонды сіңіретін хлорофилдер бар. Бұл құрылғыларды антенна деп атайды. Бірігіп әрекет ете отырып, пигмент сіңірілген молекулаларды реакциялық орталыққа бағыттайды. Энергияны таратататын элементтерді жарықжинақтайтын комплекс деп те атайды.

7.Реакциялық орталықтар LH-пигментінің қорытынды молекулаларынан құралады. Алынған энергия оларда күрделі каталитикалық реакцияларды тудырады.

8.Жасыл өсімдіктердің екі түрлі реакционды орталықтары бар(RC1 және RC2), әрқайсысы LH-жүйеден өз энергия бөлігін алады. Бұл орталықтарға екі түрлі фотожүйе кіреді: PS1 және PS2

9.RC1 реакциялық орталығында NADPH күшті қалыпқа келтіргіш қалыптасады.

10. RC2 реакциялық орталығында газтәрізді оттегі пайда болады, ал артық энергия ATP молекуласын синтездеуге жұмсалады.

11.NADPHСО₂ реакциясының фиксациясын қоздыра алады. Бұл реакциялар жарықта немесе қараңғыда жүруі мүмкін, өйткені NADPH-тың жасалуы СО₂-ні сіңіру процесінен уақыт бойынша алшақ өтеді, бұл реакцияларды Кальвинның қараңғылық циклы деп атайды.

12. O₂ және ATP пайда болу кезеңінде босайтын протондар ішкі жолақта тилакоидты мембранамен ұсталынады.

13. Кальвин циклінде ерітіндіден жұтылған СО₂көмірсутектің, ақуыздың және майлардың синтезделуіне жұмсалады

14. Фотосинтезделетін бактериялар прокариотикалық жасуша болып саналады және пигменттері жасушаішілік мембранада орналасқан. Бір ғана фотожүйе PS1 жұмыс істейтіндіктен, оттегі қажет етілмейді.