Fotosintezning yorug'lik va qorong'u fazalarida quyosh nurlari energiyasining glyukozaning kimyoviy bog'lanishlari energiyasiga aylanishi qanday amalga oshiriladi? Javobni tushuntiring.

Javob

Fotosintezning engil fazasida quyosh nuri energiyasi qo'zg'atilgan elektronlar energiyasiga, so'ngra qo'zg'atilgan elektronlar energiyasi ATP va NADPH-H2 energiyasiga aylanadi. Fotosintezning qorong'i bosqichida ATP va NADPH-H2 energiyasi glyukozaning kimyoviy bog'lanishlari energiyasiga aylanadi.

Fotosintezning yorug'lik bosqichida nima sodir bo'ladi?

Javob

Yorug'lik energiyasidan qo'zg'aladigan xlorofill elektronlari elektron transport zanjirlari bo'ylab harakatlanadi, ularning energiyasi ATP va NADP-H2 da saqlanadi. Suvning fotolizasi sodir bo'ladi, kislorod ajralib chiqadi.

Fotosintezning qorong'u bosqichida sodir bo'lgan asosiy jarayonlar qanday?

Javob

Glyukoza atmosferada olingan karbonat angidrid va yorug'lik fazasida olingan ATP energiyasi tufayli yorug'lik fazasida olingan vodoroddan hosil bo'ladi.

Xlorofill o'simlik hujayrasida qanday vazifani bajaradi?

Javob

Fotosintez jarayonida xlorofil ishtirok etadi: yorug'lik fazasida xlorofill nurni yutadi, xlorofil elektroni yorug'lik energiyasini oladi, uzilib ketadi va elektronlarni tashish zanjiri bo'ylab ketadi.

Fotosintezda xlorofil molekulalarining elektronlari qanday rol o'ynaydi?

Javob

Quyosh nurlari bilan hayajonlangan xlorofill elektronlari elektron transport zanjirlari bo'ylab o'tib, o'zlarining energiyasini ATP va NADPH-H2 hosil bo'lishiga berishadi.

Fotosintezning qaysi bosqichida erkin kislorod hosil bo'ladi?

Javob

Yorug'lik fazasida, suvning fotolizasi paytida.

ATP sintezi fotosintezning qaysi bosqichida sodir bo'ladi?

Javob

Yorug'lik fazasida.

Fotosintez jarayonida qaysi modda kislorod manbai bo'lib xizmat qiladi?

Javob

Suv (suvning fotolizasi paytida kislorod ajralib chiqadi).

Fotosintez tezligi cheklovchi (cheklovchi) omillarga bog'liq bo'lib, ular orasida yorug'lik, karbonat angidrid konsentratsiyasi va harorat chiqadi. Nima uchun bu omillar fotosintez reaktsiyalarini cheklaydi?

Javob

Xlorofillni qo'zg'atish uchun yorug'lik zarur, u fotosintez jarayoni uchun energiya beradi. Karbonat angidrid fotosintezning qorong'i bosqichida zarur, undan glyukoza sintezlanadi. Haroratning o'zgarishi fermentlarning denaturatsiyasiga olib keladi, fotosintetik reaktsiyalar sekinlashadi.

Karbonat angidrid o'simliklarda qanday metabolik reaktsiyalarda uglevodlarni sintez qilish uchun boshlang'ich moddadir?

Javob

Fotosintez reaktsiyalarida.

O'simliklar barglarida fotosintez jarayoni jadal davom etadi. Bu pishgan va pishmagan mevalarda paydo bo'ladimi? Javobni tushuntiring.

Javob

Fotosintez nurga ta'sir qiladigan o'simliklarning yashil qismlarida sodir bo'ladi. Shunday qilib, fotosintez yashil mevalar terisida sodir bo'ladi. Fotosintez mevalar ichida va pishgan (yashil emas) mevalar terisida bo'lmaydi.

Quyosh keng tarqalganligi ma'lum samoviy tana(yulduz), va quyosh energiyasi, aslida uning hayotiy faoliyati natijasidir. Unda sodir bo'layotgan jarayonlar juda katta miqdordagi energiyani chiqaradi va uni sayyoramiz tomon ajoyib tezlik bilan tashlaydi. Quyosh nurlari energiyasidan foydalanish odamlar ongli ravishda ham, ongsiz ravishda ham sodir bo'ladi. Quyosh nurlarida suzish, biz bu yulduzning energiyasi tanamizdagi bir qator muhim jarayonlarni keltirib chiqaradi deb o'ylamaymiz (masalan, D vitamini terimizda ishlab chiqariladi); uning yordamida o'simliklarda fotosintez sodir bo'ladi; tabiatdagi suv aylanishi ham "uning qo'l ishi" dir. Biz buni oddiy narsa deb bilamiz. Ammo bu rolning faqat bir qismi quyosh energiyasi bizning hayotimizda.

Quyosh energiyasidan amaliy foydalanish

Hamma uchun eng sodda va tanish quyosh energiyasidan foydalanish- zamonaviy kalkulyatorlarda (juda ixcham quyosh panellarida) va uy ehtiyojlari uchun (quruq mevalar, mamlakatdagi ko'chadagi dush idishidagi suv). Quyosh issiqligidan isitiladigan havo harakati shamollatish tizimi va bacalarning ishlashini ta'minlaydi. Quyosh nurlari dengiz suvini tuzsizlantirish uchun evaparator sifatida ishlatiladi. Quyosh sun'iy yo'ldoshlarning doimiy ishlashi uchun asosiy energiya manbalaridan biri, shuningdek, kosmik makonni o'rganish uchun ishlatiladigan vositalardir. Elektr mashinalari bizning hayotimizga tobora ko'proq kirib bormoqda.

Quyosh energiyasini qabul qilish va o'zgartirish

Quyosh energiyasi bizning sayyoramizga uch turdagi radiatsiya to'lqinlari: ultrabinafsha, yorug'lik va infraqizil nurlari ko'rinishida tushadi.

Quyosh energiyasidan foydalanish birinchi navbatda issiqlik yoki elektr energiyasini ishlab chiqarishga qaratilgan. Bu olimlar tomonidan ishlab chiqilgan maxsus yuzaga tushgan infraqizil to'lqinlar bo'lib, biz kerakli narsaga aylanadi.

Shunday qilib, issiqlikni olish uchun infraqizil to'lqinlarni yutuvchi kollektor, uni to'playdigan saqlash moslamasi va isitish sodir bo'ladigan issiqlik almashinuvchisi ishlatiladi.

Elektr energiyasini ishlab chiqarishda maxsus fotoelementlardan foydalaniladi. Ular yorug'lik nurlarini o'zlashtiradi va tegishli moslamalar ushbu nurlarni elektr energiyasiga aylantiradi.

Quyosh energiyasidan qanday foydalanish uni qayta ishlash uchun elektr stantsiyasining turiga qarab ajratish mumkin. Ularning oltitasi bor.

Birinchi uchta: minora (ichida suv va atrofida nometall bo'lgan qora minora shaklida qurish), parabolik (ichidagi nometall bilan sun'iy yo'ldosh antennalariga o'xshash), idish-tovoq (tashqi ko'rinishida ular ko'zgular barglari bilan metalldan yasalgan daraxtga o'xshaydi). Ular birlashtirilishi mumkin, chunki ular bir xil ishlash printsipiga ega: ular ma'lum miqdorda yorug'likni ushlaydi, uni isitadigan va bug 'chiqaradigan suyuqlik bilan suv omboriga yo'naltiradi, bu esa o'z navbatida elektr energiyasini ishlab chiqarishda ishlatiladi.

To'rtinchi- fotosellar bilan jihozlash. Eng taniqli tur, chunki uning o'lchamlari ehtiyojga qarab o'zgarishi mumkin. Kichik quyosh panellari xususiy uy xo'jaliklari ehtiyojlari uchun, kattaroqlari sanoat ehtiyojlari uchun ishlatiladi. Faoliyat printsipi quyosh nurlaridan, uning ichida potentsial farq tufayli fotoelement tomonidan so'rilgan elektr energiyasini ishlab chiqarishdir.

Beshinchi- vakuum. Strukturaviy ravishda, bu yumaloq shisha tom bilan qoplangan er uchastkasi, uning ichida poydevorida turbinalari bo'lgan minora mavjud. Amaliyot printsipi ushbu tom ostida erni isitish va harorat farqi tufayli havo chizig'ining paydo bo'lishidan iborat. Turbinali pichoqlar aylanib, energiya ishlab chiqaradi.

Ko'pchiligimiz quyosh xujayralariga u yoki bu tarzda duch keldik. Kimdir maishiy maqsadlar uchun elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun quyosh panellaridan foydalangan yoki foydalanmoqda, kimdir bu sohada sevimli gadjetini zaryad qilish uchun kichik quyosh panelidan foydalanadi va kimdir mikro kalkulyatorda kichik quyosh batareyasini ko'rgan. Ba'zilarga tashrif buyurish nasib qilgandi.

Ammo quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirish jarayoni qanday sodir bo'lganligi haqida hech o'ylab ko'rganmisiz? Ushbu quyosh xujayralarining ishi asosida qanday fizik hodisa yotadi? Keling, fizikaga murojaat qilaylik va avlod jarayonini batafsil tushunamiz.

Eng boshidan bu erda energiya manbai quyosh nuri ekanligi aniq, yoki ilmiy ma'noda u quyosh nurlanishining fotonlari tufayli olinadi. Ushbu fotonlarni Quyoshdan doimiy ravishda harakatlanadigan oqim deb tasavvur qilish mumkin elementar zarralar, ularning har biri energiyaga ega va shuning uchun butun yorug'lik oqimi qandaydir quvvatga ega.

Quyosh sathining har kvadrat metridan radiatsiya shaklida doimiy ravishda 63 MVt energiya chiqariladi! Ushbu nurlanishning maksimal intensivligi ko'rinadigan spektr diapazoniga to'g'ri keladi -.

Shunday qilib, olimlar Quyoshdan Yerga 149,600,000 kilometr masofada quyosh nurlari oqimining atmosferadagi atmosferadan o'tganidan keyin va sayyoramiz yuzasiga etib borganidan keyin har kvadrat metr uchun o'rtacha 900 vatt energiya zichligini aniqladilar.

Bu erda siz ushbu energiyani qabul qilishingiz va undan elektr energiyasini olishga harakat qilishingiz mumkin, ya'ni quyosh nurlari oqimining energiyasini harakatlanuvchi zaryadlangan zarralar energiyasiga, boshqacha qilib aytganda aylantiring.

Nurni elektr energiyasiga aylantirish uchun bizga kerak fotoelektrik konvertor... Bunday konvertorlar juda keng tarqalgan, ular erkin savdoda uchraydi, bular deyiladi quyosh xujayralari - kremniydan kesilgan plitalar shaklidagi fotovoltaik konvertorlar.

Eng yaxshisi monokristal, ularning samaradorligi taxminan 18% ni tashkil qiladi, ya'ni agar quyoshdan foton oqimi energiya zichligi 900 Vt / m2 bo'lsa, u holda siz kvadrat metrdan 160 Vt elektr energiyasini olishga umid qilishingiz mumkin. bunday xujayralardan yig'ilgan akkumulyator.

Bu erda "fotoelektr effekti" deb nomlangan hodisa mavjud. Fotoelektr effekti yoki fotoelektr effekti- Bu yorug'lik yoki boshqa har qanday elektromagnit nurlanish ta'sirida moddaning elektronlarni chiqarishi hodisasi (moddaning atomlaridan elektronlarni uzib tashlash hodisasi).

1900 yilda, kvant fizikasining otasi Maks Plank yorug'lik chiqarishni va uni alohida qismlar yoki kvantlar bilan yutishni taklif qildi, keyinchalik 1926 yilda kimyogar Gilbert Lyuis "fotonlar" deb atadi.

Har bir fotonning energiyasi bor, uni E = hv - Plank doimiysi radiatsiya chastotasiga ko'paytiradigan formula bilan aniqlash mumkin.

Maks Plank g'oyasiga muvofiq, 1887 yilda Xertz tomonidan kashf etilgan, keyin esa 1888-1890 yillarda Stoletov tomonidan yaxshilab o'rganib chiqilgan hodisa tushunarli bo'ldi. Aleksandr Stoletov fotoelektrni eksperimental ravishda o'rganib chiqdi va fotoelektrning uchta qonunini o'rnatdi (Stoletov qonunlari):

Fotokatodga tushadigan elektromagnit nurlanishning doimiy spektral tarkibi bilan to'yinganlik fototoki katod nurlanishiga mutanosib (aks holda: katoddan 1 soniyada chiqarib yuborilgan fotoelektronlar soni nurlanish intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir).

Fotoelektronlarning maksimal boshlang'ich tezligi tushayotgan yorug'likning intensivligiga bog'liq emas, faqat uning chastotasi bilan belgilanadi.

Har bir modda uchun fotoelektrning qizil chegarasi, ya'ni yorug'likning minimal chastotasi (moddaning kimyoviy tabiati va sirt holatiga qarab) mavjud bo'lib, uning ostida fotoeffekt imkonsizdir.

Keyinchalik, 1905 yilda Eynshteyn fotoelektr nazariyasini aniqlab beradi. U yorug'likning kvant nazariyasi va energiyaning saqlanishi va konversiyasi qonuni nimalar bo'layotgani va nimalar kuzatilayotganligini mukammal tushuntirib berishini ko'rsatib beradi. Eynshteyn 1921 yilda Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan fotoelektr uchun tenglamani yozadi:

Ish funktsiyalari Va bu erda moddaning atomini qoldirish uchun elektron bajarishi kerak bo'lgan minimal ish. Ikkinchi atama - elektronning chiqishdan keyingi kinetik energiyasi.

Ya'ni foton atomning elektroni tomonidan so'riladi, shu tufayli atomdagi elektronning kinetik energiyasi so'rilgan foton energiyasi miqdoriga ko'payadi.

Ushbu energiyaning bir qismi elektronning atomdan chiqishiga sarflanadi, elektron atomdan chiqib ketadi va erkin harakatlanish imkoniyatiga ega bo'ladi. Va yo'naltirilgan harakatlanuvchi elektronlar elektr toki yoki fotosuratdan boshqa narsa emas. Natijada, fotoelektrik ta'sir natijasida moddada EMF paydo bo'lishi haqida gapirishimiz mumkin.

Anavi, fotoelektr effekti tufayli quyosh batareyasi ishlaydi. Ammo fotoelektr konvertorida "taqillatilgan" elektronlar qaerga boradi? Fotovoltaik konvertor yoki quyosh xujayrasi yoki fotoelement, shuning uchun fotoelektr u erda g'ayrioddiy tarzda paydo bo'ladi, bu ichki fotoelektrik effekt va hatto "vana fotoelektr effekti" degan maxsus nomga ega.

Quyosh nurlari ta'siri ostida p-n birikmasi yarimo'tkazgichning elektroni, fotoelektr effekti paydo bo'ladi va emf paydo bo'ladi, ammo elektronlar fotoselni tark etmaydi, hamma narsa blokirovka qiluvchi qatlamda sodir bo'ladi, elektronlar tananing bir qismidan chiqib, uning boshqa qismiga o'tganda.

Er qobig'idagi silikon uning massasining 30% ni tashkil qiladi, shuning uchun u hamma joyda ishlatiladi. Umuman olganda yarimo'tkazgichlarning o'ziga xos xususiyati shundaki, ular na o'tkazgich, na dielektrikdir, ularning o'tkazuvchanligi aralashmalarning kontsentratsiyasiga, haroratga va nurlanish ta'siriga bog'liq.

Yarimo'tkazgichdagi tarmoqli oralig'i bir nechta elektron voltdir va bu faqat elektronlar chiqariladigan atomlarning valentlik bandining yuqori darajasi va o'tkazuvchanlik zonasining pastki darajasi o'rtasidagi energiya farqidir. Kremniy 1,12 eV oraliqdagi bo'shliqqa ega - quyosh nurlanishini yutish uchun zarur bo'lgan narsa.

Shunday qilib, pn birikmasi. Fotoselda doplangan kremniy qatlamlari pn birikmasini hosil qiladi. Bu erda elektronlar uchun energiya to'sig'i olinadi, ular valentlik chegarasini tark etib, faqat bitta yo'nalishda harakat qilishadi, teshiklar teskari yo'nalishda harakatlanadi. Quyosh batareyasidagi oqim shu tarzda olinadi, ya'ni quyosh nuridan elektr energiyasi ishlab chiqarish sodir bo'ladi.

Fotonlar ta'sirida bo'lgan Pn birikmasi zaryad tashuvchilarni - elektronlar va teshiklarni faqat bitta yo'nalishga qaraganda boshqacha harakatlanishiga imkon bermaydi, ular ajralib chiqib, o'zlarini to'siqning qarama-qarshi tomonlarida topadilar. Yuqori va pastki elektrodlar orqali yuklanish sxemasiga ulanganda, fotoelektrik konvertor, quyosh nuri tushganda, tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladi.

10-11 sinflar uchun darslik

III bob. Hujayralarni energiya bilan ta'minlash

Har qanday tirik organizm, xuddi alohida hujayra singari, ochiq tizimdir, ya'ni u atrof-muhit bilan moddalar va energiya almashadi. Organizmda yuzaga keladigan metabolizmning fermentativ reaktsiyalarining butun majmuasi metabolizm deb ataladi (yunoncha. "Metabole" - transformatsiya). Metabolizm o'zaro bog'liq assimilyatsiya reaktsiyalaridan iborat - yuqori molekulyar og'irlikdagi birikmalar (oqsillar, nuklein kislotalar, polisaxaridlar, lipidlar) sintezi va dissimilyatsiya - energiyaning konversiyasi bilan birga boradigan organik moddalarning parchalanishi va oksidlanishi. Plastmassa almashinuvi deb ham ataladigan assimilyatsiya dissimilyatsiya (energiya almashinuvi) natijasida ajralib chiqadigan energiyasiz mumkin emas. Dissimilyatsiya, o'z navbatida, plastik metabolizm natijasida hosil bo'lgan fermentlarsiz davom etmaydi.

Hayotiy faoliyatning har qanday ko'rinishi (suv va unda erigan noorganik birikmalarning yutilishi, organik moddalarning sintezi, polimerlarning monomerlarga bo'linishi, issiqlik hosil bo'lishi, harakatlanish va boshqalar) energiya sarfini talab qiladi.

Sayyoramizda yashovchi barcha tirik mavjudotlar uchun asosiy energiya manbai quyosh nuridir. Biroq, uni faqat yashil o'simliklarning hujayralari, bir hujayrali suv o'tlari, yashil va binafsha bakteriyalar to'g'ridan-to'g'ri ishlatadi. Ushbu hujayralar quyosh nurlari energiyasi tufayli organik moddalar - uglevodlar, yog'lar, oqsillar, nuklein kislotalarni sintez qilishga qodir. Yorug'lik energiyasidan foydalanganda paydo bo'ladigan biosintezga fotosintez deyiladi. Fotosintezga qodir organizmlar fotototrofik deb ataladi.

Fotosintez uchun dastlabki moddalar suv, Yer atmosferasining karbonat angidrid oksidi, shuningdek suv havzalari va tuproqdan azot, fosfor, oltingugurtning noorganik tuzlari. Azot manbai shuningdek atmosferada azot (N 2) molekulalari bo'lib, ular tuproqda va asosan dukkakli o'simliklarning ildiz tugunlarida yashovchi bakteriyalar tomonidan o'zlashtiriladi. Shu bilan birga, gazli azot ammiak molekulasi tarkibiga kiradi - NH 3, keyinchalik aminokislotalar, oqsillar, nuklein kislotalar va boshqa azot o'z ichiga olgan birikmalar sintezi uchun ishlatiladi. Tugun bakteriyalari va baklagiller bir-biriga muhtoj. Birgalikda o'zaro manfaatli mavjudlik turli xil turlari organizmlar simbioz deyiladi.

Foto-avtotroflardan tashqari ba'zi bakteriyalar (vodorod, nitrifikatsiya qiluvchi, oltingugurtli bakteriyalar va boshqalar) ham noorganik moddalardan organik moddalarni sintez qilishga qodir. Ular bu sintezni noorganik moddalarning oksidlanish jarayonida ajralib chiqadigan energiya tufayli amalga oshiradilar. Ular ximoototroflar deb nomlanadi. Xemosintez jarayoni 1887 yilda rus mikrobiologi S. N. Vinogradskiy tomonidan kashf etilgan.

Organik moddalarni noorganik birikmalardan sintez qila olmaydigan sayyoramizdagi barcha jonzotlarga heterotroflar deyiladi. Barcha hayvonlar va odamlar o'simliklar tomonidan saqlanadigan quyosh energiyasidan foydalanadilar, yangi sintezlangan organik birikmalarning kimyoviy bog'lanish energiyasiga aylanadilar.

Shuni ta'kidlash kerakki, fotosintez qiluvchi va xemosintetik organizmlar ham organik moddalarning oksidlanishi tufayli energiya olishga qodir. Ammo, geterotroflar bu moddalarni tashqaridan tayyor holda qabul qiladi va avtotroflar ularni noorganik birikmalardan sintez qiladi.

Fotosintetik hujayralar, atmosferadan karbonat angidridni yutib, unga kislorod ajratadi. Sayyoramizda fotosintez hujayralari paydo bo'lishidan oldin Yer atmosferasi kisloroddan mahrum bo'lgan. Fotosintez qiluvchi organizmlarning paydo bo'lishi bilan atmosferani asta-sekin kislorod bilan to'ldirish yangi turdagi energiya apparati bo'lgan hujayralarning paydo bo'lishiga olib keldi. Ular oksidlovchi vosita sifatida atmosferadagi kislorod ishtirokida tayyor bo'lgan organik birikmalarni, asosan uglevodlar va yog'larni oksidlash orqali energiya ishlab chiqaradigan hujayralar edi. Organik birikmalar oksidlanganda energiya ajralib chiqadi.

Atmosferani kislorod bilan to'yinganligi natijasida kislorodni energiya uchun ishlata oladigan aerob hujayralar paydo bo'ldi.

§ 11. Fotosintez. Yorug'lik energiyasini kimyoviy bog'lanish energiyasiga aylantirish

Quyosh nurlari energiyasidan foydalanishga qodir bo'lgan birinchi hujayralar Yerda taxminan 4 milliard yil oldin Arxey davrida paydo bo'lgan. Bular siyanobakteriyalar edi (yunoncha "siyanos" dan - ko'k). Ularning qoldiqlari Yer tarixidagi shu davrga oid slanets qatlamlaridan topilgan. Yer atmosferasining kislorod bilan to'yinganligi va aerob hujayralarining paydo bo'lishi uchun yana 1,5 milliard yil kerak bo'ldi.

Shunisi aniqki, sayyoramizda hayotning rivojlanishi va saqlanishida o'simliklarning va boshqa fotosintetik organizmlarning o'rni nihoyatda katta: ular quyosh nuri energiyasini organik birikmalarning kimyoviy bog'lanishlari energiyasiga aylantiradi, undan keyin barcha tiriklar foydalanadilar. mavjudotlar; ular Yer atmosferasini kislorod bilan to'ydiradi, bu organik moddalarni oksidlanishiga xizmat qiladi va shu bilan ularda aerob hujayralari tomonidan saqlanadigan kimyoviy energiyani ajratib oladi; nihoyat, ba'zi o'simlik turlari azotni biriktiruvchi bakteriyalar bilan simbiozda ammiak molekulalari, uning tuzlari va organik azot o'z ichiga olgan birikmalar tarkibiga gazli atmosfera azotini kiritadi.

Sayyoradagi hayotda yashil o'simliklarning rolini deyarli baholab bo'lmaydi. Erning yashil qoplamini saqlash va kengaytirish sayyoramizda yashovchi barcha jonzotlar uchun juda muhimdir.

Biologik "akkumulyatorlarda" yorug'lik energiyasini saqlash. Quyosh nurlari oqimi yorug'lik to'lqinlarini olib yuradi turli uzunliklar... O'simliklar yorug'lik "antennalari" yordamida (ular asosan xlorofill molekulalari) spektrning qizil va ko'k qismlarining yorug'lik to'lqinlarini o'zlashtiradi. Xlorofill spektrning yashil qismidagi yorug'lik to'lqinlarini kechiktirmasdan uzatadi va shuning uchun o'simliklar yashil rangga ega.

Yorug'lik energiyasi yordamida xlorofill molekulasidagi elektron yuqori energiya darajasiga o'tkaziladi. Bundan tashqari, bu yuqori energiyali elektron, qadamlar singari, elektron tashuvchilar zanjiri bo'ylab sakrab, energiyani yo'qotadi. Bunday holda, elektronlarning energiyasi bir xil biologik "akkumulyatorlar" ni "zaryadlash" ga sarflanadi. Chuqur kirmasdan kimyoviy xususiyatlari ularning tuzilishi, aytaylik ulardan biri adenozin trifosfat bo'lib, u adenozin trifosfat (qisqartirilgan - ATP) deb ham ataladi. § 6 da aytib o'tilganidek, ATP tarkibida adenozinga biriktirilgan bir-biriga bog'langan uchta fosfor kislota qoldig'i mavjud. Sxematik ravishda ATP formulasi bilan tavsiflanishi mumkin: adenozin-F-F ~ F, bu erda F - fosforik kislota qoldig'i. Ikkinchi va uchinchi terminal fosfat orasidagi kimyoviy bog'lanishda energiya saqlanib qoladi, elektron undan voz kechadi (bunday maxsus kimyoviy bog'lanish to'lqinli chiziq bilan tasvirlangan). Bu elektron o'z energiyasini adenozin difosfat (adenozin-FF, ADP) ga o'tkazganda yana bir fosfat qo'shilishi natijasida yuzaga keladi: ADP + F + E → ATP, bu erda E - ATPda saqlanadigan elektron energiyasi. . ATPni adenozin trifosfataza (ATPaza) fermenti bilan ajratganda, terminal fosfat ajralib chiqadi va energiya chiqadi:

O'simliklar hujayrasida ATP energiyasi suv va tuzlarni tashish uchun, hujayralarni bo'linishi, o'sishi va harakati uchun ishlatiladi (kungaboqarning boshi Quyoshdan keyin qanday burilishini eslang).

ATP energiyasi o'simliklarda glyukoza, kraxmal, tsellyuloza va boshqa organik birikmalar sintezi uchun zarurdir. Biroq, o'simliklarda organik moddalarni sintez qilish uchun yana bitta biologik "akkumulyator" kerak bo'ladi, bu yorug'lik energiyasini saqlaydi. Ushbu batareyaning talaffuzi qiyin bo'lgan uzoq nomga ega: nikotin amid adenin dinukleotid fosfat (qisqartirilgan - NADP, "haddan tashqari ef" deb talaffuz qilinadi). Ushbu birikma qayta tiklangan yuqori energiya shaklida mavjud: NADP-N ("haddan tashqari ef-ash" deb talaffuz qilinadi).

Ushbu birikmaning energiya bilan tugagan oksidlangan shakli NADP + ("haddan tashqari eff-plus" deb talaffuz qilinadi). Bitta vodorod atomi va bitta elektronni yo'qotib, NADP-H NADP + ga aylanadi va karbonat angidridni (suv molekulalari ishtirokida) glyukoza C 6 H 12 0 6 ga kamaytiradi; etishmayotgan protonlar (H +) suvli muhitdan olinadi. Soddalashtirilgan shaklda ushbu jarayon kimyoviy tenglama shaklida yozilishi mumkin:

Ammo karbonat angidrid va suv aralashtirilganda glyukoza hosil bo'lmaydi. Buning uchun nafaqat NADPH ning pasaytiruvchi kuchi, balki ATP energiyasi va glyukoza sintezining oraliq bosqichlarida ishlatiladigan CO2 ni biriktiruvchi birikma hamda bir qator fermentlar - bu jarayonning biologik katalizatorlari kerak.

Suvning fotolizasi. Fotosintez jarayonida kislorod qanday hosil bo'ladi? Haqiqat shundaki, yorug'lik energiyasi suv molekulasi - fotolizning bo'linishiga ham sarflanadi. Bunda protonlar (H +), elektronlar (O va erkin kislorod hosil bo'ladi).

Fotoliz paytida hosil bo'lgan elektronlar yo'qotishlarini xlorofill bilan qoplaydi (ular aytganidek, ular xlorofilda paydo bo'lgan "teshik" ni to'ldiradilar). Elektronlarning bir qismi protonlar ishtirokida NADP + ni NADP-H ga kamaytiradi. Kislorod bu reaktsiyaning yon mahsulotidir (19-rasm). Glyukoza sintezi uchun umumiy tenglamadan ko'rinib turibdiki, kislorod ajralib chiqadi.

O'simliklar quyosh nuri energiyasidan foydalanganda ularga kislorod kerak bo'lmaydi. Biroq, quyosh nuri bo'lmaganda o'simliklar aerobga aylanadi. Kechasi qorong'ida ular kislorodni iste'mol qiladilar va kun davomida saqlanadigan glyukoza, fruktoza, kraxmal va boshqa birikmalarni oksidlab, hayvonlar singari bo'lishadi.

Fotosintezning engil va qorong'i fazalari. Fotosintez jarayonida yorug'lik va qorong'u fazalar farqlanadi. O'simliklar yoritilganda yorug'lik energiyasi ATP va NADPH kimyoviy bog'lanishlari energiyasiga aylanadi. Ushbu birikmalarning energiyasi osongina ajralib chiqadi va o'simlik hujayrasi ichida turli maqsadlarda, birinchi navbatda glyukoza va boshqa organik birikmalar sintezi uchun ishlatiladi. Shuning uchun fotosintezning ushbu boshlang'ich bosqichi yorug'lik fazasi deb ataladi. Spektrida qizil va ko'k nurlari bo'lgan quyosh nuri yoki sun'iy yorug'lik bilan yoritilmasdan o'simlik hujayrasida ATP va NADP-H sintezi sodir bo'lmaydi. Shu bilan birga, ATP va NADPH molekulalari allaqachon o'simlik hujayrasida to'planib qolganda, glyukoza sintezi ham yorug'lik ishtirokisiz, qorong'uda paydo bo'lishi mumkin. Ushbu biokimyoviy reaktsiyalar uchun yoritish kerak emas, chunki ular allaqachon biologik "akkumulyatorlarda" saqlanadigan yorug'lik energiyasi bilan ta'minlangan. Fotosintezning ushbu bosqichi temp bosqichi deb ataladi.

Guruch. 19. Fotosintez sxemasi

Fotosintezning barcha reaktsiyalari xloroplastlarda sodir bo'ladi - o'simlik hujayrasi sitoplazmasida joylashgan qalinlashgan oval yoki dumaloq shakllanishlar (xloroplastlar haqida qisqacha § 9 da aytib o'tilgan). Har bir hujayrada 40-50 xloroplast mavjud. Xloroplastlar tashqarida ikki qavatli membrana bilan chegaralanadi va ularning ichida yupqa yassi xaltachalar - tirakoidlar, shuningdek membranalar bilan chegaralanadi. Tilakoidlar tarkibiga xlorofil, elektron tashuvchilar va fotosintezning yorug'lik fazasida qatnashadigan barcha fermentlar, shuningdek ADP, ATP, NADP + va NADP-H kiradi. O'nlab tirakoidlar granalar deb nomlangan uyumlarga mahkam o'ralgan. Donalar orasidagi ichki bo'shliqda - xloroplastlar stromasida - fotosintezning engil fazasi - ATP va NADP-H mahsulotlarining energiyasi tufayli CO2 ning glyukozaga tushishida ishtirok etadigan fermentlar joylashgan. Binobarin, fotoseltezning qorong'u fazasi reaktsiyalari tirakoidlarda tarqaladigan yorug'lik fazasi bilan chambarchas bog'liq bo'lgan stromada paydo bo'ladi. Fotosintezning yorug 'va qorong'i fazalari 19-rasmda sxematik tarzda ko'rsatilgan.

Xloroplastlarning o'ziga xos genetik apparati bor - DNK molekulalari va hujayralar ichida avtonom tarzda ko'payadi. 1,5 milliard yildan ko'proq vaqt oldin ular o'simlik hujayralarining simbioniga aylangan erkin mikroorganizmlar bo'lgan deb ishoniladi.

1. Nima uchun Quyosh dastlab Yerdagi hayot uchun energiya beradi, deymiz?
2. Fotosintezda nega karbonat angidrid va suv ishlatilishini va fotosintezning yon mahsuloti, ya'ni kislorod manbai nima ekanligini tushuntiring.
3. Fotosintez va dunyo aholisini oziq-ovqat bilan ta'minlash muammolari qanday o'zaro bog'liq?
4. Nega fotosintez paytida bargga tushgan quyosh nurlari energiyasi samaradorligi atigi 1% bo'lgan organik birikmalarda saqlanadigan energiyaga aylanadi? Qolgan energiyaning taqdiri nima?
5. Jadvalni to'ldiring.