Pernahkah Anda bertanya-tanya berapa banyak organisme hidup yang ada di planet ini?! Lagi pula, mereka semua perlu menghirup oksigen untuk menghasilkan energi dan menghembuskan karbon dioksida. Karbon dioksida adalah penyebab utama fenomena seperti pengap di dalam ruangan. Itu terjadi ketika ada banyak orang di dalamnya, dan ruangan tidak berventilasi untuk waktu yang lama. Selain itu, fasilitas industri, mobil pribadi dan angkutan umum memenuhi udara dengan zat beracun.
Mengingat hal di atas, muncul pertanyaan yang sepenuhnya logis: bagaimana kita tidak mati lemas, jika semua kehidupan adalah sumber karbon dioksida beracun? Penyelamat semua makhluk hidup dalam situasi ini adalah fotosintesis. Apa proses ini dan mengapa perlu?
Hasilnya adalah penyesuaian keseimbangan karbon dioksida dan saturasi udara dengan oksigen. Proses seperti itu hanya diketahui oleh perwakilan dunia flora, yaitu tanaman, karena hanya terjadi di sel mereka.
Fotosintesis itu sendiri adalah prosedur yang sangat kompleks, tergantung pada kondisi tertentu dan terjadi di beberapatahapan.
Definisi konsep
Menurut definisi ilmiah, zat organik diubah menjadi zat organik selama fotosintesis pada tingkat sel pada organisme autotrofik karena paparan sinar matahari.
Sederhananya, fotosintesis adalah proses yang terjadi sebagai berikut:
- Tanaman jenuh dengan kelembaban. Sumber kelembaban dapat berupa air dari tanah atau udara tropis yang lembab.
- Klorofil (zat khusus yang ditemukan pada tumbuhan) bereaksi terhadap energi matahari.
- Pembentukan makanan yang diperlukan untuk perwakilan flora, yang tidak dapat mereka peroleh sendiri dengan cara heterotrofik, tetapi mereka sendiri adalah produsennya. Dengan kata lain, tanaman memakan apa yang mereka hasilkan. Ini adalah hasil fotosintesis.
Tahap satu
Hampir setiap tanaman mengandung zat hijau, sehingga dapat menyerap cahaya. Zat ini tidak lebih dari klorofil. Lokasinya adalah kloroplas. Tetapi kloroplas terletak di bagian batang tanaman dan buahnya. Tetapi fotosintesis daun sangat umum di alam. Karena yang terakhir ini cukup sederhana dalam strukturnya dan memiliki permukaan yang relatif besar, yang berarti jumlah energi yang dibutuhkan untuk proses penyelamatan akan jauh lebih besar.
Saat cahaya diserap oleh klorofil, klorofil dalam keadaan tereksitasi danmentransmisikan pesan energi ke molekul organik lain dari tanaman. Jumlah terbesar energi tersebut masuk ke peserta dalam proses fotosintesis.
Tahap Dua
Pembentukan fotosintesis pada tahap kedua tidak memerlukan partisipasi cahaya yang wajib. Ini terdiri dari pembentukan ikatan kimia menggunakan karbon dioksida beracun yang terbentuk dari massa udara dan air. Ada juga sintesis banyak zat yang memastikan aktivitas vital perwakilan flora. Ini adalah pati, glukosa.
Pada tumbuhan, unsur-unsur organik tersebut bertindak sebagai sumber nutrisi bagi setiap bagian tumbuhan, sambil memastikan jalannya proses kehidupan yang normal. Zat semacam itu juga diperoleh oleh perwakilan fauna yang memakan tanaman untuk makanan. Tubuh manusia jenuh dengan zat-zat ini melalui makanan, yang termasuk dalam makanan sehari-hari.
Apa? Di mana? Kapan?
Agar zat organik menjadi organik, perlu menyediakan kondisi yang sesuai untuk fotosintesis. Untuk proses yang sedang dipertimbangkan, pertama-tama, cahaya diperlukan. Kita berbicara tentang buatan dan sinar matahari. Di alam, aktivitas tanaman biasanya ditandai dengan intensitas pada musim semi dan musim panas, yaitu ketika ada kebutuhan energi matahari dalam jumlah besar. Apa yang tidak bisa dikatakan tentang musim gugur, ketika cahaya semakin berkurang, hari semakin pendek. Akibatnya, dedaunan menguning, dan kemudian rontok sepenuhnya. Tetapi begitu sinar matahari musim semi pertama bersinar, rumput hijau akan naik, mereka akan segera melanjutkan aktivitas mereka.klorofil, dan produksi aktif oksigen dan nutrisi penting lainnya akan dimulai.
Kondisi fotosintesis mencakup lebih dari sekadar cahaya. Kelembaban juga harus cukup. Bagaimanapun, tanaman pertama-tama menyerap kelembaban, dan kemudian reaksi dimulai dengan partisipasi energi matahari. Makanan nabati adalah hasil dari proses ini.
Hanya dengan adanya bahan hijau fotosintesis terjadi. Apa itu klorofil, sudah kami jelaskan di atas. Mereka bertindak sebagai semacam konduktor antara cahaya atau energi matahari dan tanaman itu sendiri, memastikan jalannya kehidupan dan aktivitas mereka yang tepat. Zat hijau memiliki kemampuan untuk menyerap banyak sinar matahari.
Oksigen juga memainkan peran penting. Agar proses fotosintesis berhasil, tanaman membutuhkan banyak, karena hanya mengandung 0,03% asam karbonat. Jadi, dari 20.000 m3 udara, Anda bisa mendapatkan 6 m3 asam. Ini adalah zat terakhir yang merupakan bahan sumber utama glukosa, yang, pada gilirannya, merupakan zat yang diperlukan untuk kehidupan.
Ada dua tahap fotosintesis. Yang pertama disebut terang, yang kedua gelap.
Bagaimana mekanisme aliran tahap cahaya
Tahap terang fotosintesis memiliki nama lain - fotokimia. Peserta utama pada tahap ini adalah:
- energi matahari;
- berbagai pigmen.
Dengan komponen pertama, semuanya jelas, sinar matahari. TETAPIitulah pigmen, tidak semua orang tahu. Mereka berwarna hijau, kuning, merah atau biru. Klorofil kelompok "A" dan "B" milik hijau, fikobilin masing-masing berwarna kuning dan merah / biru. Aktivitas fotokimia di antara para peserta dalam tahap proses ini hanya ditunjukkan oleh klorofil "A". Sisanya memainkan peran pelengkap, yang intinya adalah pengumpulan kuanta cahaya dan transportasinya ke pusat fotokimia.
Karena klorofil memiliki kemampuan untuk menyerap energi matahari secara efektif pada panjang gelombang tertentu, sistem fotokimia berikut telah diidentifikasi:
- Pusat fotokimia 1 (zat hijau dari grup "A") - pigmen 700 termasuk dalam komposisi, menyerap sinar cahaya, yang panjangnya sekitar 700 nm. Pigmen ini memainkan peran mendasar dalam menciptakan produk dari tahap cahaya fotosintesis.
- Pusat fotokimia 2 (zat hijau dari grup "B") - komposisinya termasuk pigmen 680, yang menyerap sinar cahaya, yang panjangnya 680 nm. Dia memiliki peran sekunder, yang terdiri dari fungsi mengisi kembali elektron yang hilang oleh pusat fotokimia 1. Hal ini dicapai karena hidrolisis cairan.
Untuk 350–400 molekul pigmen yang memusatkan fluks cahaya pada fotosistem 1 dan 2, hanya ada satu molekul pigmen, yang aktif secara fotokimia - klorofil dari grup “A”.
Ada apa?
1. Energi cahaya yang diserap tanaman mempengaruhi pigmen 700 yang terkandung di dalamnya, yang berubah dari keadaan normal menjadi keadaan tereksitasi. Pigmen hilangelektron, menghasilkan pembentukan apa yang disebut lubang elektron. Selanjutnya, molekul pigmen yang kehilangan elektron dapat bertindak sebagai akseptornya, yaitu sisi yang menerima elektron, dan kembali ke bentuknya.
2. Proses dekomposisi cairan di pusat fotokimia pigmen penyerap cahaya 680 fotosistem 2. Selama dekomposisi air, elektron terbentuk, yang awalnya diterima oleh zat seperti sitokrom C550 dan dilambangkan dengan huruf Q. Kemudian, dari sitokrom, elektron memasuki rantai pembawa dan diangkut ke pusat fotokimia 1 untuk mengisi lubang elektron, yang merupakan hasil penetrasi kuanta cahaya dan proses reduksi pigmen 700.
Ada kasus ketika molekul seperti itu mendapatkan kembali elektron yang identik dengan yang sebelumnya. Hal ini akan mengakibatkan pelepasan energi cahaya dalam bentuk panas. Tetapi hampir selalu, sebuah elektron dengan muatan negatif bergabung dengan protein besi-sulfur khusus dan ditransfer sepanjang salah satu rantai ke pigmen 700, atau memasuki rantai pembawa lain dan bersatu kembali dengan akseptor permanen.
Dalam varian pertama, ada transpor elektron tipe tertutup siklik, pada varian kedua - non-siklik.
Kedua proses dikatalisis oleh rantai pembawa elektron yang sama pada tahap pertama fotosintesis. Tetapi perlu dicatat bahwa selama fotofosforilasi tipe siklik, titik awal dan titik akhir transportasi adalah klorofil, sedangkan transportasi non-siklik menyiratkan transisi zat hijau kelompok "B" keklorofil "A".
Fitur transportasi siklik
Fosforilasi siklik juga disebut fotosintesis. Sebagai hasil dari proses ini, molekul ATP terbentuk. Transportasi ini didasarkan pada kembalinya elektron dalam keadaan tereksitasi ke pigmen 700 melalui beberapa tahap berturut-turut, sebagai akibatnya energi dilepaskan, yang mengambil bagian dalam kerja sistem enzim fosforilasi untuk tujuan akumulasi lebih lanjut dalam ATP fosfat. obligasi. Artinya, energi tidak hilang.
Fosforilasi siklik adalah reaksi utama fotosintesis, yang didasarkan pada teknologi pembangkitan energi kimia pada permukaan membran kloroplas tilaktoid menggunakan energi sinar matahari.
Tanpa fosforilasi fotosintesis, reaksi asimilasi dalam fase gelap fotosintesis tidak mungkin terjadi.
Nuansa transportasi tipe non-siklik
Prosesnya terdiri dari pemulihan NADP+ dan pembentukan NADPH. Mekanismenya didasarkan pada transfer elektron ke ferredoxin, reaksi reduksinya dan transisi selanjutnya ke NADP+ dengan reduksi lebih lanjut menjadi NADPH.
Akibatnya, elektron yang kehilangan pigmen 700 terisi kembali berkat elektron air, yang terurai di bawah sinar cahaya di fotosistem 2.
Jalur elektron non-siklik, aliran yang juga menyiratkan fotosintesis cahaya, dilakukan melalui interaksi kedua fotosistem satu sama lain, menghubungkan rantai transpor elektronnya. Bercahayaenergi mengarahkan aliran elektron kembali. Ketika berpindah dari pusat fotokimia 1 ke pusat 2, elektron kehilangan sebagian energinya karena akumulasi sebagai potensial proton pada permukaan membran tilaktoid.
Pada fase gelap fotosintesis, proses pembentukan potensial tipe proton dalam rantai transpor elektron dan pemanfaatannya untuk pembentukan ATP dalam kloroplas hampir sepenuhnya identik dengan proses yang sama di mitokondria. Tapi fitur tetap ada. Tilaktoid dalam situasi ini adalah mitokondria yang terbalik. Ini adalah alasan utama mengapa elektron dan proton bergerak melintasi membran dalam arah yang berlawanan relatif terhadap aliran transpor dalam membran mitokondria. Elektron diangkut ke luar, sementara proton terakumulasi di bagian dalam matriks tilaktik. Yang terakhir hanya menerima muatan positif, dan membran luar tilaktoida adalah negatif. Oleh karena itu, jalur gradien tipe proton berlawanan dengan jalurnya di mitokondria.
Fitur selanjutnya bisa disebut tingkat pH yang besar dalam potensi proton.
Fitur ketiga adalah adanya hanya dua situs konjugasi dalam rantai tilaktoid dan, sebagai hasilnya, rasio molekul ATP terhadap proton adalah 1:3.
Kesimpulan
Pada tahap pertama, fotosintesis adalah interaksi energi cahaya (buatan dan non-buatan) dengan tanaman. Zat hijau bereaksi terhadap sinar - klorofil, yang sebagian besar ditemukan di daun.
Pembentukan ATP dan NADPH adalah hasil dari reaksi tersebut. Produk-produk ini sangat penting untuk terjadinya reaksi gelap. Oleh karena itu, tahap terang adalah proses wajib, yang tanpanya tahap kedua - tahap gelap - tidak akan terjadi.
Tahap gelap: esensi dan fitur
Fotosintesis gelap dan reaksinya adalah proses karbon dioksida menjadi zat organik dengan produksi karbohidrat. Implementasi reaksi tersebut terjadi di stroma kloroplas dan produk dari tahap pertama fotosintesis - cahaya mengambil bagian aktif di dalamnya.
Mekanisme tahap gelap fotosintesis didasarkan pada proses asimilasi karbon dioksida (juga disebut karboksilasi fotokimia, siklus Calvin), yang dicirikan oleh siklik. Terdiri dari tiga fase:
- Karboksilasi - adisi CO2.
- Fase pemulihan.
- Fase regenerasi ribulosa difosfat.
Ribulofosfat, gula dengan lima atom karbon, difosforilasi oleh ATP, menghasilkan ribulosa difosfat, yang selanjutnya dikarboksilasi dengan menggabungkan dengan produk CO2 dengan enam karbon, yang secara instan terurai ketika berinteraksi dengan molekul air, menciptakan dua partikel molekul asam fosfogliserat. Kemudian asam ini mengalami reduksi lengkap dalam pelaksanaan reaksi enzimatik, di mana keberadaan ATP dan NADP diperlukan untuk membentuk gula dengan tiga karbon - gula tiga karbon, triosa atau aldehidafosfogliserol. Ketika dua triosa tersebut memadat, sebuah molekul heksosa diperoleh, yang dapat menjadi bagian integral dari molekul pati dan didebug sebagai cadangan.
Fase ini berakhir dengan penyerapan satu molekul CO selama proses fotosintesis2 dan penggunaan tiga molekul ATP dan empat atom H. Heksosa fosfat cocok untuk reaksi dari siklus pentosa fosfat, menghasilkan ribulosa fosfat yang diregenerasi, yang dapat bergabung kembali dengan molekul asam karbonat lainnya.
Reaksi karboksilasi, restorasi, regenerasi tidak dapat disebut spesifik secara eksklusif untuk sel tempat fotosintesis berlangsung. Anda juga tidak dapat mengatakan apa itu proses "homogen", karena perbedaannya masih ada - selama proses pemulihan, NADPH digunakan, dan bukan OVERH.
Penambahan CO2 oleh ribulosa difosfat dikatalisis oleh ribulosa difosfat karboksilase. Produk reaksinya adalah 3-fosfogliserat, yang direduksi oleh NADPH2 dan ATP menjadi gliseraldehida-3-fosfat. Proses reduksi dikatalisis oleh gliseraldehida-3-fosfat dehidrogenase. Yang terakhir ini mudah diubah menjadi dihidroksiaseton fosfat. fruktosa bifosfat terbentuk. Beberapa molekulnya mengambil bagian dalam proses regenerasi ribulosa difosfat, menutup siklus, dan bagian kedua digunakan untuk membuat cadangan karbohidrat dalam sel fotosintesis, yaitu fotosintesis karbohidrat berlangsung.
Energi cahaya diperlukan untuk fosforilasi dan sintesis zat organikasal, dan energi oksidasi zat organik diperlukan untuk fosforilasi oksidatif. Itulah sebabnya vegetasi menyediakan kehidupan bagi hewan dan organisme lain yang heterotrofik.
Fotosintesis dalam sel tumbuhan terjadi dengan cara ini. Produknya adalah karbohidrat, yang diperlukan untuk membuat kerangka karbon dari banyak zat perwakilan dunia flora, yang berasal dari organik.
Zat jenis nitrogen-organik diasimilasi dalam organisme fotosintesis karena reduksi nitrat anorganik, dan belerang - karena reduksi sulfat menjadi gugus sulfhidril asam amino. Menyediakan pembentukan protein, asam nukleat, lipid, karbohidrat, kofaktor, yaitu fotosintesis. Apa yang dimaksud dengan "berbagai macam" zat yang penting bagi tanaman telah ditekankan, tetapi tidak sepatah kata pun dikatakan tentang produk sintesis sekunder, yang merupakan zat obat yang berharga (flavonoid, alkaloid, terpen, polifenol, steroid, asam organik dan lain-lain.). Oleh karena itu, tanpa berlebihan kita dapat mengatakan bahwa fotosintesis adalah kunci kehidupan tumbuhan, hewan, dan manusia.
