Фотосинтез туралы жалпы ұғым және оның маңызы

Л.Н.Гумилев атындағы Еуразиялық Ұлттық Университеті

 

 

 

 

             

 

 

 

 

 

 

 

     Реферат

 

 

 

Тақырыбы:  Фотосинтез туралы жалпы ұғым және оның маңызы

 

                                                                    Орындаған: Альханова Е. Ж

                                                                    Қабылдаған: Тусупова Ж. Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Астана қаласы

2013 жыл

 

 

 

 

 

 

Жоспар:

 

• Кіріспе

Фотосинтез туралы ілім

• Негізгі бөлім

а) Фотосинтез туралы жалпы ұғым және оның маңызы

ә) Фотосинтездің жарық және қараңғы фазалары

• Қорытынды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фотосинтез процесі 18ғ. бастап ашылды. Бірақ фотосинтез термиі ғылымға 1877 жылы ғана енді. Оны бірінші болып өсімдіктердің көмірқышқылгазының ассимиляциялануын баламалау үшін неміс профессоры Пфеффер қолданды. Фотосинтез процесін зерттеуде, белілі орыс ғалымы Климент Аркадьевич Тимирязев үлкен үлес қосты. Ол алғаш рет өсімдіктердің бейорганикалық зат - көмірқышқылгазынан қанттарды синтездей отырып, жарық энергиясын химиялық байланыстар энергиясына айналдыратынын дәлелдеді және 19 ғасырдың 2-жартысында К.А.Тимирязев күн сәулесі энергиясы фотосинтез процесінде хлорофилл арқылы сіңірілетінін анықтады. Сонымен қатар фотосинтезді алғаш зерттеушілерге Фотосинтезді алғаш зерттеушілер Швейцария ғалымдары Ж.Сенебье, Н.Соссюр және неміс химигі Ю.Майер болды. 20 ғасырдың басында фотосинтездің физиологиясы мен экологиясына арналған маңызды зерттеулер жүргізіледі (В.В.Сапожников, С.П.Костычев, В.Н.Любименко, А.А.Ничипорович т.б.). 20 ғасырдың орта кезінен бастап фотосинтезді зерттеуде жаңа әдістер (газ анализі, радиоизотопты әдіс, спектроскопмя. Электрондық микроскоп т.б.) дамыды.

 

 

 

 

 

 

а) Органикалық әлемдегі тіршіліктің толып жатқан түрлері кездеседі. Тірі организмдерде физиологиялық зерттеулер нәтижесінде зат алмасу процестерінің алуан түрлі екендігі байқалды. Бірақ тіршіліктің барлық түрлеріне ортақ бір белгісі болады. Тіршілік әрекеттерінің жиынтығы - өсу , қимыл – қозғалыс, химиялық өзгерістердің барлығы органикалық қосындылардағы химиялық энергияны пайдалануға негізделген. 
Жеке организмдер осы энергияны өздерінше түрліше пайдалануы мүмкін. Бірақ органикалық затардың кері қарай өзгерулерінің көп түрлі болуына қарамастан, олардың алғашқы синтезделу жолы барлық тірі организмдер үшін бірдей. Бұл жол – фотосинтез, күннің электромагниттік энергиясының атмосферадағы көміртегі қос тотығының өсімдікте тотықсыздануынан пайда болған органикалық заттардың химиялық энергиясына айналуы. Басқаша айтқанда, бұл қарапайым анорганикалық заттардың (СО2, Н2О) өсімдік күн сәулесінің әсерінен органикалық қосындыларға айналу процесі. 
6СО2 + 6Н2О→ С6Н12О6 +6О2

Яғни фотосинтез дегеніміз – жоғары сатыдағы жасыл өсімдіктердің, балдырлардың, фотосинтездеуші хлорофилл және басқа дафотосинтездік пигменттер арқылы күн сәулесі энергиясын сіңіруі нәтижесінде қарапайым қосылыстардан (көмірқышқыл газы, су) өздерінің және басқа организмдердің тіршілігіне қажетті күрделі органикалық заттар түзуі. Фотосинтез нәтижесінде жер жүзіндегі өсімдіктер жыл сайын 100 млрд т-дан астам органикалық заттар түзеді (мұның жартысынан көбін теңіз, мұхит өсімдіктері түзеді) және бұлкезде олар 200 млрд-тай СО₂ сіңіреді, оттегін бөледі. Жоғары сатыдағы жасыл өсімдіктер, балдырлар (көп клеткалы жасыл, қоңыр, қызыл, сондай-ақ бір клеткалы эвглена, динофлагеллят, диатом балдырлар) фотосинтезінде сутек доноры және шығарылатын оттек көзі су, ал сутек атомның негізгі акцепторы және көміртек көзі – көмірқышқыл газ. Фотосинтезге тек СО₂ мен Н₂О пайдаланылса көмірқышқылгазын түзіледі. Фотосинтез процесіне өсімдік көмірқышқылгазын түзумен қатар құрамында азоты және күкірті бар аминқышқылдарын, белок, молекуласы құрамында азот болатын хлорофилл де түзеді. Бұл жағдайда көмірқышқыл газбен қатар сутек атомының акцепторы және азот, күкірт көзі нитрат және сульфат болады. Фотосинтездеуші бактериялар молекула оттекті пайдаланбайды, оны бөліп шығармайды (бұлардың көбі анаэробтар). Бұл бактериялар су орнына донор ретінде электрондарды не органикалық емес қосылыстарды (күкіртті сутек, тиосульфат, газ тәрізді сутекті) немесе органикалық заттарды (сүт қышқылы, изопропил спиртін) пайдаланады.

ә)    Фотосинтезді зерттеу барысындағы ең басты мәселелердің бірі — осы процестің өсімдіктердің жасыл жапырақтарында жүзеге асуы құбылысын ашу. Бұл сұраққа нақты жауап берген неміс ғалымы Т.В.Энгельман болды. Ол фотосинтез процесінің хлоропластарда жүретінін дәлелдеу үшін жасушаның әр түрлі бөліктерін кішкене сәуле шоқтарымен жарықтандыруға болатын микроскоп құрастырды. Жасушаның жеке бөліктерін жарықтандыра отырып, оның қай бөлігінің фотосинтезге кабілетті екенін зерттеді. Сөйтіп, ол жасушаның қай бөлігі фотосинтез процесі үшін жарық қабылдағышы бола алатынын дәлелдеді. Фотосинтездік белсенділікке талдау жасау үшін ол тек анаэробты жағдайды ғана талдап алды. Ол үшін қозғала алатын және оттектің концентрациясы жоғары болатын аймақ бағытына қарай жылжитын бактерияларды қолданды. Сонда Т.В.Энгельман бактериялардың жасушаның жарық түскен хлоропластарына жылжитынын басқа жарық түскен органоидтеріне жылжымайтынын байқаған. Бұдан Энгельман: "Хлоропластар жасушалары оттек орталығы болып табылады және фотосинтез процесі нәтижесінде оттек бөлінеді" деген тұжырым жасаған. Сонымен фотосинтез процесі кезіндегі жарықтың сіңірілуі мен оттектің бөлінуі тек хлоропластарда жүретіні анықталды. Фотосинтез процесі екі сатыға бөлінеді. Жарық және қараңғы фазалары. Жарық фазасының реакциялары хлоропластың бетіндегі мембраналық түзілім — ламеллада жүрсе, караңғы фазасының реакциялары хлоропласт денесінде немесе стромасында өтеді. Фотосинтездің жарық фазасы реакцияларының әлементарлық өлшем бірлігі — квантосомалар болып табылады. Оның құрамына хлорофилдің 230 молекуласы және электрон тізбегін тасымалдауға қатысатын нәруыздар — цитохром б, с және ферредоксин кіреді.           Жарық фазасы. Энергетикалық процестер тікелей жарық фазасында жүреді. Жарық кванты хлоропласта орналасқан хлорофилл пигменті арқылы қабылданады. Жарық кванты мен хлорофилдер әрекеттескенде, электрондар пайда болады. Олардың ежелгі және қазіргі өсімдік организміндегі жүру жолдары бірдей емес. Ежелгі фотосинтездеуші бактериялар мен төменгі сатылы балдырларда электрондар электронды тасымалдаушы тізбек арқылы тасымалданғанда, бейорганикалық фосфат пен аденозиндифосфаттан (АДФ) аденозинтрифосфат (АТФ) түзіледі. Бұл процесте электрондар хлорофилге қайтып оралатындықтан, циклдік фотофосфорлану деп аталады. Хлоропласт ламелласының квантосомаларында орналасқан циклді фотофосфорлану тек кана фотосинтездеуші микроорганизмдер мен төменгі сатыдағы балдырларда ғана емес, жасыл өсімдіктерде де жүреді. Циклді фотофосфорлану жүретін құрылым — I фотожүйе деп аталады. I фотожүйе құрамында хлорофилл а, с бар. Олар 700 нм-де жарық сіңіреді. Жасыл өсімдіктердің фотосинтезін зерттеуде Р.Хилл 1937 жылы үлкен үлес қосты. Ол алғаш рет судың фотолизі кезіндегі молекулалық оттектің бөлінуі фотосинтездің жарық фазасында жүретін реакция екендігін аныңтаған. Бұл реакция жүзеге асу үшін міндетті түрде электрондар акцепторы қатысуы қажет, мысалы, феррицианид немесе энергия жұмсау арқылы жинайды. Осы циклдік емес фотофосфорланудың пайда болуы нәтижесінде жоғары сатыдағы (жасыл) балдырлар мен жасыл өсімдіктер атмосфераға оттек бөле бастады. Ал олардың пайда болуына дейін атмосферада оттек болмаған. Жасыл өсімдіктердің арқасында аэробты тіршілік және аэробты организмдер эволюциясы пайда болды.

Қараңғы фазасы. Фотосинтездің II сатысы жарық квантын қажет етпегендіктен, фотосинтездің қараңғы сатысы деп аталған. Бұл сатыда С0₂-ні игеру және көмірсуларды синтездеу үшін АТФ пен НАДФН энергиялары жұмсалынады. Мұнда құрамында 3—7 көміртек атомдары болатын әр алуан көміртекті қосылыстардың айналымы сияқты күрделі процестер жүреді. Бұл процесте бейорганикалық С0₂-ні игеретін негізгі фермент — рибулозобифосфаткарбоксилаза. Оны қысқаша "рубиско" деп атайды. Мұндай көміртектің фотосинтездік ассимиляциялану жолын Кальвин жолы деп атайды. Фотосинтездік бұл реакциялар жиынтығы фотосинтездің жарықтағы және қараңғыдағы сатысын біріктіреді. Мұнда судың құрамындағы сутек атомы көміртек диоксидінің тотықсыздануына жұмсалады. Ал оттек молекула күйінде бөлініп шығады.

 

      Фотосинтез пластикалық алмасудың ең маңызды процестерінің бірі.  Фотосинтез жарық энергиясының көмегімен органикалық заттардың түзілуі болып табылады. Фотосинтез дегеніміз — жасыл жапырақ хлоропластары арқылы күн сәулесі энергиясының химиялық байланыс энергиясына айналу процесі.Бұл энергия біздің ғаламшарымыздағы тіршіліктің негізгі көзі болып табылады. Жасыл өсімдіктер мен цианобактериялар күн энергиясын пайдаланып, оны органикалық қосылыстарды синтездеуге пайдаланып, осылайша химиялық байланыстар энергиясы түрінде жиналады. Жер бетіндегі тірі организмдердің барлығы дерлік қандай жолмен болса да фотосинтезбен байланысты Ал фотосинтездің жарық және қараңғы фазалары бар. Олар біртұтас күрделі процесті түзіп, бір – бірімен тығыз байланыста болады. Жарық фазасында ежелгі балдырларда циклді фотофосфорлану реакциясы жүреді. Фотосинтездің қараңғы фазасында көмірқышқыл газын пайдалану және соның негізінде органикалық қосылыстарды синтездеу үшін АТФ және НАДФН энергиясы қолданылады. Осыдан фотосинтез процесінің тірі организмдер үшін маңызды орын алатынын көруге болады.