Fotosentezde Enzim Aktivitesi

İçerik

• Fotosentez Nedir?
• Fotosentez Denklemi
• Hücresel Solunum vs Fotosentez
• Bitkilerin Yapısı
• Bitki Hücresinin Yapısı
• Kloroplast
• Işık Reaksiyonları
• Karanlık Tepkiler
• Rubisco giriniz

Fotosentez, tüm biyolojideki en önemli reaksiyon olarak savunulabilir bir şekilde etiketlenebilir. Dünyadaki herhangi bir besin ağı veya enerji akışı sistemini inceleyin ve sonuçta, içindeki organizmaları sürdüren maddeler için güneşten gelen enerjiye dayandığını göreceksiniz. Hayvanlar, hem karbon bazlı besinlere (karbonhidratlara) hem de fotosentezin ürettiği oksijene dayanır, çünkü diğer hayvanlara avlanarak beslenmesinin tümünü besleyen hayvanlar bile, çoğunlukla veya yalnızca bitkilerde yaşayan canlıları yiyerek beslenirler.

Böylece fotosentezden doğada gözlemlenen diğer tüm enerji değişim süreçlerini akar. Glikoliz ve hücresel solunumun reaksiyonları gibi, fotosentez, ışığın ve gazın gıdanın dönüştürülmesinde ne kadar önemli olduğu ışığında fotosentezin belirli katalizörlerinin oynadığı rollerin anlaşılması ve çok fazla adım atılmasıdır. temel biyokimya.

Fotosentez Nedir?

Fotosentez, yediğiniz son şeyin üretimi ile ilgiliydi, her neyse. Bitki bazında ise, iddia basit. Eğer bir hamburger olsaydı, et neredeyse tamamen bitkilerin üzerinde yaşayan bir hayvandan gelirdi. Biraz farklı görünüyordu, eğer güneş bugün dünyayı soğumaya bırakmadan kendi kendine kapanırsa, bu da bitkilerin kıt olmasına neden olacaktı, dünya gıda arzı yakında yok olacaktı; Açıkça avcı olmayan bitkiler, herhangi bir besin zincirinin en altındadır.

Fotosentez geleneksel olarak ışık reaksiyonlarına ve karanlık reaksiyonlara bölünür. Fotosentezdeki her iki reaksiyon da kritik rol oynar; Birincisi, güneş ışığının veya diğer ışık enerjisinin varlığına dayanırken, ikincisi, çalışmak için alt tabakanın olması gereken ışık reaksiyonunun ürünlerine bağlı değildir. Işık reaksiyonlarında bitkinin karbonhidratı birleştirmesi gereken enerji molekülleri yapılırken, karbonhidrat sentezinin kendisi karanlık reaksiyonları meydana getirir. Bu, bazı yollardan aerobik solunum ile benzerdir; Krebs, başlıca bir doğrudan ATP kaynağı değil (adenosin trifosfat, tüm hücrelerin "enerji para birimi") olmasa da, bir hücre oluşumunu tetikleyen çok sayıda ara molekül oluşturur. müteakip elektron taşıma zinciri reaksiyonlarında ATP'nin büyük kısmı.

Bitkilerde fotosentez yapmalarını sağlayan kritik unsur klorofil, denilen benzersiz yapılarda bulunan bir madde kloroplast.

Fotosentez Denklemi

Fotosentezin net reaksiyonu aslında çok basittir. Şu hususları belirtmektedir ışık enerjisi varlığında karbondioksit ve su, işlem sırasında glikoza ve oksijene dönüştürülür..

6 CO₂ + hafif + 6 H₂O → C₆'H₁₂Ö₆ +6 O₂

Genel reaksiyon, toplamın ışık reaksiyonları ve karanlık reaksiyonlar fotosentez:

Işık reaksiyonları: 12 H₂O + ışık → O₂ + 24 H⁺ + 24e⁻

Karanlık reaksiyonlar: 6CO₂ + 24 H⁺ + 24 e⁻ → C₆'H₁₂Ö₆ +6 H₂Ö

Kısacası, ışık reaksiyonları bitkinin daha sonra yiyecek (glikoz) haline getirdiği elektronları korkutmak için güneş ışığını kullanır. Bunun pratikte nasıl gerçekleştiği iyi çalışılmıştır ve milyarlarca yıllık biyolojik evrimin bir kanıtıdır.

Hücresel Solunum vs Fotosentez

Yaşam bilimlerini inceleyen insanlar arasında yaygın bir yanılgı, fotosentezin tersine hücresel solunumdur. Bu, fotosentezin net reaksiyonunun, hücresel solunum gibi gözüktüğü göz önüne alındığında, glikoliz ile başlayıp, mitokondride aerobik süreçlerle (Krebs döngüsü ve elektron taşıma zinciri) biten - kesin olarak tersine döndüğü anlaşılabilir.

Bununla birlikte, fotosentezde karbondioksiti glikoza dönüştüren reaksiyonlar, hücresel solunumda glikozu tekrar karbon dioksit seviyesine düşürmek için kullanılanlardan çok farklıdır. Bitkiler, akılda tutulması gereken, aynı zamanda hücresel solunumdan da faydalanır. Kloroplastlar "bitkilerin mitokondrileri" değildir; bitkilerin de mitokondri var.

Fotosentezin temelde gerçekleşen bir şey olduğunu düşünün, çünkü bitkilerin ağızları yoktur, ancak yine de kendi yakıtlarını üretmek için bir besin olarak glikozu yakmaya güvenirler. Bitkiler glikozu tüketemiyorsa, ancak hala düzenli bir beslenmesini gerektiriyorsa, görünüşte imkansız görünmeleri ve kendileri yapmaları gerekir. Bitkiler nasıl yemek yapar? İçlerinde küçük enerji santrallerini sürmek için dış ışık kullanırlar. Bunu yapabilmeleri büyük ölçüde gerçekte nasıl yapılandıklarına bağlıdır.

Bitkilerin Yapısı

Kütleleri ile ilgili olarak çok fazla yüzey alanına sahip yapılar, yollarından geçen güneş ışığının büyük bir bölümünü yakalamak için iyi bir konumdadır. Bu nedenle bitkilerin yaprakları vardır. Yaprakların bitkilerin en yeşil kısmı olma eğiliminde olmaları, fotosentez çalışmalarının yapıldığı yer olan yapraklardaki klorofil yoğunluğunun sonucudur.

Yapraklar, yüzeylerinde stoma (tekil: stoma) adı verilen gözenekleri geliştirmiştir. Bu açıklıklar, yaprağın CO girişini ve çıkışını kontrol edebildiği araçlardır₂fotosentez için gerekli olan ve₂, bu işlemin atık ürünüdür. (Oksijeni atık olarak düşünmek zordur, ancak bu ortamda, kesinlikle budur.

Bu stomalar ayrıca yaprağın su içeriğini düzenlemesine yardımcı olur. Su bol olduğunda, yapraklar daha katı ve "şişirilir" ve stomalar kapalı kalmaya meyillidir. Tersine, su az olduğunda stomalar, yaprağın kendisini beslemesine yardımcı olmak amacıyla açılır.

Bitki Hücresinin Yapısı

Bitki hücreleri ökaryotik hücrelerdir, yani hem tüm hücrelerde ortak olan dört yapıya (DNA, bir hücre zarı, sitoplazma, hem de ribozomlar) ve birtakım özel organellere sahiptirler. Bununla birlikte, bitki hücreleri, hayvanlardan ve diğer ökaryotik hücrelerden farklı olarak, bakterilerin yaptığı ancak farklı kimyasallar kullanılarak yapılan hücre duvarlarına sahiptir.

Bitki hücreleri ayrıca çekirdeklere sahiptir ve organelleri mitokondri, endoplazmik retikulum, Golgi cisimleri, bir hücre iskeleti ve vakuolleri içerir. Ancak bitki hücreleri ve diğer ökaryotik hücreler arasındaki kritik fark, bitki hücrelerinin içerdiğidir. kloroplast.

Kloroplast

Bitki hücreleri içerisinde kloroplast adı verilen organeller bulunur. Mitokondri gibi, bunların ökaryotların evriminde nispeten erken bir zamanda ökaryotik organizmalara dahil edildiğine ve daha sonra serbest duran bir fotosentez yapan prokaryot olarak varolan bir kloroplast olma özelliğine sahip olduğuna inanılmaktadır.

Kloroplast, bütün organeller gibi, bir çift plazma zarı ile çevrilidir. Bu zarın içinde, kloroplastların sitoplazması gibi çalışan bir stroma vardır. Ayrıca kloroplastlar içerisinde, siklo yığınları gibi düzenlenmiş ve kendilerine ait bir zarla kapatılmış olan tiyoloid adı verilen gövdeler bulunur.

Klorofil fotosentez pigmenti "" olarak kabul edilir, ancak birkaç farklı klorofil türü vardır ve klorofil dışındaki pigment de fotosenteze katılır. Fotosentezde kullanılan ana pigment klorofil A'dır. Fotosentetik işlemlerde yer alan bazı klorofil olmayan pigmentler kırmızı, kahverengi veya mavi renktedir.

Işık Reaksiyonları

Fotosentezin ışık reaksiyonları, hidrojen atomlarını su moleküllerinden uzaklaştırmak için ışık enerjisi kullanır, bu hidrojen atomları, gelen ışıkla sonuçta açığa çıkan elektronların akışı ile desteklenir ve müteakip koyu reaksiyonlar için gerekli olan NADPH ve ATP'nin sentezlenmesi için kullanılır.

Işık reaksiyonları, kloroplast içinde, bitki hücresinin içinde thylakoid membran üzerinde meydana gelir. Işık denilen bir protein-klorofil kompleksi vurduğunda başlıyorlar fotosistem II (PSII). Bu enzim, hidrojen atomlarını su moleküllerinden serbest bırakan şeydir. Sudaki oksijen daha sonra serbest kalır ve işlemde serbest kalan elektronlar, plastokinol adı verilen bir moleküle tutturulur ve bunu plastokinona dönüştürür. Bu molekül sırayla elektronları sitokrom b6f adı verilen bir enzim kompleksine aktarır. Bu ctyb6f elektronları plastokinondan alır ve bunları plastosiyanine taşır.

Bu noktada, fotosistem I (PSI) işe başlar. Bu enzim elektronları plastosiyaninden alır ve bunları ferredoksin adı verilen demir içeren bir bileşiğe bağlar. Sonunda, ferredoxin-NADP adlı bir enzim⁺NADP'den NADPH yapmak için redüktaz (FNR)⁺. Tüm bu bileşikleri ezberlemenize gerek yoktur, ancak söz konusu reaksiyonların kademeli, "dağıtma" niteliğine sahip olmanız önemlidir.

Ayrıca, PSII, yukarıdaki reaksiyonları sağlamak için hidrojeni sudan serbest bırakırken, bu hidrojenin bir kısmı, konsantrasyon gradyanı boyunca, stroma için tiyaloid bırakma eğilimindedir. Thylakoid membran, membran içinde bir ATP sentaz pompasına güç vermek için kullanarak bu doğal çıkıştan yararlanır, bu da ATP'yi oluşturmak için fosfat moleküllerini ADP'ye (adenosin difosfat) bağlar.

Karanlık Tepkiler

Fotosentezin karanlık reaksiyonları isimlendirilir çünkü ışığa dayanmazlar. Ancak, ışık mevcut olduğunda ortaya çıkabilirler, bu nedenle daha zahmetli, eğer daha zahmetli, isim ise "ışıktan bağımsız reaksiyonlar"Sorunları daha da açıklığa kavuşturmak için, karanlık reaksiyonlar birlikte Calvin döngüsü.

Akciğerlerinize hava soluduğunda, o havadaki karbon dioksitin hücrelerinize yol açabileceğini, bunun ardından vücudunuzdan yediğiniz yiyeceğin parçalanmasına neden olan aynı maddeyi yapmak için kullanacağını hayal edin. Aslında, bu nedenle, asla yemek zorunda kalmazsınız. Bu esas olarak CO kullanan bir bitkinin ömrüdür.₂ ortamdan (büyük ölçüde diğer ökaryotların metabolik işlemlerinin bir sonucu olarak var olan) glikoz yapmak için toplar ve daha sonra kendi ihtiyaçları için depolar veya yakar.

Fotosentezin, hidrojen atomunu sudan arındırıp, bazı NADPH ve bazı ATP'leri yapmak için bu atomlardan gelen enerjiyi kullanarak başladığını gördünüz. Ama şimdiye kadar, fotosentez olan CO2'ye diğer girdilerden söz edilmedi. Şimdi neden bütün NADPH ve ATP'nin ilk sırada toplandığını göreceksiniz.

Rubisco giriniz

Koyu renkli reaksiyonların ilk basamağında CO2, ribuloz 1,5-bisfosfat adı verilen beş karbonlu bir şeker türevine bağlanır. Bu reaksiyon, çok daha akılda kalıcı olarak bilinen, ribuloz-1,5-bisfosfat karboksilaz / oksijenaz enzimi ile katalize edilir. Rubisco. Bu enzimin, fotosentez yapılan tüm bitkilerde mevcut olduğu göz önüne alındığında, dünyadaki en bol protein olduğuna inanılmaktadır.

Bu altı karbonlu ara ürün kararsızdır ve fosforglisrat adı verilen bir çift üç karbonlu moleküle bölünür. Bunlar daha sonra 1,3-bifosfogliserat oluşturmak için bir kinaz enzimi ile fosforile edilir. Bu molekül daha sonra, gliseraldehit-3-fosfata (G3P) dönüştürülür, fosfat moleküllerini serbest bırakır ve ışık reaksiyonlarından elde edilen NAPDH'yi tüketir.

Bu reaksiyonlarda yaratılan G3P, bitki hücrelerinin spesifik ihtiyaçlarına bağlı olarak glikoz, amino asitler veya lipitlerin oluşmasına neden olan birkaç farklı yola sokulabilir. Bitkiler aynı zamanda insan diyetinde nişasta ve liflere katkıda bulunan glikoz polimerlerini sentezler.