Fotosentez nasıl bir reaksiyondur?

İçerik

• Fotosenteze Hızlı Bir Bakış
• Fotosentez Ne Tip Bir Reaksiyondur?
• Fotosentez Yapıları
• Fotosentez Mekanizması
• Fotosentez Endergonik midir?
• Fotosentezin Işık ve Karanlık Tepkileri
• Enerji Bağlantısı Nedir?
• Neden Cant Abonelikleri Değiştirilir?

Kolektif olarak fotosentez olarak bilinen kimyasal reaksiyonlar dizisi olmadan, burada olmazdınız ve tanıdığınız hiç kimsede olmazdı. Bu, fotosentezin bitkilere ve birkaç mikro organizmaya özel olduğunu ve vücudunuzdaki tek bir hücrenin ya da herhangi bir hayvanın hücresinin bu zarif ürün grubunu yerine getirme aparatına sahip olmadığını bilmeniz durumunda garip bir iddia olarak ortaya çıkabilir. reaksiyonları. Ne oluyor?

Basitçe söylemek gerekirse, bitki yaşamı ve hayvan yaşamı neredeyse mükemmel bir şekilde simbiyotiktir, yani bitkilerin metabolik ihtiyaçlarını karşılama yolunda ilerleyişi, hayvanlar için son derece faydalıdır ve bunun tersi de geçerlidir. En basit anlamda hayvanlar oksijen gazı alırlar (O).₂) Gaz dışı karbon kaynaklarından ve atık karbondioksit gazından (CO) enerji elde etmek₂) ve su (H₂O) süreçte, bitkiler CO kullanırken₂ ve H₂O yiyecek yapmak ve O serbest bırakmak için₂ çevreye. Ek olarak, dünya enerjisinin yaklaşık yüzde 87'si, sonuçta fotosentez ürünlerinin de ürünü olan fosil yakıtların yanmasından kaynaklanmaktadır.

Bazen "fotosentez, solunumun hayvanlar için ne olduğunu bitkilere" demektedir, ancak bu, hatalı bir analojidir, çünkü bitkiler her ikisini de kullanır, hayvanlar ise sadece solunum kullanır. Fotosentezi, bitkilerin karbonu tüketme ve sindirme şekli olarak düşünün, hareketlilikten ziyade ışığa ve karbonu küçük hücreli makinelerin kullanabileceği bir biçimde koymak için yeme eylemine güvenin.

Fotosenteze Hızlı Bir Bakış

Fotosentez, canlıların önemli bir bölümü tarafından doğrudan kullanılmamasına rağmen, dünyadaki yaşamın devam etmesini sağlamaktan sorumlu olan tek kimyasal süreç olarak makul bir şekilde görülebilir. Fotosentetik hücreler CO alır₂ ve H₂O organizma tarafından çevreden toplanır ve güneş ışığından elde edilen enerjiyi glikoz sentezine (C₆'H₁₂Ö₆), O serbest₂ atık ürün olarak. Bu glikoz, bitkideki farklı hücreler tarafından aynı şekilde işlenir ve aynı şekilde glikoz, hayvan hücreleri tarafından kullanılır: Adenosin trifosfat (ATP) formunda enerji açığa çıkarmak ve CO salınımını sağlamak üzere solunumdan geçer.₂ atık ürün olarak. (Fitoplankton ve siyanobakteriler de fotosentezden yararlanır, ancak bu tartışmanın amaçları için, fotosentetik hücreleri içeren organizmalar genel olarak "bitkiler" olarak adlandırılır.)

Glikozu yapmak için fotosentezi kullanan organizmalara, Yunanca'dan "kendi yemeğine" gevşek bir şekilde dönüşen ototroflar denir. Yani, bitkiler doğrudan yiyecek için diğer organizmalara dayanmazlar. Diğer taraftan, hayvanlar heterotroflardır ("diğer gıdalar") çünkü büyümek ve hayatta kalmak için diğer canlı kaynaklardan karbon tüketmeleri gerekir.

Fotosentez Ne Tip Bir Reaksiyondur?

Fotosentez, redoks reaksiyonu olarak kabul edilir. Redoks, çeşitli biyokimyasal reaksiyonlarda atom seviyesinde ne olduğunu açıklayan "indirgeme-oksidasyon" için kısadır. Bileşenleri kısa bir süre içinde araştırılacak olan fotosentez adı verilen reaksiyon serileri için eksiksiz ve dengeli formül:

6H₂O + ışık + 6CO₂ → C₆'H₁₂Ö₆ + 6O₂

Kendiniz için her atom tipinin sayısının, okun her iki tarafında aynı olduğunu doğrulayabilirsiniz: Altı karbon atomu, 12 hidrojen atomu ve 18 oksijen atomu.

İndirgeme, elektronların bir atom veya molekülden çıkarılmasıdır; oksidasyon ise elektronların kazanılmasıdır. Buna bağlı olarak, diğer bileşiklere kolayca elektron veren bileşikler oksitleyici ajanlar olarak adlandırılırken, elektron kazanma eğiliminde olanlara indirgeyici ajanlar denir. Redoks reaksiyonları genellikle, indirgenen bileşiğe hidrojen eklenmesini içerir.

Fotosentez Yapıları

Fotosentezdeki ilk adım, “ışık olmasına izin verin” olarak özetlenebilir. Güneş ışığı tüm süreci harekete geçirerek bitkilerin yüzeyine çarpar. Neden birçok bitkinin onlar gibi göründüğünden şüpheleniyor olabilirsiniz: Bu organizmaların neden bu şekilde yapılandırıldığını bilmiyorsanız, gereksiz (çekici olsa da) görünen yaprakları destekleyen formda bir çok yüzey alanı. Bitkinin "hedefi", mümkün olduğu kadar güneş ışığına maruz kalmaktır - her ikisini de ekosistemdeki en kısa, en küçük bitkileri yapmak yerine, her ikisinin de yeterli enerji elde etmek için uğraştıkları bir hayvan çöplüğünün çukurları gibi. Şaşırtıcı olmayan yapraklar, fotosentetik hücrelerde aşırı derecede yoğundur.

Bu hücreler fotosentezin yapıldığı yer olan kloroplast adı verilen organizmalar bakımından zengindir, tıpkı mitokondri gibi solunumun oluştuğu organellerdir. Aslında, kloroplastlar ve mitokondri yapısal olarak oldukça benzerdir; gerçek şu ki, biyoloji dünyasındaki hemen hemen her şey gibi, evrim harikasına kadar izlenebilir.) Kloroplastlar, ışığı en iyi şekilde yansıtmak yerine optimal olarak emen özel pigmentler içerir. Absorbe edilmek yerine yansıyan, insan gözü ve beynin belirli bir renk olarak yorumladığı bir dalga boyundadır (ipucu: "g" ile başlar). Bu amaçla kullanılan ana pigment klorofil olarak bilinir.

Kloroplastlar, tüm canlı hücrelerde olduğu gibi içerdikleri organellerde olduğu gibi çift plazma membranı ile çevrilidir. Bununla birlikte, bitkilerde, thylakoid membran adı verilen plazma çift katmanının iç kısmında üçüncü bir membran bulunur. Bu zar çok geniş bir şekilde katlanır, böylece nefes darpesi paketinden farklı olarak üst üste yığılmış disk benzeri yapılar ortaya çıkar. Bu thylakoid yapılar klorofil içerir. İç kloroplast zarı ile tiyalakoid zarı arasındaki boşluğa stroma denir.

Fotosentez Mekanizması

Fotosentez, genellikle açık ve koyu reaksiyonlar olarak adlandırılan ve daha sonra ayrıntılı olarak tarif edilen ışığa bağımlı ve ışığa bağlı olmayan reaksiyonlara bölünmüştür. Sonuç olarak, önce ışık reaksiyonları meydana gelir.

Güneşten gelen ışık klorofile ve thylakoids içindeki diğer pigmentlere çarptığında, esasen gevşek elektronları ve protonları klorofil içindeki atomlardan patlatır ve onları daha yüksek bir enerji seviyesine yükseltir, böylece göç etmelerini daha serbest hale getirir. Elektronlar, thylakoid zarın üzerinde açılan elektron taşıma zinciri reaksiyonlarına yönlendirilir. Burada, NADP gibi elektron alıcıları, ATP'nin sentezini yürütmek için de kullanılan bu elektronların bazılarını alırlar. ATP, temel olarak, ABD finansal sistemine dolarların ne olduğu hücrelerine yöneliktir: Neredeyse tüm metabolik işlemlerin sonuçta kullanıldığı "enerji para birimidir".

Bu olurken, güneş banyosu klorofil molekülleri aniden kendilerini elektronlardan arındırdı. Burası suyun aşınmaya girdiği ve yer değiştiren elektronlara hidrojen şeklinde katkıda bulunduğu, böylece klorofilin azaldığı yerdir. Hidrojeni kaybolurken, bir zamanlar su olan şey moleküler oksijendir - O₂. Bu oksijen, hücreden ve bitkiden tamamen yayılır ve bir kısmı tam da bu anda kendi ciğerlerine girmeyi başardı.

Fotosentez Endergonik midir?

Fotosentez, endergonik bir reaksiyon olarak adlandırılır çünkü ilerlemek için enerji girişi gerektirir. Güneş, gezegendeki tüm enerjinin nihai kaynağıdır (güneşi kendi başına bir tanrı olarak kabul eden çeşitli antik kültürler tarafından belki de bir düzeyde anlaşılan bir durumdur) ve bitkiler onu üretken kullanım için ilk müdahalede bulundular. Bu enerji olmadan, küçük, basit bir molekül olan karbon dioksitin glukoza dönüştürülmesinin, daha büyük ve daha karmaşık bir molekülün bir yolu olmazdı. Herhangi bir şekilde enerji harcamazken, merdivenlerden yukarı yürürken kendinizi hayal edin ve bitkilerin karşılaştığı sorunu görebilirsiniz.

Aritmetik terimlerle endergonik reaksiyonlar, ürünlerin reaktanlardan daha yüksek bir enerji seviyesine sahip olduğu reaksiyonlardır. Enerjik olarak konuşursak, bu reaksiyonların zıddı, ürünlerin reaksiyonlardan daha düşük enerjiye sahip olduğu ve reaksiyon sırasında enerjinin serbest bırakıldığı ekzonomik olarak adlandırılır. (Bu genellikle ısı şeklindedir - tekrar, daha ılık olur musunuz veya egzersizle daha da soğuklaşır mısınız?) Bu, fotosentez için +479 kJ ⋅ mol olan reaksiyonun serbest enerjisi ΔG ° olarak ifade edilir.^-1 veya mol başına 479 joule enerji. Pozitif işaret bir endotermik reaksiyonu gösterirken, negatif bir işaret ekzotermik bir işlemi gösterir.

Fotosentezin Işık ve Karanlık Tepkileri

Işık reaksiyonlarında, su güneş ışığı ile parçalanırken, karanlık reaksiyonlarda protonlar (H⁺) ve elektronlar (e⁻Işık reaksiyonlarında serbest kalanlar, CO'dan glikoz ve diğer karbonhidratların montajı için kullanılır.₂.

Işık reaksiyonları, aşağıdaki formüle göre verilmiştir:

2H₂O + ışık → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻(ΔG ° = +317 kJ ⋅ mol⁻¹)

ve karanlık reaksiyonlar aşağıdakiler tarafından verilmektedir:

CO₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → CH₂O + H₂O (ΔG ° = +162 kJ ⋅ mol⁻¹)

Genel olarak, bu yukarıda açıklanan tam denklemi verir:

'H₂O + ışık + CO₂ → CH₂O + O₂(ΔG ° = +479 kJ ⋅ mol⁻¹)

Her iki reaksiyon setinin de endononik olduğunu, ışık reaksiyonlarının daha güçlü olduğunu görebilirsiniz.

Enerji Bağlantısı Nedir?

Canlı sistemlerdeki enerji eşleşmesi, aksi takdirde gerçekleşmeyecek diğer işlemleri yürütmek için bir işlemden elde edilen enerjiyi kullanmak anlamına gelir. Toplumun kendisi bu şekilde işler: İşletmeler genellikle sıfırdan borç almak zorunda kalırlar, ancak sonuçta bu işletmelerden bazıları oldukça karlı hale gelir ve diğer yeni şirketler için fon sağlayabilir.

Fotosentez, güneş enerjisinden elde edilen enerjinin kloroplastlardaki reaksiyonlara bağlanması ve böylece reaksiyonların çözülebilmesi için iyi bir enerji bağlantı örneğidir. Tesis sonunda küresel karbon döngüsünü, hemen veya gelecekte diğer reaksiyonlara bağlanabilecek glikoz ve diğer karbon bileşiklerini sentezleyerek ödüllendirir. Örneğin, buğday bitkileri nişasta üretir, dünyayı insanlar ve diğer hayvanlar için ana besin kaynağı olarak kullanır. Ancak bitkilerin yaptığı glikozun tümü depolanmaz; bazıları glikolizde serbest kalan enerjinin ATP oluşumuna yol açan mitokondri bitkisi reaksiyonlarına bağlandığı farklı bitki hücrelerinin parçalarına ilerler. Bitkiler besin zincirinin tabanını temsil etmekte ve pasif enerji ve oksijen bağışçıları olarak görülmekle birlikte, daha fazla büyümek ve diğer organizmalar gibi üremek zorunda olmakla birlikte kendilerinin metabolik ihtiyaçları vardır.

Neden Cant Abonelikleri Değiştirilir?

Bunun yanı sıra, öğrenciler dengeli bir şekilde sağlanmazlarsa kimyasal reaksiyonları dengelemekte zorlanırlar. Sonuç olarak, onların denemelerinde, öğrenciler dengeli bir sonuç elde etmek için reaksiyondaki moleküllerdeki abonelerin değerlerini değiştirme eğiliminde olabilirler. Bu karışıklık, reaksiyonları dengelemek için moleküllerin önündeki sayıları değiştirmenin mümkün olduğunu bilmekten kaynaklanabilir. Herhangi bir molekülün aboneliğini değiştirmek, o molekülü tamamen farklı bir moleküle dönüştürür. Örneğin, O değiştirme₂ O’ya₃ sadece kütle olarak yüzde 50 daha fazla oksijen katmıyor; Oksijen gazını ozon içerisine değiştirir, bu çalışma incelenen reaksiyona uzaktan benzer şekilde katılmayacaktır.