Bimët marrin ujë dhe minerale nga rrënjët e tyre. Gjethet sigurojnë ushqim organik për bimët. Ndryshe nga rrënjët, ato nuk janë në tokë, por në ajër, prandaj ato sigurojnë jo tokën, por ushqimin e ajrit.
Nga historia e studimit të ushqyerjes ajrore të bimëve
Njohuritë për ushqimin e bimëve u grumbulluan gradualisht. Rreth 350 vjet më parë, shkencëtari holandez Jan Helmont eksperimentoi për herë të parë me studimin e të ushqyerit të bimëve. Ai rriti shelgun në një enë balte të mbushur me tokë, duke shtuar vetëm ujë. Shkencëtari peshoi me kujdes gjethet e rënë. Pas pesë vjetësh, masa e shelgut së bashku me gjethet e rënë u rrit me 74.5 kg, dhe masa e tokës u ul me vetëm 57 g Bazuar në këtë, Helmont arriti në përfundimin se të gjitha substancat në bimë nuk formohen nga toka , por nga uji. Mendimi se bima rritet në madhësi vetëm për shkak të ujit vazhdoi deri në fund të shekullit të 18-të.
Në 1771, kimisti anglez Joseph Priestley studioi dioksidin e karbonit, ose, siç e quajti ai, "ajrin e prishur" dhe bëri një zbulim të jashtëzakonshëm. Nëse ndezni një qiri dhe e mbuloni me një mbulesë xhami, atëherë pasi të digjet pak, do të fiket. Një mi nën një kapuç të tillë fillon të mbytet. Megjithatë, nëse vendosni një degë nenexhiku nën kapak me miun, miu nuk mbytet dhe vazhdon të jetojë. Kjo do të thotë që bimët "korrigjojnë" ajrin e prishur nga frymëmarrja e kafshëve, domethënë, ato shndërrojnë dioksidin e karbonit në oksigjen.
Në vitin 1862, botanisti gjerman Julius Sachs vërtetoi përmes eksperimenteve se bimët e gjelbra jo vetëm prodhojnë oksigjen, por krijojnë edhe substanca organike që shërbejnë si ushqim për të gjithë organizmat e tjerë.
Fotosinteza
Dallimi kryesor midis bimëve jeshile dhe organizmave të tjerë të gjallë është prania në qelizat e tyre të kloroplasteve që përmbajnë klorofil. Klorofili ka vetinë e kapjes së rrezeve diellore, energjia e të cilave është e nevojshme për krijimin e substancave organike. Procesi i formimit të lëndës organike nga dioksidi i karbonit dhe uji duke përdorur energjinë diellore quhet fotosintezë (greqisht pbo1os dritë). Gjatë procesit të fotosintezës, formohen jo vetëm substanca organike - sheqerna, por çlirohet edhe oksigjen.
Skematikisht, procesi i fotosintezës mund të përshkruhet si më poshtë:
Uji absorbohet nga rrënjët dhe lëviz përmes sistemit përçues të rrënjëve dhe kërcellit deri te gjethet. Dioksidi i karbonit është një përbërës i ajrit. Ajo hyn në gjethe përmes stomatave të hapura. Thithja e dioksidit të karbonit lehtësohet nga struktura e gjethes: sipërfaqja e sheshtë e teheve të gjetheve, e cila rrit zonën e kontaktit me ajrin dhe prania e një numri të madh stomatash në lëkurë.
Sheqernat e formuara si rezultat i fotosintezës shndërrohen në niseshte. Niseshteja është një substancë organike që nuk tretet në ujë. Kgo mund të zbulohet lehtësisht duke përdorur një zgjidhje jodi.
Dëshmi për formimin e niseshtës në gjethet e ekspozuara ndaj dritës
Le të vërtetojmë se në gjethet jeshile të bimëve niseshteja formohet nga dioksidi i karbonit dhe uji. Për ta bërë këtë, merrni parasysh një eksperiment që u krye dikur nga Julius Sachs.
Një bimë shtëpie (barbarozë ose aguliçe) mbahet në errësirë për dy ditë në mënyrë që e gjithë niseshteja të përdoret për procese jetësore. Më pas mbulohen disa gjethe nga të dyja anët me letër të zezë në mënyrë që të mbulohet vetëm një pjesë e tyre. Gjatë ditës, bima është e ekspozuar ndaj dritës, dhe gjatë natës ajo ndriçohet shtesë duke përdorur një llambë tavoline.
Pas një dite, gjethet në studim priten. Për të kuptuar se në cilën pjesë të niseshtës së gjetheve është formuar, gjethet zihen në ujë (për të fryrë kokrrat e niseshtës) dhe më pas mbahen në alkool të nxehtë (klorofili tretet dhe gjethja zbardhet). Pastaj gjethet lahen në ujë dhe trajtohen me një zgjidhje të dobët të jodit. Kështu, zonat e gjetheve që janë ekspozuar ndaj dritës marrin një ngjyrë blu nga veprimi i jodit. Kjo do të thotë se niseshteja u formua në qelizat e pjesës së ndriçuar të gjethes. Prandaj, fotosinteza ndodh vetëm në dritë.
Dëshmi për nevojën për dioksid karboni për fotosintezë
Për të vërtetuar se dioksidi i karbonit është i nevojshëm për formimin e niseshtës në gjethe, edhe bima e shtëpisë mbahet fillimisht në errësirë. Njëra nga gjethet vendoset më pas në një balonë me një sasi të vogël uji gëlqereje. Balona mbyllet me një shtupë pambuku. Bima është e ekspozuar ndaj dritës. Dioksidi i karbonit absorbohet nga uji i gëlqeres, kështu që nuk do të jetë në balonë. Gjethja pritet dhe, ashtu si në eksperimentin e mëparshëm, ekzaminohet për praninë e niseshtës. Mbahet në ujë të nxehtë dhe alkool dhe trajtohet me tretësirë jodi. Sidoqoftë, në këtë rast, rezultati i eksperimentit do të jetë i ndryshëm: gjethja nuk bëhet blu, sepse nuk përmban niseshte. Prandaj, për formimin e niseshtës, përveç dritës dhe ujit, nevojitet edhe dioksidi i karbonit.
Kështu, ne iu përgjigjëm pyetjes se çfarë ushqimi merr bima nga ajri. Përvoja ka treguar se është dioksid karboni. Është e nevojshme për formimin e lëndës organike.
Organizmat që krijojnë në mënyrë të pavarur substanca organike për të ndërtuar trupin e tyre quhen autotrophamne (greqisht autos - vetë, trofe - ushqim).
Dëshmi për prodhimin e oksigjenit gjatë fotosintezës
Për të vërtetuar se gjatë fotosintezës, bimët lëshojnë oksigjen në mjedisin e jashtëm, merrni parasysh një eksperiment me bimën ujore Elodea. Fidanet Elodea zhyten në një enë me ujë dhe mbulohen me një hinkë sipër. Vendosni një epruvetë të mbushur me ujë në fund të hinkës. Bima ekspozohet në dritë për dy deri në tre ditë. Kur ekspozohet ndaj dritës, elodea prodhon flluska gazi. Ato grumbullohen në krye të epruvetës, duke zhvendosur ujin. Për të zbuluar se për çfarë lloj gazi bëhet fjalë, epruveta hiqet me kujdes dhe futet në të një copëz që digjet. Shkëputja pulson me shkëlqim. Kjo do të thotë se oksigjeni është grumbulluar në balonë, e cila mbështet djegien.
Roli kozmik i bimëve
Bimët që përmbajnë klorofil janë në gjendje të thithin energjinë diellore. Prandaj K.A. Timiryazev e quajti rolin e tyre në Tokë kozmike. Një pjesë e energjisë diellore të ruajtur në lëndë organike mund të ruhet për një kohë të gjatë. Qymyri, torfe, nafta formohen nga substanca që në kohët e lashta gjeologjike krijoheshin nga bimët e gjelbra dhe thithnin energjinë e Diellit. Duke djegur materiale natyrore të djegshme, një person çliron energjinë e ruajtur miliona vjet më parë nga bimët e gjelbra.
ku AH 2 janë produktet e F.
Karakteristikat strukturore të aparatit fotosintetik.
Efikasiteti i lartë i fosforit në bimët më të gjelbra sigurohet nga një aparat fotosintetik i përsosur, baza e të cilit janë organelet ndërqelizore - kloroplastet (ka 20-100 prej tyre në një qelizë me gjethe jeshile). Ata janë të rrethuar nga një membranë me dy shtresa. Shtresa e saj e brendshme përbëhet nga qese ose fshikëza të rrafshuara të quajtura tilakoide, të cilat shpesh janë të mbushura në pirgje dhe formojnë grana të lidhura me njëra-tjetrën nga tilakoide të vetme ndërgranulare. Tilakoidet përbëhen nga vetë membranat fotosintetike, të cilat janë shtresa lipidike biomolekulare dhe komplekse lipoprotein-pigmentesh të ndërthurura në mënyrë mozaike që formojnë qendra fotokimikisht aktive, dhe gjithashtu përmbajnë përbërës të veçantë të përfshirë në transportin e elektroneve dhe formimin e adenozinës trifosfatit (ATP). Pjesa e kloroplastit e vendosur midis tilakoideve të stromës përmban enzima që katalizojnë reaksionet e errëta të fosforit (për shembull, shndërrimi i karbonit, azotit, squfurit, biosinteza e karbohidrateve dhe proteinave). Niseshteja e formuar gjatë F. depozitohet në stromë. Kloroplastet kanë ADN-në e tyre, ARN-në, ribozomet, proteinat sintetizuese dhe kanë njëfarë autonomie gjenetike, por janë nën kontrollin e përgjithshëm të bërthamës. bakteret fotosintetike dhe shumica e algave nuk kanë kloroplaste. Aparati fotosintetik i shumicës së algave përfaqësohet nga organele të specializuara ndërqelizore - kromatoforet, dhe bakteret fotosintetike dhe algat blu-jeshile - tilakoidet (membranat e tyre përmbajnë pigmentin bakteroklorofil ose bakterioviridin, si dhe përbërës të tjerë të reaksioneve të gëlbazës), të zhytura në shtresat periferike të citoplazmës.
Faza e transformimeve parësore dhe ruajtjes së energjisë në procesin e fotosintezës
Fotosinteza e bimëve bazohet në një proces redoks në të cilin 4 elektrone (dhe protone) ngrihen nga niveli i potencialit redoks që korrespondon me oksidimin e ujit (+ 0,8 V) në një nivel që korrespondon me reduktimin e CO 2 me formimin e karbohidrateve (– 0.4 V). Në të njëjtën kohë, rritja e energjisë së lirë të reaksionit të reduktimit të CO 2 në nivelin e karbohidrateve është 120 kcal/mol, dhe ekuacioni total i F. shprehet si.
Fotosintezaështë procesi i sintezës së substancave organike nga ato inorganike duke përdorur energjinë e dritës. Në shumicën dërrmuese të rasteve, fotosinteza kryhet nga bimët duke përdorur organele qelizore si p.sh kloroplastet që përmban pigment jeshil klorofilit.
Nëse bimët nuk do të ishin në gjendje të sintetizonin lëndë organike, atëherë pothuajse të gjithë organizmat e tjerë në Tokë nuk do të kishin asgjë për të ngrënë, pasi kafshët, kërpudhat dhe shumë baktere nuk mund të sintetizojnë substanca organike nga ato inorganike. Thithin vetëm ato të gatshmet, i zbërthejnë në më të thjeshta, nga të cilat përsëri mbledhin komplekse, por tashmë karakteristike për trupin e tyre.
Ky është rasti nëse flasim për fotosintezën dhe rolin e saj shumë shkurt. Për të kuptuar fotosintezën, duhet të themi më shumë: çfarë substancash specifike inorganike përdoren, si ndodh sinteza?
Fotosinteza kërkon dy substanca inorganike - dioksid karboni (CO 2) dhe ujë (H 2 O). E para thithet nga ajri nga pjesët mbitokësore të bimëve kryesisht përmes stomatave. Uji vjen nga toka, nga ku kalon në qelizat fotosintetike nga sistemi përçues i bimës. Gjithashtu, fotosinteza kërkon energjinë e fotoneve (hν), por ato nuk mund t'i atribuohen materies.
Në total, fotosinteza prodhon lëndë organike dhe oksigjen (O2). Në mënyrë tipike, lënda organike më shpesh nënkupton glukozë (C 6 H 12 O 6).
Përbërjet organike përbëhen kryesisht nga atomet e karbonit, hidrogjenit dhe oksigjenit. Ato gjenden në dioksid karboni dhe ujë. Megjithatë, gjatë fotosintezës, oksigjeni lirohet. Atomet e tij merren nga uji.
Shkurtimisht dhe përgjithësisht, ekuacioni për reagimin e fotosintezës zakonisht shkruhet si më poshtë:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Por ky ekuacion nuk pasqyron thelbin e fotosintezës dhe nuk e bën atë të kuptueshëm. Shikoni, megjithëse ekuacioni është i balancuar, në të numri i përgjithshëm i atomeve në oksigjenin e lirë është 12. Por ne thamë se ato vijnë nga uji dhe janë vetëm 6 prej tyre.
Në fakt, fotosinteza ndodh në dy faza. I pari quhet dritë, e dyta - errët. Emra të tillë janë për faktin se drita nevojitet vetëm për fazën e dritës, faza e errët është e pavarur nga prania e saj, por kjo nuk do të thotë se ajo ndodh në errësirë. Faza e dritës ndodh në membranat e tilakoideve të kloroplastit dhe faza e errët ndodh në stromën e kloroplastit.
Gjatë fazës së dritës, lidhja e CO 2 nuk ndodh. Gjithçka që ndodh është kapja e energjisë diellore nga komplekset e klorofilit, ruajtja e saj në ATP dhe përdorimi i energjisë për të reduktuar NADP në NADP*H2. Rrjedha e energjisë nga klorofila e ngacmuar nga drita sigurohet nga elektronet e transmetuara përgjatë zinxhirit të transportit të elektroneve të enzimave të ndërtuara në membranat tilakoid.
Hidrogjeni për NADP vjen nga uji, i cili zbërthehet nga rrezet e diellit në atome oksigjeni, protone hidrogjeni dhe elektrone. Ky proces quhet fotolizë. Oksigjeni nga uji nuk nevojitet për fotosintezën. Atomet e oksigjenit nga dy molekula uji kombinohen për të formuar oksigjen molekular. Ekuacioni i reagimit për fazën e lehtë të fotosintezës duket shkurtimisht kështu:
H 2 O + (ADP+P) + NADP → ATP + NADP*H 2 + ½O 2
Kështu, çlirimi i oksigjenit ndodh gjatë fazës së lehtë të fotosintezës. Numri i molekulave ATP të sintetizuara nga ADP dhe acidi fosforik për fotolizë të një molekule uji mund të jetë i ndryshëm: një ose dy.
Pra, ATP dhe NADP*H 2 vijnë nga faza e dritës në fazën e errët. Këtu, energjia e të parit dhe fuqia reduktuese e të dytës harxhohen në lidhjen e dioksidit të karbonit. Kjo fazë e fotosintezës nuk mund të shpjegohet thjesht dhe në mënyrë koncize sepse nuk vazhdon në atë mënyrë që gjashtë molekula CO 2 të kombinohen me hidrogjenin e çliruar nga molekulat NADP * H 2 për të formuar glukozë:
6CO 2 + 6NADP*H 2 →C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reaksioni ndodh me shpenzimin e energjisë ATP, e cila zbërthehet në ADP dhe acid fosforik).
Reagimi i dhënë është thjesht një thjeshtim për ta bërë më të lehtë për t'u kuptuar. Në fakt, molekulat e dioksidit të karbonit lidhen një nga një, duke u bashkuar me substancën organike tashmë të përgatitur me pesë karbon. Formohet një substancë organike e paqëndrueshme me gjashtë karbon, e cila zbërthehet në molekula karbohidrate me tre karbon. Disa nga këto molekula përdoren për të risintetizuar substancën origjinale me pesë karbon për të lidhur CO 2 . Kjo risintezë sigurohet Cikli i kalvinit. Një pakicë e molekulave të karbohidrateve që përmbajnë tre atome karboni dalin nga cikli. Të gjitha substancat e tjera organike (karbohidratet, yndyrat, proteinat) sintetizohen prej tyre dhe substancave të tjera.
Kjo është, në fakt, sheqernat me tre karbon, jo glukoza, dalin nga faza e errët e fotosintezës.
Fotosinteza është një proces biologjik shumë kompleks. Është studiuar nga shkenca e biologjisë për shumë vite, por, siç tregon historia e studimit të fotosintezës, disa faza janë ende të paqarta. Në librat e referencës shkencore, një përshkrim i qëndrueshëm i këtij procesi zgjat disa faqe. Qëllimi i këtij artikulli është të përshkruajë shkurt dhe qartë fenomenin e fotosintezës për fëmijët, në formën e diagrameve dhe shpjegimeve.
Përkufizimi shkencor
Së pari, është e rëndësishme të dini se çfarë është fotosinteza. Në biologji, përkufizimi është si më poshtë: ky është procesi i formimit të substancave organike (ushqimi) nga substancat inorganike (nga dioksidi i karbonit dhe uji) në kloroplaste duke përdorur energjinë e dritës.
Për të kuptuar këtë përkufizim, ne mund të imagjinojmë një fabrikë të përsosur - çdo bimë të gjelbër që është fotosintetike. "Karburanti" për këtë fabrikë është rrezet e diellit, bimët përdorin ujë, dioksid karboni dhe minerale për të prodhuar ushqim për pothuajse të gjitha format e jetës në tokë. Kjo “fabrikë” është e përsosur sepse, ndryshe nga fabrikat e tjera, nuk shkakton dëm, por, përkundrazi, gjatë prodhimit lëshon oksigjen në atmosferë dhe thith dioksidin e karbonit. Siç mund ta shihni, disa kushte kërkohen për fotosintezën.
Ky proces unik mund të përfaqësohet si një formulë ose ekuacion:
diell + ujë + dioksid karboni = glukozë + ujë + oksigjen
Struktura e gjetheve të bimës
Për të karakterizuar thelbin e procesit të fotosintezës, është e nevojshme të merret parasysh struktura e gjethes. Nëse shikoni nën një mikroskop, mund të shihni qeliza transparente që përmbajnë nga 50 deri në 100 pika jeshile. Këto janë kloroplaste, ku ndodhet klorofili, pigmenti kryesor fotosintetik dhe në të cilat ndodh fotosinteza.
Kloroplasti është si një qese e vogël dhe brenda saj ka qese edhe më të vogla. Ata quhen tilakoidë. Molekulat e klorofilit gjenden në sipërfaqen e tilakoideve. dhe janë të renditur në grupe të quajtura fotosisteme. Shumica e bimëve kanë dy lloje fotosistemesh (PS): fotosistemin I dhe fotosistemin II. Vetëm qelizat që kanë një kloroplast janë të afta për fotosintezë.
Përshkrimi i fazës së dritës
Çfarë reaksionesh ndodhin gjatë fazës së dritës të fotosintezës? Në grupin PSII, energjia e dritës së diellit transferohet në elektronet e molekulës së klorofilit, si rezultat i së cilës elektroni ngarkohet, d.m.th., "ngacmohet aq shumë" sa hidhet nga grupi i fotosistemit dhe "merret". ” nga molekula bartëse në membranën tilakoidale. Ky elektron lëviz nga një bartës në tjetrin derisa të shkarkohet. Më pas mund të përdoret në një grup tjetër PSI për të zëvendësuar një elektron.
Grupit të fotosistemit II i mungon një elektron, dhe tani është e ngarkuar pozitivisht dhe kërkon një elektron të ri. Por ku mund të merret një elektron i tillë? Një zonë në grupin e njohur si kompleksi i zhvillimit të oksigjenit pret molekulën e pakujdesshme të ujit që "shëtit" përreth.
Një molekulë uji përmban një atom oksigjen dhe dy atome hidrogjeni. Kompleksi i evolucionit të oksigjenit në PSII ka katër jone mangani që marrin elektrone nga atomet e hidrogjenit. Si rezultat, molekula e ujit ndahet në dy jone hidrogjeni pozitiv, dy elektrone dhe një atom oksigjen. Molekulat e ujit ndahen, dhe atomet e oksigjenit shpërndahen në çifte, duke formuar molekula të gazit të oksigjenit, i cili e kthen bimën në ajër. Jonet e hidrogjenit fillojnë të grumbullohen në qesen tilakoid, nga këtu bima mund t'i përdorë dhe me ndihmën e elektroneve zgjidhet problemi i humbjes në kompleksin PS II, i cili është gati ta përsërisë këtë cikël shumë herë në sekondë.
Jonet e hidrogjenit grumbullohen në qesen tilakoid, dhe ata fillojnë të kërkojnë një rrugëdalje. Dy jone hidrogjeni, të cilët formohen gjithmonë gjatë shpërbërjes së një molekule uji, nuk janë të gjitha: duke kaluar nga kompleksi PS II në kompleksin PS I, elektronet tërheqin jone të tjerë hidrogjeni në qese. Këto jone më pas grumbullohen në tilakoid. Si mund të dalin prej andej?
Rezulton se ata kanë një "turnstile" me një dalje - një enzimë që përdoret në prodhimin e "karburantit" qelizor të quajtur ATP (adenozinë trifosfat). Duke kaluar nëpër këtë "turnstile", jonet e hidrogjenit sigurojnë energjinë e nevojshme për të rimbushur molekulat tashmë të përdorura ATP. Molekulat ATP janë "bateri" qelizore. Ato sigurojnë energji për reaksionet brenda qelizës.
Gjatë mbledhjes së sheqerit, nevojitet edhe një molekulë. Quhet NADP (nikotinamid adenine dinukleotid fosfat). Molekulat NADP janë "kamionë", secila prej tyre dërgon një atom hidrogjeni në enzimën e molekulës së sheqerit. Formimi i NADP ndodh në kompleksin PS I. Ndërsa fotosistemi (PSII) zbërthen molekulat e ujit dhe krijon ATP prej tyre, fotosistemi (PS I) thith dritën dhe lëshon elektrone, të cilat më pas do të nevojiten në formimin e NADP. Molekulat ATP dhe NADP ruhen në stromë dhe më vonë do të përdoren për të formuar sheqer.
Produktet e fazës së lehtë të fotosintezës:
- oksigjen
- NADP*H 2
Skema e fazës së natës
Pas fazës së dritës, ndodh faza e errët e fotosintezës. Kjo fazë u zbulua për herë të parë nga Calvin. Më pas, ky zbulim u quajt c3 - fotosintezë. Në disa lloje bimore, vërehet një lloj fotosinteze - c4.
Nuk prodhohet sheqer gjatë fazës së lehtë të fotosintezës. Kur ekspozohen ndaj dritës, prodhohen vetëm ATP dhe NADP. Enzimat përdoren në stromë (hapësira jashtë tilakoidit) për prodhimin e sheqerit. Kloroplasti mund të krahasohet me një fabrikë në të cilën ekipet (PS I dhe PS II) brenda tilakoidit prodhojnë kamionë dhe bateri (NADP dhe ATP) për punën e ekipit të tretë (enzimat speciale) të stromës.
Ky ekip formon sheqerin duke shtuar atomet e hidrogjenit dhe molekulat e dioksidit të karbonit përmes reaksioneve kimike duke përdorur enzimat e vendosura në stromë. Të tre ekipet punojnë gjatë ditës dhe ekipi i "sheqerit" punon si ditën ashtu edhe natën, derisa ATP dhe NADP që mbeten pas ndërrimit të ditës të harxhohen.
Në stromë, shumë atome dhe molekula kombinohen me ndihmën e enzimave. Disa enzima janë molekula proteinike që kanë një formë të veçantë që u lejon atyre të marrin atomet ose molekulat që u nevojiten për një reaksion specifik. Pas ndodh lidhja, enzima lirohet një molekulë e sapoformuar dhe ky proces përsëritet vazhdimisht. Në stromë, enzimat kalojnë molekulat e sheqerit që kanë mbledhur, i riorganizojnë ato, i ngarkojnë me ATP, shtojnë dioksid karboni, shtojnë hidrogjen, pastaj dërgojnë sheqerin me tre karbon në një pjesë tjetër të qelizës ku shndërrohet në glukozë dhe një sërë substancash të tjera.
Pra, faza e errët karakterizohet nga formimi i molekulave të glukozës. Dhe karbohidratet sintetizohen nga glukoza.
Fazat e lehta dhe të errëta të fotosintezës (tabela)
Roli në natyrë
Cila është rëndësia e fotosintezës në natyrë? Mund të themi me siguri se jeta në Tokë varet nga fotosinteza.
- Me ndihmën e tij, bimët prodhojnë oksigjen, i cili është aq i nevojshëm për frymëmarrjen.
- Gjatë frymëmarrjes lirohet dioksidi i karbonit. Nëse bimët nuk e përthithnin atë, një efekt serë do të lindte në atmosferë. Me ardhjen e efektit serë, klima mund të ndryshojë, akullnajat mund të shkrihen dhe si rezultat, shumë zona të tokës mund të përmbyten.
- Procesi i fotosintezës ndihmon në karburantin e të gjitha gjallesave dhe gjithashtu siguron karburant për njerëzimin.
- Falë oksigjenit të çliruar përmes fotosintezës në formën e një ekrani oksigjen-ozon të atmosferës, të gjitha gjallesat mbrohen nga rrezatimi ultravjollcë.
Zbatuar procesi i fotosintezës në gjethet e bimëve. Fotosinteza është karakteristikë vetëm për bimët e gjelbra. Ky aspekt më i rëndësishëm i aktivitetit të gjetheve karakterizohet më plotësisht nga K. A. Timiryazev:
Mund të thuhet se jeta e gjethes shpreh vetë thelbin e jetës së bimëve. Të gjitha substancat organike, pavarësisht se sa të ndryshme janë, kudo që gjenden - qoftë në një bimë, një kafshë apo një person - kalojnë nëpër gjethe, me origjinë nga substancat e prodhuara nga gjethja.
Struktura e gjetheve të bimëve
Gjethet e bimëve Ato karakterizohen nga një larmi e madhe në strukturën e tyre anatomike, e cila varet si nga lloji i bimës ashtu edhe nga kushtet e rritjes së tyre. Gjethja është e mbuluar sipër dhe poshtë me epidermë - një ind mbulues me hapje të shumta të quajtura stomata. Nën epidermën e sipërme ka një palisadë, ose parenkimë kolone, e quajtur asimilim. Nën të ka ind më të lirshëm - parenkimë sfungjerore, e ndjekur nga epiderma e poshtme. E gjithë gjethja përshkohet nga një rrjet venash i përbërë nga tufa përcjellëse nëpër të cilat kalojnë uji, mineralet dhe substancat organike. Seksion kryq i një gjetheje. Indi kolone dhe sfungjer i gjethes përmban plastide jeshile - kloroplaste që përmbajnë pigmente. Prania e kloroplasteve dhe e pigmenteve jeshile që ato përmbajnë (klorofilet) shpjegon ngjyrën e bimëve. Sipërfaqja e madhe e gjetheve, duke arritur në 30,000 - 50,000 sq. m për 1 hektar në bimë të ndryshme, është përshtatur mirë për thithjen e suksesshme të CO 2 nga ajri gjatë fotosintezës. Dioksidi i karbonit depërton në gjethen e bimës përmes stomatave të vendosura në epidermë, hyn në hapësirat ndërqelizore dhe, duke depërtuar përmes membranës qelizore, hyn në citoplazmë dhe më pas në kloroplaste, ku zhvillohet procesi i asimilimit. Oksigjeni i formuar në këtë proces shpërndahet nga sipërfaqja e kloroplasteve në gjendje të lirë. Kështu, përmes stomatës, ndodh shkëmbimi i gazit midis gjetheve dhe mjedisit të jashtëm - marrja e dioksidit të karbonit dhe lirimi i oksigjenit gjatë fotosintezës, çlirimi i dioksidit të karbonit dhe thithja e oksigjenit gjatë frymëmarrjes. Përveç kësaj, stomatat shërbejnë për të çliruar avujt e ujit. Përkundër faktit se sipërfaqja totale e hapjeve stomatale është vetëm 1-2% e të gjithë sipërfaqes së gjethes, megjithatë, kur stomatat janë të hapura, dioksidi i karbonit depërton në gjethe me një shpejtësi 50 herë më të lartë se thithja e tij nga alkali. . Numri i stomatave është shumë i madh - nga disa dhjetëra në 1500 për 1 metër katror. mm.Kloroplastet
Kloroplastet- plastide të gjelbra në të cilat ndodh procesi i fotosintezës. Ato janë të vendosura në citoplazmë. Në bimët më të larta, kloroplastet janë në formë disku ose thjerrëzash në bimët më të ulëta.
Kloroplastet në qelizat e bimëve jeshile. Madhësia e kloroplasteve në bimët më të larta është mjaft konstante, mesatarisht 1-10 mikron. Zakonisht një qelizë përmban një numër të madh kloroplastesh, mesatarisht 20-50, dhe ndonjëherë më shumë. Ato janë të vendosura kryesisht në gjethe, dhe ka shumë prej tyre në fruta të papjekura. Në një bimë, numri i përgjithshëm i kloroplasteve është i madh; në një lis të rritur, për shembull, sipërfaqja e tyre është 2 hektarë. Kloroplasti ka një strukturë membranore. Ndahet nga citoplazma me një membranë të dyfishtë. Kloroplasti përmban lamela, pllaka protein-lipoid, të mbledhura në tufa dhe të quajtura grana. Klorofili ndodhet në lamela në formën e një shtrese monomolekulare. Midis lamelave ekziston një lëng proteinik me ujë - stroma; përmban kokrra niseshteje dhe pika vaji. Struktura e kloroplastit është përshtatur mirë me fotosintezën, pasi ndarja e aparatit që mbart klorofil në pllaka të vogla rrit ndjeshëm sipërfaqen aktive të kloroplastit, gjë që lehtëson aksesin e energjisë dhe transferimin e saj në sistemet kimike të përfshira në fotosintezë. Të dhënat nga A. A. Tabentsky tregojnë se kloroplastet ndryshojnë gjatë gjithë kohës gjatë ontogjenezës së bimëve. Te gjethet e reja vihet re një strukturë kokrrizore e imët e kloroplasteve, ndërsa në gjethet që kanë përfunduar rritjen, vërehet strukturë kokrrizore të trashë. Në gjethet e vjetra, tashmë vërehet prishja e kloroplasteve. Lënda e thatë e kloroplasteve përmban 20-45% proteina, 20-40% lipoide, 10-12% karbohidrate dhe substanca të tjera rezervë, 10% elemente minerale, 5-10% pigmente jeshile (klorofil A dhe klorofilit b), 1-2% karotenoidë, si dhe sasi të vogla ARN dhe ADN. Përmbajtja e ujit arrin 75%. Kloroplastet përmbajnë një grup të madh enzimash hidrolitike dhe redoks. Hulumtimet nga N. M. Sissakyan kanë treguar se sinteza e shumë enzimave ndodh në kloroplaste. Falë kësaj, ata marrin pjesë në të gjithë kompleksin kompleks të proceseve të jetës së bimëve. Pigmentet, vetitë e tyre dhe kushtet e formimit
Pigmentet mund të nxirret nga gjethet e bimëve me alkool ose aceton. Ekstrakti përmban pigmentet e mëposhtme: jeshile - klorofil A dhe klorofilit b; e verdhë - karoten dhe ksantofili (karotenoidet).Klorofili
Klorofili përfaqësonnjë nga substancat më interesante në sipërfaqen e tokës(C. Darwin), pasi falë tij është e mundur sinteza e substancave organike nga CO 2 dhe H 2 O inorganike Klorofila është e patretshme në ujë dhe ndryshon lehtësisht nën ndikimin e kripërave, acideve dhe alkaleve, kështu që ishte shumë e vështirë. për të përcaktuar përbërjen e tij kimike. Alkooli etilik ose acetoni përdoret zakonisht për nxjerrjen e klorofilit. Klorofili ka këto formula përmbledhëse: klorofil A- C 55 H 72 O 5 N 4 Mg, klorofil b- C 55 H 70 O 6 N 4 Mg. Në klorofil A 2 atome hidrogjeni më shumë dhe 1 atom oksigjen më pak se klorofili b. Formulat për klorofilin mund të përfaqësohen si më poshtë:
Formulat e klorofilit A Dhe b. Vendin qendror në molekulën e klorofilit e zë Mg; mund të zhvendoset duke trajtuar ekstraktin alkoolik të klorofilit me acid klorhidrik. Pigmenti jeshil shndërrohet në një pigment kafe të quajtur feofitinë, në të cilën Mg zëvendësohet nga dy atome H nga acidi klorhidrik. Është shumë e lehtë për të rivendosur ngjyrën e gjelbër të ekstraktit duke shtuar magnez ose një metal tjetër në molekulën e feofitinës. Prandaj, ngjyra e gjelbër e klorofilit shoqërohet me praninë e një metali në përbërjen e tij. Kur një ekstrakt alkoolik i klorofilit ekspozohet ndaj alkalit, grupet e alkoolit (fitol dhe alkool metil) eliminohen; në këtë rast, ngjyra e gjelbër e klorofilit ruhet, gjë që tregon se thelbi i molekulës së klorofilit ruhet gjatë këtij reaksioni. Përbërja kimike e klorofilit është e njëjtë në të gjitha bimët. Përmbajtja e klorofilit a është gjithmonë më e lartë (rreth 3 herë) se klorofili b. Sasia totale e klorofilit është e vogël dhe arrin në rreth 1% të lëndës së thatë të gjethes. Për nga natyra e tij kimike, klorofili është afër substancës ngjyrosëse në gjak - hemoglobina, vendin qendror në molekulën e së cilës e zë jo magnezi, por hekuri. Në përputhje me këtë, funksionet e tyre fiziologjike ndryshojnë gjithashtu: klorofili merr pjesë në procesin më të rëndësishëm rigjenerues në një bimë - fotosintezën, dhe hemoglobina - në procesin e frymëmarrjes së organizmave të kafshëve, duke transportuar oksigjen. Vetitë optike të pigmenteve
Klorofili thith energjinë diellore dhe e drejton atë në reaksione kimike që nuk mund të ndodhin pa energjinë e marrë nga jashtë. Një tretësirë e klorofilit në dritën e transmetuar është e gjelbër, por me rritjen e trashësisë së shtresës ose përqendrimit të klorofilit ajo bëhet e kuqe. Klorofili thith dritën jo plotësisht, por në mënyrë selektive. Kur drita e bardhë kalon nëpër një prizëm, ajo prodhon një spektër të përbërë nga shtatë ngjyra të dukshme, të cilat gradualisht shndërrohen në njëra-tjetrën. Kur kaloni dritën e bardhë nëpër një prizëm dhe një zgjidhje klorofili, thithja më intensive në spektrin që rezulton do të jetë në rrezet e kuqe dhe blu-vjollcë. Rrezet jeshile absorbohen pak, prandaj, në një shtresë të hollë, klorofili ka një ngjyrë të gjelbër në dritën e transmetuar. Megjithatë, me rritjen e përqendrimit të klorofilit, brezat e përthithjes zgjerohen (një pjesë e konsiderueshme e rrezeve jeshile absorbohet gjithashtu) dhe vetëm një pjesë e rrezeve të kuqe ekstreme kalon pa përthithje. Spektrat e absorbimit të klorofilit A Dhe b shume afer. Në dritën e reflektuar, klorofila duket e kuqe vishnje sepse lëshon dritë të përthithur me një ndryshim në gjatësinë e valës së saj. Kjo veti e klorofilit quhet fluoreshencë.Karoteni dhe ksantofili
Karoteni dhe ksantofili kanë breza absorbues vetëm në rrezet blu dhe vjollcë. Spektrat e tyre janë afër njëri-tjetrit.
Spektrat e absorbimit të klorofilit A Dhe b. Energjia e përthithur nga këto pigmente transferohet në klorofil A, e cila është pjesëmarrëse e drejtpërdrejtë në fotosintezë. Karoteni konsiderohet provitamina A, pasi shpërbërja e saj prodhon 2 molekula të vitaminës A. Formula e karotinës është C 40 H 56, ksantofili është C 40 H 54 (OH) 2. Kushtet për formimin e klorofilit
Formimi i klorofilit kryhet në 2 faza: faza e parë është e errët, gjatë së cilës formohet pararendësi i klorofilit, protoklorofili, dhe e dyta është drita, gjatë së cilës klorofili formohet nga protoklorofili në dritë. Formimi i klorofilit varet si nga lloji i bimës ashtu edhe nga një sërë kushtesh të jashtme. Disa bimë, të tilla si fidanët halorë, mund të bëhen jeshile edhe pa dritë, në errësirë, por në shumicën e bimëve, klorofili formohet nga protoklorofili vetëm në dritë. Në mungesë të dritës, fitohen bimë të etioluara që kanë një kërcell të hollë, të dobët, shumë të zgjatur dhe gjethe shumë të vogla të verdha të zbehta. Nëse ekspozoni bimët e etioluara në dritë, gjethet do të bëhen shpejt jeshile. Kjo shpjegohet me faktin se gjethet tashmë përmbajnë protoklorofil, i cili nën ndikimin e dritës shndërrohet lehtësisht në klorofil. Temperatura ka një ndikim të madh në formimin e klorofilit; në një pranverë të ftohtë, gjethet e disa shkurreve nuk bëhen të gjelbra derisa të vendoset moti i ngrohtë: kur temperatura bie, formimi i protoklorofilit shtypet. Temperatura minimale në të cilën fillon formimi i klorofilit është 2°, maksimumi në të cilin nuk ndodh formimi i klorofilit është 40°. Përveç një temperature të caktuar, lëndët ushqyese minerale, veçanërisht hekuri, janë të domosdoshëm për formimin e klorofilit. Në mungesë të tij, bimët përjetojnë një sëmundje të quajtur klorozë. Me sa duket, hekuri është një katalizator në sintezën e protoklorofilit, pasi nuk është pjesë e molekulës së klorofilit. Formimi i klorofilit kërkon gjithashtu nitrogjen dhe magnez, të cilët janë pjesë e molekulës së tij. Një kusht i rëndësishëm është prania në qelizat e gjetheve të plastideve të afta për gjelbërim. Në mungesë të tyre, gjethet e bimës mbeten të bardha, bima nuk është e aftë për fotosintezë dhe mund të jetojë vetëm derisa të përdorë rezervat e farës së saj. Ky fenomen quhet albinizëm. Ajo shoqërohet me një ndryshim në natyrën trashëgimore të një bime të caktuar.Marrëdhëniet sasiore midis klorofilit dhe dioksidit të karbonit të asimilueshëm
Me përmbajtje më të lartë klorofilit Në një bimë, procesi i fotosintezës fillon me intensitet më të ulët të dritës dhe madje edhe në temperaturë më të ulët. Me një rritje të përmbajtjes së klorofilit në gjethe, fotosinteza rritet, por në një kufi të caktuar. Për rrjedhojë, nuk ka lidhje të drejtpërdrejtë midis përmbajtjes së klorofilit dhe intensitetit të përthithjes së CO 2. Sasia e CO 2 e asimiluar nga gjethja në orë, e llogaritur për njësi të klorofilit që përmbahet në gjethe, është më e lartë, aq më pak klorofil. R. Willstetter dhe A. Stohl propozuan një njësi që karakterizon marrëdhënien midis sasisë së klorofilit dhe dioksidit të karbonit të absorbuar. Ata e quajtën sasinë e dioksidit të karbonit të zbërthyer për njësi të kohës për njësi peshë të klorofilit numri i asimilimit. Numri i asimilimit nuk është konstant: është më i lartë kur përmbajtja e klorofilit është e ulët dhe më e ulët kur përmbajtja e tij në gjethe është e lartë. Për rrjedhojë, molekula e klorofilit përdoret më produktivisht kur përmbajtja e saj në gjethe është e ulët dhe produktiviteti i klorofilit zvogëlohet me rritjen e sasisë së tij. Të dhënat futen në tabelë.Tabela Numri i asimilimit në varësi të përmbajtjes së klorofilit (sipas R. Willstetter dhe A. Stohl)
| Bimët |
në 10 gjethet (mg) |
Numri i asimilimit |
|
garë e gjelbër raca e verdhë |
16,2 1,2 | 6,9 82,0 |
| Lilac | 16,2 | 5,8 |
| Fasulja e etioluar mbin pas ndezjes për: 6 orë 4 ditë |
