Ֆոտոսինթեզի և քիմոսինթեզի միջև տարբերությունը. Քիմոսինթեզը բակտերիաների կերակրման եզակի գործընթաց է:Ինչո՞վ է քիմոսինթեզը տարբերվում ֆոտոսինթեզից:

Բոլոր կենդանի արարածները սննդի և սննդանյութերի կարիք ունեն: Սնվելիս նրանք օգտագործում են հիմնականում օրգանական միացություններում՝ սպիտակուցներ, ճարպեր, ածխաջրեր, կուտակված էներգիա։ Հետերոտրոֆ օրգանիզմներն օգտագործում են բուսական և կենդանական ծագման սնունդ, որն արդեն պարունակում է օրգանական միացություններ։ Բույսերը ֆոտոսինթեզի գործընթացում օրգանական նյութեր են ստեղծում:

Ֆոտոսինթեզի հետազոտությունները սկսվել են 1630 թվականին՝ հոլանդացի վան Հելմոնտի փորձերով։ Նա ապացուցեց, որ բույսերը հողից օրգանական նյութեր չեն ստանում, այլ իրենք են ստեղծում։

Ջոզեֆ Փրիսթլին 1771 թվականին ապացուցեց օդի «ուղղումը» բույսերի հետ: Տեղադրվելով ապակե ծածկույթի տակ՝ նրանք կլանեցին ածխաթթու գազը, որը թողարկվում էր մխացող բեկորից։

Այժմ հաստատվել է, որ ֆոտոսինթեզ Լույսի էներգիայի օգտագործմամբ CO 2-ից և ջրից օրգանական միացությունների ձևավորման գործընթացն է և տեղի է ունենում կանաչ բույսերի քլորոպլաստներում և որոշ ֆոտոսինթետիկ բակտերիաների կանաչ պիգմենտներում:

Պրոկարիոտների ցիտոպլազմային թաղանթի քլորոպլաստները և ծալքերը պարունակում են կանաչ պիգմենտ. քլորոֆիլ, որի մոլեկուլն ընդունակ է գրգռվել արևի լույսով, նվիրաբերել իր էլեկտրոնները և տեղափոխել դրանք ավելի բարձր էներգիայի մակարդակներ։ Այս գործընթացը կարելի է համեմատել գնդակը վեր նետելու հետ: Երբ գնդակը բարձրանում է, այն կուտակում է պոտենցիալ էներգիա; ընկնելով՝ կորցնում է նրան։ Էլեկտրոնները հետ չեն ընկնում, այլ վերցնում են էլեկտրոնների կրիչները (NADP+ - նիկոտինամիդ դիֆոսֆատ) Այս դեպքում նրանց նախկինում կուտակած էներգիան մասամբ ծախսվում է ATP-ի ձեւավորման վրա։ Շարունակելով համեմատությունը նետված գնդակի հետ՝ կարելի է ասել, որ գնդակն ընկնելիս տաքացնում է շրջակա տարածությունը, իսկ ընկնող էլեկտրոնների էներգիայի մի մասը պահպանվում է ATP-ի տեսքով։ Ֆոտոսինթեզի գործընթացը բաժանվում է լույսի հետևանքով առաջացած ռեակցիաների և ածխածնի ամրագրման հետ կապված ռեակցիաների. լույսԵվ մութփուլերը.

Թեթև փուլ- Սա այն փուլն է, երբ քլորոֆիլով կլանված լույսի էներգիան էլեկտրոնային փոխադրման շղթայում վերածվում է էլեկտրաքիմիական էներգիայի: Այն իրականացվում է լույսի ներքո, գրան մեմբրաններում՝ փոխադրող սպիտակուցների և ATP սինթետազի մասնակցությամբ։

Ռեակցիաներլույսի պատճառով առաջանում են քլորոպլաստի հատիկների ֆոտոսինթետիկ թաղանթների վրա.

1) քլորոֆիլային էլեկտրոնների գրգռումը լուսային քվանտներով և դրանց անցումը ավելի բարձր էներգիայի մակարդակի.

2) էլեկտրոն ընդունիչների կրճատում – NADP+ NADP H

2H+ + 4e- + NADP+ → NADP H;

3) ջրի ֆոտոլիզ 2H 2 O → 4H+ + 4e- + O 2:

Այս գործընթացը տեղի է ունենում ներսում թիլաոիդներ– քլորոպլաստների ներքին թաղանթի ծալքեր, որոնցից դրանք առաջանում են հատիկներ- թաղանթների կույտեր:

արդյունքներըլույսի ռեակցիաներ.

ջրի ֆոտոլիզ՝ ազատ թթվածնի ձևավորմամբ,

ATP սինթեզ,

NADP+-ի կրճատումը NADP N.

Մութ փուլ- CO 2-ը գլյուկոզայի վերածելու գործընթացը ստրոմա(տարածություն գրանայի միջև) քլորոպլաստների՝ օգտագործելով ATP և NADP H էներգիան։

Արդյունքմութ ռեակցիաներ՝ ածխածնի երկօքսիդի վերածումը գլյուկոզայի, այնուհետև օսլայի: Բացի գլյուկոզայի մոլեկուլներից, ստրոմայում տեղի է ունենում ամինաթթուների, նուկլեոտիդների և սպիրտների ձևավորում։

Ֆոտոսինթեզի ընդհանուր հավասարումը հետևյալն է.

Ֆոտոսինթեզի իմաստը.

ձևավորվում է ազատ թթվածին, որն անհրաժեշտ է օրգանիզմների շնչառության և պաշտպանիչ օզոնային էկրանի ձևավորման համար (օրգանիզմները պաշտպանում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման վնասակար ազդեցությունից);

չմշակված օրգանական նյութերի արտադրություն - սնունդ բոլոր կենդանի էակների համար;

նվազեցնելով ածխաթթու գազի կոնցենտրացիան մթնոլորտում.

Քիմոսինթեզ - ազոտի, երկաթի և ծծմբի միացությունների ռեդոքս ռեակցիաների էներգիայի պատճառով օրգանական միացությունների առաջացում անօրգանականներից:

Քիմոսինթեզի դերըՔիմոսինթետիկ բակտերիաները ոչնչացնում են ապարները, մաքրում կեղտաջրերը և մասնակցում հանքանյութերի ձևավորմանը:

Թեմատիկ առաջադրանքներ

Ա1. Ֆոտոսինթեզը կապված է.

1) օրգանական նյութերի տարրալուծումը անօրգանականի

2) անօրգանականից օրգանական նյութերի ստեղծումը

3) գլյուկոզայի քիմիական փոխակերպումը օսլայի

4) ցելյուլոզայի առաջացում

A2. Ֆոտոսինթեզի մեկնարկային նյութն է

1) սպիտակուցներ և ածխաջրեր

2) ածխաթթու գազ և ջուր

3) թթվածին և ATP

4) գլյուկոզա և թթվածին

A3. Ֆոտոսինթեզի լուսային փուլը տեղի է ունենում

1) քլորոպլաստների գրանայում

2) լեյկոպլաստներում

3) քլորոպլաստների ստրոմայում

4) միտոքոնդրիումներում

A4. Լուսային փուլում գրգռված էլեկտրոնների էներգիան օգտագործվում է.

1) ATP սինթեզ

2) գլյուկոզայի սինթեզ

3) սպիտակուցի սինթեզ

4) ածխաջրերի քայքայումը

A5. Ֆոտոսինթեզի արդյունքում քլորոպլաստները արտադրում են.

1) ածխաթթու գազ և թթվածին

2) գլյուկոզա, ATP և թթվածին

3) սպիտակուցներ, ճարպեր, ածխաջրեր

4) ածխաթթու գազ, ATP և ջուր

A6. Քիմիոտրոֆ օրգանիզմները ներառում են

1) տուբերկուլյոզի հարուցիչներ

2) կաթնաթթվային բակտերիաներ

3) ծծմբային բակտերիաներ

1-ում. Ընտրեք ֆոտոսինթեզի թեթև փուլում տեղի ունեցող գործընթացները

1) ջրի ֆոտոլիզ

2) գլյուկոզայի ձևավորում

3) ATP-ի և NADP-ի սինթեզը Հ

4) CO 2-ի օգտագործումը

5) կրթություն O 2

6) ATP էներգիայի օգտագործումը

2-ում: Ընտրեք այն նյութերը, որոնք ներգրավված են ֆոտոսինթեզի գործընթացում

1) ցելյուլոզա

2) գլիկոգեն

3) քլորոֆիլ

6) նուկլեինաթթուներ

Քիմոսինթեզը (քիմիա... և սինթեզից) կամ ավելի ճիշտ՝ քիմոլիտոավտոտրոֆիան սննդային տեսակ է, որը բնորոշ է որոշ բակտերիաներին, որոնք ունակ են յուրացնել CO 2-ը որպես ածխածնի միակ աղբյուր՝ անօրգանական միացությունների օքսիդացման էներգիայի շնորհիվ։ 1887 թվականին քիմոսինթեզի հայտնաբերումը (Ս. Ն. Վինոգրադսկի) զգալիորեն փոխեց պատկերացումները կենդանի օրգանիզմների նյութափոխանակության հիմնական տեսակների մասին։ Ի տարբերություն ֆոտոսինթեզի, քիմոսինթեզում օգտագործվում է ոչ թե լույսի էներգիա, այլ ռեդոքս ռեակցիաներից ստացված էներգիա, որը պետք է բավարար լինի ադենոզին տրիֆոսֆորաթթվի (ATP) սինթեզի համար և գերազանցի 10 կկալ/մոլը։

Քիմոսինթեզի ընդունակ բակտերիաները մեկ տաքսոնոմիկ խումբ չեն, այլ համակարգված են՝ կախված օքսիդացված անօրգանական սուբստրատից։ Դրանց թվում կան միկրոօրգանիզմներ, որոնք օքսիդացնում են ջրածինը, ածխածնի մոնօքսիդը, վերականգնված ծծմբի միացությունները, երկաթը, ամոնիակը, նիտրիտները և անտիմոնը։

Ջրածնային բակտերիաները քիմոսինթետիկ օրգանիզմների ամենաբազմաթիվ և բազմազան խումբն են. իրականացնել 6H 2 + 2O 2 + CO 2 = (CH 2 O) + 5H 2 O ռեակցիան, որտեղ (CH 2 O) ստացված օրգանական նյութերի խորհրդանիշն է: Համեմատած այլ ավտոտրոֆ միկրոօրգանիզմների հետ՝ դրանք բնութագրվում են աճի բարձր տեմպերով և կարող են մեծ կենսազանգված արտադրել։ Այս բակտերիաները կարող են նաև աճել օրգանական նյութեր պարունակող միջավայրի վրա, այսինքն՝ դրանք միկոտրոֆ կամ ֆակուլտատիվ քիմիաավտոտրոֆ բակտերիաներ են:

Ջրածնային բակտերիաներին մոտ են կարբոքսիդոբակտերիաները, որոնք օքսիդացնում են CO-ն՝ օգտագործելով 25CO + 12O 2 + H 2 O + 24CO 2 + (CH 2 O) ռեակցիան։ Թիոնային բակտերիաները օքսիդացնում են ջրածնի սուլֆիդը, թիոսուլֆատը և մոլեկուլային ծծումբը՝ վերածելով ծծմբաթթվի։ Դրանցից մի քանիսը (Thiobacillus ferrooxidans) օքսիդացնում են սուլֆիդային միներալները, ինչպես նաև գունավոր երկաթը։ Ջրային ծծմբի տարբեր բակտերիաներում քիմոսինթեզի ունակությունը մնում է չապացուցված:

Նիտրացնող բակտերիաները ամոնիակը օքսիդացնում են նիտրիտների (նիտրացման 1-ին փուլ) և նիտրիտների նիտրատի (2-րդ փուլ): Անաէրոբ պայմաններում քիմոսինթեզ է նկատվում որոշ ապանիտրացնող բակտերիաների մոտ, որոնք օքսիդացնում են ջրածինը կամ ծծումբը, սակայն դրանք հաճախ օրգանական նյութեր են պահանջում կենսասինթեզի համար (լիտոհետերոտրոֆիա): Քիմոսինթեզը նկարագրված է որոշ խիստ անաէրոբ մեթան արտադրող բակտերիաներում՝ 4H 2 + CO 2 = CH 4 + 2H 2 O ռեակցիայի համաձայն:

Օրգանական միացությունների կենսասինթեզը քիմոսինթեզի ժամանակ տեղի է ունենում CO 2-ի ավտոտրոֆիկ յուրացման արդյունքում (Կալվինի ցիկլ) այնպես, ինչպես ֆոտոսինթեզի ժամանակ։ Էներգիան ATP-ի տեսքով ստացվում է էլեկտրոնների փոխանցումից բակտերիաների բջջի թաղանթում ներկառուցված շնչառական ֆերմենտների շղթայի միջոցով։ Որոշ օքսիդացող նյութեր էլեկտրոններ են նվիրաբերում շղթային ցիտոքրոմ c մակարդակում, ինչը ստեղծում է լրացուցիչ էներգիայի սպառում վերականգնող նյութի սինթեզի համար։ Էներգիայի մեծ սպառման պատճառով քիմոսինթեզող բակտերիաները, բացառությամբ ջրածնի, փոքր կենսազանգված են կազմում, բայց օքսիդացնում են մեծ քանակությամբ անօրգանական նյութեր։

Կենսոլորտում քիմոսինթետիկ բակտերիաները վերահսկում են ամենակարևոր տարրերի ցիկլի օքսիդատիվ վայրերը և, հետևաբար, բացառիկ նշանակություն ունեն կենսաերկրաքիմիայի համար: Ջրածնային բակտերիաները կարող են օգտագործվել սպիտակուց արտադրելու և մթնոլորտը CO 2-ից մաքրելու համար փակ էկոլոգիական համակարգերում: Մորֆոլոգիապես քիմոսինթետիկ բակտերիաները շատ բազմազան են, թեև դրանց մեծ մասը պատկանում է պսևդոմոնադներին, դրանք հանդիպում են բողբոջող և թելավոր բակտերիաների, սպիրիլայի, լեպտոսպիրայի և կորինեբակտերիաների մեջ:

Կանաչ բույսերը (ավտոտրոֆները) մոլորակի վրա կյանքի հիմքն են։ Գրեթե բոլոր սննդային շղթաները սկսվում են բույսերից։ Նրանք արեւի լույսի տեսքով իրենց վրա ընկած էներգիան վերածում են ածխաջրերում պահվող էներգիայի, որոնցից ամենակարեւորը վեցածխածնային շաքարի գլյուկոզան է։ Էներգիայի փոխակերպման այս գործընթացը կոչվում է ֆոտոսինթեզ: Ֆոտոսինթեզի ընդհանուր հավասարումը հետևյալն է.

ջուր + ածխածնի երկօքսիդ + լույս > ածխաջրեր + թթվածին

1905 թվականին անգլիացի բույսերի ֆիզիոլոգ Ֆրեդերիկ Բլեքմանը հետազոտություն է անցկացրել և հաստատել ֆոտոսինթեզի հիմնական գործընթացները։ Բլեքմենը եզրակացրեց, որ երկու գործընթաց է տեղի ունենում. մեկը մեծապես կախված էր լույսի մակարդակից, բայց ոչ ջերմաստիճանից, մինչդեռ մյուսի վրա ուժեղ ազդեցություն էր թողնում ջերմաստիճանը՝ անկախ լույսի մակարդակից: Այս պատկերացումները հիմք են հանդիսացել ֆոտոսինթեզի վերաբերյալ ժամանակակից գաղափարների: Երկու գործընթացները երբեմն կոչվում են «թեթև» և «մութ» ռեակցիաներ, ինչը լիովին ճիշտ չէ, քանի որ պարզվեց, որ թեև «մութ» փուլի ռեակցիաները տեղի են ունենում լույսի բացակայության դեպքում, դրանք պահանջում են «լույսի» արտադրանք: փուլ.

Ֆոտոսինթեզը սկսվում է, երբ արևից արտանետվող ֆոտոնները մտնում են տերևում հայտնաբերված հատուկ պիգմենտային մոլեկուլներ՝ քլորոֆիլի մոլեկուլներ: Քլորոֆիլը հանդիպում է տերևի բջիջներում՝ քլորոպլաստների բջջային օրգանելների թաղանթներում (դրանք են տերևին տալիս կանաչ գույնը)։ Էներգիայի գրավման գործընթացը բաղկացած է երկու փուլից և իրականացվում է մոլեկուլների առանձին կլաստերներում. այս կլաստերները սովորաբար կոչվում են Photosystem I և Photosystem II: Կլաստերային թվերն արտացոլում են այս գործընթացների հայտնաբերման հերթականությունը, և սա գիտական ​​զվարճալի տարօրինակություններից մեկն է, քանի որ տերևում առաջանում են ֆոտոհամակարգ II-ի ռեակցիաները, իսկ հետո միայն I ֆոտոհամակարգում:

Երբ ֆոտոնը բախվում է ֆոտոհամակարգ II-ի 250-400 մոլեկուլների, էներգիան կտրուկ աճում է և տեղափոխվում քլորոֆիլի մոլեկուլ։ Այս պահին տեղի են ունենում երկու քիմիական ռեակցիաներ՝ քլորոֆիլի մոլեկուլը կորցնում է երկու էլեկտրոն (որոնք ընդունվում են մեկ այլ մոլեկուլի կողմից, որը կոչվում է էլեկտրոն ընդունող) և ջրի մոլեկուլը ճեղքվում է։ Ջրածնի երկու ատոմների էլեկտրոնները, որոնք ջրի մոլեկուլի մասն էին կազմում, փոխարինում են քլորոֆիլով կորցրած երկու էլեկտրոններին։

Դրանից հետո բարձր էներգիայի («արագ») էլեկտրոնը տաք կարտոֆիլի նման փոխանցվում է միմյանց շղթայով հավաքված մոլեկուլային կրիչների միջոցով։ Այս դեպքում էներգիայի մի մասը գնում է ադենոզին տրիֆոսֆատի (ATP) մոլեկուլի առաջացմանը՝ բջջի հիմնական էներգիայի կրիչներից մեկը։ Միևնույն ժամանակ, մի փոքր այլ ֆոտոհամակարգ I քլորոֆիլ մոլեկուլը կլանում է ֆոտոնի էներգիան և էլեկտրոն նվիրաբերում մեկ այլ ընդունող մոլեկուլին: Այս էլեկտրոնը քլորոֆիլում փոխարինվում է էլեկտրոնով, որը հասել է երկրորդ ֆոտոհամակարգից կրիչների շղթայի երկայնքով: I ֆոտոհամակարգից էլեկտրոնի էներգիան և ջրածնի իոնները, որոնք նախկինում ձևավորվել են ջրի մոլեկուլի պառակտման ժամանակ, օգտագործվում են NADP-H-ի՝ մեկ այլ կրիչ մոլեկուլի ձևավորման համար։

Լույսի գրավման գործընթացի արդյունքում երկու ֆոտոնների էներգիան պահվում է մոլեկուլներում, որոնք օգտագործում է բջջը ռեակցիաներ իրականացնելու համար, և առաջանում է թթվածնի լրացուցիչ մոլեկուլ։ Արեգակնային էներգիան կլանվելուց և կուտակվելուց հետո հերթը հասնում է ածխաջրերի ձևավորմանը: Բույսերում ածխաջրերի սինթեզի հիմնական մեխանիզմը հայտնաբերել է Մելվին Կալվինը։ Արեգակնային էներգիան ածխաջրերի վերածելու ցիկլը բաղկացած է մի շարք քիմիական ռեակցիաներից, որոնք սկսվում են մուտքային մոլեկուլի միացմամբ «օգնական» մոլեկուլի հետ, որին հաջորդում են այլ քիմիական ռեակցիաներ: Այս ռեակցիաները հանգեցնում են վերջնական արտադրանքի ձևավորմանը և միևնույն ժամանակ վերարտադրում են «օգնական» մոլեկուլը, և ցիկլը նորից սկսվում է։ Կալվինի ցիկլում նման «օգնական» մոլեկուլի դերը խաղում է հինգ ածխածնային շաքարի ռիբուլոզ դիֆոսֆատը (RDP): Կալվինի ցիկլը սկսվում է ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլներից, որոնք համակցվում են RDP-ի հետ: Արևի լույսի էներգիայի շնորհիվ, որը պահվում է ATP և NADP-H ձևով, ածխածնի ֆիքսման քիմիական ռեակցիաները սկզբում տեղի են ունենում ածխաջրերի ձևավորման համար, իսկ հետո տեղի են ունենում ռիբուլոզա դիֆոսֆատի վերակառուցման ռեակցիաներ: Ցիկլի վեց հերթափոխի ընթացքում ածխածնի վեց ատոմներ ներգրավվում են գլյուկոզայի և այլ ածխաջրերի պրեկուրսորների մոլեկուլներում: Քիմիական ռեակցիաների այս ցիկլը կշարունակվի այնքան ժամանակ, քանի դեռ էներգիան մատակարարվում է: Այս ցիկլի շնորհիվ արևի լույսի էներգիան հասանելի է դառնում կենդանի օրգանիզմներին։

27-Փետրվար-2014 | Մեկ մեկնաբանություն | Լոլիտա Օկոլնովա

Ֆոտոսինթեզ- լույսի ներքո ածխաթթու գազից և ջրից օրգանական նյութերի ձևավորման գործընթացը ֆոտոսինթետիկ պիգմենտների մասնակցությամբ.

Քիմոսինթեզ- ավտոտրոֆիկ սնուցման մեթոդ, որի դեպքում CO 2-ից օրգանական նյութերի սինթեզի էներգիայի աղբյուրը անօրգանական միացությունների օքսիդացման ռեակցիաներն են.

Սովորաբար, բոլոր օրգանիզմները, որոնք ընդունակ են սինթեզել օրգանական նյութեր անօրգանական նյութերից, այսինքն. օրգանիզմներ, որոնք ընդունակ են ֆոտոսինթեզ և քիմոսինթեզ, վերաբերել .

Ոմանք ավանդաբար դասակարգվում են որպես ավտոտրոֆներ:

Հակիրճ խոսեցինք բույսի բջջի կառուցվածքի մասին, ավելի մանրամասն նայենք ամբողջ գործընթացին...

Ֆոտոսինթեզի էությունը

(ամփոփիչ հավասարում)

Ֆոտոսինթեզի բազմափուլ գործընթացում ներգրավված հիմնական նյութն է քլորոֆիլ. Հենց դա էլ արեգակնային էներգիան վերածում է քիմիական էներգիայի։

Նկարում ներկայացված է քլորոֆիլի մոլեկուլի սխեմատիկ պատկերը, ի դեպ, մոլեկուլը շատ նման է հեմոգլոբինի մոլեկուլին...

Քլորոֆիլը ներկառուցված է քլորոպլաստ գրանա:

Ֆոտոսինթեզի թեթև փուլ.

(իրականացվում է թիլաոիդ թաղանթների վրա)

• Լույսը, որը հարվածում է քլորոֆիլի մոլեկուլին, կլանվում է դրա կողմից և բերում այն ​​գրգռված վիճակի. էլեկտրոնը, որը մոլեկուլի մի մասն է, կլանելով լույսի էներգիան, տեղափոխվում է ավելի բարձր էներգիայի մակարդակ և մասնակցում է սինթեզի գործընթացներին.
• Լույսի ազդեցության տակ տեղի է ունենում նաև ջրի պառակտում (ֆոտոլիզ).

Այս դեպքում թթվածինը հեռացվում է արտաքին միջավայր, և պրոտոնները կուտակվում են թիլաոիդի ներսում՝ «պրոտոնային ջրամբարում»:

2Н + + 2е - + NADP → NADPH 2

NADP-ն կոնկրետ նյութ է, կոֆերմենտ, այսինքն. կատալիզատոր, այս դեպքում՝ ջրածնի կրիչ։

• սինթեզված (էներգիա)

Ֆոտոսինթեզի մութ փուլ

(տեղի է ունենում քլորոպլաստների ստրոմայում)

փաստացի գլյուկոզայի սինթեզ

տեղի է ունենում ռեակցիաների ցիկլ, որում ձևավորվում է C 6 H 12 O 6: Այս ռեակցիաները օգտագործում են լույսի փուլում ձևավորված ATP-ի և NADPH 2-ի էներգիան. Բացի գլյուկոզայից, ֆոտոսինթեզի ընթացքում առաջանում են բարդ օրգանական միացությունների այլ մոնոմերներ՝ ամինաթթուներ, գլիցերին և ճարպաթթուներ, նուկլեոտիդներ։

Խնդրում ենք նկատի ունենալ. այս փուլը մութ էայն կոչվում է ոչ այն պատճառով, որ այն տեղի է ունենում գիշերը - գլյուկոզայի սինթեզը տեղի է ունենում, ընդհանուր առմամբ, շուրջօրյա, բայց մութ փուլն այլևս լույսի էներգիա չի պահանջում:

«Ֆոտոսինթեզը գործընթաց է, որից ի վերջո կախված են մեր մոլորակի կյանքի բոլոր դրսևորումները»:

Կ.Ա.Տիմիրյազև.

Ֆոտոսինթեզի արդյունքում Երկրի վրա ձևավորվում է մոտ 150 միլիարդ տոննա օրգանական նյութ և տարեկան մոտ 200 միլիարդ տոննա ազատ թթվածին: Բացի այդ, բույսերը ցիկլում ներգրավում են միլիարդավոր տոննա ազոտ, ֆոսֆոր, ծծումբ, կալցիում, մագնեզիում, կալիում և այլ տարրեր: Թեև կանաչ տերևն օգտագործում է իր վրա թափվող լույսի միայն 1-2%-ը, բույսի կողմից ստեղծված օրգանական նյութերը և ընդհանրապես թթվածինը:

Քիմոսինթեզ

Քիմոսինթեզն իրականացվում է տարբեր անօրգանական միացությունների՝ ջրածնի, ջրածնի սուլֆիդի, ամոնիակի, երկաթի (II) օքսիդի և այլնի քիմիական օքսիդացման ռեակցիաների ժամանակ արտազատվող էներգիայի շնորհիվ։

Ըստ բակտերիաների նյութափոխանակության մեջ ընդգրկված նյութերի՝ առանձնանում են.

• ծծմբային բակտերիաներ - H 2 S պարունակող ջրային մարմինների միկրոօրգանիզմներ - շատ բնորոշ հոտով աղբյուրներ,
• երկաթե բակտերիաներ,
• նիտրացնող բակտերիաներ - օքսիդացնում է ամոնիակը և ազոտային թթուն,
• ազոտ ամրագրող բակտերիաներ - հարստացնում են հողերը, մեծապես բարձրացնում արտադրողականությունը,
• ջրածնի օքսիդացնող բակտերիաներ

Բայց էությունը մնում է նույնը, սա նույնպես

Մեզանից ո՞վ չի հիշում դպրոցում բուսաբանության դասերից «ֆոտոսինթեզի» սահմանումը: «Լույսի տակ ածխաթթու գազից և ջրից օրգանական նյութերի ձևավորման գործընթացը ֆոտոսինթետիկ պիգմենտների մասնակցությամբ»։ Անգիր իմանալով այս լակոնիկ սահմանումը, մեզանից քչերն էին մտածում, թե ինչ է այն թաքցնում դրա հետևում:

Ըստ էության, ֆոտոսինթեզքիմիական ռեակցիա է, որի արդյունքում CO2-ի վեց մոլեկուլները միավորվում են ջրի վեց մոլեկուլների հետ՝ ձևավորելով մեկ գլյուկոզայի մոլեկուլ՝ մեր օրգանական նյութի շինանյութը: Ֆոտոսինթեզի ընթացքում արտադրված մոլեկուլային թթվածինն ընդամենը կողմնակի արտադրանք է: Այնուամենայնիվ, հենց այս «ենթամթերքը» մթնոլորտային թթվածնի հիմնական աղբյուրներից մեկն է, որն այնքան անհրաժեշտ է բարձր օրգանիզմների համար:

Թվում է, թե ամեն ինչ շատ պարզ է. ֆոտոսինթետիկ օրգանիզմի բջիջը մի տեսակ «կոն» է երկու բաղադրիչների քիմիական ռեակցիայի համար։ Բայց իրականում ռեակցիայի մեխանիզմը շատ ավելի բարդ է ստացվում։ Պարզվում է, որ գործընթացը բաղկացած է երկու ռեակցիաներից՝ «լույս» և «մութ»։ Առաջինը կապված է լույսի էներգիայի օգտագործմամբ ջրի մոլեկուլի ջրածնի և թթվածնի տրոհման հետ: Արևի լույսը կլանում է բջջի հատուկ լույսը կլանող պիգմենտը` քլորոֆիլը (գունավոր կանաչ): Այնուհետև էներգիան փոխանցվում է ATP մոլեկուլների մեջ, որոնք թողարկում են ստացված էներգիան ֆոտոսինթեզի երկրորդ փուլում՝ «մութ» ռեակցիան: «Մութ» ռեակցիան ածխածնի երկօքսիդի և ջրածնի միջև ուղիղ ռեակցիան է՝ գլյուկոզա ձևավորելու համար։

Ֆոտոսինթեզը կարող է իրականացվել բույսերի, ջրիմուռների և որոշ տեսակի միկրոօրգանիզմների կողմից։ Նրանց կենսագործունեության շնորհիվ հնարավոր է դառնում, օրինակ, կենդանիների գոյությունը, որոնց սնունդը բաղկացած է օրգանական նյութերից։ Բայց արդյո՞ք ֆոտոսինթեզը ածխաթթու գազը օրգանական նյութի վերածելու միակ ձևն է: Ոչ Պարզվում է, որ բնությունն ապահովում է նաև CO2-ից օրգանական նյութերի առաջացման մեկ այլ, այլընտրանքային ճանապարհ. քիմոսինթեզ.

Քիմոսինթեզի և ֆոտոսինթեզի միջև տարբերությունը «թեթև» ռեակցիայի բացակայությունն է: Որպես էներգիայի աղբյուր՝ քիմոսինթետիկ օրգանիզմների բջիջները օգտագործում են ոչ թե արևի լույսի, այլ քիմիական ռեակցիաների էներգիան։ Որ մեկը? Ջրածնի, ածխածնի օքսիդի, ծծմբի, երկաթի, ամոնիակի, նիտրիտի, անտիմոնի օքսիդացման ռեակցիաներ։

Իհարկե, յուրաքանչյուր քիմոսինթետիկ օրգանիզմ օգտագործում է իր սեփական քիմիական ռեակցիան որպես էներգիայի աղբյուր։ Օրինակ՝ ջրածնային բակտերիաները օքսիդացնում են ջրածինը, նիտրացնող բակտերիաները ամոնիակը վերածում են նիտրատի և այլն։ Այնուամենայնիվ, նրանք բոլորն էլ կուտակում են քիմիական ռեակցիայի ժամանակ ազատված էներգիան ATP մոլեկուլների տեսքով: Այնուհետև, գործընթացը ընթանում է ֆոտոսինթեզի մութ փուլի ռեակցիաների տեսակին համապատասխան:
Բակտերիաների միայն որոշ տեսակներ ունեն քիմոսինթեզվելու հատկություն։ Նրանց դերը բնության մեջ հսկայական է: Նրանք չեն «արտադրում» մթնոլորտային թթվածին և մեծ քանակությամբ օրգանական նյութեր չեն կուտակում։ Այնուամենայնիվ, քիմիական ռեակցիաները, որոնք նրանք օգտագործում են իրենց կյանքի ընթացքում, առանցքային դեր են խաղում կենսաերկրաքիմիայում՝ ի թիվս այլ բաների, ապահովելով բնության մեջ ազոտի, ծծմբի և այլ տարրերի ցիկլը:

Ֆոտոսինթեզը և քիմոսինթեզը կենդանի օրգանիզմներում տեղի ունեցող ամենահիասքանչ գործընթացներից են: Այս երկու ռեակցիաների միջև եղած տարբերությունների իմացությունը համարվում է անհրաժեշտ նվազագույնը ավագ դպրոցի աշակերտի համար, բայց այս ամենակարևոր գործընթացների համեմատությունն է, որ հաճախ ամենաջանասեր և մտածող ուսանողներին ապշեցնում է:

Սահմանում

Ֆոտոսինթեզ- օրգանական նյութերի սինթեզի գործընթացը, որը խթանվում է արևի լույսի էներգիայով:

Քիմոսինթեզ– օրգանական միացությունների առաջացման գործընթացը, որը «սկսվում է» առանց արեգակնային քվանտների պարտադիր առկայության։

Համեմատություն

Ֆոտոսինթեզը կենդանի ավտոտրոֆ էակների կենսագործունեության աղբյուրն է, մասնավորապես Բույսերի թագավորության ներկայացուցիչների և բակտերիաների որոշ տեսակների, որոնք իրենց հերթին ծառայում են որպես հիմնական սնունդ կամ սննդային բուրգի սկիզբ հետերոտրոֆ և սապրոտրոֆ օրգանիզմների համար: Ֆոտոսինթեզի շնորհիվ Երկրի վրա տարեկան ձևավորվում է 150 միլիարդ տոննա օրգանական նյութ, իսկ մթնոլորտը համալրվում է 200 միլիարդ տոննա թթվածնով, որը հարմար է այլ օրգանիզմների շնչառության համար:

Ֆոտոսինթեզը տեղի է ունենում պլաստիդներում՝ բույսերի բջիջների օրգանելներում, որոնք ունեն պիգմենտ քլորոֆիլ: Ռեդոքս ռեակցիայի գործընթացում, որը ֆոտոսինթեզ է, բույսը սպառում է ջուր և անօրգանական նյութեր, մասնավորապես՝ ածխաթթու գազ։ Այս գործընթացը խթանվում է արեգակնային քվանտներից ստացվող էներգիայի առկայությամբ: Ռեակցիայի արդյունքում թթվածին է ազատվում և սինթեզվում են օրգանական նյութեր՝ շատ դեպքերում գլյուկոզա, որը նաև հայտնի է որպես հեքսոզ կամ խաղողի շաքար:

Քիմոսինթեզի շնորհիվ կենսոլորտում տեղի է ունենում ազոտի ցիկլ, ծծմբային բակտերիաները կեղտոտվում են՝ հիմք ստեղծելով հողերի ձևավորման համար, իսկ ջրածնային բակտերիաները օքսիդացնում են ջրածնի վտանգավոր քանակությունները, որոնք կուտակվում են որոշ միկրոօրգանիզմների կյանքի ընթացքում: Բացի այդ, նիտրացնող բակտերիաները օգնում են բարձրացնել հողի բերրիությունը, իսկ ծծմբային բակտերիաները մասնակցում են կեղտաջրերի մաքրմանը:

Քիմոսինթեզը գտնվում է բակտերիաների և արխեայի բջիջներում: Ռեդոքսային ռեակցիաների գործընթացում սինթեզվում են օրգանական նյութեր։ Ոչ ուղղակիորեն, այլ ATP էներգիայի ձևավորման միջոցով, որը հետագայում ծախսվում է օրգանական նյութերի սինթեզի վրա։ Դրա համար կենդանի օրգանիզմները օգտագործում են CO 2, ջրածին և թթվածին, որը ձևավորվում է ամոնիակի, երկաթի օքսիդի, ջրածնի սուլֆիդի և ջրածնի օքսիդացումից: Հաշվի առնելով, որ քիմոսինթեզը կարող է տեղի ունենալ ստորգետնյա, Համաշխարհային օվկիանոսի խորքերում, այլ կենդանի օրգանիզմների մեջտեղում, այն կապված չէ լույսի էներգիայի հետ, այն չի «գործարկվում» նրա կողմից և կախված չէ Արեգակից:

Եզրակացությունների կայք

1. Ֆոտոսինթեզն անհնար է առանց արևի լույսի էներգիայի, քիմոսինթեզը դրա կարիքը չունի:
2. Բույսերն ու բակտերիաները ֆոտոսինթեզ են անում, բակտերիաները և արխեաները՝ քիմոսինթեզ։
3. Երկու գործընթացներն էլ տարբեր կենսաբանական նշանակություն ունեն։