Хлоропласт және оның фотосинтез процесіндегі рөлі
Хлоропласт: құрылымы және пигменттердің рөлі
Хлоропласт — эукариот жасушаларының, әсіресе жасыл өсімдіктердің негізгі органоиді. Ол көбіне шар тәрізді болады, диаметрі әдетте 10 мкм-ден аспайды. Хлоропласт құрамында жасыл түсті пигмент — хлорофилл болады: ол көк және қызыл сәулелерді сіңіріп, жасыл түсті шағылыстырады. Осы себепті өсімдік ұлпалары бізге жасыл болып көрінеді.
Каротиноидтер не үшін керек?
Хлоропластарда хлорофилден басқа каротиноидтер де кездеседі. Олар сары, қоңыр, қызғылт сары түстермен сипатталады. Каротиноидтер толқын ұзындығы басқа жарық сәулелерін шағылыстырып, энергияны хлорофиллге беруге көмектеседі, нәтижесінде фотосинтез үдерісі тиімдірек жүреді.
Жазда каротиноидтердің түсі хлорофиллдің басымдығынан байқалмайды. Ал күзде хлорофилл ыдырағанда, каротиноидтер айқын көрініп, жапырақтар сары, қоңыр, қызғылт сары реңкке енеді.
Қос мембрана және ішкі құрылым: тилакоидтер мен граналар
Хлоропласт — қос мембраналы органоид. Ол сыртқы және ішкі мембранадан тұрады. Ішкі мембранада жалпақ тақташалар орналасады, олар тилакоидтер деп аталады. Тилакоидтердің жиынтығы граналар түзеді.
Граналардың маңызы
Фотосинтезге қажетті негізгі құрылымдар граналарда шоғырланған. Фотосинтез барлық хлоропластың әр жерінде бірдей жүре бермейді: оның шешуші кезеңдері көбіне дәл осы граналармен байланысты.
Тилакоидтердің орналасуы
Граналар бірінің үстіне бірі жиналған тиындар сияқты қабатталған тилакоидтерден тұрады. Тақташалар өзара саңылаулар арқылы байланысады, бұл фотосинтезге қатысатын молекулалар мен пигменттердің тиімді әрекеттесуіне жағдай жасайды.
Строма және фотосинтетикалық қабықшалар
Фотосинтезге қатысатын кейбір молекулалар мен пигменттер хлоропласт ішіндегі фотосинтетикалық қабықшалардың (мембраналық құрылымдардың) қалыптасуына қатысады. Бұл мембраналарды хлоропластың негізгі заты — строма қоршап тұрады.
Строма — хлоропласттың ішкі ортасы: онда көптеген ферменттер, аралық өнімдер және кейінгі сатыларда жүретін биохимиялық реакциялармен байланысты құрылымдар орналасады.
Автотрофтар мен гетеротрофтар: тіршіліктің қоректену стратегиялары
Табиғаттағы барлық организмдер қоректену тәсіліне қарай екі топқа бөлінеді: автотрофтар және гетеротрофтар.
Гетеротрофтар
Гетеротрофтар бейорганикалық заттардан органикалық заттарды өздігінен синтездей алмайды, сондықтан дайын органикалық заттармен қоректенеді. Оларға адам, барлық жануарлар, көптеген микроорганизмдер және хлорофилі жоқ саңырауқұлақтар жатады.
Автотрофтар
Хлорофилі бар өсімдіктер Күн сәулесінің энергиясын пайдаланып, бейорганикалық заттардан органикалық заттарды синтездейді. Мұндай организмдер автотрофтар деп аталады. Олардың тірі табиғаттағы маңызы ерекше, өйткені органикалық заттар мен энергияның биологиялық айналымы осыдан бастау алады.
Фотосинтез: энергияның химиялық байланысқа айналуы
Фотосинтез — Күн сәулесінің энергиясын химиялық байланыстар энергиясына айналдыратын күрделі үдеріс. Оның жиынтық теңдеуі фотосинтездің нәтижесін көрсеткенімен, механизмін толық ашып бермейді. Үдерісті тереңірек түсіну үшін фотосинтездің жарық және қараңғы фазаларын ажырата білу қажет.
АТФ: жасушаның энергия «валютасы»
Жасушада макроэнергиялық қосылыс — АТФ түзіледі. АТФ энергиясы жасушаның қозғалысына, нәруыз синтезіне және тасымалына, артық заттарды сыртқа шығаруға және жалпы зат алмасудың үздіксіз жүруіне жұмсалады.
Күн энергиясының АТФ түрінде химиялық энергияға айналуында фотосинтездің рөлі өте зор. Өсімдіктер фотосинтез кезінде энергияны органикалық заттардың құрамында сақтайды, ал тыныс алу кезінде бұл молекулалар ыдырап, энергия босап шығады.
Химио-осмос және АТФ синтезі
АТФ тек гликолиз бен лимон қышқылының айналымында ғана түзілмейді. Оның негізгі бөлігі химио-осмос үдерісі арқылы синтезделеді. Химио-осмос хлоропластарда фотосинтез кезінде, ал митохондрияларда жасушалық тыныс алу кезінде жүреді және мембраналармен тығыз байланысты.
1-кезең: энергияны жинақтау
Алдымен мембрана арқылы зарядталған бөлшектердің (иондардың) таралуында айырмашылық пайда болып, электрхимиялық градиент түрінде энергия жиналады. Егер осы бөлшектердің қосылуына кедергі жасалса, энергия «қор» ретінде сақталады.
2-кезең: жиналған энергияны пайдалану
Жиналған электрхимиялық энергия АТФ синтезіне жұмсалады. Бұл жерде фотосинтездің жарық фазасында маңызды ферменттердің рөлі артады: олар «Н» қорының энергиясын пайдаланып, АДФ-тен АТФ түзілуіне ықпал етеді.