Punctul 11

Partea a III-a. Punctul 11:

BIO181 BIOBK

Fotosinteză

Viața pe pământ depinde fundamental de energie solară (Figura 11.1a), care este prins prin procesul fotosintetic, care este responsabil pentru producerea întregii materii organice (Biomasă Figura 11.1b) pe care o știm. Materia organică include hrana pe care noi și animalele o consumăm zilnic, combustibili fosili (petrol, gaz, benzină, cărbune); precum și lemn de foc, lemn, pastă pentru hârtie, inclusiv materia primă pentru fabricarea fibrelor sintetice, a materialelor plastice, a poliesterului etc.

Cantitatea de carbon fixată prin fotosinteză este spectaculoasă, după cum arată cifrele pentru producția anuală de materie organică uscată, estimată la 1,55 x 1011 tone, cu aproximativ 60% formate pe uscat, restul în oceane și în apele interioare.

Organismele care, pe parcursul evoluției, au învățat să folosească energia solară și să o transforme în energie chimică sunt așa-numitele autotrofe, care sunt reprezentate de bacterii și organisme din Regatul Plantelor (Figurile 11.2a Da 11.2b).

Figura 11.1b

Figura 11.2b

Într-o plantă, peste 90% din greutatea sa uscată este alcătuită din diferite substanțe și molecule organice care alcătuiesc structurile sale celulare sau care îi reglează metabolismul. Lanțurile inițiale de carbon utilizate de toate celulele sunt furnizate prin fotosinteză (Figura 11.3).

Viața pe Pământ continuă să depindă de fotosinteză. Organismele fotosintetice captează energia luminii și, într-o serie foarte complexă de reacții, o folosesc pentru a produce carbohidrați și pentru a elibera oxigen din dioxidul de carbon și din apă (Figura 11.4).

Procesul general poate fi exprimat prin următoarea reacție:

Toate aceste confirmări permit lui Jean Baptiste Boussingault și Julius Sachs să formuleze ecuația clasică a fotosintezei:

Figura 11.6 Descompunerea luminii albe în diferite culori la trecerea printr-o prismă.

Domeniul lungimii de undă (nm)

Lungimea de undă reprezentativă

Frecvență (hertz)

Energie (KJ/mol)

Figura 11.9 Spectrul radiațiilor vizibile și lungimile de undă asociate. (Modificat din http://gened.emc.maricopa.edu/Bio/BIO181/BIOBK/BioBookTOC.html)

Pentru ca energia luminii să fie utilizată de ființele vii, aceasta trebuie mai întâi absorbită. O substanță care absoarbe lumina se numește pigment (Figura 11.10).

Figura 11.10 Absorbția anumitor lungimi de undă de către un pigment.
(Modificat din http://gened.emc.maricopa.edu/Bio/BIO181/BIOBK/BioBookTOC.html)

Figura 11.12 Structurile clorofilei la Da
(Modificat din http://gened.emc.maricopa.edu/Bio/BIO181/BIOBK/BioBookTOC.html)

Molecula de clorofilă este formată dintr-un cap tetrapirolic cu un atom de magneziu în centru și o coadă de fitol (alcool cu ​​lanț lung).

Figura 11.13 Structura clorofilei la
(Preluat de pe http://www.nyu.edu/pages/mathmol/library/photo)

Toți tilacoidele unui cloroplast sunt întotdeauna paralele între ele. Astfel, deoarece cloroplastele sunt orientate spre lumină, milioanele de molecule de pigment pot fi orientate simultan pentru a optimiza recepția, ca și când ar fi mici antene electromagnetice.

Figura 11.18a
Micrografie optică a unei celule vegetale de Elodea cu cloroplaste (x80).

Figura 11.18d
Micrografia electronică a unui ST al unui cloroplast al frunzei de porumb (Zea mays). Detaliu care arată o stacojie.

Figura 11.18c
Micrografia electronică a unui ST al unui cloroplast al frunzei de porumb (Zea mays)

Figura 11.18e
Schema unui cloroplast unde pot fi văzute componentele sale principale.

De asemenea, carotenoizii, care sunt strâns asociați cu clorofilele din complexele de antene, captează energia la lungimile lor de undă caracteristice și o transferă la clorofile (deși cu o eficiență mai mică); De asemenea, au o funcție de protecție, deoarece absorb excesul de energie care ar putea duce la formarea de compuși nocivi.

Photosystem II (FS II) conține și o moleculă de clorofilă la reactiv, numit P680, Se absoarbe preferențial la 680 nm și se află, de preferință, în lamela granulară (grana). Adică, cele două tipuri de fotosisteme sunt separate spațial în membranele tilacoide.

În timpul reacțiilor fazei luminoase, cele două fotosisteme acționează în coordonare. animații 11.12 Da 11.13 arată cunoștințe actuale despre modul în care funcționează această coordonare. Energia absorbită (1 foton) pentru el FS I este transferat de complexul antenei în centrul său de reacție este cauzat de pierderea de un electron a P700, care rămâne apoi într-o stare instabilă, cu o „gaură” electronică care va fi „umplută” de un electron de la FS II. Electronul pierdut de P700 trece la un lanț de transportoare prezente în membrana tilacoidă care sunt reduse succesiv (prin acceptarea electronului) și oxidante (prin transferarea acestuia), cu un nivel de energie mai mic în fiecare etapă. După mai mulți compuși intermediari puțin cunoscuți (mulți dintre ei ferosulfoproteine ​​fără grup hem: FX, FB, FA), electronul merge la feredoxina, și în cele din urmă la feredoxina NADP + oxidoreductaza care reduce NADP + (forma oxidată a NADPH), în funcție de următoarea reacție: