Xloroplastlarda energiya almashinuvi. Quyosh nuri energiyasi qanday aylanadi III bob

Ma'lumki, Quyosh samoviy jism (yulduz) bo'lib, quyosh energiyasi, aslida, uning hayotiy faoliyati natijasidir. Unda sodir bo'layotgan jarayonlar juda katta miqdordagi energiyani ajratib, uni sayyoramiz tomon ajoyib tezlikda tashlaydi. Quyosh nurlari energiyasidan foydalanish odamlar ongli va ongsiz ravishda qiladilar. Quyosh nurlarida cho'milish, biz bu yulduzning energiyasi tanamizdagi bir qator muhim jarayonlarni qo'zg'atadi (masalan, D vitamini terimizda ishlab chiqariladi) haqida o'ylamaymiz; uning yordamida o'simliklarda fotosintez sodir bo'ladi; Tabiatdagi suv aylanishi ham "uning ishi". Biz buni odatdagidek qabul qilamiz. Ammo bu bizning hayotimizdagi quyosh energiyasining rolining faqat bir qismidir.

Quyosh energiyasidan amaliy foydalanish

Eng oddiy va hamma uchun tanish quyosh energiyasidan foydalanish- zamonaviy kalkulyatorlarda (juda ixcham quyosh batareyalarida) va maishiy ehtiyojlar uchun (quruq mevalar, mamlakatdagi tashqi dush idishida issiqlik suvi) foydalanish. Quyoshning issiqligi bilan isitiladigan havoning harakati shamollatish tizimi va bacalarning ishlashini ta'minlaydi. Quyosh nurlari dengiz suvini tuzsizlantirish uchun bug'lantiruvchi sifatida ishlatiladi. Quyosh sun'iy yo'ldoshlarning uzoq muddatli ishlashi uchun asosiy energiya manbalaridan biri, shuningdek, kosmosni o'rganish uchun ishlatiladigan qurilmalardir. Elektr energiyasi bilan ishlaydigan avtomobillar hayotimizga tobora ko'proq kirib bormoqda.

Quyosh energiyasini olish va aylantirish

Quyosh energiyasi sayyoramizga uch turdagi radiatsiya to'lqinlari shaklida kiradi: ultrabinafsha, yorug'lik va infraqizil.

Quyosh energiyasidan foydalanish asosan issiqlik yoki elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Olimlar tomonidan ishlab chiqilgan maxsus sirtga tushadigan infraqizil to'lqinlar bizga kerak bo'lgan narsaga aylanadi.

Shunday qilib, issiqlikni olish uchun infraqizil to'lqinlarni yutuvchi kollektor, uni to'playdigan saqlash moslamasi va isitish sodir bo'ladigan issiqlik almashtirgich ishlatiladi.

Elektr energiyasini ishlab chiqarishda maxsus fotosellar qo'llaniladi. Ular yorug'lik nurlarini o'zlashtiradi va mos keladigan qurilmalar bu nurlarni elektr energiyasiga aylantiradi.

Quyosh energiyasidan foydalanish usullari uni qayta ishlash uchun elektr stantsiyasining turiga qarab bo'linishi mumkin. Hammasi bo'lib oltitasi bor.

Birinchi uchta: minora (dizayni ichida suv va atrofida ko'zgu bo'lgan qora minora ko'rinishida), parabolik (ichida ko'zgu bor sun'iy yo'ldosh antennalarini eslatuvchi), idish shaklidagi (ko'zgu barglari bilan metalldan yasalgan daraxtga o'xshaydi). Ularni birlashtirish mumkin, chunki ular bir xil ishlash printsipiga ega: ular ma'lum miqdordagi yorug'likni ushlaydilar, uni suyuqlik rezervuariga yo'naltiradilar, u qiziydi va bug'ni chiqaradi, bu esa o'z navbatida elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

To'rtinchi- fotoelementlar bilan jihozlash. Eng mashhur tur, chunki uning o'lchamlari ehtiyojga qarab o'zgarishi mumkin. Kichik quyosh panellari xususiy uy xo'jaliklari ehtiyojlari uchun, kattaroqlari esa sanoat ehtiyojlari uchun ishlatiladi. Faoliyat printsipi - fotoelementning ichidagi potentsial farq tufayli so'rilgan quyosh nurlaridan elektr energiyasini ishlab chiqarish.

Beshinchi- vakuum. Strukturaviy jihatdan, bu dumaloq shisha tom bilan qoplangan er bo'lagi bo'lib, uning ichida poydevorida turbinali minora joylashgan. Amaliyot printsipi - bu tomning ostidagi erni isitish va harorat farqi tufayli havo oqimining ko'rinishi. Turbina pichoqlari aylanadi va energiya hosil qiladi.

Ko'pchiligimiz u yoki bu tarzda quyosh xujayralari bilan uchrashdik. Kimdir maishiy maqsadlarda elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun quyosh panellaridan foydalangan yoki foydalansa, kimdir dalada sevimli gadjetini quvvatlantirish uchun kichik quyosh batareyasidan foydalanadi va kimdir mikrokalkulyatorda kichik quyosh batareyasini ko'rgan. Ba'zilar hatto tashrif buyurish baxtiga muyassar bo'lishdi.

Ammo quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirish jarayoni qanday sodir bo'lishi haqida hech o'ylab ko'rganmisiz? Bu quyosh xujayralarining ishlashida qanday fizik hodisa yotadi? Keling, fizikaga murojaat qilaylik va avlod jarayonini batafsil tushunamiz.

Bu yerdagi energiya manbai quyosh nuri ekanligi yoki ilmiy tilda aytganda, quyosh nurlanishining fotonlari hisobiga olinganligi boshidan ayon. Ushbu fotonlarni Quyoshdan uzluksiz harakatlanuvchi elementar zarrachalar oqimi sifatida tasavvur qilish mumkin, ularning har biri energiyaga ega va shuning uchun butun yorug'lik oqimi qandaydir energiyani olib yuradi.

Quyosh yuzasining har bir kvadrat metridan radiatsiya ko'rinishida doimiy ravishda 63 MVt energiya chiqariladi! Ushbu nurlanishning maksimal intensivligi ko'rinadigan spektr oralig'iga to'g'ri keladi -.

Shunday qilib, olimlar Quyoshdan Yergacha bo'lgan 149 600 000 kilometr masofada quyosh nurlari oqimining energiya zichligi atmosferadan o'tib, sayyoramiz yuzasiga yetib borganidan keyin har kvadrat metrga o'rtacha 900 vattni tashkil etishini aniqladilar.

Bu erda siz ushbu energiyani olishingiz va undan elektr energiyasini olishga harakat qilishingiz mumkin, ya'ni quyosh nuri oqimining energiyasini harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachalar energiyasiga, boshqacha aytganda, aylantiring.

Yorug'likni elektrga aylantirish uchun bizga kerak fotovoltaik konvertor. Bunday konvertorlar juda keng tarqalgan, ular bepul sotuvda topilgan, bular quyosh batareyalari deb ataladigan - kremniydan kesilgan gofretlar ko'rinishidagi fotoelektrik konvertorlar.

Eng yaxshilari monokristaldir, ularning samaradorligi taxminan 18% ni tashkil qiladi, ya'ni quyoshdan keladigan foton oqimining energiya zichligi 900 Vt / kv.m bo'lsa, siz kvadrat metr uchun 160 Vt elektr energiyasini olishingizga ishonishingiz mumkin. bunday hujayralardan yig'ilgan batareyaning.

Bu erda "fotoelektrik effekt" deb ataladigan hodisa mavjud. Fotoelektrik effekt yoki fotoelektr effekti- bu yorug'lik yoki boshqa elektromagnit nurlanish ta'sirida moddaning elektronlarni chiqarish hodisasi (moddaning atomlaridan elektronlarni tortib olish hodisasi).

1900 yilda kvant fizikasining otasi Maks Plank yorug'lik alohida qismlarda yoki kvantlarda chiqariladi va so'riladi, degan fikrni ilgari surdi, keyinchalik uni 1926 yilda kimyogar Gilbert Lyuis "fotonlar" deb ataydi.

Har bir foton E = hv formulasi bilan aniqlanishi mumkin bo'lgan energiyaga ega - Plankning doimiy marta nurlanish chastotasi.

Maks Plank g'oyasiga ko'ra, 1887 yilda Gerts tomonidan kashf etilgan va keyin 1888 yildan 1890 yilgacha Stoletov tomonidan chuqur o'rganilgan hodisa tushuntirilishi mumkin bo'ldi. Aleksandr Stoletov fotoeffektni eksperimental ravishda o'rganib chiqdi va fotoelektr effektining uchta qonunini o'rnatdi (Stoletov qonunlari):

Fotokatodga tushadigan elektromagnit nurlanishning doimiy spektral tarkibi bilan to'yingan fototok katodning energiya yoritilishiga mutanosib bo'ladi (aks holda: katoddan 1 sekundda urilgan fotoelektronlarning soni nurlanish intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir).

Fotoelektronlarning maksimal boshlang'ich tezligi tushayotgan yorug'lik intensivligiga bog'liq emas, faqat uning chastotasi bilan belgilanadi.

Har bir modda uchun fotoeffektning qizil chegarasi, ya'ni yorug'likning minimal chastotasi (moddaning kimyoviy tabiati va sirt holatiga bog'liq) mavjud bo'lib, undan pastda fotoelektr effekti mumkin emas.

Keyinchalik, 1905 yilda Eynshteyn fotoelektrik effekt nazariyasiga oydinlik kiritadi. U yorug'likning kvant nazariyasi va energiyaning saqlanish va o'zgarishi qonuni nima sodir bo'layotgani va nima kuzatilayotganini qanday mukammal tarzda tushuntirishini ko'rsatib beradi. Eynshteyn 1921 yilda Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan fotoelektr effekti tenglamasini yozdi:

Ish funktsiyasi Va bu erda elektronning moddaning atomini tark etishi uchun bajarishi kerak bo'lgan minimal ish. Ikkinchi muddat elektronning chiqishdan keyingi kinetik energiyasidir.

Ya'ni, foton atom elektroni tomonidan so'riladi, buning natijasida atomdagi elektronning kinetik energiyasi so'rilgan fotonning energiyasiga ko'payadi.

Bu energiyaning bir qismi elektronning atomdan chiqishiga sarflanadi, elektron atomni tark etadi va erkin harakat qilish imkoniyatini oladi. Yo'nalishli harakatlanuvchi elektronlar esa elektr toki yoki fototokdan boshqa narsa emas. Natijada, biz fotoelektrik effekt natijasida moddada EMF paydo bo'lishi haqida gapirishimiz mumkin.

Anavi, Quyosh batareyasi undagi fotoelektr effekti tufayli ishlaydi. Ammo fotoelektrik konvertorda "nokaut qilingan" elektronlar qaerga boradi? Fotoelektrik konvertor yoki quyosh xujayrasi yoki fotoelement, shuning uchun undagi fotoelektrik effekt noodatiy tarzda sodir bo'ladi, bu ichki fotoelektrik effekt va hatto "klapan fotoelektrik effekti" maxsus nomiga ega.

Yarimo'tkazgichning p-n o'tish joyida quyosh nuri ta'sirida fotoelektrik effekt paydo bo'ladi va EMF paydo bo'ladi, lekin elektronlar fotoelementni tark etmaydi, hamma narsa blokirovka qatlamida sodir bo'ladi, elektronlar tananing bir qismini tark etganda, uning yana bir qismi.

Yer qobig'idagi kremniy uning massasining 30% ni tashkil qiladi, shuning uchun u hamma joyda qo'llaniladi. Umuman olganda, yarim o'tkazgichlarning o'ziga xos xususiyati shundaki, ular o'tkazgich ham, dielektrik ham emas, ularning o'tkazuvchanligi aralashmalar kontsentratsiyasiga, haroratga va nurlanish ta'siriga bog'liq.

Yarimo'tkazgichdagi tarmoqli bo'shlig'i bir necha elektron voltni tashkil qiladi va bu elektronlar chiqadigan atomlarning valentlik zonasining yuqori darajasi va o'tkazuvchanlik zonasining pastki darajasi o'rtasidagi energiya farqidir. Silikon 1,12 eV tarmoqli bo'shlig'iga ega - bu quyosh nurlanishini yutish uchun kerak bo'lgan narsa.

Shunday qilib, p-n o'tish. Fotoelementdagi doplangan kremniy qatlamlari p-n birikmasini hosil qiladi. Bu erda elektronlar uchun energiya to'sig'i olinadi, ular valentlik zonasini tark etadilar va faqat bir yo'nalishda harakat qiladilar, teshiklar teskari yo'nalishda harakatlanadi. Quyosh xujayrasidagi tok shu tarzda olinadi, ya'ni quyosh nuridan elektr energiyasi hosil bo'ladi.

Fotonlar ta'sirida bo'lgan P-n birikmasi zaryad tashuvchilar - elektronlar va teshiklar - faqat bir yo'nalishda emas, balki boshqa yo'nalishda harakatlanishiga imkon bermaydi, ular ajralib chiqadi va to'siqning qarama-qarshi tomonlarida tugaydi. Va yuqori va pastki elektrodlar orqali yuk pallasiga ulangan holda, quyosh nuriga ta'sir qiladigan fotovoltaik konvertor tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladi.

Elektr energiyasini ishlab chiqarishning bu usuli asoslanadi quyosh nuri, darsliklarda - Fotonlar deb nomlangan. Biz uchun bu qiziq, chunki harakatlanuvchi havo oqimi kabi, yorug'lik oqimi ham energiyaga ega! Bizning Yerimiz joylashgan Quyoshdan bitta astronomik birlik (149 597 870,66 km) masofada quyosh nurlanishining oqimi zichligi 1360 Vt / m 2 ni tashkil qiladi. Va Yer atmosferasidan o'tib, oqim aks ettirish va yutilish tufayli o'z intensivligini yo'qotadi va Yer yuzasida u allaqachon ~ 1000 Vt / m 2 ga teng. Bu erda bizning ishimiz boshlanadi: yorug'lik oqimining energiyasidan foydalanish va uni kundalik hayotda zarur bo'lgan energiyaga - elektr energiyasiga aylantirish.

Ushbu transformatsiyaning siri 125 mm diametrli silikon tsilindrdan (2-rasm) kesilgan burchaklari kesilgan kichik psevdo-kvadratda sodir bo'ladi va uning nomi . Qanday tarzda?

Bu savolga javobni fotoelektr effekti kabi hodisani kashf etgan fiziklar oldi. Fotoelektrik effekt - yorug'lik ta'sirida moddaning atomlaridan elektronlarni tortib olish hodisasi.

1900 yilda Nemis fizigi Maks Plank yorug'lik alohida qismlarda chiqariladi va so'riladi, deb faraz qildi. kvant(yoki fotonlar). Har bir fotonning energiyasi quyidagi formula bilan aniqlanadi: E =h∙ ν (kul yalang'och) qaerda h- Plank doimiysi, 6,626 × 10 -34 J∙s ga teng, ν - foton chastotasi. Plank gipotezasi 1887 yilda nemis olimi Geynrix Gerts tomonidan kashf etilgan va rus olimi Aleksandr Grigoryevich Stoletov tomonidan eksperimental ravishda o'rganilgan fotoelektrik effekt hodisasini tushuntirib, olingan natijalarni umumlashtirib, quyidagilarni aniqladi. Fotoelektrik effektning uchta qonuni:

1. Yorug'likning doimiy spektral tarkibi bilan to'yinganlik oqimining kuchi katodga tushadigan yorug'lik oqimiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.
2. Yorug'lik tomonidan chiqarilgan elektronlarning boshlang'ich kinetik energiyasi yorug'lik chastotasi bilan chiziqli ravishda ortadi va uning intensivligiga bog'liq emas.
3. Agar yorug'lik chastotasi qizil chegara deb ataladigan har bir moddaga xos bo'lgan ma'lum qiymatdan kam bo'lsa, fotoelektr effekti yuzaga kelmaydi.

FEPda hukmronlik qilayotgan sirni oydinlashtiradigan fotoelektrik effekt nazariyasi 1905 yilda nemis olimi Albert Eynshteyn tomonidan qonunlarni tushuntirib ishlab chiqilgan. yorug'likning kvant nazariyasi yordamida fotoelektr effekti. Eynshteyn energiyaning saqlanish va o'zgarishi qonuniga asoslanib, fotoelektr effektidagi energiya balansi tenglamasini yozdi:

Qayerda: h∙ ν foton energiyasi, A- ish funktsiyasi - moddaning atomidan elektronni chiqarish uchun bajarilishi kerak bo'lgan minimal ish. Shunday qilib, yorug'lik zarrasi - foton elektron tomonidan so'riladi va qo'shimcha kinetik energiya oladi. ½m∙v 2 va atomdan chiqish ishini bajaradi, bu esa unga erkin harakat qilish imkoniyatini beradi. Elektr zaryadlarining yo'naltirilgan harakati esa elektr tokidir, yoki to'g'rirog'i, moddada elektro qo'zg'atuvchi kuch paydo bo'ladi - E.D.S.

Eynshteyn 1921 yilda fotoelektr effekti tenglamasi uchun Nobel mukofoti bilan taqdirlangan.

O'tmishdan bizning kunlarga qaytsak, biz quyosh batareyasining "yuragi" quyosh batareyasi (yarim o'tkazgich fotosel) ekanligini ko'ramiz, unda tabiatning ajoyib mo''jizasi - klapan fotoelektr effekti (VFE) amalga oshiriladi. U yorug'lik ta'sirida p-n o'tish joyida elektromotor kuchning paydo bo'lishidan iborat. VFE yoki to'siq qatlamidagi fotoelektrik effekt, - elektronlarning tanani tark etishi, interfeys orqali boshqa qattiq jismga (yarim o'tkazgich) o'tish hodisasi.

Yarimo'tkazgichlar- bular o'ziga xos o'tkazuvchanligi bo'yicha o'tkazgichlar va dielektriklar o'rtasida oraliq joyni egallagan va o'tkazgichlardan o'ziga xos o'tkazuvchanlikning aralashmalar kontsentratsiyasi, harorat va nurlanishning har xil turlariga kuchli bog'liqligi bilan farq qiladigan materiallar. Yarimo'tkazgichlar bir necha elektron volt [eV] tartibli tarmoqli bo'shlig'iga ega bo'lgan moddalardir. Tarmoq oralig'i - yarim o'tkazgich kristalidagi elektronlar energiyalarining o'tkazuvchanlik zonasining pastki darajasi va yarim o'tkazgichning valentlik zonasining yuqori darajasi o'rtasidagi farq.

Yarimo'tkazgichlarga ko'plab kimyoviy elementlar kiradi: germaniy, kremniy, selen, tellur, mishyak va boshqalar, juda ko'p miqdordagi qotishmalar va kimyoviy birikmalar (galliy arsenid va boshqalar).Tabiatda eng keng tarqalgan yarimo'tkazgichlar. kremniy, yer qobig'ining taxminan 30% ni tashkil qiladi.

Silikon tabiatda keng tarqalganligi, engilligi, quyosh nuri energiyasini o'zlashtirish uchun mos bo'lgan 1,12 eV tarmoqli oralig'i tufayli foydalanish uchun material bo'lishi kerak edi. Bugungi kunda kristalli kremniy (jahon bozorining qariyb 90%) va yupqa plyonkali quyosh batareyalari (bozorning taxminan 10%) er usti ilovalari uchun tijorat tizimlari bozorida eng sezilarli hisoblanadi.

P-n birikmasi kristalli kremniy fotovoltaik konvertorlar (PVX) dizaynida asosiy element hisoblanadi. Soddalashtirilgan shaklda quyosh xujayrasi "sendvich" sifatida ifodalanishi mumkin: u p-n birikmasini olish uchun qo'shilgan kremniy qatlamlaridan iborat.

P-n o'tishning asosiy xususiyatlaridan biri tok tashuvchilar uchun energiya to'sig'i bo'lish qobiliyati, ya'ni ularni faqat bitta yo'nalishda o'tkazishdir. Quyosh xujayralarida elektr tokini hosil qilish aynan shu ta'sirga asoslanadi. Element yuzasiga tushgan nurlanish yarimo'tkazgichning asosiy qismida turli belgilarga ega bo'lgan zaryad tashuvchilarni hosil qiladi - elektronlar (n) va teshiklar (p). Xususiyatlariga ko'ra, p-n birikmasi ularni "ajratadi", har bir turni faqat "o'z" yarmiga o'tkazadi va element hajmida tasodifiy harakatlanadigan zaryad tashuvchilar to'siqning qarama-qarshi tomonlarida bo'ladi, shundan so'ng ular o'tkazilishi mumkin. quyosh batareyasiga ulangan yopiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan yukda kuchlanish va elektr tokini yaratish uchun tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladi.

Fotosintezni o'rganish tarixi 1771 yil avgustidan boshlanadi, o'shanda ingliz teologi, faylasufi va havaskor tabiatshunosi Jozef Pristli (1733-1804) o'simliklar havoning tarkibini o'zgartiradigan havo xususiyatlarini "to'g'rilashi" mumkinligini aniqlagan. yonish yoki hayvonlarning hayoti. Priestley ko'rsatdiki, o'simliklar mavjud bo'lganda, "buzilgan" havo yana hayvonlarning hayotini yoqish va qo'llab-quvvatlash uchun mos bo'ladi.

Ingenhaus, Senebier, Sossure, Bussengo va boshqa olimlarning keyingi tadqiqotlari davomida o'simliklar yoritilganda kislorodni chiqarib yuborishi va havodan karbonat angidridni o'zlashtirishi aniqlandi. O'simliklar karbonat angidrid va suvdan organik moddalarni sintez qiladi. Bu jarayon fotosintez deb ataladi.

Energiyaning saqlanish qonunini kashf etgan Robert Mayer 1845 yilda o'simliklar quyosh nuri energiyasini fotosintez jarayonida hosil bo'lgan kimyoviy birikmalar energiyasiga aylantirishni taklif qildi. Uning so‘zlariga ko‘ra, “kosmosda tarqalayotgan quyosh nurlari “tutib olinadi” va kerak bo‘lganda keyingi foydalanish uchun saqlanadi”. Keyinchalik rus olimi K.A. Timiryazev o'simliklar tomonidan quyosh energiyasidan foydalanishda yashil barglarda mavjud bo'lgan xlorofill molekulalari eng muhim rol o'ynashini ishonchli isbotladi.

Fotosintez jarayonida hosil bo'lgan uglevodlar (qandlar) o'simlik va hayvonlarda turli xil organik birikmalarni sintez qilish uchun energiya manbai va qurilish materiali sifatida ishlatiladi. Yuqori o'simliklarda fotosintez jarayonlari xloroplastlarda - o'simlik hujayrasining maxsus energiyani aylantiruvchi organellalarida sodir bo'ladi.

Xloroplastning sxematik tasviri rasmda ko'rsatilgan. 1.

Xloroplastning tashqi va ichki membranalardan tashkil topgan qo'sh qobig'i ostida tilakoidlar deb ataladigan yopiq pufakchalarni hosil qiluvchi kengaytirilgan membrana tuzilmalari mavjud. Tilakoid membranalar ikki qatlamli lipid molekulalaridan iborat bo'lib, ular makromolekulyar fotosintetik oqsil komplekslarini o'z ichiga oladi. Yuqori o'simliklarning xloroplastlarida tilakoidlar disk shaklidagi, tekislangan va bir-biriga mahkam bosilgan tilakoidlardan iborat bo'lgan granulalarga birlashtirilgan. Ulardan chiqib turadigan intergranal tilakoidlar grananing alohida tilakoidlarining davomi hisoblanadi. Xloroplast membranasi va tilakoidlar orasidagi bo'shliq stroma deb ataladi. Stromada RNK, DNK, xloroplast molekulalari, ribosomalar, kraxmal donalari va ko'plab fermentlar, shu jumladan o'simliklar tomonidan CO2 ning o'zlashtirilishini ta'minlaydigan fermentlar mavjud.

Nashr Sushi E'xpress ko'magida ishlab chiqarilgan. Sushi E'xpress kompaniyasi Novosibirskda sushi yetkazib berish xizmatlarini taqdim etadi. Sushi E’xpress’dan sushiga buyurtma berish orqali siz professional oshpazlar tomonidan eng yuqori sifatli eng yangi mahsulotlardan foydalangan holda tayyorlangan mazali va foydali taomni tezda qabul qilasiz. Sushi E'xpress veb-saytiga tashrif buyurib, siz taklif etilayotgan rulonlarning narxlari va tarkibi bilan tanishishingiz mumkin, bu sizga taomni tanlashda yordam beradi. Sushi yetkazib berish uchun buyurtma berish uchun 239-55-87 raqamiga qo'ng'iroq qiling

Fotosintezning yorug'lik va qorong'i bosqichlari

Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, fotosintez bir qator fotofizik va biokimyoviy jarayonlar bo'lib, buning natijasida o'simliklar quyosh nuri energiyasidan foydalangan holda uglevodlarni (qandlarni) sintez qiladi. Fotosintezning ko'p bosqichlari odatda ikkita katta jarayonlar guruhiga bo'linadi - yorug'lik va qorong'i fazalar.

Fotosintezning yorug'lik bosqichlarini jarayonlar to'plami deb atash odatiy holdir, buning natijasida yorug'lik energiyasi tufayli adenozin trifosfat (ATP) molekulalari sintezlanadi va qaytarilgan nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADPH) hosil bo'ladi. yuqori qaytarilish potentsialiga ega birikma. ATP molekulalari hujayradagi universal energiya manbai bo'lib ishlaydi. ATP molekulasining yuqori energiyali (ya'ni energiyaga boy) fosfat bog'larining energiyasi ko'pchilik energiya sarflaydigan biokimyoviy jarayonlarda ishlatilishi ma'lum.

Fotosintezning engil jarayonlari tilakoidlarda sodir bo'ladi, ularning membranalarida o'simliklarning fotosintetik apparatining asosiy tarkibiy qismlari - yorug'lik yig'uvchi pigment-oqsil va elektron transport komplekslari, shuningdek, ATP hosil bo'lishini katalizlovchi ATP-sintaza kompleksi mavjud. adenozin difosfat (ADP) va noorganik fosfat (F i) dan (ADP + F i → ATP + H 2 O). Shunday qilib, fotosintezning engil bosqichlari natijasida o'simliklar tomonidan so'rilgan yorug'lik energiyasi ATP molekulalarining makroergik kimyoviy bog'lari va kuchli qaytaruvchi NADP H ko'rinishida saqlanadi, ular uglevodlarni sintez qilish uchun ishlatiladi. fotosintezning qorong'u bosqichlari.

Fotosintezning qorong'u bosqichlari odatda o'simliklar tomonidan atmosfera karbonat angidridni (CO 2) assimilyatsiya qilish va uglevodlar hosil bo'lishiga olib keladigan biokimyoviy reaktsiyalar to'plami deb ataladi. CO2 va suvdan organik birikmalar sinteziga olib keladigan qorong'u biokimyoviy o'zgarishlar tsikli ushbu jarayonlarni o'rganishga hal qiluvchi hissa qo'shgan mualliflar nomi bilan Kalvin-Benson tsikli deb ataladi. Tilakoid membranada joylashgan elektron tashish va ATP sintaza komplekslaridan farqli o'laroq, fotosintezning "qorong'i" reaktsiyalarini katalizlovchi fermentlar stromada eriydi. Xloroplast membranasi vayron bo'lganda, bu fermentlar stromadan yuviladi, buning natijasida xloroplastlar karbonat angidridni o'zlashtirish qobiliyatini yo'qotadi.

Kalvin-Benson tsiklidagi bir qator organik birikmalarning o'zgarishi natijasida uchta CO 2 molekulasi va xloroplastlardagi suvdan glitseraldegid-3-fosfat molekulasi hosil bo'ladi, bu CHO-CHOH-CH2O- kimyoviy formulasiga ega. PO 3 2-. Shu bilan birga, glitseraldegid-3-fosfat tarkibiga kiritilgan bitta CO 2 molekulasi uchun uchta ATP molekulasi va ikkita NADP H molekulasi iste'mol qilinadi.

Kalvin-Benson siklidagi organik birikmalarni sintez qilish uchun ATP molekulalarining makroergik fosfat bog'larini gidrolizlash jarayonida ajralib chiqadigan energiya (ATP + H 2 O → ADP + F i reaktsiyasi) va NADP H molekulalarining kuchli qaytarilish potentsiali ishlatiladi. Xloroplastda hosil bo'lgan molekulalarning asosiy qismi glitseraldegid-3-fosfat o'simlik hujayrasining sitozoliga kiradi va u erda fruktoza-6-fosfat va glyukoza-6-fosfatga aylanadi, bu esa keyingi o'zgarishlar jarayonida: saxarozaning kashshofi bo'lgan saxarofosfat hosil qiladi. Xloroplastda qolgan glitseraldegid-3-fosfat molekulalaridan kraxmal sintezlanadi.

Fotosintetik reaksiya markazlarida energiya konversiyasi

O'simliklar, suv o'tlari va fotosintetik bakteriyalarning fotosintetik energiyani aylantiruvchi komplekslari yaxshi o'rganilgan. Energiyani o'zgartiruvchi oqsil komplekslarining kimyoviy tarkibi va fazoviy tuzilishi o'rnatildi, energiya o'zgarishi jarayonlarining ketma-ketligi aniqlandi. Fotosintetik apparatlarning tarkibi va molekulyar tuzilishidagi farqlarga qaramay, barcha fotosintetik organizmlarning fotoreaktsiya markazlarida energiya almashinuvi jarayonlarida umumiy qonuniyatlar mavjud. O'simlik va bakterial kelib chiqadigan fotosintetik tizimlarda fotosintetik apparatning yagona strukturaviy va funktsional aloqasi mavjud. fototizim, bu yorug'lik yig'uvchi antennani, fotokimyoviy reaktsiya markazini va u bilan bog'liq bo'lgan molekulalarni - elektron tashuvchilarni o'z ichiga oladi.

Keling, avvalo barcha fotosintetik tizimlarga xos bo'lgan quyosh nuri energiyasini aylantirishning umumiy tamoyillarini ko'rib chiqamiz, keyin esa yuqori o'simliklardagi fotoreaktsiya markazlari va xloroplastlarning elektron tashish zanjiri faoliyati misolida batafsilroq to'xtalamiz.

Yorug'lik yig'uvchi antenna (yorug'likni singdirish, energiyaning reaktsiya markaziga ko'chishi)

Fotosintezning eng birinchi elementar harakati - yorug'likni yig'uvchi antenna deb ataladigan maxsus pigment-oqsil kompleksining bir qismi bo'lgan xlorofill molekulalari yoki yordamchi pigmentlar tomonidan yorug'likning yutilishi. Yorug'lik yig'uvchi antenna yorug'likni samarali ushlab turish uchun mo'ljallangan makromolekulyar kompleksdir. Xloroplastlarda antenna majmuasi ko'p sonli (bir necha yuzgacha) xlorofill molekulalarini va oqsil bilan kuchli bog'langan ma'lum miqdorda yordamchi pigmentlarni (karotinoidlar) o'z ichiga oladi.

Yorqin quyosh nurida bitta xlorofill molekulasi yorug'lik kvantlarini nisbatan kamdan-kam, o'rtacha soniyada 10 martadan ko'p bo'lmagan miqdorda yutadi. Biroq, bitta fotoreaktsiya markazi ko'p miqdordagi xlorofill molekulalarini (200-400) tashkil etganligi sababli, hatto o'simlik soyasi sharoitida bargga tushgan yorug'likning nisbatan past intensivligida ham reaktsiya markazi tez-tez faollashadi. Yorug'likni yutuvchi pigmentlar ansambli, aslida, antenna rolini o'ynaydi, u juda katta o'lchamlari tufayli quyosh nurini samarali ushlaydi va energiyasini reaktsiya markaziga yo'naltiradi. Soyani yaxshi ko'radigan o'simliklar yuqori yorug'lik sharoitida o'sadigan o'simliklarga qaraganda ko'proq yorug'lik yig'ish antennalariga ega.

Xlorofil molekulalari o'simliklardagi asosiy yorug'lik yig'uvchi pigmentlardir. a va xlorofill b to'lqin uzunligi l ≤ 700-730 nm bo'lgan ko'rinadigan yorug'likni yutish. Izolyatsiya qilingan xlorofill molekulalari yorug'likni faqat quyosh spektrining ikkita nisbatan tor diapazonida qabul qiladi: to'lqin uzunligi 660-680 nm (qizil nur) va 430-450 nm (ko'k-binafsha nur), bu, albatta, foydalanish samaradorligini cheklaydi. yashil bargga tushadigan quyosh nurlarining butun spektri.

Biroq, yorug'lik yig'uvchi antenna tomonidan so'rilgan yorug'likning spektral tarkibi aslida ancha kengroqdir. Bu yorug'lik yig'uvchi antennaning bir qismi bo'lgan xlorofillning yig'ilgan shakllarining yutilish spektrining uzoqroq to'lqin uzunliklariga siljishi bilan izohlanadi. Xlorofill bilan bir qatorda yorug'lik yig'uvchi antennaga yordamchi pigmentlar kiradi, ular yorug'likni yig'uvchi antennaning asosiy pigmenti bo'lgan xlorofill molekulalari yorug'likni nisbatan zaif yutadigan spektral hududlarda yorug'likni o'zlashtirganligi sababli samaradorligini oshiradi.

O'simliklarda yordamchi pigmentlar - l ≈ 450-480 nm to'lqin uzunligi oralig'ida yorug'likni o'zlashtiradigan karotenoidlar; fotosintetik suv o'tlari hujayralarida bular qizil va ko'k pigmentlardir: qizil suvo'tlardagi fikoeritrinlar (l ≈ 495-565 nm) va ko'k-yashil suv o'tlaridagi fikosiyaninlar (l ≈ 550-615 nm).

Yorug'lik kvantining xlorofill (Chl) molekulasi yoki yordamchi pigment tomonidan yutilishi uning qo'zg'alishiga olib keladi (elektron yuqori energiya darajasiga o'tadi):

Chl + hn → Chl*.

Qo'zg'atilgan xlorofil molekulasi Chl* ning energiyasi qo'shni pigmentlarning molekulalariga o'tkaziladi, bu esa o'z navbatida uni yorug'lik yig'uvchi antennaning boshqa molekulalariga o'tkazishi mumkin:

Chl* + Chl → Chl + Chl*.

Shunday qilib, qo'zg'alish energiyasi pigment matritsasi orqali qo'zg'alish P fotoreaktsiya markaziga yetguncha ko'chishi mumkin (bu jarayonning sxematik ko'rinishi 2-rasmda ko'rsatilgan):

Chl* + P → Chl + P*.

E'tibor bering, xlorofill molekulalari va boshqa pigmentlarning qo'zg'aluvchan holatda bo'lish muddati juda qisqa, t ≈ 10-10-10-9 s. Shuning uchun, P reaktsiya markaziga boradigan yo'lda, pigmentlarning bunday qisqa muddatli qo'zg'aluvchan holatining energiyasi befoyda yo'qolishi - issiqlikka tarqalishi yoki yorug'lik kvanti (fluoresans hodisasi) shaklida ajralib chiqishi mumkin bo'lgan ma'lum bir ehtimollik mavjud. Biroq, aslida, fotosintetik reaksiya markaziga energiya migratsiyasining samaradorligi juda yuqori. Reaktsiya markazi faol holatda bo'lsa, energiya yo'qotish ehtimoli, qoida tariqasida, 10-15% dan oshmaydi. Quyosh nuri energiyasidan foydalanishning bunday yuqori samaradorligi yorug'lik yig'uvchi antennaning pigmentlarning bir-biri bilan juda yaxshi o'zaro ta'sirini ta'minlaydigan yuqori tartibli tuzilma ekanligi bilan bog'liq. Shu tufayli yorug'likni yutuvchi molekulalardan qo'zg'alish energiyasini fotoreaktsiya markaziga o'tkazishning yuqori tezligiga erishiladi. Qo'zg'alish energiyasini bir pigmentdan ikkinchisiga "sakrash" ning o'rtacha vaqti, qoida tariqasida, t ≈ 10-12-10-11 s. Reaksiya markaziga qo'zg'alish migratsiyasining umumiy vaqti odatda 10-10-10-9 s dan oshmaydi.

Fotokimyoviy reaksiya markazi (elektron uzatish, ajratilgan zaryadlarni barqarorlashtirish)

Reaktsiya markazining tuzilishi va fotosintezning birlamchi bosqichlari mexanizmlari haqidagi zamonaviy g'oyalar A.A.ning asarlaridan oldin bo'lgan. Krasnovskiy elektron donorlar va akseptorlar ishtirokida yorug'lik bilan qo'zg'atilgan xlorofill molekulalari teskari qaytarilishi (elektronni qabul qilish) va oksidlanishi (elektron berish) mumkinligini aniqladi. Keyinchalik, Kok, Vitt va Duizens o'simliklar, suv o'tlari va fotosintetik bakteriyalarda yorug'lik ta'sirida oksidlanadigan va aslida fotosintez jarayonida birlamchi elektron donorlari bo'lgan reaktsiya markazlari deb ataladigan xlorofill tabiatining maxsus pigmentlarini topdilar.

Fotokimyoviy reaksiya markazi P - yorug'lik yig'uvchi antennaning pigment matritsasi bo'ylab aylanib yuradigan qo'zg'alish energiyasi uchun tuzoq vazifasini bajaradigan xlorofill molekulalarining maxsus juftligi (dimer) (2-rasm). Keng huni devorlaridan uning tor bo'ynigacha suyuqlik oqishi kabi, yorug'lik yig'uvchi antennaning barcha pigmentlari tomonidan so'rilgan yorug'lik energiyasi reaktsiya markaziga yo'naltiriladi. Reaktsiya markazining qo'zg'alishi fotosintez jarayonida yorug'lik energiyasining keyingi o'zgarishi zanjirini boshlaydi.

Reaksiya markazi P qo'zg'alishidan keyin sodir bo'ladigan jarayonlar ketma-ketligi va fototizim energiyasidagi tegishli o'zgarishlar diagrammasi shaklda sxematik tarzda ko'rsatilgan. 3.

Xlorofill P dimer bilan bir qatorda fotosintetik kompleks birlamchi va ikkilamchi elektron qabul qiluvchi molekulalarni o'z ichiga oladi, biz ularni shartli ravishda A va B deb belgilaymiz, shuningdek, birlamchi elektron donor D molekulasi.

D(P*A)B → D(P + A –)B.

Shunday qilib, juda tez (t ≈ 10-12 s) elektronning P * dan A ga o'tishi natijasida fotosintez jarayonida quyosh energiyasini aylantirishning ikkinchi fundamental muhim bosqichi - reaktsiya markazida zaryadning ajralishi amalga oshiriladi. Bunda kuchli qaytaruvchi A - (elektron donor) va kuchli oksidlovchi P+ (elektron qabul qiluvchi) hosil bo'ladi.

P+ va A molekulalari membranada assimetrik joylashadi: xloroplastlarda P+ reaksiya markazi tilakoid ichiga qaragan membrana yuzasiga yaqinroq, qabul qiluvchi A esa tashqi tomonga yaqinroq joylashgan. Shuning uchun fotoinduktsiyalangan zaryadning ajralishi natijasida membranada elektr potentsiallari farqi paydo bo'ladi. Reaktsiya markazida zaryadlarning yorug'lik ta'sirida bo'linishi an'anaviy fotoelementda elektr potentsial farqining hosil bo'lishiga o'xshaydi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, texnologiyada barcha ma'lum va keng qo'llaniladigan energiya fotokonvertorlaridan farqli o'laroq, fotosintetik reaksiya markazlarining ishlash samaradorligi juda yuqori. Faol fotosintetik reaksiya markazlarida zaryadni ajratish samaradorligi, qoida tariqasida, 90-95% dan oshadi (fotosellarning eng yaxshi namunalari uchun samaradorlik 30% dan oshmaydi).

Reaktsiya markazlarida energiya konversiyasining bunday yuqori samaradorligini qanday mexanizmlar ta'minlaydi? Nima uchun A qabul qiluvchiga o'tkazilgan elektron musbat zaryadlangan oksidlangan P + markaziga qaytmaydi? Ajratilgan zaryadlarning barqarorlashishi, asosan, elektronni P* dan A ga o'tkazishdan keyin elektron tashishning ikkilamchi jarayonlari tufayli ta'minlanadi. Reduksiyalangan birlamchi qabul qiluvchi A dan elektron juda tez (10-10-10-9 sekundda) ) ikkilamchi elektron qabul qiluvchi B ga boradi:

D(P + A –)B → D(P + A)B – .

Bunday holda, nafaqat musbat zaryadlangan reaktsiya markazidan elektronning P + chiqarilishi sodir bo'ladi, balki butun tizimning energiyasi ham sezilarli darajada kamayadi (3-rasm). Bu shuni anglatadiki, elektronni qarama-qarshi yo'nalishda (B - → A o'tish) o'tkazish uchun u etarli darajada yuqori energiya to'sig'ini DE ≈ 0,3–0,4 eV yengib o'tishi kerak bo'ladi, bu erda DE ikki holat uchun energiya darajasi farqidir. elektron mos ravishda A yoki B tashuvchida bo'lgan tizim.Shu sababli elektronning qaytarilgan B molekulasidan oksidlangan A molekulasiga qaytishi uchun to'g'ridan-to'g'ri A o'tishga qaraganda ancha ko'proq vaqt kerak bo'ladi. - → B. Boshqacha qilib aytganda, oldinga yo'nalishda elektron boshqa yo'ldan ko'ra ancha tezroq uzatiladi. Shu sababli, elektronni ikkilamchi qabul qiluvchi B ga o'tkazgandan so'ng, uning orqaga qaytishi va musbat zaryadlangan "teshik" P + bilan rekombinatsiya ehtimoli sezilarli darajada kamayadi.

Ajratilgan zaryadlarning barqarorlashuviga hissa qo'shadigan ikkinchi omil - bu elektron donor D dan P + ga keladigan elektron tufayli oksidlangan fotoreaktsiya markazining P + tez neytrallanishi:

D(P + A)B – → D + (PA)B – .

D donor molekulasidan elektronni qabul qilib, dastlabki pasaytirilgan P holatiga qaytgandan so'ng, reaktsiya markazi endi qisqartirilgan qabul qiluvchilardan elektronni qabul qila olmaydi, ammo endi u qayta ishga tushirishga tayyor - elektronni uning yonida joylashgan oksidlangan birlamchi akseptor A.Bu barcha fotosintetik tizimlarning fotoreaktsiya markazlarida sodir bo'ladigan hodisalar ketma-ketligidir.

Xloroplast elektron tashish zanjiri

Yuqori oʻsimliklarning xloroplastlarida ikkita fototizim mavjud: 1-fotosistema (PS1) va 2-fototizim (PS2), ular oqsillar, pigmentlar tarkibi va optik xususiyatlari bilan farqlanadi. Yorug'lik yig'uvchi antenna PS1 to'lqin uzunligi l ≤ 700–730 nm bo'lgan yorug'likni, PS2 to'lqin uzunligi l ≤ 680–700 nm bo'lgan yorug'likni yutadi. PS1 va PS2 reaksiya markazlarining yorugʻlik taʼsirida oksidlanishi ularning rangi oʻzgarishi bilan kechadi, bu ularning yutilish spektrlarining l ≈ 700 va 680 nm da oʻzgarishi bilan tavsiflanadi. Optik xususiyatlariga ko'ra, PS1 va PS2 reaktsiya markazlari P 700 va P 680 deb nomlandi.

Ikki fototizim elektron tashuvchilar zanjiri orqali oʻzaro bogʻlangan (4-rasm). PS2 PS1 uchun elektronlar manbai hisoblanadi. P 700 va P 680 fotoreaktsiya markazlarida yorug'lik bilan boshlangan zaryadni ajratish PS2 da parchalangan suvdan elektronning oxirgi elektron qabul qiluvchi NADP+ molekulasiga o'tishini ta'minlaydi. Ikki fototizimni bog'laydigan elektron transport zanjiri (ETC) plastokinon molekulalarini, alohida elektron transport oqsil kompleksini (b/f kompleksi deb ataladi) va elektron tashuvchi sifatida suvda eruvchan plastotsiyanin oqsilini (Pc) o'z ichiga oladi. Tilakoid membranadagi elektron transport komplekslarining o'zaro joylashishi va elektronning suvdan NADP + ga o'tish yo'li rasmda ko'rsatilgan. 4.

PS2 da elektron qo'zg'atilgan P * 680 markazidan birinchi bo'lib feofetinning asosiy akseptoriga (Phe), so'ngra PS2 oqsillaridan biriga qattiq bog'langan plastokinon Q A molekulasiga o'tkaziladi.

Y(P* 680 Phe)Q A Q B → Y(P + 680 Phe –)Q A Q B → Y(P + 680 Phe)Q A – Q B.

Keyin elektron ikkinchi plastokinon molekulasi Q B ga o'tkaziladi va P 680 birlamchi elektron donor Y dan elektron oladi:

Y(P + 680 Phe)Q A – Q B → Y + (P 680 Phe)Q A Q B – .

Kimyoviy formulasi va lipid ikki qavatli membranasidagi joylashuvi shaklda ko'rsatilgan plastokinon molekulasi. 5 ikkita elektronni qabul qilishga qodir. PS2 reaktsiya markazi ikki marta ishga tushirilgandan so'ng, plastokinon Q B molekulasi ikkita elektron oladi:

Q B + 2e – → Q B 2– .

Salbiy zaryadlangan Q B 2- molekulasi stromal bo'shliqdan ushlaydigan vodorod ionlariga yuqori yaqinlikka ega. Reduksiyalangan plastokinon Q B 2– (Q B 2– + 2H + → QH 2) protonlanishidan so‘ng ushbu QH 2 molekulasining elektr neytral shakli hosil bo‘ladi, bu plastokinol deb ataladi (5-rasm). Plastokinol ikkita elektron va ikkita protonning mobil tashuvchisi sifatida ishlaydi: PS2 dan chiqqandan so'ng, QH2 molekulasi tilakoid membrana ichida osongina harakatlanishi mumkin, bu esa PS2 ning boshqa elektron transport komplekslari bilan bog'lanishini ta'minlaydi.

Oksidlangan reaktsiya markazi PS2 P 680 juda yuqori elektron yaqinligiga ega; juda kuchli oksidlovchi moddadir. Shu sababli, PS2 da kimyoviy barqaror birikma bo'lgan suv parchalanadi. PS2 tarkibiga kiradigan suvni ajratish kompleksi (WRC) o'zining faol markazida P 680 uchun elektron donor bo'lib xizmat qiluvchi marganets ionlari guruhini (Mn 2+) o'z ichiga oladi. Oksidlangan reaktsiya markaziga elektronlarni berib, marganets ionlari suvning oksidlanish reaktsiyasida bevosita ishtirok etadigan musbat zaryadlarning "akkumulyatorlari" ga aylanadi. P 680 reaksiya markazining ketma-ket to'rt marta faollashishi natijasida WRCning Mn o'z ichiga olgan faol markazida oksidlangan marganets ionlari (Mn 4+) shaklida to'rtta kuchli oksidlovchi ekvivalent (yoki to'rtta "teshik") to'planadi. , bu ikki suv molekulasi bilan o'zaro ta'sir qilib, suvning parchalanish reaktsiyasini katalizlaydi:

2Mn 4+ + 2H 2 O → 2Mn 2+ + 4H + + O 2.

Shunday qilib, to'rtta elektronni WRC dan P 680 ga ketma-ket o'tkazgandan so'ng, bir vaqtning o'zida ikkita suv molekulasining sinxron parchalanishi sodir bo'ladi, bu xloroplastning intratilakoid bo'shlig'iga kiradigan bitta kislorod molekulasi va to'rtta vodorod ionining chiqishi bilan birga keladi.

PS2 ning ishlashi jarayonida hosil bo'lgan plastokinol QH2 molekulasi tilakoid membrananing lipid ikki qavatiga b/f kompleksiga tarqaladi (4 va 5-rasm). b / f kompleksi bilan to'qnashganda, QH 2 molekulasi unga bog'lanadi va keyin unga ikkita elektron o'tkazadi. Bunda b/f kompleksi bilan oksidlangan har bir plastokinol molekulasi uchun tilakoid ichida ikkita vodorod ioni ajralib chiqadi. O'z navbatida, b / f kompleksi plastosiyanin (Pc), nisbatan kichik suvda eriydigan oqsil uchun elektron donor bo'lib xizmat qiladi, uning faol markazida mis ioni mavjud (plastosiyaninning qaytarilish va oksidlanish reaktsiyalari mis valentligining o'zgarishi bilan birga keladi). ion Cu 2+ + e – ↔Cu+). Plastosyanin b/f kompleksi va PS1 o'rtasida bog'lovchi vazifasini bajaradi. Plastosyanin molekulasi tilakoid ichida tez harakatlanib, elektronning b/f kompleksidan PS1 ga o'tishini ta'minlaydi. Kamaytirilgan plastosiyanindan elektron to'g'ridan-to'g'ri PS1 - P 700 + oksidlangan reaktsiya markazlariga boradi (4-rasmga qarang). Shunday qilib, PS1 va PS2 ning birgalikdagi ta'siri natijasida PS2 da parchalangan suv molekulasidan ikkita elektron oxir-oqibat elektron tashish zanjiri orqali NADP + molekulasiga o'tadi va kuchli qaytaruvchi NADP H hosil bo'lishini ta'minlaydi.

Nima uchun xloroplastlarga ikkita fototizim kerak? Ma'lumki, oksidlangan reaksiya markazlarini kamaytirish uchun elektron donor sifatida turli xil organik va noorganik birikmalardan (masalan, H 2 S) foydalanadigan fotosintetik bakteriyalar bitta fototizim bilan muvaffaqiyatli ishlaydi. Ikki fototizimning paydo bo'lishi, ehtimol, ko'rinadigan yorug'likning bir kvantining energiyasi suvning parchalanishini va elektronning suvdan NADPga tashuvchi molekulalar zanjiri bo'ylab samarali o'tishini ta'minlash uchun etarli emasligi bilan bog'liq. + . Taxminan 3 milliard yil oldin Yerda ko'k-yashil suv o'tlari yoki siyanobakteriyalar paydo bo'lib, ular karbonat angidridni kamaytirish uchun suvdan elektronlar manbai sifatida foydalanish qobiliyatiga ega bo'ldi. Endi PS1 yashil bakteriyalardan va PS2 binafsha bakteriyalardan olingan deb ishoniladi. PS2 evolyutsiya jarayonida PS1 bilan bir qatorda bitta elektron tashish zanjiriga "qo'shilgandan" so'ng, energiya muammosini hal qilish mumkin bo'ldi - kislorod / suv va NADP + / NADP H juftlarining redoks potentsiallaridagi juda katta farqni engish. Suvni oksidlash qobiliyatiga ega fotosintetik organizmlarning paydo bo'lishi Yerdagi hayvonot dunyosining rivojlanishining eng muhim bosqichlaridan biriga aylandi. Birinchidan, suv o'tlari va yashil o'simliklar suvni oksidlashni "o'rganib", NADP + ni kamaytirish uchun bitmas-tuganmas elektron manbasini o'zlashtirdilar. Ikkinchidan, suvni parchalash orqali ular Yer atmosferasini molekulyar kislorod bilan to'ldirdi va shu bilan energiya aerob nafas olish bilan bog'liq bo'lgan organizmlarning tez evolyutsion rivojlanishi uchun sharoit yaratdi.

Xloroplastlarda elektron tashish jarayonlarining proton almashinuvi va ATP sintezi bilan bog'lanishi

Elektronning CET bo'ylab uzatilishi, qoida tariqasida, energiyaning pasayishi bilan birga keladi. Bu jarayonni jismning qiya tekislik bo'ylab o'z-o'zidan harakatlanishiga o'xshatish mumkin. Elektronning CET bo'ylab harakatlanishi jarayonida uning energiya darajasining pasayishi, elektronning uzatilishi har doim energiya jihatidan foydasiz jarayon ekanligini anglatmaydi. Xloroplastlarning normal faoliyat ko'rsatishi sharoitida elektron tashish jarayonida ajralib chiqadigan energiyaning katta qismi isrofga ketmaydi, balki ATP sintaza deb ataladigan maxsus energiya konvertatsiya qiluvchi kompleksning ishlashi uchun ishlatiladi. Bu kompleks ADP va noorganik fosfat F i (reaksiya ADP + F i → ATP + H 2 O) dan ATP hosil bo'lishining energetik jihatdan noqulay jarayonini katalizlaydi. Shu munosabat bilan, elektron tashishning energiya beruvchi jarayonlari ATP sintezining energiyani qabul qilish jarayonlari bilan bog'liqligini aytish odatiy holdir.

Tilakoid membranalarda, shuningdek boshqa barcha energiyani aylantiruvchi organellalarda (mitoxondriyalar, fotosintetik bakteriyalarning xromatoforlari) energiya birikmasini ta'minlashda protonlarni tashish jarayonlari eng muhim rol o'ynaydi. ATP sintezi uchta protonning ATP sintaza orqali tilakoidlardan (3H ichida +) stromaga (3H tashqarida +) o'tishi bilan chambarchas bog'liq:

ADP + F i + 3H in + → ATP + H 2 O + 3H chiqib +.

Bu jarayon mumkin bo'ladi, chunki membranada tashuvchilarning assimetrik joylashuvi tufayli xloroplast ETC ning ishlashi tilakoid ichida protonlarning ortiqcha miqdorini to'planishiga olib keladi: vodorod ionlari NADP + qaytarilish bosqichlarida tashqaridan so'riladi. va plastokinol hosil bo'ladi va suvning parchalanishi va plastokinol oksidlanishi bosqichlarida tilakoidlar ichida chiqariladi (4-rasm). Xloroplastlarning yoritilishi tilakoidlar ichidagi vodorod ionlari kontsentratsiyasining sezilarli (100-1000 marta) oshishiga olib keladi.

Shunday qilib, biz quyosh nuri energiyasi yuqori energiyali kimyoviy birikmalar - ATP va NADP H energiyasi shaklida saqlanadigan hodisalar zanjirini ko'rib chiqdik. Fotosintezning yorug'lik bosqichining bu mahsulotlari qorong'u bosqichlarda hosil bo'lish uchun ishlatiladi. karbonat angidrid va suvdan organik birikmalar (uglevodlar). ATP va NADP H hosil bo'lishiga olib keladigan energiya konversiyasining asosiy bosqichlari quyidagi jarayonlarni o'z ichiga oladi: 1) yorug'lik energiyasini nur yig'uvchi antennaning pigmentlari tomonidan yutilishi; 2) qo'zg'alish energiyasini fotoreaktsiya markaziga o'tkazish; 3) fotoreaktsiya markazining oksidlanishi va ajratilgan zaryadlarni barqarorlashtirish; 4) elektron tashish zanjiri bo'ylab elektronning o'tishi, NADP H hosil bo'lishi; 5) vodorod ionlarining membranadan o'tishi; 6) ATP sintezi.

1. Alberts B., Bray D., Lyuis J., Roberts K., Uotson J. Hujayraning molekulyar biologiyasi. T. 1. - M .: Mir, 1994. 2-nashr.
2. Kukushkin A.K., Tixonov A.N. O'simliklar fotosintezining biofizikasi bo'yicha ma'ruzalar. - M.: Moskva davlat universiteti nashriyoti, 1988 yil.
3. Nikols D.D. Bioenergetika. Xemiosmotik nazariyaga kirish. – M.: Mir, 1985 yil.
4. Skulachev V.P. Biologik membranalar energiyasi. - M.: Nauka, 1989 yil.