Vous êtes-vous déjà demandé combien d'organismes vivants il y a sur la planète ?! Et après tout, ils ont tous besoin d'inhaler de l'oxygène pour produire de l'énergie et expirer du dioxyde de carbone. C'est le dioxyde de carbone qui est la principale cause d'un phénomène tel que la congestion dans la pièce. Cela a lieu lorsqu'il y a beaucoup de monde et que la pièce n'est pas ventilée pendant une longue période. De plus, les installations industrielles, les voitures privées et les transports publics remplissent l'air de substances toxiques.
Au vu de ce qui précède, une question tout à fait logique se pose: comment n'avons-nous pas étouffé alors, si toute vie est une source de dioxyde de carbone toxique ? Le sauveur de tous les êtres vivants dans cette situation est la photosynthèse. Quel est ce processus et pourquoi est-il nécessaire ?
Son résultat est l'ajustement de l'équilibre du dioxyde de carbone et de la saturation de l'air en oxygène. Un tel processus n'est connu que des représentants du monde de la flore, c'est-à-dire des plantes, car il ne se produit que dans leurs cellules.
La photosynthèse elle-même est une procédure extrêmement complexe, dépendant de certaines conditions et se produisant dans plusieursétapes.
Définition du concept
Selon la définition scientifique, les substances organiques sont converties en substances organiques lors de la photosynthèse au niveau cellulaire chez les organismes autotrophes en raison de l'exposition au soleil.
Pour le dire plus simplement, la photosynthèse est le processus par lequel ce qui suit se produit:
- La plante est saturée d'humidité. La source d'humidité peut être l'eau du sol ou l'air tropical humide.
- La chlorophylle (une substance spéciale présente dans les plantes) réagit à l'énergie solaire.
- La formation de la nourriture nécessaire aux représentants de la flore, qu'ils ne sont pas en mesure d'obtenir par eux-mêmes de manière hétérotrophe, mais ils en sont eux-mêmes le producteur. En d'autres termes, les plantes mangent ce qu'elles produisent. C'est le résultat de la photosynthèse.
Première étape
Pratiquement chaque plante contient une substance verte, grâce à laquelle elle peut absorber la lumière. Cette substance n'est rien de plus que de la chlorophylle. Son emplacement est les chloroplastes. Mais les chloroplastes sont situés dans la partie tige de la plante et ses fruits. Mais la photosynthèse des feuilles est particulièrement courante dans la nature. Étant donné que ce dernier est assez simple dans sa structure et a une surface relativement grande, cela signifie que la quantité d'énergie nécessaire pour que le processus de sauvetage se déroule sera beaucoup plus importante.
Lorsque la lumière est absorbée par la chlorophylle, celle-ci est en état d'excitation et sontransmet des messages énergétiques aux autres molécules organiques de la plante. La plus grande quantité de cette énergie va aux participants au processus de photosynthèse.
Étape 2
La formation de la photosynthèse au deuxième stade ne nécessite pas la participation obligatoire de la lumière. Il consiste en la formation de liaisons chimiques à l'aide de dioxyde de carbone toxique formé à partir de masses d'air et d'eau. Il existe également une synthèse de nombreuses substances qui assurent l'activité vitale des représentants de la flore. Ce sont l'amidon, le glucose.
Chez les plantes, ces éléments organiques agissent comme une source de nutrition pour les différentes parties de la plante, tout en assurant le cours normal des processus vitaux. Ces substances sont également obtenues par des représentants de la faune qui mangent des plantes pour se nourrir. Le corps humain est saturé de ces substances par les aliments, qui font partie de l'alimentation quotidienne.
Quoi ? Où? Quand ?
Pour que les substances organiques deviennent organiques, il est nécessaire de fournir des conditions appropriées pour la photosynthèse. Pour le processus considéré, tout d'abord, la lumière est nécessaire. On parle d'artificiel et de lumière solaire. Dans la nature, l'activité des plantes se caractérise généralement par une intensité au printemps et en été, c'est-à-dire lorsqu'il y a un besoin important d'énergie solaire. Que ne peut-on pas dire de la saison d'automne, quand il y a de moins en moins de lumière, le jour raccourcit. En conséquence, le feuillage jaunit, puis tombe complètement. Mais dès que les premiers rayons du soleil du printemps brilleront, l'herbe verte se lèvera, ils reprendront immédiatement leurs activités.chlorophylles, et la production active d'oxygène et d'autres nutriments vitaux commencera.
Les conditions de la photosynthèse ne se limitent pas à la lumière. L'humidité devrait également être suffisante. Après tout, la plante absorbe d'abord l'humidité, puis une réaction commence avec la participation de l'énergie solaire. La nourriture végétale est le résultat de ce processus.
Ce n'est qu'en présence de matière verte que la photosynthèse se produit. Que sont les chlorophylles, nous l'avons déjà dit plus haut. Ils agissent comme une sorte de conducteur entre la lumière ou l'énergie solaire et la plante elle-même, assurant le bon déroulement de sa vie et de son activité. Les substances vertes ont la capacité d'absorber de nombreux rayons du soleil.
L'oxygène joue également un rôle important. Pour que le processus de photosynthèse réussisse, les plantes en ont besoin en grande quantité, car il ne contient que 0,03% d'acide carbonique. Ainsi, à partir de 20 000 m3 d'air, on peut obtenir 6 m3 d'acide. C'est cette dernière substance qui est la principale source de glucose, qui, à son tour, est une substance nécessaire à la vie.
Il y a deux étapes de photosynthèse. Le premier est appelé lumière, le second est sombre.
Quel est le mécanisme du flux de la scène lumineuse
L'étape lumineuse de la photosynthèse a un autre nom - photochimique. Les principaux participants à cette étape sont:
- énergie solaire;
- variété de pigments.
Avec la première composante, tout est clair, c'est la lumière du soleil. MAISc'est ce que sont les pigments, tout le monde ne le sait pas. Ils sont verts, jaunes, rouges ou bleus. Les chlorophylles des groupes "A" et "B" appartiennent au vert, les phycobilines au jaune et au rouge/bleu, respectivement. L'activité photochimique parmi les participants à cette étape du processus n'est montrée que par les chlorophylles "A". Les autres jouent un rôle complémentaire, dont l'essence est la collecte des quanta de lumière et leur transport vers le centre photochimique.
Parce que la chlorophylle est dotée de la capacité d'absorber efficacement l'énergie solaire à une certaine longueur d'onde, les systèmes photochimiques suivants ont été identifiés:
- Centre photochimique 1 (substances vertes du groupe "A") - le pigment 700 est inclus dans la composition, absorbant les rayons lumineux dont la longueur est d'environ 700 nm. Ce pigment joue un rôle fondamental dans la création de produits de la phase lumineuse de la photosynthèse.
- Centre photochimique 2 (substances vertes du groupe "B") - la composition comprend le pigment 680, qui absorbe les rayons lumineux dont la longueur est de 680 nm. Il a un rôle secondaire, qui consiste en la fonction de reconstituer les électrons perdus par le centre photochimique 1. Il est réalisé grâce à l'hydrolyse du liquide.
Pour 350 à 400 molécules de pigment qui concentrent les flux lumineux dans les photosystèmes 1 et 2, il n'y a qu'une seule molécule de pigment photochimiquement active - la chlorophylle du groupe "A".
Qu'est-ce qui se passe ?
1. L'énergie lumineuse absorbée par la plante affecte le pigment 700 qu'elle contient, qui passe de l'état normal à l'état excité. Le pigment perdélectron, entraînant la formation du soi-disant trou d'électron. De plus, la molécule de pigment qui a perdu un électron peut agir comme son accepteur, c'est-à-dire le côté qui reçoit l'électron, et reprendre sa forme.
2. Le processus de décomposition liquide dans le centre photochimique du pigment absorbant la lumière 680 du photosystème 2. Lors de la décomposition de l'eau, des électrons se forment, qui sont initialement acceptés par une substance telle que le cytochrome C550 et sont désignés par la lettre Q. Ensuite, à partir du cytochrome, les électrons entrent dans la chaîne porteuse et sont transportés vers le centre photochimique 1 pour reconstituer le trou d'électrons, résultat de la pénétration des quanta de lumière et du processus de réduction du pigment 700.
Il y a des cas où une telle molécule récupère un électron identique au précédent. Cela se traduira par la libération d'énergie lumineuse sous forme de chaleur. Mais presque toujours, un électron avec une charge négative se combine avec des protéines fer-soufre spéciales et est transféré le long d'une des chaînes vers le pigment 700, ou entre dans une autre chaîne porteuse et se réunit avec un accepteur permanent.
Dans la première variante, il existe un transport d'électrons de type fermé cyclique, dans la seconde - non cyclique.
Les deux processus sont catalysés par la même chaîne de porteurs d'électrons dans la première étape de la photosynthèse. Mais il convient de noter que lors de la photophosphorylation de type cyclique, le point de transport initial et en même temps final est la chlorophylle, tandis que le transport non cyclique implique le passage de la substance verte du groupe "B" àchlorophylle "A".
Caractéristiques du transport cyclique
La phosphorylation cyclique est aussi appelée photosynthétique. À la suite de ce processus, des molécules d'ATP se forment. Ce transport est basé sur le retour d'électrons dans un état excité au pigment 700 à travers plusieurs étapes successives, à la suite desquelles de l'énergie est libérée, qui participe au travail du système enzymatique phosphorylant dans le but d'une accumulation supplémentaire dans l'ATP phosphate obligations. Autrement dit, l'énergie n'est pas dissipée.
La phosphorylation cyclique est la principale réaction de la photosynthèse, qui est basée sur la technologie de génération d'énergie chimique sur les surfaces membranaires des thylactoïdes chloroplastiques en utilisant l'énergie de la lumière solaire.
Sans phosphorylation photosynthétique, les réactions d'assimilation dans la phase sombre de la photosynthèse sont impossibles.
Les nuances du transport de type non cyclique
Le processus consiste en la restauration du NADP+ et la formation du NADPH. Le mécanisme est basé sur le transfert d'un électron vers la ferrédoxine, sa réaction de réduction et la transition subséquente vers NADP+ avec réduction supplémentaire vers NADPH.
En conséquence, les électrons qui ont perdu le pigment 700 sont reconstitués grâce aux électrons de l'eau, qui se décompose sous les rayons lumineux du photosystème 2.
Le chemin non cyclique des électrons, dont le flux implique également la photosynthèse lumineuse, s'effectue par l'interaction des deux photosystèmes entre eux, relie leurs chaînes de transport d'électrons. Lumineuxl'énergie dirige le flux d'électrons vers l'arrière. Lors du transport du centre photochimique 1 au centre 2, les électrons perdent une partie de leur énergie en raison de l'accumulation sous forme de potentiel protonique à la surface de la membrane des thylactoïdes.
Dans la phase sombre de la photosynthèse, le processus de création d'un potentiel de type proton dans la chaîne de transport d'électrons et son exploitation pour la formation d'ATP dans les chloroplastes est presque complètement identique au même processus dans les mitochondries. Mais les fonctionnalités sont toujours présentes. Les thylactoïdes dans cette situation sont des mitochondries retournées. C'est la principale raison pour laquelle les électrons et les protons se déplacent à travers la membrane dans la direction opposée par rapport au flux de transport dans la membrane mitochondriale. Les électrons sont transportés vers l'extérieur, tandis que les protons s'accumulent à l'intérieur de la matrice thylactique. Ce dernier n'accepte qu'une charge positive et la membrane externe du thylactoide est négative. Il s'ensuit que la trajectoire du gradient de type proton est opposée à sa trajectoire dans les mitochondries.
La caractéristique suivante peut être appelée un niveau de pH élevé dans le potentiel des protons.
La troisième caractéristique est la présence de seulement deux sites de conjugaison dans la chaîne thylactoïde et, par conséquent, le rapport de la molécule d'ATP aux protons est de 1:3.
Conclusion
Dans la première étape, la photosynthèse est l'interaction de l'énergie lumineuse (artificielle et non artificielle) avec une plante. Les substances vertes réagissent aux rayons - les chlorophylles, dont la plupart se trouvent dans les feuilles.
La formation d'ATP et de NADPH est le résultat d'une telle réaction. Ces produits sont essentiels pour que les réactions sombres se produisent. Par conséquent, la phase lumineuse est un processus obligatoire, sans lequel la deuxième phase - la phase sombre - n'aura pas lieu.
Étape sombre: essence et caractéristiques
La photosynthèse noire et ses réactions sont la procédure du dioxyde de carbone en substances d'origine organique avec la production d'hydrates de carbone. La mise en œuvre de telles réactions se produit dans le stroma du chloroplaste et les produits de la première étape de la photosynthèse - la lumière y participe activement.
Le mécanisme de la phase sombre de la photosynthèse est basé sur le processus d'assimilation du dioxyde de carbone (également appelé carboxylation photochimique, le cycle de Calvin), qui se caractérise par une cyclicité. Se compose de trois phases:
- Carboxylation - ajout de CO2.
- Phase de récupération.
- Phase de régénération du ribulose diphosphate.
Ribulophosphate, un sucre à cinq atomes de carbone, est phosphorylé par l'ATP, ce qui donne du diphosphate de ribulose, qui est ensuite carboxylé en se combinant avec le CO2 produit à six carbones, qui instantanément se décomposent lorsqu'ils interagissent avec une molécule d'eau, créant deux particules moléculaires d'acide phosphoglycérique. Ensuite, cet acide subit un processus de réduction complète lors de la mise en œuvre d'une réaction enzymatique, pour laquelle la présence d'ATP et de NADP est nécessaire pour former un sucre à trois carbones - un sucre à trois carbones, un triose ou un aldéhyde.phosphoglycérol. Lorsque deux de ces trioses se condensent, une molécule d'hexose est obtenue, qui peut devenir partie intégrante de la molécule d'amidon et être déboguée en réserve.
Cette phase se termine par l'absorption d'une molécule de CO au cours du processus de photosynthèse2 et l'utilisation de trois molécules d'ATP et de quatre atomes H. Le phosphate d'hexose se prête aux réactions du cycle du pentose phosphate, le phosphate de ribulose résultant est régénéré, qui peut se recombiner avec une autre molécule d'acide carbonique.
Les réactions de carboxylation, de restauration, de régénération ne peuvent pas être qualifiées de spécifiques exclusivement pour la cellule dans laquelle la photosynthèse a lieu. Vous ne pouvez pas non plus dire ce qu'est un processus "homogène" car la différence existe toujours - pendant le processus de récupération, NADPH est utilisé, et non OVERH.
L'addition de CO2 par le ribulose diphosphate est catalysée par la ribulose diphosphate carboxylase. Le produit de réaction est le 3-phosphoglycérate, qui est réduit par le NADPH2 et l'ATP en glycéraldéhyde-3-phosphate. Le processus de réduction est catalysé par la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase. Ce dernier est facilement converti en phosphate de dihydroxyacétone. se forme du fructose bisphosphate. Certaines de ses molécules participent au processus de régénération du diphosphate de ribulose, fermant le cycle, et la seconde partie est utilisée pour créer des réserves de glucides dans les cellules de photosynthèse, c'est-à-dire que la photosynthèse des glucides a lieu.
L'énergie lumineuse est nécessaire à la phosphorylation et à la synthèse des substances organiquesorigine, et l'énergie d'oxydation des substances organiques est nécessaire pour la phosphorylation oxydative. C'est pourquoi la végétation fournit la vie aux animaux et autres organismes hétérotrophes.
La photosynthèse dans une cellule végétale se produit de cette manière. Son produit est des hydrates de carbone, nécessaires pour créer les squelettes carbonés de nombreuses substances des représentants du monde de la flore, qui sont d'origine organique.
Les substances de type azoté-organique sont assimilées dans les organismes photosynthétiques en raison de la réduction des nitrates inorganiques et du soufre - en raison de la réduction des sulfates en groupes sulfhydryle d'acides aminés. Fournit la formation de protéines, d'acides nucléiques, de lipides, de glucides, de cofacteurs, à savoir la photosynthèse. On a déjà souligné ce qu'est un "assortiment" de substances vitales pour les plantes, mais pas un mot n'a été dit sur les produits de synthèse secondaire, qui sont des substances médicinales précieuses (flavonoïdes, alcaloïdes, terpènes, polyphénols, stéroïdes, acides organiques et autres). Par conséquent, sans exagération, nous pouvons dire que la photosynthèse est la clé de la vie des plantes, des animaux et des humains.
