Asosiy kontent

Course: Biologiya > Unit 10

Lesson 1: Fotosintez haqida boshlangʻich maʼlumotlar

Fotosintez haqida boshlangʻich maʼlumotlar

Yorug‘lik energiyasini kimyoviy energiyaga aylantirish. Fotosintez reaksiyalari, ular qaysi qismda sodir boʻlishi va ularning ekologik ahamiyati.

Kirish

Siz biror marta daraxtni bagʻringizga bosganmisiz? Agar yoʻq boʻlsa, bu borada biroz oʻylab koʻrishingizni tavsiya qilamiz. Shuni unutmaslik kerakki, biz – butun insekundt bu hayotda mavjudligimiz uchun yorugʻlik energiyasini oʻzida ushlab qoluvchi oʻsimliklar va boshqa tirik organizmlar oldida qarzdormiz. Quyosh ekotizimlarni doimiy energiya manbai bilan taʼminlagani bois ham Yer yuzida hayot mavjud.

Insonlar bilan bir qatorda barcha organizmlar oʻsish, rivojlanish va koʻpayishda metabolik reaksiyalarni amalga oshirish uchun energiyadan foydalanadi. Ammo organizmlar oʻzlarining metabolik ehtiyojlari uchun yorugʻlik energiyalaridan toʻgʻridan toʻgʻri foydalana olmaydi. Aksincha, yorugʻlik energiyasi birinchi navbatda fotosintez reaksiyalari yordamida kimyoviy energiyaga aylanishi kerak boʻladi.

Fotosintez oʻzi nima?

Fotosintez bu yorugʻlik energiyasining uglevod shaklida kimyoviy energiyaga aylanishi jarayonidir. Yorugʻlik energiyasi orqali amalga oshadigan ushbu jarayonda glyukoza molekulalari (yoki boshqa molekulalar) suv va karbonat angidriddan hosil boʻladi va qoʻshimcha mahsulot sifatida kislorod ajraladi. Glyukoza (uglevod) molekulalari organizmni ikki muhim manba: energiya va organik uglerod bilan taʼminlaydi.

Energiya. Glyukoza molekulalari hujayra uchun quvvat manbai boʻlib xizmat qiladi: ulardagi kimyoviy energiya hujayraning nafas olishi va fermentatsiya jarayonlari orqali ajratib olinadi. Ushbu jarayonlar orqali kichkina energiya tashuvchi molekula adenozin trifosfat molekulasi – $ATF$ ‍ hosil boʻladi. Hujayra energiyaga ehtiyoj sezganda ATF molekulalari parchalanadi va energiya ajralib chiqadi.
Fiksatsiyalangan uglerod. Karbonat angidriddagi uglerod anorganik uglerod boʻlib, u organik molekulalarga birlashishi mumkin; ushbu jarayon – uglerod fiksatsiyasi, hosil boʻlgan organik uglerod esa fiksatsiyalangan uglerod deb ataladi. Fotosintez jarayoni davomida fiksatsiyalangan va qand moddalariga birikkan uglerod hujayra ehtiyojlariga qarab organik molekulalarning boshqa turlarini hosil qilishda foydalanilishi mumkin.

Fotosintez jarayonining ekologik ahamiyati

Fotosintez qiluvchi organizmlar, jumladan, oʻsimliklar, suv oʻtlari va baʼzi baktreriyalar ham oʻta muhim ekologik ahamiyatga ega. Ular yorugʻlikdan foydalanib qand moddalarini sintezlaydi va kimyoviy energiya va fiksatsiyalangan uglerodni ekotizimga olib kiradi. Ushbu organizmlar yorugʻlik energiyasidan foydalangan holda oʻzlarining ozuqalarini ishlab chiqarganliklari, yaʼni oʻzlari uglevod sintez qilganliklari sababli fotoavtotroflar (soʻzma-soʻz: yorugʻlikdan foydalanib, oʻzini oziqlantiruvchilar) deb nomlanadi.

Insonlar va karbonat angidridni organik birikmalarga oʻzgartira olmaydigan boshqa organizmlar geterotroflar deb nomlanadi. Geterotroflar boshqa organizmlar yoki ularning ikkilamchi mahsulotlarini isteʼmol qilgan holatda uglevod bilan taʼminlanadi. Hayvon, zamburugʻ, koʻpgina prokariot va ptotistlar ham geterotrof organizmlar sirasiga kiradi.

Avtotroflarning turlari. Avtotrof organizmlarning oʻziga xos xususiyati shundaki, ular anorganik uglerodni organik uglerodga aylantiradi va undan energiya manbai sifatida foydalanadi.

Fotoavtotroflar yorugʻlik energiyasidan foydalangan holda karbonat angidriddan organik modda sintezlay oladi. Bu jarayon fotosintez deb ataladi.
Xemoavtotroflar anorganik moddalarni oksidlash orqali energiya ajratib oladi va bu kimyoviy energiyadan karbonat angidridni organik birikmaga aylantirishda foydalanadi. Bu jarayon xemosintez deb ataladi.

Geterotroflarning turlari. Geterotroflar karbonat angidriddan organik modda sintezlay olmaydi va shuning uchun ham buning oʻrniga organik uglerodni boshqa organizmlardan tayyor holatda oʻzlashtiradi.

Fotogeterotroflar quyosh nuridan energiya oladi, ammo organik uglerodni boshqa organizmlar tomonidan hosil qilingan organik birikmalar shaklida oladi. Prokariotlarning ayrim turlari fotogeterotroflardir.
Xemogeterotroflar boshqa geterotroflar singari organik yoki anorganik birikmalarni oksidlash orqali energiya oladi va boshqa organizmlar hosil qilgan organik birikmalardan oʻzlariga organik uglerodni qabul qiladi. Hayvonlar, zamburugʻlar va koʻplab prokariotlar va protistlar gemogeterotroflardir.

Fotosintez ekotizimni organik uglerod va energiya bilan taʼminlashdan tashqari, Yer atmosferasining shakllanishida ham katta oʻrin tutadi. Fotosintez qiluvchi organizmlarning aksariyati ikkilamchi mahsulot sifatida kislorod gazini hosil qiladi. Hozirgi kunda mavjud boʻlgan sianobakteriyalarga oʻxshash bakteriyalarda fotosintezning paydo boʻlishi

3

milliard yil oldin Yerdagi hayotni butunlay oʻzgartirib yuborgan

^{1}

. Ushbu bakteriyalar oʻzlari ishlab chiqargan kislorodni asta-sekin Yerning kislorod kam boʻlgan atmosferasiga ajratib turgan va kislorod konsentratsiyasi koʻpayishiga sabab boʻlgan. Ushbu jarayon natijasida aerob hayot shaklida yashovchi organizmlar – hujayraning nafas olishi uchun kisloroddan foydalanuvchi organizmlarning evolyutsiyasiga taʼsir koʻrsatdi. Ushbu farazga koʻra, agar oʻsha fotosintezlovchi organizmlar boʻlmaganda, hozir Yer yuzidagi koʻplab boshqa jonzotlar kabi biz ham mavjud boʻlmas edik.

Fotosintezlovchi organizmlar atmosferadan juda koʻp miqdordagi karbonat angidridni oʻzlashtiradi va karbonat angidrid tarkibidagi uglerod atomlaridan organik molekulalarni sintezlashda foydalanadi. Agar yer yuzidagi oʻsimlik va suv oʻtlari miqdori koʻpaymasa, atmosferada koʻp miqdorda gaz yigʻila boshlaydi. Bu esa issiqlikning toʻplanishi va iqlim oʻzgarishiga olib keladi. Koʻp olimlar oʻrmonlar va boshqa oʻsimliklar dunyosini saqlab qolish orqali karbonat angidrid miqdori ortib ketishining oldini olish mumkinligiga ishonadi.

Barglar – fotosintez maskani

Oʻsimliklar Yer yuzidagi eng keng tarqalgan avtotroflardir. Yashil oʻsimliklarning barcha toʻqimalari fotosintez qilish xususiyatiga ega, ammo fotosintez jarayonining katta qismi odatda barglarda sodir boʻladi. Bargning oʻrta qavatidagi hujayralar mezofill deb nomlanib, fotosintez sodir boʻluvchi asosiy joydir.

Koʻplab oʻsimliklarning barglari yuzasida ogʻizchalar deb nomlanadigan maxsus teshiklar bor va ular mezofill qavatiga karbonat angidrid kirib, kislorod chiqishini taʼminlaydi.

Manba: OpenStax College, Concepts of Biology CC BY 3.0ʼning “Overview of photosynthesis: Figure 6” (Fotosintez haqida umumiy maʼlumotlar: 6-rasm) nomli grafik materiali moslashtirib olindi.

Har bir mezofill hujayra fotosintez reaksiyalarini amalga oshirishga ixtisoslashgan xloroplastlar deb ataluvchi organellalardan tashkil topgan. Har bir xloroplastning ichida disksimon tilakoidlar deb ataluvchi tuzilmalar – qavat-qavat terilgan quymoqlarni eslatuvchi – granalarni hosil qiladi. Tilakoid membranasida yorugʻlikni yutuvchi xlorofillar deb nomlanuvchi yashil rangli pigmentlar mavjud. Grana atrofidagi suyuqlik bilan toʻlgan boʻshliq stroma deb nomlanadi va tilakoid disklari ichidagi boʻsh qism tilakoid boʻshligʻi deb nomlanadi. Xloroplastlarning turli qismlarida bir-biridan farq qiluvchi har xil kimyoviy reaksiyalar sodir boʻladi.

Yorugʻlik bosqichi reaksiyalari va Kalvin sikli

Fotosintez oʻsimliklar bargida juda ham koʻp bosqichlarda sodir boʻladi, lekin bu reaksiyalarni ikkita katta guruhga ajratish mumkin: yorugʻlik bosqichi reaksiyalari va Kalvin sikli.

Yorugʻlik bosqichi reaksiyalari tilakoid membranalarida sodir boʻladi va doimiy yorugʻlik energiyasi taʼminotini talab qiladi. Xlorofillar bu yorugʻlik energiyasini yutib, uni ikki xil birikma: $ATF$ ‍ – energiya saqlovchi molekula va $NADFH$ ‍ – elektron tashuvchi molekulalarni hosil qilish orqali kimyoviy energiyaga aylantiradi. Bu jarayon davomida biz nafas oladigan kislorod ham suv molekulalaridan ajratib olinadi.
Kalvin sikli – yorugʻlik ishtirokisiz amalga oshuvchi reaksiyalar yoki qorongʻilik bosqichi reaksiyalari deb ham ataladi. Ushbu jarayon xloroplastning stroma deb ataluvchi qismida amalga oshadi va toʻgʻridan toʻgʻri yorugʻlikni talab qilmaydi. Balki Kalvin sikli karbonat angidridni oʻzlashtirish uchun yorugʻlik bosqichi reaksiyasi mahsulotlari ATF va NADFHdan foydalanadi hamda uch uglerodli qand modda – glitserinaldegid-3-fosfat (G3F) molekulalarini hosil qiladi. Bu molekulalardan esa glyukoza hosil boʻladi.

Manba: OpenStax College, Biology CC BY 3.0ʼning “Overview of photosynthesis: Figure 6” (Fotosintez haqida umumiy maʼlumotlar: 6-rasm) nomli grafik materiali moslashtirib olindi.

Umuman olganda, yorugʻlik bosqichi reaksiyalarida yorugʻlik energiyasi kimyoviy energiya shakliga oʻtadi hamda ushbu kimyoviy energiya

ATF

NADFH

molekulalari koʻrinishida vaqtinchalik saqlanadi.

ATF

molekulalari parchalangach, energiya ajratib chiqaradi,

NADFH

molekulalari esa karbonat angidrid molekulalarini qand moddalarga aylantirish uchun elektronlarini beradi. Oxir-oqibat yorugʻlik shaklidagi energiya qand moddalari hosil qilgan bogʻlarda kimyoviy energiyaga aylanadi.

Fotosintez va hujayraning nafas olishi jarayonlarini oʻzaro solishtiramiz

Umumiy reaksiyalar darajasida olib qarasak, fotosintez va hujayraning nafas olishi qarama-qarshi jarayonlardir. Faqat ular quyidagi diagrammada koʻrsatilganidek, yutilgan yoki ajratib chiqarilgan energiya shakli boʻyicha farqlanadi.

Har bir bosqichni alohida olib qarasak, fotosintez shunchaki hujayra nafas olishining teskari shakli emasligini sezishingiz mumkin. Aksincha, fotosintez oʻziga xos ajoyib bosqichlardan tashkil topgan. Ammo fotosintez va hujayraning nafas olishi oʻrtasida sezilarli oʻxshashliklar ham mavjud.

Misol uchun, fotosintez va hujayraning nafas olishi jarayonlarining ikkovi ham bir nechta oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari (elektron almashish bilan boradigan reaksiyalar) ishtirokida amalga oshadi. Hujayraning nafas olishi reaksiyalarida glyukozadagi elektronlar kislorodga koʻchib oʻtadi, natijasida suv va energiya ajraladi. Fotosintez reaksiyalarida esa buning teskarisi sodir boʻladi, yaʼni bu reaksiyalar suvda boshlanib, energiya yutish orqali glyukoza hosil boʻlishi bilan yakunlanadi. Hujayraning nafas olishi kabi fotosintez ham

H^{+}

konsentratsiya gradiyentini hosil qilish uchun elektron transport zanjiridan foydalanadi, bu esa xemiosmos yordamida

ATF

sintezining amalga oshishiga olib keladi.

Agar bu narsalar sizga tanish boʻlmasa, tashvishlanmang! Fotosintezni tushunish uchun hujayraning nafas olishini bilishingiz shart emas. Shunchaki bilim olish va kuzatishda davom eting, shunda ushbu hayotiy jarayonning barcha jihatlarini bilib olasiz.

Mavzuga oid manbalar

Ushbu maqola quyidagi maqolalarning oʻzgartirilgan hosilasidir:

“Overview of Photosynthesis” (Fotosintez haqida umumiy maʼlumotlar) /OpenStax College, Biology, CC BY 3.0. Asl maqolani quyidagi manzildan bepul yuklab oling: http://cnx.org/contents/5bb72d25-e488-4760-8da8-51bc5b86c29d@8.
“Overview of Photosynthesis” (Fotosintez haqida umumiy maʼlumotlar) /OpenStax College, Biology, CC BY 3.0. Asl maqolani quyidagi manzildan bepul yuklab oling: http://cnx.org/contents/b3c1e1d2-839c-42b0-a314-e119a8aafbdd@8.39.

Ushbu maqola CC BY-NC-SA 4.0 litsenziyasiga ega.

Mavzuda keltirilgan iqtiboslar:

"Great Oxygenation Event." Wikipedia. Last modified July 17, 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/Great_Oxygenation_Event.

Qoʻshimcha maʼlumotlar

Bello, Scott. Photosynthesis. Molecular Biochemistry II: The Bellow Lectures. 2009. http://homepages.rpi.edu/~bellos/photosynthesis.htm.

Berg, J. M., J. L. Tymoczko, and L. Stryer. Two photosystems generate a proton gradiyent and NADPH in oxygenic photosynthesis. In Biochemistry, section 19.3. 5th ed. New York, NY: W. H. Freeman, 2002. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22538/.

Chemoautotrophs and chemoheterotrophs. Boundless microbiology. July 21, 2015. https://www.boundless.com/microbiology/textbooks/boundless-microbiology-textbook/microbial-metabolism-5/types-of-metabolism-41/chemoautotrophs-and-chemoheterotrophs-285-6153/.

Carbon fixation. Wikipedia. May 15, 2015. Accessed October 20, 2015. https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_fixation.

Chemotroph. Wikipedia. October 16, 2015. Accessed October 20, 2015. https://en.wikipedia.org/wiki/Chemotroph.

Gutierrez, R. Bio41 Week 7 Biochemistry Lectures 11 and 12. Bio41. 2009.

Primary nutritional groups. Wikipedia. July 4, 2015. Accessed October 20, 2015. https://en.wikipedia.org/wiki/Primary_nutritional_groups.

Purves, W.K., D. Sadava, G. H. Orians, and H. C. Heller. Photosynthesis: energy from the sun. In Life: the science of biology, 145-147. 7th ed. Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc, 2004.

Raven, P. H., G. B. Johnson, K. A. Mason, J. B. Losos, and S. R. Singer. Photosynthesis. In Biology, 147-167. 10th ed. AP ed. New York, NY: McGraw-Hill, 2014.

Reece, J. B., L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, and R. B. Jackson. Photosynthesis. In Campbell biology, 185-190. 10th ed. San Francisco, CA: Pearson, 2011.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.