Asosiy kontent

Course: Biologiya > Unit 10

Lesson 2: Yorugʻlikka bogʻliq reaksiyalar

Yorug‘lik va fotosintez pigmentlari

Yorug‘likning xossalari. Xlorofil va boshqa pigmentlar qanday qilib yorugʻlikni oʻzlashtirishi.

Kirish

Agar qachondir quyoshda koʻp qolib ketganingizda sizni oftob urgan boʻlsa yoki teringiz qoraygan va kuygan boʻlsa, siz quyoshning cheksiz energiyaga ega ekanidan xabardorsiz. Baxtga qarshi, odam tanasi ozroq miqdorda D vitamini (quyosh nuri taʼsirida terida sintez qilinadigan vitamin) ishlab chiqarishni hisobga olmaganda quyosh energiyasidan koʻp foydalana olmaydi.

Oʻsimliklar, aksincha, yorugʻlik energiyasini yutib, undan fotosintez jarayoni orqali qand moddalari hosil qiluvchi ekspertlardir. Bu jarayon oʻsimlik hujayrasi xloroplastlaridagi pigment deb ataluvchi maxsus organik molekulalar orqali yorugʻlik yutilishi bilan boshlanadi. Quyida biz yorugʻlikni energiya turi deb qaragan holda pigmentlar, yaʼni xlorofill qanday qilib oʻsha energiyani yutib, oʻsimlikni yashil rangga boʻyashini koʻrib chiqamiz.

Yorugʻlik energiyasi nima?

Yorugʻlik bu elektromagnit nurlanish boʻlib, toʻlqin sifatida harakatlanadigan energiya turidir. Elektromagnit nurlanishning boshqa turlariga biz kundalik hayotda uchratadigan radio toʻlqinlari, mikrotoʻlqinlar va rentgen nurlari kiradi. Elektromagnit nurlanishning barcha turlari birgalikda elektromagnit spektrini hosil qiladi.

Har bir elektromagnit toʻlqini oʻziga xos toʻlqin uzunligiga yoki bir doʻnglikdan ikkinchisigacha boʻlgan masofaga ega boʻlib, radiatsiyaning xilma-xil turlari (quyidagi diagrammada koʻrsatilganidek) turli darajadagi toʻlqin uzunligiga ega. Uzun toʻlqin uzunligiga ega boʻlgan nurlanish turlari, masalan, radio toʻlqinlari qisqa toʻlqin uzunligiga ega rentgen nurlariga qaraganda kamroq energiyaga ega.

Yorugʻlik toʻlqini (yoki har qanday boshqa elektromagnit nurlanish turi) doʻnglik va chuqurliklarga teng taqsimlangan. Bir doʻnglikdan ikkinchi doʻnglikkacha yoki bir chuqurlikdan ikkinchi chuqurlikkacha boʻlgan masofa toʻlqin uzunligi deb yuritiladi.

Koʻrinuvchi spektr bu elektromagnit spektrining odam koʻzi koʻra oladigan qismidir. U toʻlqin uzunligi 400 nm va 700 nm (nanometr) oraligʻida boʻlgan elektromagnit nurlanishini oʻz ichiga oladi. Quyoshdan keluvchi koʻrinuvchi yorugʻlik oq boʻlib koʻrinsa-da, lekin turli xil toʻlqin uzunligidagi (turli rangdagi) nurlardan tashkil topgan. Buni siz oq nur prizma orqali oʻtganda koʻrishingiz mumkin: chunki turli xil toʻlqin uzunligidagi nurlar prizma orqali oʻtganda turli burchak ostida sinadi va tarqalib kamalakni hosil qiladi. Qizil nurlar eng uzun toʻlqin uzunligiga va eng kam energiyaga ega boʻlsa, aksincha, ultrabinafsha nurlar eng qisqa toʻlqin uzunligiga va eng koʻp energiyaga egadirlar.

Garchi yorugʻlik va elektromagnit nurlanishning boshqa turlari koʻpincha toʻlqin tabiatli boʻlsa-da, ular zarra sifatida ham mavjud. Elektromagnit nurlanishning foton deb ataluvchi har bitta zarrasi maʼlum miqdorda energiyaga ega. Nurlanishning qisqa toʻlqinli turlari yuqori energiyali fotonga, uzun toʻlqinli turlari esa past energiyali fotonga ega.

Pigmentlar fotosintezda foydalaniluvchi yorugʻlikni yutadi

Fotosintez jarayonida fotosintez qiluvchi organizmlar quyosh energiyasini kimyoviy energiyaga aylantiradi. Lekin quyosh nuridagi turli xil toʻlqin uzunliklari fotosintezda barobar ishlatilmaydi. Bundan tashqari, fotosintez qiluvchi organizmlar pigment deb nomlanuvchi, yorugʻlikni yutadigan molekularga ega boʻlib, bu molekulalar faqat koʻrinuvchi yorugʻlikning muayyan toʻlqin uzunligidagi nurlarini yutib, qolganlarini qaytaradi.

Pigment orqali yutilgan toʻlqin uzunliklari jamlanmasi uning yutilish spektri deb ataladi. Quyidagi diagrammada fotosintez jarayonidagi eng muhim uchta pigmentning yutilish spektrini koʻrishingiz mumkin: xlorofill a, xlorofill b va β-karotin. Pigment orqali yutilmagan toʻlqin uzunliklari qaytariladi va qaytarilgan nurlarni biz ranglar sifatida koʻramiz. Masalan, biz oʻsimliklarni yashil rangda koʻramiz, chunki ular yashil rangni qaytaruvchi xlorofill a va b pigmentlariga ega.

Aksariyat fotosintez qiluvchi organizmlar turli xil pigmentlarga ega, shuning uchun ular har xil uzunlikdagi nurlardan energiyani yuta oladi. Quyida biz oʻsimliklardagi eng muhim pigmentlarning ikkita guruhini koʻrib chiqamiz: xlorofillar va karotinoidlar.

Xlorofillar

Xlorofillning beshta asosiy turi mavjud: xlorofill a, b, c, d va prokariotlarda uchrovchi bakterioxlorofill. Oʻsimliklarda xlorofill a va xlorofill b asosiy fotosintez qiluvchi pigmentlardir. Xlorofill molekulalari yuqoridagi yutilish spektri darajasiga koʻra koʻk va qizil toʻlqin uzunliklarini yutadi.

Tuzilish nuqtayi nazaridan, xlorofill molekulalari tilakoid membrana ichida joylashgan gidrofob (“suvdan qoʻrquvchi”) dumcha va yorugʻlikni yutuvchi porfirin halqa boshchasi (magniy ionini qurshab turuvchi halqasimon atomlar guruhi)dan tashkil topgan

^{1}

Garchi xlorofill a ham, xlorofill b ham yorugʻlikni yutsa-da, xlorofill a yorugʻlik energiyasini kimyoviy energiyaga aylantirishda oʻziga xos va muhim rol oʻynaydi (siz bu haqida yorugʻlik bosqichi reaksiyalari maqolasida oʻqishingiz mumkin). Xlorofill a barcha fotosintez qiluvchi oʻsimliklar, suvoʻtlar va sianobakteriyalarda, xlorofill b esa faqatgina yuksak oʻsimliklar va yashil suvoʻtlar, shuningdek, sianobakteriyalarning bir necha turlarida uchraydi

^{2, 3}

Xlorofill a fotosintez jarayonida markaziy oʻringa ega va xlorofill a ga qoʻshimcha ravishda foydalaniladigan barcha pigmentlar yordamchi pigmentlar deb yuritiladi. Yordamchi pigmentlar boshqa xlorofillar, karotinoidlar kabi pigmentlarning boshqa sinflarini ham oʻz ichiga oladi. Yordamchi pigmentlarning ishlatilishi kengroq miqyosdagi toʻlqinlar yutilishiga va quyoshdan koʻproq energiya oʻzlashtirilishiga imkon yaratadi.

Karotinoidlar

Karotinoidlar pigmentlarning binafsha va koʻk-yashil nurlarini yutuvchi yana bir muhim guruhlaridan biridir. Yorqin rangdagi karotinoidlar mevalarda uchraydi, shuningdek, pomidorning qizilligi (likopen), joʻxori donlarining sariqligi (zeakantin) yoki apelsin poʻchogʻining olovrangligi (β-karotin) koʻpincha hayvonlarni jalb qilib, oʻsimlik urugʻlarini tarqatishda yordam beradi.

Fotosintezda karotinoidlar nafaqat yorugʻlikni oʻzlashtirishga yordam beradi, balki ortiqcha yorugʻlik energiyasidan qutulishda ham muhim rol oʻynaydi. Barg butunlay quyosh taʼsirida boʻlsa, u juda koʻp miqdorda energiya qabul qiladi; agar bu energiya toʻgʻri oʻzlashtirilmasa, u fotosintez jarayoniga zarar berishi mumkin. Xloroplastlardagi karotinoidlar ortiqcha energiyani yutib, uni issiqlik sifatida tarqatishga yordam beradi.

Pigment uchun yorugʻlikni yutish nimani anglatadi?

Agar pigment yorugʻlik fotonini yutsa, u qoʻzgʻalgan holatga oʻtadi, yaʼni unda ortiqcha energiya boʻlib, bundan buyon oʻzining normal, yaʼni boshlangʻich holatida boʻlmaydi. Subatomik darajada olsak, qoʻzgʻalish bu elektronning yadrodan uzoqda yotuvchi yuqori energiyali orbitalga koʻchib oʻtishidir.

Faqatgina foton oʻzidagi yetarli energiya miqdori bilan orbitallar oʻrtasida sakrab pigmentni qoʻzgʻata oladi. Turli pigmentlar nega turlicha toʻlqin uzunligidagi nurlarni yutadi? Chunki har bir pigmentda orbitallar oʻrtasidagi “energiya boʻshliqlari” har xil boʻlib, turli toʻlqin uzunligidagi fotonlardan boʻshliqlarga mos keluvchi energiyani taʼminlash talab etiladi

^{4}

Qoʻzgʻalgan pigment beqaror boʻlib, unda barqaror boʻlish uchun bir qancha “variantlar” mavjud. Masalan, yo ortiqcha energiyasini uzatish, yo qoʻzgalgan elektronini qoʻshni molekulaga berish. Biz bu ikkala jarayonni ham keyingi yorugʻlik bosqichi reaksiyalari boʻlimida oʻrganib chiqamiz.

Mavzuga oid manbalar:

Ushbu maqola quyidagi maqolalarning oʻzgartirilgan hosilasidir:

“The light-dependent reactions of photosynthesis,” / OpenStax College (CC BY 3.0). Asl maqolani quyidagi manzildan bepul yuklab oling: http://cnx.org/contents/f829b3bd-472d-4885-a0a4-6fea3252e2b2@11.
“Bis2A 06.3 Photophosphorylation: the light reactions of photosynthesis,” /Mitch Singer (CC BY 4.0). Asl maqolani quyidagi manzildan bepul yuklab oling: http://cnx.org/contents/c8fa5bf4-1af7-4591-8d76-711d0c1f05f9@2.

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

Mavzuda keltirilgan iqtiboslar:

Chlorophyll a. (2015, October 11). Retrieved October 22, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll_a.
Speer, B.R., (1997, July 9) Photosynthetic pigments. In UCMP glossary. Retrieved from http://www.ucmp.berkeley.edu/glossary/gloss3/pigments.html.
Bullerjahn, G. S. and A. F. Post. (1993). The prochlorophytes: are they more than just chlorophyll a/b-containing cyanobacteria? Crit. Rev. Microbiol. 19(1), 43. http://dx.doi.org/10.3109/10408419309113522.
Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Photosynthesis. In Campbell biology (10th ed.). San Francisco, CA: Pearson, 193.

Qoʻshimcha maʼlumotlar:

Accessory pigment (2015, October 7). Retrieved October 22, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Accessory_pigment.

Bullerjahn, G. S. and A. F. Post. (1993). The prochlorophytes: are they more than just chlorophyll a/b-containing cyanobacteria? Crit. Rev. Microbiol. 19(1), 43-59. http://dx.doi.org/10.3109/10408419309113522.

Chlorophyll a. (2015, October 11). Retrieved October 22, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll_a.

Chlorophyll b. (2015, June 23). Retrieved October 22, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll_b.

Electromagnetic spectrum. (2015, October 20). Retrieved October 22, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectrum.

Evolutionist. (2006, December 31). Photochemistry. In Cyanobacteria. Retrieved from http://cyanophyta.blogspot.com/2006/12/photochemistry_31.html.

Gamma ray. (2015, October 22). Retrieved October 22, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_ray.

Light. (2015, October 21). Retrieved October 22, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Light.

Microwave. (2015, October 19). Retrieved October 22, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Microwave.

Microwave. (n.d.) In ScienceDaily. Retrieved from http://www.sciencedaily.com/terms/microwave.htm.

Photoprotection. (2015, May 27). Retrieved September 28, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Photoprotection.

Purves, W.K., Sadava, D., Orians, G.H., and Heller, H.C. (2004). Photosynthesis: energy from the sun. In Life: the science of biology (7th ed., pp. 147-154). Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc.

Radio wave. (2015, October 8). Retrieved October 22, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_wave.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). The light reactions convert solar energy to the chemical energy of ATP and NADPH. In Campbell biology (10th ed., pp. 190-199). San Francisco, CA: Pearson.

Speer, B.R., (1997, July 9) Photosynthetic pigments. In UCMP glossary. Retrieved from http://www.ucmp.berkeley.edu/glossary/gloss3/pigments.html.

The electromagnetic spectrum. (n.d.) In HyperPhysics. Retrieved from http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/ems1.html.

Ultraviolet. (2015, October 21). Retrieved October 22, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolet.

Visible spectrum. (2015, October 22). Retrieved October 22, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Visible_spectrum.

What is color? (n.d.). In Sloan digital sky survey. Retrieved from http://cas.sdss.org/dr5/en/proj/advanced/color/.

X-rays. (2015, October 22). Retrieved October 22, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/X-ray.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

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