Фотосинтез — жасыл өсімдіктердің жарықта көмірқышқыл газы мен судан органикалық зат (глюкоза) түзіп, оттегін бөліп шығару процесі. Ол хлоропластарда жүреді және екі кезеңнен — жарық және қараңғы фазалардан тұрады. Бұл бетте қарапайым тілмен: фотосинтез дегеніміз не, ол қайда жүреді, оның фазаларының айырмашылығы неде, фотосинтез теңдеуі қалай көрінеді және оның барысында не түзілетіні туралы айтылады. Соңында — өзіңізді тексеруге арналған интерактивті жаттықтырғыш бар.
Фотосинтез дегеніміз не және ол қайда жүреді
Фотосинтез (грек тілінен фотос — жарық және синтез — қосылу) — жарық әсерінен бейорганикалық заттардан органикалық заттардың түзілуі. Қарапайым тілмен айтқанда, өсімдік күн сәулесінің энергиясын пайдаланып, ауа мен судан «өзіне тамақ дайындайды».
Фотосинтез хлоропластарда — жапырақ жасушаларында өте көп болатын жасыл пластидтерде жүреді. Хлоропластардың ішінде жасыл пигмент хлорофилл бар: дәл сол жарық энергиясын ұстап алып, бүкіл процесті іске қосады. Өсімдіктердің жасыл болып көрінуі де хлорофиллге байланысты.
Фотосинтез үшін өсімдікке үш нәрсе қажет:
- жарық (күн немесе жасанды жарық);
- су — оны тамыр топырақтан сорып алады;
- көмірқышқыл газы (CO₂) — ол ауадан жапырақтың лептесіктері арқылы түседі.
Бүкіл фотосинтез екі дәйекті фазаға — жарық және қараңғы фазаларға бөлінеді. Олардың атаулары жиі шатастырылады, сондықтан әрқайсысын жеке талдап көрейік.
Фотосинтез процесі: неден не түзіледі
Сызба басты нәрсені көруге көмектеседі: сол жақта — жапыраққа түсетіндер (жарық, су және көмірқышқыл газы), оң жақта — түзілетіндер (глюкоза және оттегі). Өсімдік оттегін ауаға бөліп шығарады, ал глюкозаны қорек ретінде пайдаланып, крахмал түрінде қорға жинайды.
Фотосинтез теңдеуі
Бүкіл процесті бір жиынтық теңдеумен жазуға болады. Алты молекула көмірқышқыл газы мен алты молекула су жарық әсерінен және хлорофиллдің қатысуымен бір молекула глюкоза мен алты молекула оттегіне айналады.
Фотосинтездің жарық және қараңғы фазалары
Фотосинтез екі кезеңде жүреді. Жарық фазасы хлоропласт ішіндегі мембраналарда өтеді және тек жарықта ғана мүмкін болады: жарық энергиясы суды ыдыратады, бұл кезде оттегі бөлініп, энергия (АТФ және НАДФ·Н молекулаларында) қорға жиналады. Қараңғы фаза хлоропласт стромасында жүреді және тікелей жарықты қажет етпейді: мұнда көмірқышқыл газынан жинақталған энергияның көмегімен глюкоза құрастырылады. Маңыздысы: «қараңғы» дегеніміз «түнгі» дегенді білдірмейді — бұл фаза жарық фазасының өнімдерін пайдаланады, сондықтан жарықсыз қараңғыда ол да көп ұзамай тоқтайды. Екі фазаны кестеде салыстырайық.
| Белгісі | Жарық фазасы | Қараңғы фазасы |
|---|---|---|
| Қайда жүреді | тилакоид мембраналарында (хлоропласт граналары) | хлоропласт стромасында |
| Жарық керек пе | иә, тек жарықта жүреді | тікелей жоқ, бірақ жарық фазасының өнімдеріне тәуелді |
| Не қажет | жарық, су (H2O) | көмірқышқыл газы (CO2), АТФ және НАДФ·Н энергиясы |
| Не түзіледі | оттегі (O2), АТФ, НАДФ·Н | глюкоза (C6H12O6) |
Фотосинтездің Жер бетіндегі тіршілік үшін маңызы
Фотосинтез — табиғаттағы ең маңызды процестердің бірі. Оның арқасында:
- ауада адамдар, жануарлар және өсімдіктердің өздері тыныс алатын оттегі сақталады;
- ауадан көмірқышқыл газы жойылады;
- органикалық зат түзіледі — бұл барлық тірі ағзалар үшін қорек негізі. Өсімдіктер шөпқоректілерді, шөпқоректілер — жыртқыштарды қоректендіреді, сондықтан бүкіл қоректік тізбек фотосинтезден басталады;
- органикалық заттарда жарық энергиясы қорға жиналады. Көмір, мұнай және шымтезек — бұл да ежелгі фотосинтездің «консервіленген» энергиясы.
Сондықтан жасыл өсімдіктерді жиі «планетаның өкпесі» деп атайды: олар биосфераны үздіксіз оттегімен және қорекпен қамтамасыз етеді.
Талдау: неден не түзіледі
1-мысал. Глюкоза қайдан алынады
Сұрақ: өсімдік глюкозаны қандай заттардан жасайды?
Талдау. Глюкоза (C₆H₁₂O₆) көміртек, сутек және оттектен тұрады. Көміртекті өсімдік ауадағы көмірқышқыл газынан (CO₂), сутекті — судан (H₂O) алады. «Құрастыру» үшін энергияны жарық береді, ал глюкоза қараңғы фазада, хлоропласт стромасында құрастырылады.
Жауап: глюкоза жарық энергиясының есебінен көмірқышқыл газы мен судан түзіледі.
2-мысал. Оттегі қайдан алынады
Сұрақ: өсімдік бөліп шығаратын оттегі қай заттан алынады?
Талдау. Көпшілігі оттегі көмірқышқыл газынан алынады деп ойлайды, бірақ бұл олай емес. Жарық фазасында жарық энергиясы су (H₂O) молекулаларын ыдыратады — дәл осы кезде оттегі (O₂) бөлінеді. Көмірқышқыл газы тек глюкозаны құрастыруға жұмсалады.
Жауап: оттегі жарық фазасында су ыдыраған кезде бөлінеді.
3-мысал. Теңдеуді атомдар саны бойынша тексереміз
Теңдеу: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
Көміртекті (C) тексереміз: сол жақта 6 (6·CO₂-ден), оң жақта 6 (глюкозада C₆…) — сәйкес келеді.
Оттегіні (O) тексереміз: сол жақта 6·2 + 6·1 = 18, оң жақта 6 (глюкозада) + 6·2 = 18 — сәйкес келеді.
Сутекті (H) тексереміз: сол жақта 6·2 = 12, оң жақта 12 (глюкозада C₆H₁₂O₆) — сәйкес келеді.
Қорытынды: теңдеу теңестірілген, барлық атомдар орнында.
Фотосинтез туралы жиі кездесетін қателіктер
-
Өсімдіктер тек оттегін бөледі және мүлдем тыныс алмайды деп ойлау.
Өсімдіктер жануарлар сияқты тыныс алады: олар үнемі оттегін сіңіріп, көмірқышқыл газын бөледі (тыныс алу). Тек күндіз жарықта фотосинтез тыныс алудан белсендірек жүреді, сондықтан сіңірілгеннен гөрі оттегі көбірек бөлінеді.
-
Жарық және қараңғы фазаларды шатастыру: глюкоза жарық фазасында, ал оттегі қараңғы фазада түзіледі деп ойлау.
Керісінше. Жарық фазасында оттегі бөлініп, энергия (АТФ, НАДФ·Н) қорға жиналады. Глюкоза қараңғы фазада осы жинақталған энергияның көмегімен көмірқышқыл газынан құрастырылады.
-
«Қараңғы фазаны» «түнде, қараңғыда жүретін фаза» деп түсіну.
«Қараңғы» дегеніміз тек «жарықты тікелей қажет етпейді» дегенді білдіреді. Бірақ ол жарық фазасынан алынған АТФ пен НАДФ·Н-ды пайдаланады, сондықтан жарықсыз бұл қорлар таусылып, қараңғы фаза да көп ұзамай тоқтайды. Шын мәнінде екі фаза да күндіз, бірінен соң бірі жүреді.
-
Оттегі көмірқышқыл газынан түзіледі деп санау.
Оттегі жарық фазасында су (H₂O) ыдыраған кезде бөлінеді. Көмірқышқыл газы (CO₂) оттегіге емес, глюкозаны құрастыруға жұмсалады.
Сұрақтар мен жауаптар
Фотосинтездің тыныс алудан айырмашылығы неде?
Бұл қарама-қарсы процестер. Фотосинтез кезінде өсімдік жарықта көмірқышқыл газы мен суды сіңіріп, глюкоза жасайды және оттегін бөледі — яғни энергияны қорға жинайды. Тыныс алу кезінде, керісінше, глюкоза мен оттегі жұмсалып, көмірқышқыл газы, су және энергия бөлінеді. Барлық тірі жасушалар үнемі тыныс алады, ал фотосинтез тек жасыл жасушаларда және тек жарықта жүреді.
Фотосинтездің қараңғы фазасы үшін жарық керек пе?
Тікелей жарық қараңғы фазаға қажет емес — реакциялар хлоропласт стромасында жарықтың қатысуынсыз жүреді. Бірақ қараңғы фаза жарық фазасында түзілетін АТФ пен НАДФ·Н-ды пайдаланады. Сондықтан жарықсыз бұл қорлар тез таусылады да, қараңғы фаза да тоқтайды. «Қараңғы» атауы «түнгі» емес, «жарықты тікелей қажет етпейтін» дегенді білдіреді.
Фотосинтез нақты қайда жүреді?
Фотосинтез хлоропластарда — жапырақ жасушаларының жасыл пластидтерінде жүреді. Жарық фазасы тилакоид мембраналарында (граналарда), ал қараңғы фаза — хлоропласт стромасында өтеді. Жасыл түс пен жарықты ұстап алу қабілетін хлоропластарға хлорофилл пигменті береді.
Фотосинтез кезінде не түзіледі?
Фотосинтездің басты өнімдері — глюкоза (органикалық зат, өсімдік қорегі) және ауаға бөлінетін оттегі. Процесс барысында сонымен қатар жарық фазасынан қараңғы фазаға энергия тасымалдайтын аралық заттар — АТФ және НАДФ·Н түзіледі.
Фотосинтез тәуліктің қай мезгілінде жүреді?
Фотосинтез күндіз, жарық бар кезде жүреді. Түнде, қараңғыда, ол тоқтайды, өйткені жарық фазасы жарықсыз жұмыс істей алмайды, ал оның өнімдерінсіз қараңғы фаза да тоқтайды. Бұл ретте өсімдіктің тыныс алуы тәулік бойы жалғаса береді.
