Фотосинтездік аппарат. Жапыра ты қ ң анатомиялы

Фотосинтездік аппарат. Жапыра ты қ ң анатомиялы рылысы. Хлоропласт қ құ пигменттері.

* ( Фото. . . ж неә синтез) – жо ары сатыда ыжасыл сімдіктерді , ғ ғ ө ң балдырларды , фотосинтездеуші хлорофилл ж не бас а ң ә қ дафотосинтездікпигменттерар ылык нс улесіэнергиясынсі іруі қ ү ә ң н тижесінде арапайым осылыстардан (к мір ыш ыл газы, су) ә қ қ ө қ қ здеріні ж не бас а организмдерді тіршілігіне ажетті к рделі ө ң ә қ ң қ ү органикалы заттар т зуі. Фотосинтез н тижесінде жер ж зіндегі қ ү ә ү сімдіктер жыл сайын 100 млрд ө т -дан астам органикалы заттарқ т зеді (м ны жартысынан к бін те із, м хит сімдіктері т зеді) ү ұ ң ө ң ұ ө ү ж неб лкездеолар200 млрд-тай. СО ә ұ 2 сі іреді, оттегінб леді. ң ө * Фотосинтезді ал аш зерттеушілер Швейцария алымдары ғ ғ Ж. Сенебье, Н. Соссюр ж не неміс химигі Ю. Майер болды. 19 — ә ғ ң 2 -жартысында К. А. Тимирязев к н с улесі энергиясы фотосинтез ү ә процесінде хлорофилл ар ылы сі ірілетінін аны тады. 20 — қ ң қ ғ ң басында фотосинтезді физиологиясы мен экологиясына арнал ан ң ғ ма ызды зерттеулер ж ргізіледі (В. В. Сапожников, С. П. Костычев, ң ү В. Н. Любименко, А. А. Ничипорович т. б. ). 20 — орта кезінен бастап ғ ң фотосинтезді зерттеуде жа а дістер (газ анализі, радиоизотопты ң ә дісспектроскопмя. Электронды микроскопт. б. )дамыды. ә қ

* Жо арысатыда ыжасыл сімдіктер, балдырлар(к пклеткалығ ғ ө ө жасыл, о ыр, ызыл, сондай-а бірклеткалыэвглена, қ ң қ қ динофлагеллят, диатомбалдырлар)фотосинтезіндесутекдоноры ж нешы арылатыноттекк зісу, алсутекатомны негізгі ә ғ ө ң акцепторыж нек міртекк зі–к мір ыш ылгаз. Фотосинтезге ә ө ө ө қ қ тек. СО 2 мен. Н 2 Опайдаланылсауглеводт зіледі. Фотосинтез ү процесіне сімдікуглеводт зумен атар рамындаазотыж не ө ү қ құ ә к кіртібарамин ыш ылдарын, белок, молекуласы рамындаазот ү қ қ құ болатынхлорофиллдет зеді. Б лжа дайдак мір ыш ылгазбен ү ұ ғ ө қ қ атарсутекатомыны акцепторыж неазот, к кіртк зінитрат қ ң ә ү ө ж несульфатболады. Фотосинтездеушібактериялармолекула ә оттектіпайдаланбайды, оныб ліпшы армайды(б ларды к бі ө ғ ұ ң ө анаэробтар). Б лбактерияларсуорнынадонорретінде ұ электрондардынеорганикалы емес осылыстарды(к кірттісутек, қ қ ү тиосульфат, газт різдісутекті)немесеорганикалы заттарды(с т ә қ ү ыш ылы, изопропилспиртін)пайдаланады. қ қ

* Фотосинтез аппаратыны негізі – клетка ішіндегі органелла-хлоропластар (к кң ө жапыра клеткасында 20 -100 болады). Балдырларды к пшілігінде фотосинтездік қ ң ө аппарат – клетка ішіндегі арнайы органелла-хроматофорлар, ал фотосинтездеуші бактериялар мен к к-жасыл балдырларда тилакоидтер. сімдік фотосинтез ө ө процесіні негізі – тоты у-тоты сыздану. М нда квант энергиясы серінен 4 ң ғ қ ұ ә электрон мен протон су д режесінен углевод д режесіне дейін к теріледі. ә ә ө (СО 2 -ны тоты сыздануы). ң қ ккал/моль я ни СОғ 2 -ны бір молекуласыны углеводң ң д режесіне дейін тоты сыздануыны бос энергиясы 120 ә қ ң ккал/моль болады. Демек, сімдік фотосинтезі кезінде кем дегенде 3 квант сі ірілуі ажет. р т рлі жа дайда ө ң қ ә ү ғ жасал ант жірибе. СО ғ ә 2 -ны рмолекуласыны тоты сыздануына 8– 10 квант ажетң ә ң қ қ екенін к рсетті. К мір ыш ыл газ да, су да, жары ты тікелей сі ірмейді, б л ө ө қ қ қ ң ұ осылыстарды квантпен байланыс а т суін хлоропласт не хроматофор қ ң қ ү структурасында ы хлорофилл ғ а амтамасыз етеді. Фотосинтезді биосферада ық ң ғ ма ызы да лкен. Жер ж зіндеге, мысалы, к міртек, суттек, оттек, сондай-а N, S, ң ү ү ө қ P, Mg, Ca т. б. элементтер айналымы процесіне атысы бар. Жер алыптас аннан қ қ қ бері фотосинтез н тижесінде ма ызды элементтер мен заттар бірнеше мы рет ә ң ң толы цикл айналымынан ткен. сімдік німін арттыруды бір жолы — сімдікті қ ө ө ө ң фотосинтездік рекетін дету. Б л шін жапыра к лемін лкейту, жапыра ә ү ұ ү қ ө ү қ тіршілігін зарту, егістіктегі сімдік жиілігін реттеу керек. СО ұ ө 2 , ауа, су, топыра та ы оректік элементтер жеткілікті болуы ажет. Фотосинтез қ ғ қ қ аппаратыны активтілігі жапыра ты анатомиялы рылысына, фермент ж йесі ң қ құ ү активтілігіне, к міртек метабализмі типіне байланысты болады. сімдік ө ө селекциясыны , я ни СО ң ғ 2 ассимиляциясы тез ж ретін сімдік сорттарынү ө шы аруды да лкенма ызыбар. ғ ң ү ң

* Жапырақтың анатомиялық құрылысы

* Жапырақтың негізгі атқаратын қызметіне-фотосинтез, судың булануын (транспирация), газдың алмасуын реттеу жатады. Жапырақ тақтасы эпидермадан , мезофиллден, өткізгіш шоқтарынан(жүйкелерден)тұрады

* Жо ары сатыда ы сімдіктер жапыра ыны анатомиялы ғ ғ ө ғ ң қ рылысынегізгі шб ліктент рады. Олар: құ ү ө ұ 1)жапыра та тасын сті гі ж не асты ы бет жа ынан жауып қ қ ү ң ә ңғ ғ т ратынжабынды лпа-эпидерма; ұ қ ұ 2) ассимиляциялаушы оректік лпадан т ратын негізгі б лігі — қ ұ ұ ө мезофилл; 3)мезофиллб лігіндеорналас ан ткізгішшо тар. ө қ Жапыра ты б л анатомиялы рылысында жапыра қ ң ұ қ құ қ формацияларына, сімдіктерді ж йелілік топтарына ж не сіп ө ң ү ә ө т р ан орта жа дайларыны серіне байланысты азды-к пті ұ ғ ғ ң ә ө згерістерболады. ө

* Биологияда ы барлык органоидтар сия ты, хлоропласты рамы оны ғ қ ң құ ң ыэметiне сай к рделi болады. Хлорофилдер к к ж не ызыл т сті с улелерді қ ү ө ә қ ү ә ж тып, жасылды ша ылыстырады. Ол с уле хлоропласт жасушасын жасыл етіп ұ ғ ә к рсетеді. ө Хлоропластарда хлорофилдерден бас а сары, ко ыр, кыз ылт сары т стi қ ң ғ ү каротиноидтар болады. Ол пигменттер зынды ы баска толкында ы с улелердi ұ ғ ғ ә ша ылыстырып, з энергиясын хлорофильдерге берiп, фотосинтездi ж рiсiн ғ ө ң ү тездетедi. Каротиноидтар жасыл хлорофилдермен б ркенiп, к рiнбейдi, бiра ү ө қ к зде, хлорофилдер б зылганнан кейiн, оны жар ыра ан т сi к рiнедi. ү ұ ң қ ғ ү ө Сонды тандак здежапыра тарды т сiсарыженекыз ылтк рiнiсбередi. қ ү қ ң ү ғ ө * Хлоропласта ы хлорофилл пигментi граналарда орналас ан. Граналар бiрiнiн ғ қ стiнебiрiнжинап ой анк мiсакшасия тыта ташалардант рады. Та ташалар ү қ ғ ү қ қ ұ қ зара ш ры тармен байланысады да, ал фотосинтез рекетi б кiл хлоропласт ө ұ қ ә ү жасушасында емес осы граналарда ж редi. Кейбiр фотосинтезге атысатын ү қ молекулалар мен пигменттер хлоропласта ы фотосинтетикалы кабы шаны ғ қ қ растыру а атысады. Фотосинтетикалы абы шаларды строма немесе құ ғ қ қ ң хлоропласты негiзгi заты оршайды. Строманы зi хлоропласт жене ң қ ң ө жасушаны цитоплазмасын б летiн абы шадан т рады. Фотосинтез рекетi ң ө қ қ ұ ә кезінде, АДФ-тi а залардаат аратынр лiзор. АДФ—а залардепотыр анымыз ң ғ қ ө ғ ғ АТФсинтезiне. Н— оймасында ыэнергияныпайдаланатынферменттер. қ ғ

Фотосинтез аппаратты негізгі б лігіне хлоропласта ы пигменттерң ө ғ ж йесі жатады. Олар к н с улелерін зіне сі іріп, оны химиялы ү ү ә ө ң қ энергия аайналдыру ызметінат арады. ғ қ қ Фотосинтезге ажетті энергияны айнар к зіне к рінетін ж не қ ң қ ө ө ә жа ын инфра ызыл, сондай-а к к-к лгін, я ни тол ын зынды ы қ қ қ ө ү ғ қ ұ ғ 350 ден 700 нге дейінгі с улелер тобы жатады. Бактериялы ә қ фотосинтезге пайдаланатын с улелерді тол ын зынды ы 350 -ден ә ң қ ұ ғ 900 нм аралы ында болады. Инфра ызыл с улелерді фотондар ғ қ ә ң энергиясы те аз -0, 101 -0, 1 э. В шамасында ана болады. Б л энергия ө ғ ұ молекулаларда химииялы згерістер ту ызу а жеткіліксіз; тек ана қ ө ғ ғ қ айналмалы ж не тербелмелі энергияны де гейін згерте алады; ә ң ң ө инфра ызыл с улелерді біраз б лігі су а жа сы сі еді. Сонды тан, қ ә ң ө ғ қ ң қ с улелерді б л тобы фотосинтез процесінде энергияны тиімді к зі ә ң ұ ң ө бола алмайды. Ультрак лгін с улелер фотондарыны энергиясы те ү ә ң ө жо ары. К птегенхимииялы байланыстардыионизациялап, нуклеин ғ ө қ ыш ылдарын, белоктарды ж не т. б. осындыларды ыдыратып қ қ ә қ жібереді.

* Хлорофилдер: * Хлорофилл жапыра ында ы е басты ж не е к рделі пигмент. ғ ғ ң ә ң ү Хлорофил (грекше «хлорос» — жасыл, жапыра т сі жасыл) деген қ ү ма ына береді. алымдар хлорофилді химиялы рамымен ғ Ғ ң қ құ физикалы асиеттерін к п жылдардан бері жан-жа ты зерттеп қ қ ө қ келеді. * Хлорофилді химиялы рамын зерттеу ж мыстары XX асырдан ң қ құ ұ ғ басталды. 1818 жылы француз алымдары Пельтис пен Кванту ғ сімдік жапыра ынан бірнеше рет жасыл пигмент б ліп алды. Оны ө ғ ө олар хлорофил деп атады. К. А. Тимирязев хлорофилді сімдік ң ө организмінде немі згеріпотыратынынбай ады. ү ө қ * Температура жо ары болса оны м лшері азаяды, йткені ол ғ ң ө ө энергияны к п сі іре алмайды. Ал, температура т мен болса, ө ң ө хлорофилді саны к бейеді. С йтіп к н с улесіні хлорофилге ң ө ө ү ә ң атысы бар екенін аны тады. К н с улесі к п т сетін жерде сетін қ қ ү ә ө ү ө сімдікжапыра тарындахлорофиллазболса, к нс улесіт спейтін ө қ ү ә ү жердегі сімдік жапыра тарында хлорофил к п болатыныт жірбие ө қ ө ә ар ылыбелгіліболды. қ

* Хлорофилл дегеніміз – дикарбон ыш ылыны к рделі эфирі. қ қ ң ү сімдікті жасыл жапыра тарында хлорофилл т йіршіктері, Ө ң қ ү тая ша ж не таспа т рінде кездеседі. Фотосинтез процесіне қ ә ү тікелей атысатын пигменттер хлорофилдер жатады. Б л топты қ ұ ң азіргі кезде онша ты т рі болатынды ы қ қ ү ғ аны талды. Фотосинтездік абілеті бар организмдерді қ қ ң (бактериялар, балдырлар, жо ары сатыда ы сімдіктер) ғ ғ ө хлоропластарында міндетті т рде а- хлорофилл болады. Жо ары ү ғ сатыда ы сімдіктерде та ы да b-хлорофилл, о ыр, диатом ғ ө ғ қ ң балдырларда осымша с-хлорофилл, ызыл балдырларда қ қ d-хлорофилл кездеседі. Фотосинтездеуші бактерияларды ң барлы ына бактериохлорофилл пигменті бар. ара- о шыл ғ Қ қ қ балдырлардаоны аж неbт рлері, жасылбалдырларда осымша ң ә ү қ cж неdт рлерібар. ә ү

Пигменттерді спектрлік асиеттерің қ Фотосинтезге атысатынпигменттерді р айсысыспектрді рт рлі қ ң ә ү айма ында ы с улелерді сі іреді. Хлорофилдер к к ж не ызыл ғ ғ ә ң ө ә қ айма та ыб ліктерін(450 ж не 650– 700 нм), каротиноидтартол ын қ ғ ө ә қ зынды ы 400 -500 нм, фикобилиндер 500 – 650 нм с улелерді ұ ғ ә сі іреді. Пигменттерді спектр с улелерін сі іру абілеті оларды ң ң ә ң қ ң молекуласыны оз ан к йін сипаттайды. Органикалы ң қ ғ ү қ молекулаларды , соны ішінде хлорофилді электронды к йлері ң ң ң қ ү оларды рамына енетін к міртегі, сутегі, азот, оттегі ж не бас а да ң құ ө ә қ сиректеукездесетін элементтер атомдарыны электрон ала ымен ң ң (орбиталь) аны талады. Ауысуы спектрді к рінетін айма та ы қ ң ө қ ғ с улелердісі іругебайланысты. ә ң

Пигменттерді хлоропластта ы к йі: ң ғ ү Пигментерді фотосинтез процесіне атысу тетіктерін ң қ (механизмдерін) т сіну шін оларды клеткада ы, хлоропласта ы ү ү ң ғ ғ к йлерін білу ажет. Тірі клеткада ы пигменттерді физикалы к йі ү қ ғ ң қ ү ерітіндідегіге ра анда згеше юлады. Мысалы, жапыра та ы қ ғ ө қ ғ хлорофилл а спектрді ызыл айма ында ы 680 нм-лік с улені те ңқ ғ ғ ә ө жо ары сі іреді де, этиль эфиріндегі ерітіндісі 660 нм, ар ацетонда ы ғ ң ғ ерітіндісі 663 нм-лік с улені сі іреді. Б ндай згешелікті 1921 жылы ә ң ұ ө В. Н. Любименко клеткада ы хлорофилл молекулаларыны белок ғ ң молекулаларымен ерекше байланыс ан к йде болатынды ында деп қ ү ғ т сіндірді. Осы й арым кейінірек, 1957 -1962 жылдар аралы ында ү ұ ғ ғ к птеген алымдарды зерттеулерінде де д лелденді. Кейбір ө ғ ң ә т жірибелерде хлорофилл а-ні хлоропластта бірнеше т рде ә ң ү болатынды ыаны талды. ғ қ

Каротиноидтар сімдік жапыра тарында сары пигменті бар оларды каротиноидтарӨ қ (лат. Carotion – ыз ылт ж не сар ыш деген ма ына береді). М ны қ ғ ә ғ ғ ұ ал ашосылайата ан алым. Цвет. ғ ғ ғ Каротиноидтар екі топ а б лінеді: 1. Оттексіз каратиноидтар. қ ө 2. Оттекті каротиноидтар немесе ксантофилдер. 3. Оттексіз каротиноидтарды е басты кілі В каротин. Ксантофилдерді е ң ң ө ң ң басты кілі – лютеин мен зеаксантин. Б л каротинні т ра ты серігі ө ұ ң ұ қ болып есептелетін лютеин к н с улесіні 450 ж не 481 нм ү ә ң ә тол ында ы спектрін сі іреді. Ауада лютеин тез а арып тоты ады. қ ғ ң ғ ғ Біра тоты анмен А витаминін рамайды. Тоты ан каротинні қ ққ құ ққ ң бірнеше изомері болады. Оларды е бастысы зеаксантин, ң ң виолаксантин. Сондай а томат ж не б рыш жемістерінде кездесетін қ ә ұ лютеин. Ж геріні жапыра тарында тоты ан лютеин изомері ү ң қ ққ зеаксантин, , ал сояда пловоксантин болады. о ыр балдырларда Қ ң фукоксантинжатады.

Фикобилиндер Фикобилиндегеніміз(грекше «фикос» -балдыр, «билиис» -с л)балдырс лідегенө ө ма ынабереді. Б лсуда сетінбалдырлардакездеседі. Фикобилиндертобында ы ғ ұ ө ғ фикоэритринкездеседі. Фикоэритрин(грекше «фикос» -балдыр, «эритрос» — ызыл) қ немесе ызылпигменттібалдырлар, б данбас ажасылпигменттерідекездеседі. қ ұ қ К к-жасылбалдырларды негізгіпигменті–фикоциан. Олсуда сетінжасыл ө ң ө балдырлардак пкездеседі. зі неміхлорофиллпигментерімен атаркездеседі. ө Ө ү қ Фикоэритринменфикоциандарспирт, ацтонсия тыбас адаорганикалы қ қ қ ерітінділердеериді, біра жылынемесеысты судатезериді. Фикоэритринмен қ қ фикоцианинекібелокты б ліктен ралады. Фикобилиндерспектрді жасылж не қ ө құ ң ә сарыб ліктерінсі іреді. ө ң Фикобилиндерді химиялы рамы ң қ құ Хлорофилді химиялы рамына сас. Фикобилииндерді хлорофилден ң қ құ ұқ ң айырмашылы ы, олт ра тыберік осылысжасайды. Ол теберікболады. Оны ғ ұ қ қ ө белоктардан тежо арытемпература айнатыпнемесефикобилиндергек шті ө ғ қ ү ыш ылдар йыпажырату аболады. Фикобилинадам тіндегібилирубин қ қ құ ғ ө пигментіне сас. Балдырларды фотосинтездеуші рлымында ыфикобилииндер ұқ ң құ ғ ерекшет зілімдерде–фикобилисомалардаорналас ан. Фикобилиндерді жары ү қ ң қ сі іруерекшкліктеріні балдырлартіршілігіндегіма ызы лкен. Жалпыайт анда, ң ң ң ү қ фикобилиндер, хлорофиллbорнынажары жинаушыпигменттержиынты ында ы қ ғ ғ осымшапигменттерболыпесептеледі. Фикобилиндерар ылысі іргенэнергияны қ қ ң ң 90%шамысыхлорофилла- атасымалданады. ғ

Антоциандар Антоциан(грекше «антоциан» -г л, «цианос» -бояу)дегенма ынаү ғ береді. Антоциандар сімдікті клеткасында шырынынан б ліп ө ң ө алып, оны химиялы рамын зертегенде, оны рамы те ң қ құ ң құ ө к рделі екенін аны тады. Антоциан пигменті флагоннан (лат. ү қ «флагос» -ашы — сары) ралады. Флагон В 2 витаминні қ құ ң осындысында пайда болды. Ол те тоты ан зат. Антоциандар қ ө ққ бастап ы алпына айтып келмейтіндей реакцияласады. М ндай қ қ қ ұ осылыс антоциандарды сімдік клеткасында тетін қ ң ө ө физиологиялы ж не биохимиялы реакциялану а атынасуына қ ә қ ғ қ те олайлы. Сонды танда олар клеткада ы тоты у – ө қ қ ғ ғ тоты сыздану реакциясын реттеп отырады. Таулы жерлерде қ сімдікг лдеріндеантоциандарк пболатынын рі сем, рі лкен ө ү ө ә ә ә ү болуыосыпигменткебайланысты.

* Флавондар мен флавонолдар * Флавондар антоциандар сия ты тек клеткаларды вакуольдерде ана кездеседі. қ ң ғ Олар эпидермияльды клеткаларда синтезделеді. Флавондар мен фловонолдар тропикалы ж не биік тауларда сетін сімдіктерді жапыра тарында, қ ә ө ө ң қ саба ында, г лінде, тамырында мол жиналады. Олар к н с улесіні ғ ү ү ә ң ультрак лгін спектрін здеріне абылдап сімдік организімін оны зиянды ү ө қ ө ң рекетіненса тапт рады. сіресехлорофилдіж нецитоплазманы ор айды. ә қ ұ Ә ә қ ғ * Флавон осындыларыоны са иналарыны осылуыар ылысинтезделетінб л қ ң қ қ ұ осылыс оттегі ар ылы теді де сутегі босап шы ады. Фловондар ш топ а қ қ ө ғ ү қ б лінеді. Б л осылыстар сімдік жапыра ында ж не г лінде антоциандармен ө ұ қ ө ғ ә ү бірге кездеседі. Фловонолдар пигментттерді сімдікті тоты у – тоты сыздану ң ө ң ғ қ процесіне атысады. Антоцианы бар жапыра тар жасыл жапыра тар а қ қ қ ғ ара анда к н с улесіні жасыл спектіріндегі энергияны мол сі іріп аз қ ғ ү ә ң ң шашыратады. Антоциандарды абылда ан к н с улесінні энергиясын ң қ ғ ү ә ң сімдікте рт рліметаболизмдердіреттеугепайдаланады. ө ә ү * Фловонолдар сімдікті жемісін, г лдерін рт рлі т ске бояп ре береді. ө ң ү ә ү ү ң Флавондар мен антоциандар ауылшаруашылы да ылдарды зиянкестерін қ қ ң уландырады. сімдіктердегі фловонолды пигменттер ж не глюкозиттер сырт ы Ө ә қ ортаны олайсызжа дайынанса тайды. ң қ ғ қ