Fotosentez reaksiyonu nasıl gerçekleşir?
Fotosentezin özü, görünür ışığın enerjisinin
Başka bir deyişle, ışık enerjisinin yardımıyla vücut elektronları ayırır.molekülleri ve onları karbondioksit moleküllerine aktarır, onları azaltır ve daha sonra organik madde moleküllerine dönüştürür.tekrar oksitlenerek enerji elde edilir.
Tek bir şemada tüm bitki fotosentez reaksiyonları sistemi: 6СО2 + 6H2O = glikoz (С6H12О6) + 6О2
Bu kompleksin en önemli aşamalarından biri veçok aşamalı süreç - karbondioksitin bağlanması. Bu olduğunda, iki fosfat grubuna sahip bir şeker olan ribuloz (1,5) bifosfat adı verilen bir bileşiğe karbondioksit eklenir.
Ve bu reaksiyon bir enzim olan ribuloz bisfosfat karboksilaz veya Rubisco (RuBisCO) tarafından yönlendirilir.
RuBisCO, aynı anda 16 protein zincirinden oluşan tam bir kompleks olan bir enzimdir.Enzimlerin çoğu, her saniye binlerce kimyasal dönüşümü katalize eder.
Ancak, Rubisco yalnızca 3 ila 10koşullara bağlı olarak karbondioksit molekülleri. Enzimin bu kadar düşük kalitesi ancak miktarı ile telafi edilebilir: ağırlık olarak, suda çözünür tüm bitki proteinlerinin %30'unu oluşturur ve bu da onu gezegendeki en bol protein yapar.
Yaprak hücrelerindeki kloroplastlar
Fotosentez türleri
Canlı organizmalar, fotosentetik alıcıların (antenlerin) işlevini yerine getirebilen iki tür pigmente sahiptir.
Organizmaların büyük çoğunluğunda antenlerin rolüklorofiller oynar; A vitamini türevi retinanın bir anten görevi gördüğü durum daha az yaygındır. Buna göre klorofil ve klorofil içermeyen fotosentez ayırt edilir.
- Klorofil içermeyen fotosentez
Klorofil içermeyen fotosentez sistemi farklıdırEvrimsel olarak elektromanyetik radyasyonun enerjisini depolamak için birincil mekanizma olduğu varsayıldığından, organizasyonun önemli basitliği. Enerji dönüşümü için bir mekanizma olarak klorofil içermeyen fotosentezin etkinliği nispeten düşüktür (soğurulan kuantum başına yalnızca bir H+ aktarılır).
- klorofil fotosentezi
Klorofil fotosentezi farklıdır.önemli ölçüde daha yüksek enerji depolama verimliliğine sahip bakteriorhodopsin. En az bir H+, gradiyene karşı etkin bir şekilde absorbe edilen radyasyon kuantumuna aktarılır.
oksijensiz
Oksijenik (veya anoksik) fotosentez, oksijen evrimi olmadan gerçekleşir. Mor ve yeşil bakterilerin yanı sıra heliobakteriler oksijensiz fotosentez yapabilir.
oksijenli
Oksijenik veya oksijenli fotosentezbir yan ürün olarak oksijen salınımı ile birlikte. Oksijenik fotosentezde, belirli fizyolojik koşullar altında sadece döngüsel elektron taşınması meydana gelmesine rağmen, döngüsel olmayan elektron taşınması gerçekleşir. Son derece zayıf bir elektron donörü olan su, döngüsel olmayan bir akışta elektron donörü olarak kullanılır.
Tarımda açlık
İkinci olmasına rağmen dünya nüfusudemografik geçiş sürekli olarak artmaktadır. Eğer doğurganlığı nüfus artışıyla orantılı olarak artırabilseydik çok fazla sorun yaşanmazdı.
Ancak bugün insanlar yaklaşık üçte birinde ustalaştılar.tarıma uygun topraklar. Güney Asya, Orta Doğu ve Kuzey Amerika'daki uygun bölgelerin neredeyse tamamı zaten sürüldü ve geri kalan alanların gelişmesi bizi erozyonla tehdit ediyor.
Gezegendeki yer basitçe tükenebilir, bu yüzden gıda üretimini arttırmanın yeni yollarını bulmamız gerekiyor. Bu daha önce yapıldı.
Bunun en son gerçekleştiğinde "yeşildevrim "geçen yüzyılın 50-70'leri. Ardından, yüksek verimli yeni tahıl çeşitlerinin yetiştirilmesi, pestisitlerin ve gelişmiş sulama sistemlerinin tanıtılması, verimi önemli ölçüde - neredeyse iki kat - artırmayı mümkün kıldı.
fotosentez nasıl hızlandırılır
Bu sorunun temel taşı daha önce tartıştığımız bir enzim olan rubiskodur.
Ancak bunun o kadar da kolay olmadığı ortaya çıktı. Bireysel amino asit kalıntılarının yönlendirilmiş mutajenezi, gözle görülür herhangi bir sonuca yol açmadı.
Doğrudan evrim yöntemi ona da uygulandı.enzimler: Rastgele mutasyonlar ekleyerek büyük bir Rubisco gen varyantları koleksiyonu oluşturur. Bu çeşitliliğin tamamı E. coli üzerinde kullanıldı - Escherichia koli... Bu yaklaşımı kullanarak araştırmacılar, E. coli hücrelerinde harika çalışan Rubisco siyanobakterilerinin aktivitesini artırmayı başardılar.
Ancak benzer bir yöntem bitkilerde işe yaramadı.Ek olarak, bu enzim iki farklı "üreticiye" ait parçalardan bir araya getirilmiştir: Rubisco zincirlerini kodlayan genler yalnızca hücre çekirdeğinde değil, aynı zamanda kloroplast genomunda da yer almaktadır ve bu da onların manipülasyonunu zorlaştırmaktadır. Araştırmacıların farklı genetik modifikasyon teknikleri kullanarak aynı anda iki genomla çalışması gerekiyor.
Ancak bilim adamları pes etmedi.Yeni bir fikir ortaya attılar: Bitkilerin yaprakları kelimenin tam anlamıyla rubisco ile dolu olduğundan rubisco miktarını artırmak. Bunu yapmak için yazarlar GDO yöntemlerini kullandılar. Ancak Rubisco genlerinin aşırı ifadesi tek başına yeterli değildi. Enzimi bir araya getirmek için başka bir şey eksikti.
Yıllar geçtikçe, mecliste ortaya çıktıRubisco, çeşitli protein paketleyicilerinde yer alır - RAF1 ve RAF2 (RuBisCO Montaj Faktörü). Bu katlanan proteinler (şaperonlar olarak adlandırılır), montaj sırasında hasat edilen protein zincirini stabilize etme eğilimindedir ve uygun şekilde katlanması için zaman verir.
Önceki çalışmalarda sorun buydu:Rubisco genleri aslında enzimin protein "yapı taşlarını" aktif olarak sentezledi, ancak şaperonların eksikliği, yarı mamul polipeptit zincirlerinden yeterli miktarda Rubisco'nun toplanmasına izin vermedi. Refakatçi sayısının da artırılması gerekiyordu.
Bu nedenle, yazarlar bu koşulları dikkate aldı ve sonuç olarak transgenik mısırın yapraklarındaki toplam rubisco içeriği %30 arttı.
Bu nedenle, ek enzimin tamamı hiç değildir.fotosentez sürecine dahil oldu. Ancak, her şeye rağmen, karbondioksitin nihai fiksasyonu zaten %15 arttı, bu GD mısırın büyümesini önemli ölçüde hızlandırdı.
Çinli bilim adamlarının 2020 yılında yaptığı bir araştırma sonucunda alg ve çiçeklerin fotosentezinin hızlandırılması mümkün oldu. Bilim adamları yeşil alglerin fotosentezini hızlandırıyorklorella pirenoidozave daha yüksek bitkilerArabidopsis thalianaışık toplayan bir polimer kullanarak. Polimer, fotosentetik hücrelerin duvarlarına elektrostatik ve hidrofobik bağlanma nedeniyle fotosentetik sistemlerdeki aktivitesini arttırdı.
Yazarlara göre, iyi yetenek sayesindeyeşil ışığı, suda çözünürlüğü ve biyouyumluluğu emmek için, bu sentetik polimerler, biyoyakıt üretiminde ve ayrıca enerji ve çevresel gelişimde kullanım için potansiyel olarak uygundur.
Sonuç
Şu anda, fotovoltaik hücreler,sulu bir ortamda hareket ederek verimlidirler, ancak açıkça kusurludurlar. Yapay fotosentez, atmosferik karbonu bağlamak için bir araç olarak hala oldukça etkilidir ve aynı zamanda kararlı bir yüklü parçacık akışı (protonlar ve elektronlar) üretir.
Böylece, fotosentetik hücreler güneş panelleriyle birleştirilebilir - örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki özel evlerin çatılarına zaten kurulmuş.
Güneş pili biraz verebilirElektroliz için alınan enerji. Bu durumda, ona bağlanan fotovoltaik hücreler, karbondioksitin bağlanmasına ve suyun parçalanarak çevre dostu bir yakıt olan hidrojenin üretilmesine katkıda bulunacaktır.
Bu tür işlemler için katalizörlerin geliştirilmesikendimizi sıradan fotosentezi yeniden üretmekle sınırlamamıza değil, örneğin proteinleri veya enzimleri sentezlememize olanak tanır. Güneş panellerini nasıl ölçeklendireceğimizi zaten öğrendik, böylece fotovoltaik hücreleri de onlarla birlikte ölçeklendirebiliriz.
Ayrıca, bu tür teknolojiler, çıktı olarak hidrojen ve enerji üreterek toksik atık veya plastiğin ayrışmasına katkıda bulunabilir.
Daha fazla oku:
Dev buzdağı A74, Antarktika kıyılarıyla çarpıştı
Çin'de iki yeni dinozor türü keşfedildi
Kessler etkisi nedir ve ayrıca yörüngedeki uyduların çarpışması ne zaman ve neye yol açacaktır?